CN112430000A - 一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，属于建筑材料技术领域。一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，其特征在于，包括按重量份计的以下原料：钛石膏75‑85份、原状磷石膏15‑20份、改性剂3‑5份、分散剂0.5‑1份，还包括钛石膏与改性剂物料总重15‑25%的水。本发明针对现有的钛石膏作水泥缓凝剂时，水泥砂浆流动度降低、与减水剂相容性较差等问题，提出一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏及其制备方法，将大量钛石膏实现资源化利用，降低生产成本及环境负荷。

Description

一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种作水泥缓凝剂的改性钛石膏及其制备方法。
背景技术
钛白粉作为目前全球公认的品质最佳的白色颜料，在塑料、化妆品、造纸、印刷油墨、涂料、化纤、橡胶等行业得到普遍使用，氯化法和硫酸法是钛白粉工业生产过程中常用的两种途径。目前，对于中国的钛白企业主要以硫酸法为主。为了中和由于硫酸法生产钛白粉得到的酸性废液，通常掺入石灰，使其与酸性液体产生反应，得到以硫酸钙为主要组成的副产物，即为钛石膏。
钛石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，其含量约为60％，除了CaSO4·2H2O以外，还有少量的镁、铝、铁的化合物，其中铁元素的含量最大，在潮湿环境下主要以氢氧化铁的化合物形式存在，钛石膏的含水率很高，因此其粘度比较高。
钛石膏在替代天然石膏作为水泥缓凝剂时，水泥不同龄期的强度略有增长。但由于钛石膏中含有絮状Fe(OH)3等杂质，采用钛石膏作为水泥缓凝剂时，会吸附水以及减水剂，出现了水泥与减水剂相容性变差的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用作水泥混凝剂的改性钛石膏及其制备方法，该改性钛石膏用作水泥缓凝剂时，相比原状钛石膏，水泥的净浆流动度可增加40mm以上，1h经时损失降低10mm，能有效解决原状钛石膏直接作水泥缓凝剂时施工性能不佳、减水剂相容性较差的问题。
本发明采取的技术方案是，
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，所述改性钛石膏的原料包括按重量份计的以下原料：钛石膏75-85份、原状磷石膏15-20份、改性剂3-5份、分散剂0.5-1份。
优选地，所述改性钛石膏中还包括钛石膏、原状磷石膏和改性剂总质量15-25％的水。
优选地，所述原状磷石膏为采用磷化工湿法制磷酸的副产石膏，未经过任何处理。
优选地，所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
优选地，所述分散剂为六偏磷酸钠。
制备所述用作水泥缓凝剂的改性钛石膏的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水；
(2)经过步骤(1)干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌；
(3)搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
(4)搅拌均匀后进行陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏。
优选地，所述步骤(4)中陈化时间为7-28天。
优选地，所述步骤(2)搅拌8-12min。
优选地，所述的方法制备的改性钛石膏的应用，改性钛石膏与改性磷石膏搭配使用，搭配比例为2:1～1:3，提升水泥的流动性。
改性磷石膏的改性方法为磷石膏添加钙质改性剂之后搅拌、造粒、陈化而成的。
原状钛石膏中含有部分凝胶状的Fe3+含量较高，在水泥水化的过程中能够与C3A、C3S水解形成的Ca(OH)2生成溶解度很小的Fe(OH)3凝胶，虽然有利于C3A和C3S水化形成C-S-H凝胶体和AFt，使得水泥早期强度升高、凝结时间缩短，但会吸附大量的附着水，使得需水量增加，流动度降低。此外，在混凝土拌和的过程中，Fe(OH)3凝胶还会吸附减水剂，降低减水剂的减水作用，不仅提高了混凝土的生产成本，还降低了混凝土的强度及使用性能。
本发明中首先采用喷气式脱水机将钛石膏脱水干燥，避免了传统的热力式干燥设备使钛石膏中CaSO4·2H2O晶型结构发生改变，影响钛石膏的性能。经过干燥的钛石膏粘度有所下降，易破碎分散。与脱硫灰一起投入破碎式搅拌机中混合破碎，面干而颗粒细小的脱硫灰与钛石膏充分混合。脱硫灰中的不同颗粒粒径碱性二氧化硅，通过Zeta电位测试表明其呈负电性，具有剪切变稀的特性，在混合过程中能够起到分散剂的作用，包裹住钛石膏团，使其不易团聚。加上分散剂六偏磷酸钠之后，与脱硫灰中的碱性二氧化硅的官能团结合，更好地发挥其分散剂的作用，进一步降低钛石膏中氢氧化铁胶体的粘度，并且降低了钛石膏颗粒的粒径，增大反应面积，且不会影响到钛石膏的使用性能。而单纯地使用脱硫灰或分散剂六偏磷酸钠均不能起到较好的分散及改性的效果，且单独使用六偏磷酸钠会影响钛石膏作为水泥缓凝剂的性能，降低水泥质量。
经过10min的破碎混合，钛石膏以及脱硫灰充分混并分散，不再团聚，加入原状磷石膏继续搅拌。加入原状磷石膏的目的，一是酸性的原状磷石膏改变了钛石膏的酸碱环境，使其pH降低，有效降低氢氧化铁胶体的年度；二是原状磷石膏中的游离磷酸根，与钛石膏中的铁离子反应生成难溶的化合物，进一步消除氢氧化铁胶体的影响。若采用直接加入改性磷石膏改性的方案，由于改性磷石膏是采用钙质改性剂对其进行改性，使得酸性环境的原状钛石膏变为碱性环境，在掺入钛石膏后，并不利于钛石膏中Fe(OH)3凝胶的固化，改性效果较差。
在改性钛石膏的使用过程中，与改性磷石膏搭配使用，提升改性钛石膏作为水泥缓凝剂时水泥的流动性能。
本发明具有以下优点及效果：
1、充分回收利用了脱硫灰等工业固废，固体废弃物资源化利用率较高，生产成本优势明显。
2、制备出的改性钛石膏作水泥缓凝剂时，相比原状钛石膏，净浆流动度增加40mm以上，1h经时损失减少10mm以上，能有效解决原状钛石膏直接作水泥缓凝剂时，水泥、混凝土的工作性及减水剂相容性等问题。
3、制备出的改性钛石膏可在各大水泥生产企业作水泥缓凝剂使用，钛石膏得到有效处置与利用，减轻了钛石膏长期堆放占用大量土地和污染地下水源等负面影响，环保效益明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。
实施例1
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，具体的步骤为：
1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水，水分控制在25％以下；
2)将干燥过的钛石膏、原状磷石膏、改性剂和分散剂分别加入相应的进料仓；
3)钛石膏、原状磷石膏和改性剂经过计量按质量百分比80％、15％、4.5％和0.5％的比例从进料仓下料至输送装置；
4)经过干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌10min；
5)搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
6)搅拌均匀后进行28天陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏；
7)改性钛石膏与改性磷石膏以60:40的比例搭配使用。
所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
所述改性钛石膏成品中的附着水含量为18wt％。
水泥按P·O42.5水泥配比配置：熟料78％，粉煤灰10％，石灰石粉末7％，石膏5％。
按0.4的水胶比，0.44的胶砂比，添加0.8％的聚羧酸减水剂。其中，聚羧酸减水剂的固含量为20％。
制备得到的改性钛石膏与原状钛石膏各项指标对比情况如表1所示：
表1改性钛石膏与原状钛石膏作水泥缓凝剂时水泥性能对比情况
Figure BDA0002773351760000041
说明：原状钛石膏即未经过改性和陈化的钛石膏。
从上表1数据可知，相比原状钛石膏，改性钛石膏作为水泥缓凝剂时，其水泥流动性能得到改善，其3d、28d强度得到提高。
实施例2
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，具体的步骤为：
1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水，水分控制在25％以下；
2)将干燥过的钛石膏、原状磷石膏、改性剂和分散剂分别加入相应的进料仓；
3)钛石膏、原状磷石膏、改性剂和分散剂经过计量按质量百分比75％、20％、4.5％和0.5％的比例从进料仓下料至输送装置；
4)经过干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌10min；
5)搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
6)搅拌均匀后进行28天陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏；
7)改性钛石膏与改性磷石膏以60:40的比例搭配使用。
所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
所述改性钛石膏成品中的附着水含量为18wt％。
水泥按P·O42.5水泥配比配置：熟料78％，粉煤灰10％，石灰石粉末7％，石膏5％。
按0.4的水胶比，0.44的胶砂比，添加0.8％的聚羧酸减水剂。其中，聚羧酸减水剂的固含量为20％。
制备得到的改性钛石膏与原状钛石膏各项指标对比情况如表1所示：
表2改性钛石膏与原状钛石膏作水泥缓凝剂时水泥性能对比情况
Figure BDA0002773351760000051
说明：原状钛石膏即未经过改性和陈化的钛石膏。
从上表2数据可知，相比原状钛石膏，改性钛石膏作为水泥缓凝剂时，其水泥流动性能得到改善，其3d、28d强度得到提高。
对比例1(无改性剂脱硫灰)
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，具体的步骤为：
1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水，水分控制在25％以下；
2)将干燥过的钛石膏、原状磷石膏和分散剂分别加入相应的进料仓；
3)钛石膏、原状磷石膏、改性剂和分散剂经过计量按质量百分比80％、19.5％和0.5％的比例从进料仓下料至输送装置；
4)经过干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌10min；
5)搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
6)搅拌均匀后进行28天陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏；
7)改性钛石膏与改性磷石膏以60:40的比例搭配使用。
所述改性钛石膏成品中的附着水含量为18wt％。
水泥按P·O42.5水泥配比配置：熟料78％，粉煤灰10％，石灰石粉末7％，石膏5％。
按0.4的水胶比，0.44的胶砂比，添加0.8％的聚羧酸减水剂。其中，聚羧酸减水剂的固含量为20％。
制备得到的改性钛石膏与原状钛石膏各项指标对比情况如表1所示：
表3改性钛石膏与原状钛石膏作水泥缓凝剂时水泥性能对比情况
Figure BDA0002773351760000061
说明：原状钛石膏即未经过改性和陈化的钛石膏。
从上表3数据可知，相比原状钛石膏，陈化28天的改性钛石膏作为水泥缓凝剂时，其水泥流动性能得到一定程度的改善，其3d、28d强度得到一定程度提高，但是对比添加改性剂的样品，改性效果不明显。
对比例2(无原状磷石膏)
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，具体的步骤为：
1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水，水分控制在25％以下；
2)将干燥过的钛石膏、原状磷石膏、改性剂和分散剂分别加入相应的进料仓；
3)钛石膏、改性剂和分散剂经过计量按质量百分比95％、、4.5％和0.5％的比例从进料仓下料至输送装置；
4)经过干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌10min；
5)搅拌均匀后进行28天陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏；
6)改性钛石膏与改性磷石膏以60:40的比例搭配使用。
所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
所述改性钛石膏成品中的附着水含量为18wt％。
水泥按P·O42.5水泥配比配置：熟料78％，粉煤灰10％，石灰石粉末7％，石膏5％。
按0.4的水胶比，0.44的胶砂比，添加0.8％的聚羧酸减水剂。其中，聚羧酸减水剂的固含量为20％。
制备得到的改性钛石膏与原状钛石膏各项指标对比情况如表1所示：
表3改性钛石膏与原状钛石膏作水泥缓凝剂时水泥性能对比情况
Figure BDA0002773351760000071
说明：原状钛石膏即未经过改性和陈化的钛石膏。
从上表3数据可知，相比原状钛石膏，改性钛石膏作为水泥缓凝剂时，其水泥流动性能得到一定程度的改善，但是对比添加原状磷石膏的样品，改性效果不明显。
对比例3(无分散剂)
一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，具体的步骤为：
1)利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水，水分控制在25％以下；
2)将干燥过的钛石膏、原状磷石膏和改性剂分别加入相应的进料仓；
3)钛石膏、原状磷石膏和改性剂经过计量按质量百分比80％、15％和5％的比例从进料仓下料至输送装置；
4)经过干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌10min；
5)搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
6)搅拌均匀后进行28天陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏；
7)改性钛石膏与改性磷石膏以60:40的比例搭配使用。
所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
所述改性钛石膏成品中的附着水含量为18wt％。
水泥按P·O42.5水泥配比配置：熟料78％，粉煤灰10％，石灰石粉末7％，石膏5％。
按0.4的水胶比，0.44的胶砂比，添加0.8％的聚羧酸减水剂。其中，聚羧酸减水剂的固含量为20％。
制备得到的改性钛石膏与原状钛石膏各项指标对比情况如表1所示：
表4改性钛石膏与原状钛石膏作水泥缓凝剂时水泥性能对比情况
Figure BDA0002773351760000081
说明：原状钛石膏即未经过改性和陈化的钛石膏。
从上表1数据可知，相比原状钛石膏，改性钛石膏作为水泥缓凝剂时，其水泥流动性能得到一定程度的改善，但是相较实施例1中添加分散剂的配方，改善效果不够明显。

Claims (9)

1.一种用作水泥缓凝剂的改性钛石膏，其特征在于，所述改性钛石膏的原料包括按重量份计的以下原料：钛石膏75-85份、原状磷石膏15-20份、改性剂3-5份、分散剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的改性钛石膏，其特征在于：所述改性钛石膏中还包括钛石膏、原状磷石膏和改性剂总质量15-25%的水。
3.根据权利要求1所述的原状钛石膏，其特征在于：所述原状磷石膏为采用磷化工湿法制磷酸的副产石膏，未经过任何处理。
4.根据权利要求1所述的改性钛石膏，其特征在于：所述改性剂为干法脱硫产生的脱硫灰。
5.根据权利要求1所述的改性钛石膏，其特征在于：所述分散剂为六偏磷酸钠。
6.制备权利要求1-5任意一项所述用作水泥缓凝剂的改性钛石膏的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）利用喷气式脱水机将钛石膏干燥脱水；
（2）经过步骤（1）干燥的钛石膏与脱硫灰同时投入破碎式搅拌机中混合搅拌；
（3）搅拌结束后，将原状磷石膏加入搅拌机中继续搅拌；
（4）搅拌均匀后进行陈化，即得用作水泥缓凝剂的改性钛石膏。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）中陈化时间为7-28天。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）搅拌8-12min。
9.权利要求1-8任意一项所述的方法制备的改性钛石膏的应用，其特征在于：改性钛石膏与改性磷石膏搭配使用，搭配比例为2:1~1:3。
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Application publication date: 20210302

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