CN112374784A - 一种低温下碱激发材料的促凝剂及其使用方法 - Google Patents

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黄永东
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黄慧
冯明珠
刘艳玲
范森勇
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Abstract

本发明公开了一种低温下碱激发材料的促凝剂及其使用方法，所述促凝剂由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料80～100份、氧化钙0～15份、粉体水玻璃0～5份。本发明所述的低温为0～10℃。本发明的使用方法是针对高钙体系和低钙体系的碱激发材料。高钙体系碱激发材料如碱激发矿渣，促凝剂为硅酸盐水泥熟料，掺量为1～5%；低钙体系的碱激发材料如碱激发粉煤灰和碱激发偏高岭土，促凝剂为上述几种材料的复合粉体，掺量为5～15%。本发明的促凝剂主要为常见的硅酸盐水泥熟料和氧化钙，材料来源广泛，成本低，有效缩短碱激发材料低温下凝结时间，提高其早强强度，促进碱激发材料在道路灌浆加固、快速修补和混凝土结构材料方面的应用。

Description

一种低温下碱激发材料的促凝剂及其使用方法
技术领域
本发明属于无机材料工程技术领域，具体涉及一种低温下碱激发材料的促凝剂及其使用方法。
背景技术
碱激发材料是由活性铝硅酸盐材料（包括偏高岭土、粉煤灰、矿渣等）与氢氧化钠、氢氧化钾或水玻璃反应生成的一种新型胶凝材料。与传统硅酸盐水泥比较，该材料的主要原材料为矿渣、粉煤灰等工业固体废弃物及天然矿物高岭土，绿色环保，可以减少二氧化碳排放80%，具有优良的力学性能，耐酸碱腐蚀，但是，由于碱激发材料的碱浓度高于传统硅酸盐水泥，目前传统硅酸盐水泥用的促凝剂和减水剂在碱激发材料体系中作用不明显。
在常温下，碱激发矿渣的凝结时间最快，其次是碱激发偏高岭土，碱激发粉煤灰凝结时间最长。有些研究者从原材料活性铝硅酸盐粉体出发，采用矿渣与粉煤灰或偏高岭土复合的方法调控碱激发材料的凝结时间和力学性能。有些研究者从碱激发剂角度出发，采用水玻璃、NaOH和Na2CO3复合激发的方法调控碱激发材料的凝结时间。然而，当环境问题低于10℃时，碱激发矿渣的凝结时间也比较长，目前，尚未见低温下促进碱激发材料凝结的材料，影响该材料的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的技术空白，提供了一种低温下碱激发材料的促凝剂及其使用方法。该促凝剂能够让低温环境（0～10℃）下的碱激发材料的凝结时间缩短，早强强度提高。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料80～100份、氧化钙0～15份、粉体水玻璃0～5份。
本发明进一步优选方案，所述低温下碱激发材料的促凝剂由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料85～90份、氧化钙10～15份、粉体水玻璃0～5份。
本发明进一步优选方案，所述低温下碱激发材料的促凝剂由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料95～97份、氧化钙0～15份、粉体水玻璃3～5份。
本发明进一步优选方案，所述低温下碱激发材料的促凝剂由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料83～85份、氧化钙10～15份、粉体水玻璃2～5份。
本发明进一步说明，所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃均过200目筛。
本发明进一步说明，所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业液体水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
本发明进一步说明，所述的工业液体水玻璃为工业钠水玻璃。
本发明进一步说明，所述的促凝剂应用于环境温度为0～10℃的碱激发材料搅拌和成型作业中。
本发明还提供一种如上所述的低温下碱激发材料的促凝剂的使用方法，所述的促凝剂的材料组成和掺量根据高钙体系和低钙体系的碱激发材料不同而确定，具体为：
针对高钙体系的碱激发材料，所述的促凝剂为硅酸盐水泥熟料，掺量占高钙体系的碱激发材料质量百分比的1～5%；
针对低钙体系的碱激发材料，所述的促凝剂为硅酸盐水泥熟料、氧化钙、粉体水玻璃配置而成的复合粉体，掺量占低钙体系的碱激发材料质量百分比的5～15%。
进一步说明，所述的高钙体系的碱激发材料包括碱激发矿渣；所述的低钙体系的碱激发材料包括碱激发粉煤灰和碱激发偏高岭土。
本发明的优点：
本发明的促凝剂主要基于碱激发材料的反应机理开发的专用促凝剂；其主要工作原理为：活性铝硅酸盐矿物在高碱溶液下先后产生钙离子、铝酸根离子和硅酸根离子，其中钙离子与水泥熟料中的硅酸钙会迅速反应，生成水化硅酸钙，并放出大量热量，促进铝酸根离子和硅酸根离子的缩聚，最终形成无定形的凝胶固体。本发明采用的原材料为硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃，原材料来源广泛、成本低，可以解决碱激发材料低温下凝结时间长，早强强度低的问题，促进该材料的应用。
附图说明
图1是本发明在环境温度10℃下促凝剂掺量与凝结时间的线性关系图。
图2是本发明在环境温度5℃下促凝剂掺量与凝结时间的线性关系图。
图3是本发明在环境温度0℃下促凝剂掺量与凝结时间的线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，组分为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥，并且过200目筛。
实施例2：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料85份和氧化钙10份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥。所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙。
实施例3：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料90份和氧化钙15份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥。所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙。
实施例4：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料87份和氧化钙13份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥。所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙。
实施例5：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料95份和粉体水玻璃3份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业钠水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
实施例6：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料97份和粉体水玻璃5份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业钠水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
实施例7：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料96份和粉体水玻璃4份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业钠水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
实施例8：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料83份、氧化钙10份、粉体水玻璃2份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业液体水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
实施例9：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料85份、氧化钙15份、粉体水玻璃5份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业液体水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
实施例10：
一种低温下碱激发材料的促凝剂，为硅酸盐水泥熟料84份、氧化钙12份、粉体水玻璃4份组成的复合粉体。
所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃均过200目筛。所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业液体水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
上述实施例的应用如下：
应用例1：
环境温度为0-10℃，碱激发矿渣由10份模数为2.0的钠水玻璃与90份高炉矿渣粉体混合，促凝剂为硅酸盐水泥熟料，促凝剂掺量为碱激发材料的百分比计算，掺量为1-5%，水灰比为0.35，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的凝结时间如附图1所示。
应用例2：
环境温度为10℃，碱激发粉煤灰由15份模数为1.0的钠水玻璃与85份粉煤灰混合，促凝剂中水泥熟料为85份，氧化钙15份，促凝剂掺量为15%，水灰比为0.40，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为67 min，终凝时间为83 min。
应用例3：
环境温度为0℃，碱激发粉煤灰由20份模数为1.5的钠水玻璃与80份高炉矿渣粉体混合，促凝剂中水泥熟料为90份，氧化钙10份，促凝剂掺量为15%，水灰比为0.40，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为78 min，终凝时间为94min。
应用例4：
环境温度为10℃，碱激发偏高岭土由20份模数为1.3的钠水玻璃与80份偏高岭土粉体混合，促凝剂中水泥熟料为97份，模数为2.0的粉体钠水玻璃3份，促凝剂掺量为10%，水灰比为0.45，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为46min，终凝时间为58 min。
应用例5：
环境温度为0℃，碱激发偏高岭土由20份模数为1.0的钠水玻璃与80份偏高岭土粉体混合，促凝剂中水泥熟料为95份，模数为2.5的粉体钠水玻璃5份，促凝剂掺量为15%的硅酸盐水泥熟料，水灰比为0.45，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为49 min，终凝时间为63 min。
应用例6：
环境温度为0℃，碱激发矿渣/偏高岭土由60份偏高岭土粉体、20份矿渣与20份模数为1.5的钠水玻璃与混合，促凝剂掺量为5%，促凝剂中水泥熟料为83份，氧化钙15份，模数为2.5的粉体钠水玻璃2份，水灰比为0.45，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为55 min，终凝时间为71 min。
应用例7：
环境温度为10℃，碱激发矿渣/偏高岭土由60份偏高岭土粉体、20份矿渣与20份模数为1.5的钠水玻璃与混合，促凝剂掺量为3%，促凝剂中水泥熟料为85份，氧化钙10份，模数为2.5的粉体钠水玻璃5份，水灰比为0.45，浆体混合均匀，采用维卡仪测定碱激发材料的凝结时间。该材料的初凝时间为59 min，终凝时间为74 min。
显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料80～100份、氧化钙0～15份、粉体水玻璃0～5份。
2.根据权利要求1所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料85～90份、氧化钙10～15份、粉体水玻璃0～5份。
3.根据权利要求1所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料95～97份、氧化钙0～15份、粉体水玻璃3～5份。
4.根据权利要求1所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，由以下重量份数的物质组成：硅酸盐水泥熟料83～85份、氧化钙5～15份、粉体水玻璃2～5份。
5.根据权利要求1-4任一所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，所述的硅酸盐水泥熟料、氧化钙和粉体水玻璃均过200目筛。
6.根据权利要求5所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，所述的硅酸盐水泥熟料为水泥生产过程中未加掺合料的硅酸盐水泥；所述的氧化钙为天然石灰石经过700～900℃煅烧生成的氧化钙；所述的粉体水玻璃为模数为2.0～2.5的工业液体水玻璃经过喷雾干燥制备的粉体水玻璃。
7.根据权利要求6所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，所述的工业液体水玻璃为工业钠水玻璃。
8.根据权利要求5所述的低温下碱激发材料的促凝剂，其特征在于，所述的促凝剂应用于环境温度为0～10℃的碱激发材料搅拌和成型作业中。
9.一种如权利要求1-7任一所述的低温下碱激发材料的促凝剂的使用方法，其特征在于，所述的促凝剂的材料组成和掺量根据高钙体系和低钙体系的碱激发材料不同而确定，具体为：
针对高钙体系的碱激发材料，所述的促凝剂为硅酸盐水泥熟料，掺量占高钙体系的碱激发材料质量百分比的1～5%；
针对低钙体系的碱激发材料，所述的促凝剂为硅酸盐水泥熟料、氧化钙、粉体水玻璃配置而成的复合粉体，掺量占低钙体系的碱激发材料质量百分比的5～15%。
10.根据权利要求9所述的低温下碱激发材料的促凝剂的使用方法，其特征在于，所述的高钙体系的碱激发材料包括碱激发矿渣；所述的低钙体系的碱激发材料包括碱激发粉煤灰和碱激发偏高岭土。
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