CN113087431A - 一种碱激发胶凝材料的缓凝剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碱激发胶凝材料缓凝剂。该碱激发胶凝材料缓凝剂，采用廉价硫酸盐与硫铝酸盐组成，可以加入少量助剂，在粉磨过程加入也可在混凝土（砂浆）拌和时加入。本发明用廉价的硫酸盐和硫铝酸盐作为缓凝剂用于矿渣粉煤灰体系中，取代部分矿渣粉煤灰，有效延长了碱激发胶凝材料的初、终凝结时间，避免了碱激发胶凝材料凝结时间过短导致的施工问题以及质量缺陷。
Description
技术领域
本发明属于胶凝材料领域，具体涉及一种延长碱激发胶凝材料凝结时间的外加剂组成。
背景技术
水泥工业贡献了人类活动碳排放的8～9％和能源消耗总量的2～3％，低碳水泥是可持续发展的重要课题。碱激发胶凝材料(AAM)是一类利废节能、高强耐久且有自修复性的低碳水泥；但AAM的速凝、开裂、返卤、起砂等诸多性能缺陷制约了其发展。因此AAM的研究虽如火如荼，但其工程应用却仍停留在零星的小规模工业试验阶段。适宜的凝结时间方能保证混凝土运输、浇筑等工序的顺利完成，因此AAM凝结调控是实现其大规模工程应用的关键环节。
现有技术中，通常掺入具有一定缓凝效果的无机盐或有机物质到碱激发胶凝体系中，以期对其进行凝结调控。这些缓凝措施多基于水化产物“保护膜”理论的指导，成本较高且力学性能往往出现劣化；而且缓凝效果还取决于碱激发胶材体系的组成和物理化学性质，由此可见常规的缓凝剂并不能实现AAM凝结过程的稳定调控。此外，这些缓凝剂成本过高，效果的稳定性和可调控性不如人意。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，解决了碱激发胶凝材料速凝的问题，有效延长碱激发胶凝材料的凝结时间。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，由硫酸盐与硫铝酸盐组成，还可以包括少量的助剂；其中，按质量份数来计，硫酸盐10-50份，硫铝酸盐70-10份，助剂0-0.5份。
按上述方案，所述助剂是磷酸钠、磷酸氢纳、磷酸二氢钠等中的一种或几种的混合物。
按上述方案，所述硫酸盐采用磷石膏、脱硫石膏、盐石膏和天然石膏等富含硫酸钙的物质中的一种或几种；或者所述硫酸盐采用烟气脱硫产生的硫酸钠。
按上述方案，所述硫铝酸盐采用硫铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥熟料等中的一种或几种。进一步地，所述硫铝酸盐水泥为阿利特-硫铝酸盐水泥、贝利特-硫铝酸盐水泥等中的一种或两种。
按上述方案，所述碱激发胶凝材料为矿渣粉煤灰体系；其中矿渣为主要成分，按质量份数来计，矿渣50-100份，粉煤灰0-50份。其中，矿渣可以用钙硅质材料替代，粉煤灰可以用偏高岭土等硅铝质材料替代。
该碱激发胶凝材料为矿渣等钙硅铝质和粉煤灰、偏高岭土等硅铝质的介稳态矿物掺合料的碱激发胶凝材料，可以采用KOH，NaOH和Na2SiO3等作为激发剂，KOH和NaOH主要是为了调整Na2SiO3的模数，模数范围在0.5～1.5均有效，碱激发剂的掺量为胶凝材料总质量的6％(以硅酸钠计)。
本发明所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂的应用方法，在胶凝材料在粉磨过程加入该缓凝剂，或者在混凝土(砂浆)拌和时加入该缓凝剂。其中，所述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的掺量为3-15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明用廉价的硫酸盐和硫铝酸盐作为缓凝剂用于矿渣粉煤灰体系中，取代部分矿渣粉煤灰，有效延长了碱激发胶凝材料的初、终凝结时间，避免了碱激发胶凝材料凝结时间过短导致的施工问题以及质量缺陷；并且该缓凝剂中不含有Cl-离子。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例和对比例中，碱激发剂为市售的水玻璃，用氢氧化钠将模数调整控制在0.8-1.2之间；碱激发剂的掺量为胶凝材料总质量的6wt％(以硅酸钠计)。
下述实施例中，硫铝酸盐水泥的化学组成和磷石膏的主要性能指标分别如表1和表2所示。
表1硫铝酸盐水泥SAC的化学组成(wt％)
表2磷石膏的主要性能指标
对比例1
一种碱激发胶凝材料，由矿渣和粉煤灰组成；其中按质量份数计，矿渣60份，粉煤灰40份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后再加入矿渣300g和粉煤灰200g，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，上述净浆标准稠度用水量为27.59％，初凝时间为16min，终凝时间为40min。
实施例1
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂(标记为缓凝剂1-1)，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏8份，硫铝酸盐水泥92份。
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂(标记为缓凝剂1-2)，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏16份，硫铝酸盐水泥84份。
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂(标记为缓凝剂1-3)，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏24份，硫铝酸盐水泥76份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的总掺量为3％，所述碱激发胶凝材料由矿渣和粉煤灰按照质量比6:4组成。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：
1)分别准备三组矿渣、粉煤灰、硫铝酸盐水泥和磷石膏的混合物，质量比分别为矿渣：粉煤灰：硫铝酸盐水泥：磷石膏＝291g:194g:14.7g:0.3g、矿渣：粉煤灰：硫铝酸盐水泥：磷石膏＝291g:194g:12.6g:2.4g、矿渣：粉煤灰：硫铝酸盐水泥：磷石膏＝291g:193g:11.4g:3.6g；
2)按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后分别将步骤1)每组的四种材料加入到搅拌锅，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，缓凝剂1-1、1-2、1-3分别用于胶凝材料(掺量3％)中时，净浆标准稠度用水量分别为27.89％、28.49％、27.29％，初凝时间分别为20min、120min、196min，终凝时间为312min、367min、475min；初凝时间较对比例1分别延长了4min、104min、180min，终凝时间分别延长了272min、327min、435min。
实施例2
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏16份，硫铝酸盐水泥84份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的总掺量为4％，所述碱激发胶凝材料由矿渣和粉煤灰按照质量比6:4组成。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：
1)按质量比为矿渣：粉煤灰：硫铝酸盐水泥：磷石膏＝288g:192g:16.8g:3.2g准备材料；
2)按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后将步骤1)所述四种材料加入到搅拌锅，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，该缓凝剂(掺量4％)用于胶凝材料终时，净浆标准稠度用水量为28.09％，初凝时间为300min，终凝时间为485min。较对比例1初凝时间延长了284min，终凝时间延长了445min。
实施例3
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏16份，硫铝酸盐水泥84份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的总掺量为5％，所述碱激发胶凝材料由矿渣和粉煤灰按照质量比6:4组成。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：
1)按质量比，称取矿渣、粉煤灰、硫铝酸盐水泥、磷石膏的质量分别为285g、190g、21g、4g；
2)按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后将步骤1)所述四种材料分别加入到搅拌锅，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，该缓凝剂(掺量5％)用于胶凝材料终时，净浆标准稠度用水量为27.41％，初凝时间为336min，终凝时间为561min。较对比例1初凝时间延长了320min，终凝时间延长了521min。
实施例4
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏16份，硫铝酸盐水泥84份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的总掺量为6％，所述碱激发胶凝材料由矿渣和粉煤灰按照质量比6:4组成。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：
1)按质量比，称取矿渣、粉煤灰、硫铝酸盐水泥、磷石膏的质量分别为282g、188g、25.2g、4.8g；
2)按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后将步骤1)所述四种材料分别加入到搅拌锅，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，该缓凝剂(掺量6％)用于胶凝材料终时，净浆标准稠度用水量为27.49％，初凝时间为212min，终凝时间为539min。较对比例1初凝时间延长了196min，终凝时间延长了499min。
实施例5
一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，由磷石膏与硫铝酸盐水泥组成；其中，按质量份数来计，磷石膏16份，硫铝酸盐水泥84份。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的总掺量为7％，所述碱激发胶凝材料由矿渣和粉煤灰按照质量比6:4组成。
上述缓凝剂在碱激发胶凝材料中的应用方法，具体步骤如下：
1)按质量比矿渣：粉煤灰：硫铝酸盐水泥：磷石膏＝279g:186g:29.4g:5.6g准备材料；
2)按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》对水泥标稠用水量和凝结时间进行检验，先将碱激发剂和水一起加入到搅拌锅，然后将步骤1)所述四种材料分别加入到搅拌锅，先低速搅拌120s，停15s，将叶片和锅壁上的浆体刮入锅内，再高速搅拌120s后停机，得到水泥净浆。
经检验可知，该缓凝剂(掺量7％)用于胶凝材料终时，净浆标准稠度用水量为26.89％，初凝时间为125min，终凝时间为298min。较对比例1初凝时间延长了109min，终凝时间延长了258min。
综上所述，对比例1为一种碱激发胶凝材料，不掺入缓凝剂，初凝时间为16min，终凝时间为40min。实施例1中三种碱激发胶凝材料缓凝剂，加入缓凝剂1-1后，初凝时间为20min，终凝时间312min；加入缓凝剂1-2后，初凝时间为120min，终凝时间367min，加入缓凝剂1-3后，初凝时间为196min，终凝时间475min；初凝时间分别延长4min、104min、180min；终凝时间分别延长272min、327min、435min。证明该碱激发胶凝材料缓凝剂能有效延长初、终凝结时间，并且硫酸盐比例越大，缓凝效果越明显。
实施例2-5，碱激发缓凝剂的掺量分别为4％-7％，其中硫酸盐水泥86份，磷石膏14份，初凝时间分别延长了284min、320min、196min、109min；终凝时间分别延长了445min、521min、499min、258min。这证明缓凝剂掺量为5％时，缓凝效果最佳。
另外，本发明中，通过调整碱激发胶凝材料的组成和配比，以及缓凝剂的组成和配比，可将碱激发胶凝材料的初凝凝结时间控制在5-550分钟，终凝时间控制在15-1500分钟，解决了碱激发胶凝材料速凝的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于由硫酸盐与硫铝酸盐组成；其中，按质量份数来计，硫酸盐10-50份，硫铝酸盐70-10份。
2.一种碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于由硫酸盐与硫铝酸盐、助剂组成；其中，按质量份数来计，硫酸盐10-50份，硫铝酸盐70-10份，助剂0-0.5份；其中助剂是磷酸钠、磷酸氢纳、磷酸二氢钠中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于所述硫酸盐采用磷石膏、脱硫石膏、盐石膏和天然石膏中的一种或几种；或者所述硫酸盐采用烟气脱硫产生的硫酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于所述硫铝酸盐采用硫铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥熟料中的一种或两种。
5.根据权利要求4所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于所述硫铝酸盐水泥为阿利特-硫铝酸盐水泥、贝利特-硫铝酸盐水泥中的一种或两种。
6.根据权利要求1或2所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂，其特征在于所述碱激发胶凝材料为矿渣粉煤灰体系；其中矿渣为主要成分，按质量份数来计，矿渣50-100份，粉煤灰0-50份。
7.权利要求1或2所述的碱激发胶凝材料的缓凝剂的应用方法，其特征在于将权利要求1或2所述的缓凝剂在碱激发胶凝材料中的掺量为3-15%。
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