CN112110673B - 一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂及其制备方法和应用。按质量份数计，氯离子固化剂由以下组分通过湿磨工艺制备得到：高铝质固体废弃物30‑40份，助磨剂6‑9份，有机醇胺类离子促溶剂2‑3份，表面改性剂2‑4份，余量为水，各组分质量份数之和为100，其中高铝质固体废弃物为铝热法钒渣。本发明以铝热法钒渣为主要原料，湿磨过程中加入助磨剂，离子促溶剂和表面改性剂，湿磨效率高，湿磨后细度小，使钒渣中的铝相在湿磨的液相环境中充分溶出，促进了水泥基材料体系中的Kuzel’s盐和Friedel’s盐的生成，从而大幅度提升基体氯离子结合能力，用于水泥基材料中替代水泥可提高氯离子固化率，使其达65％以上。

Description

一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于建筑用砂需求量的不断增加，而我国河砂资源有限，因此需要寻找替代用砂。我国海砂资源丰富，近年来海砂的开采及应用受到了极大地重视，但海砂的运用存在一系列问题。在钢筋混凝土建筑中使用了未经淡化的海砂作为主要建筑用砂，海砂中的自由氯离子会迁移到钢筋表面造成钢筋的锈蚀，进而造成建筑物损坏。

混凝土的pH值在12.5左右,呈碱性。钢筋在碱性环境中易发生钝化反应，在钢筋表面形成致密的钝化膜以保护钢筋免于锈蚀。但海砂中的Cl^-会破坏钝化膜，并作为电化学反应的催化剂，加速钢筋锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀，易导致混凝土产生裂缝，在外部腐蚀介质的作用下结构的破坏加剧。因此如何减少海砂中自由氯离子含量成了近年来的研究热点。

从海砂中去除氯离子对提高钢筋混凝土的耐久性具有重要意义。一种常用的方法是用淡水冲洗海沙，通过这个方法可以除去部分氯离子；但海沙中其余的氯化物也应予以严格控制。另一种方法是结合氯离子，即尽管系统中存在氯离子，但这些氯离子可以通过化学结合方法使其固定住，对钢筋的腐蚀风险很小。

氯离子固化剂技术，是基于水泥水化反应原理和水化产物研究而产生的新型解决方案。氯离子固化剂通过多种手段，包括物理吸附和化学结合等作用方式，提升水泥基材料对于内部自由氯离子的固化，使自由氯离子转变为非自由氯离子，从而降低甚至解除氯离子对于钢筋的危害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂及其制备方法和应用，通过在水泥基材料中掺入10-30％的本发明的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，使得水泥基材料中的Kuzel’s盐含量增加，提升了氯离子固化能力，降低了自由氯离子对于钢筋的危害，延长了钢筋混凝土结构的服役寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂，按质量份数计，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂由以下组分通过湿磨工艺制备得到：高铝质固体废弃物30-40份，助磨剂6-9份，有机醇胺类离子促溶剂2-3份，表面改性剂2-4份，余量为水，各组分质量份数之和为100，其中高铝质固体废弃物为铝热法钒渣。

按上述方案，所述铝热法钒渣是通过铝热法提炼钒所剩的固体废弃物，其中氧化铝含量≥60％，游离氧化钙含量≤8％，氧化硅≤2％，三氧化硫含量≤1％。

按上述方案，所述助磨剂为对氨基苯酚溶液，其质量百分数为20-25％。

按上述方案，所述离子促溶剂为三乙醇胺与三异丙醇胺的水溶液，按质量百分数计，三乙醇胺为20-30％、三异丙醇胺为20-30％。

按上述方案，所述表面改性剂为聚羧酸高效减水剂与魔芋胶的水溶液，按质量百分数计，聚羧酸减水剂为5-10％，魔芋胶为0.02-0.05％。

按上述方案，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂中值粒径为3-4微米。

提供一种上述高铝质固体废弃物氯离子固化剂的制备方法，具体步骤如下：

先将30-40份的高铝质固体废弃物放入湿磨机中，然后将6-9份助磨剂，2-3份离子促溶剂和2-4份表面改性剂在水中搅拌均匀，加入到湿磨机中，湿磨40-50分钟，即得高铝质固体废弃物氯离子固化剂。

提供一种上述高铝质固体废弃物氯离子固化剂在水泥基材料中的应用，所述水泥基材料包括水泥，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂等质量取代10-30％的所述水泥。

本发明高铝质固体废弃物氯离子固化剂各组分的主要作用为：

1.高铝质固体废弃物：为铝热法钒渣，是一种通过铝热法提炼钒所剩的固体废弃物，主要成分为Al₂O₃，CaO，SiO₂，与水泥组分类似，具有一定水化活性的，可以参与到水泥的水化反应当中，本身具备的胶凝性使其可以用来取代部分水泥。同时，钒渣中的铝相含量很高，溶出的铝相参与水泥的水化反应，可以促进Kuzel’s盐含量增加，提升氯离子固化能力。

2.助磨剂：因为钒渣硬度较高，为了提高湿磨效率，添加了助磨剂，从而增加湿磨钒渣的活性，促进铝相的溶出，使得钒渣中的成分更好的参与到水泥的水化反应中。

3.离子促溶剂：有机醇胺具有助磨作用，可配合助磨剂提升湿磨效率，同时还可通过有机醇胺的螯合作用，加速材料中铝离子的溶出，促进Friedel’s盐、Kuzel’s盐的生成，提升氯离子固化能力，使得钒渣中的成分更好的参与到水泥的水化反应中。

4.表面改性剂：可提高湿磨效率，并改善浆料流动性、稳定性和分散性等特性。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供的高铝质固体废弃物氯离子固化剂以高铝质固体废弃物铝热法钒渣为主要原料，配合助磨剂、离子促溶剂和表面活性剂通过湿磨工艺制备得到，湿磨效率高，湿磨后细度小，能显著提高硅铝质固体废弃物的利用率，使其反应率提高60-75％；同时能明显提高铝离子的溶出速率，显著促进Kuzel’s盐的生成，用于水泥基材料中替代水泥可提高氯离子固化率，使其达到65％以上。

2.本发明提供的高铝质固体废弃物氯离子固化剂可用于水泥基材料中等质量取代10-30％的水泥，减少水泥的用量，不仅为固体废弃物钒渣的利用提供新的可能，同时也可节约生产成本。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行详细解释说明。

以下实施例1-6中的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，采用以下制备方法得到，具体步骤如下：

先将高铝质固体废弃物放入湿磨机中，然后将助磨剂，离子促溶剂和表面改性剂在水中搅拌均匀，加入到湿磨机中，湿磨40-50分钟，直至其中值粒径达到3-4微米，即得高铝质固体废弃物氯离子固化剂。

表1为本发明实施例1-6中高铝质固体废弃物氯离子固化剂各组分及其配比、具体湿磨时间和中值粒径。表2为本发明实施例1-6中高铝质固体废弃物氯离子固化剂、助磨剂、离子促溶剂和表面活性剂的组分。

表1

表2

实施例1-6的高铝质固体废弃物氯离子固化剂应用于水泥基材料中，将氯离子固化剂等质量取代20％水泥基材料中的水泥，然后通过《水工混凝土试验规程》(SL352—2006)测试其氯离子固化率，结果见表3。

表3

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，按质量份数计，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂由以下组分通过湿磨工艺制备得到：高铝质固体废弃物30-40份，助磨剂6-9份，有机醇胺类离子促溶剂2-3份，表面改性剂2-4份，余量为水，各组分质量份数之和为100；其中所述高铝质固体废弃物为铝热法钒渣，所述助磨剂为对氨基苯酚溶液；所述表面改性剂为聚羧酸高效减水剂与魔芋胶的水溶液。

2.根据权利要求1所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，所述铝热法钒渣是通过铝热法提炼钒所剩的固体废弃物，其中氧化铝含量≥60%，游离氧化钙含量≤8%，氧化硅≤2%，三氧化硫含量≤1%。

3.根据权利要求1所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，所述对氨基苯酚溶液，其质量百分数为20-25%。

4.根据权利要求1所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，所述离子促溶剂为三乙醇胺与三异丙醇胺的水溶液，按质量百分数计，三乙醇胺为20-30%、三异丙醇胺为20-30%。

5.根据权利要求1所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，所述表面改性剂中，按质量百分数计，聚羧酸减水剂为5-10%，魔芋胶为0.02-0.05%。

6.根据权利要求1所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂，其特征在于，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂中值粒径为3-4 微米。

7.一种权利要求1-6任一项所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

先将30-40份的高铝质固体废弃物放入湿磨机中，然后将6-9份助磨剂，2-3份离子促溶剂和2-4份表面改性剂在水中搅拌均匀，加入到湿磨机中，湿磨40-50分钟，即得高铝质固体废弃物氯离子固化剂。

8.一种权利要求1-6任一项所述的高铝质固体废弃物氯离子固化剂在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述水泥基材料包括水泥，所述高铝质固体废弃物氯离子固化剂等质量取代10-30%的所述水泥。