CN114315201B - 一种促进水泥强度发展的改良剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种促进水泥强度发展的改良剂，涉及水泥工艺外加剂技术领域。该水泥改良剂的原料包括以下质量百分比的组分：纳米晶种82.5‑93％、促溶剂2％～5％、沉淀促进剂3％～7.5％和晶格调节剂2％～5％。本发明提供的水泥改良剂将物理填充增强和化学增强两种途径结合，用于水泥工艺中，掺量为水泥质量的0.3～0.8％，具有掺量小，提强效果好的特点，能够在保证适宜初凝、终凝时间的基础上，明显提升水泥的早期和后期强度。

Description

一种促进水泥强度发展的改良剂

技术领域

本发明涉及水泥工艺外加剂技术领域，特别是涉及一种促进水泥强度发展的改良剂。

背景技术

现今，水泥外加剂已成为水泥生产、制备和应用过程中必不可少的重要组分。在水泥的实际生产过程中，广泛使用助磨剂、六价铬还原剂、脱硫脱硝剂、矿化剂等水泥外加剂改善水泥质量，提高水泥性能。

现有的外加剂技术在提高水泥强度方面以助磨剂为主，体现为提升水泥的粉磨效率，通过改善水泥的颗粒级配以提高水泥的强度，同时其有效醇胺成分通过与金属离子如Ca²⁺、Fe²⁺和Al³⁺络合，可加速铝相矿物(C₃A、C₄AF及含铝混合材)的水化促进AFt的形成，增加力学强度。但助磨剂对强度的提升有限，目前已无法满足各水泥厂商的要求，因此，开发一种能够满足不同类型水泥的需求，可进一步提升水泥强度等力学性能的水泥工艺外加剂十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种促进水泥强度发展的改良剂，以解决上述现有技术存在的问题，进而在少掺量的情况下显著改善水泥性能，在保证适宜初凝、终凝时间的基础上，显著提升水泥的早期和后期强度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种水泥改良剂，所述水泥改良剂的原料包括以下质量百分比的组分：

纳米晶种82.5-93％、促溶剂2％～5％、沉淀促进剂3％～7.5％和晶格调节剂2％～5％。

进一步地，所述纳米晶种为纳米二氧化硅、纳米碳酸钠或氧化石墨烯。

纳米二氧化硅、纳米碳酸钠、氧化石墨烯作为纳米材料能够在水泥水化产物中起到物理填充的作用，从而实现增强水泥强度的作用。

进一步地，所述纳米晶种的粒径为10-500nm。

进一步地，所述促溶剂为次氮基三乙酸钠(NTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)或谷氨酸二乙酸四钠。

进一步地，所述沉淀促进剂为碳酸锌、硫酸铜或磷酸铁。

进一步地，所述晶格调节剂为N-丁基二乙醇胺、N-异丙基乙醇胺或N-甲基二乙醇胺。

进一步地，所述促溶剂与所述沉淀促进剂的质量比为1：1.5。该配比可有效保证促溶剂络合溶解的钙离子在水化后期充分沉淀。

本发明还提供上述水泥改良剂在水泥中的应用。

进一步地，所述水泥改良剂的掺量为水泥质量的0.3～0.8％。

进一步地，所述水泥改良剂在水泥中的掺量为水泥质量的0.5％。

本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的水泥改良剂由纳米晶种、促溶剂、沉淀促进剂和晶格调节剂组分组成。纳米晶种为纳米二氧化硅、纳米碳酸钠或氧化石墨烯，上述纳米晶种能够进入水泥硬化胶凝产物的孔隙，使水泥浆体致密性增加，通过物理填充的方式使得力学性能改善。同时纳米晶种粒径小，比表面积大，能够充分与液相组分接触，为沉淀产物提供位点，促进结晶进程。

本发明提供的水泥改良剂中使用的促溶剂为次氮基三乙酸钠(NTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)或谷氨酸二乙酸四钠，上述促溶剂能够螯合钙离子，将钙离子结合起来形成可溶性的络合物，可以加快钙离子的溶出速度，进而加快水泥水化进程。通过提高硅酸三钙等难溶矿物在液相中的溶解度，有效促进了水泥矿物的水化程度，可增强砂浆的早期和后期强度。

本发明提供的水泥改良剂中使用的沉淀促进剂为碳酸锌、硫酸铜或磷酸铁，碳酸锌、硫酸铜和磷酸铁在液相中可提供CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、PO₄ ^3-，从而促进Ca²⁺沉淀速度加快，使得液相中的钙离子充分沉淀，减少游离氧化钙的影响，促进结晶进程，增大体系中固相比例，有利于形成水泥石结构，从而提高水泥早期强度。

本发明提供的水泥改良剂中使用的晶格调节剂为N-丁基二乙醇胺、N-异丙基乙醇胺或N-甲基二乙醇胺，上述晶格调节剂通过促进水化产物C-S-H凝胶和CH的产生调节晶体形成的速度，减少针状、细柱状结晶产生，促进板状，柱状结晶产生，使水泥石结构更加致密，减少晶体缺陷，从而提高水泥早后期强度。

本发明创造性地发现促溶剂和沉淀促进剂的质量比对水泥改良剂的性能也会造成影响，促溶剂和沉淀促进剂的质量比为1：1.5时，可以使钙离子水泥水化过程中在液相中溶出和沉淀保持均衡，能够使得促溶剂络合溶解的钙离子在水化后期充分沉淀，有利于胶凝体系后期强度的发展。

本发明提供的液体水泥改良剂用于水泥工艺中，掺量为水泥质量的0.3～0.8％，掺量少，提强效果好，能够明显提升水泥的早期和后期强度。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明实施例和对比例中水泥改良剂的制备过程及试验过程涉及的仪器设备如下：

常州荣华仪器制造有限公司产数显电动搅拌器；天津天马衡基仪器有限公司产天平数台；无锡建仪仪器机械有限公司产NJ-160A型水泥净浆搅拌机；无锡建仪仪器机械有限公司产JJ-5水泥胶砂搅拌机；北京路工建仪器科技有限公司产ZS-15型水泥胶砂振实台；沈阳长城机电设备厂产KZJ-500型电动抗折试验机；北京路达兴旺建筑机械有限公司产HYE-300全自动恒应力压力试验机。

本发明实施例中纳米晶种的粒径为10-500nm。

实施例1

按质量百分比计，将2％的N-丁基二乙醇胺，3％的碳酸锌，2％的次氮基三乙酸钠加入到93％的纳米二氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例2

按质量百分比计，将2％的N-异丙基乙醇胺，4％的磷酸铁，4％的谷氨酸二乙酸四钠加入到90％的纳米二氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例3

按质量百分比计，将2％的N-甲基二乙醇胺，3％的磷酸铁，4.5％的谷氨酸二乙酸四钠加入到90.5％的纳米二氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例4

按质量百分比计，将2％的N-丁基二乙醇胺，4.5％的磷酸铁，3％的谷氨酸二乙酸四钠加入到90.5％的纳米二氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例5

按质量百分比计，将5％的N-异丙基乙醇胺，7.5％的硫酸铜，5％的次氮基三乙酸钠加入到82.5％的纳米二氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例6

按质量百分比计，将5％的N-丁基二乙醇胺，7.5％的磷酸铁，5％的二乙烯三胺五乙酸加入到82.5％的纳米碳酸钠中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例7

按质量百分比计，将5％的N-甲基二乙醇胺，7.5％的碳酸锌，5％的二乙烯三胺五乙酸加入到82.5％的氧化石墨烯中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

实施例8

按质量百分比计，将5％的N-异丙基乙醇胺，7.5％的磷酸铁，5％的谷氨酸二乙酸四钠加入到82.5％的纳米氧化硅中，充分搅拌均匀，即得水泥改良剂。

对比例1

同实施例5，区别在于，省略硫酸铜的添加。

对比例2

同实施例5，区别在于，省略次氮基三乙酸钠的添加。

对比例3

同实施例5，区别在于，省略N-异丙基乙醇胺的添加。

效果验证

取实施例1-8和对比例1-3制备的水泥改良剂，依据普通硅酸盐水泥用液体水泥改良剂试验标准：GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》标准和GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、安定性及凝结时间》标准，进行砂浆强度、净浆凝结时间的基本性能的测定。

实验所用水泥为海螺P.C42.5水泥、海螺P.O42.5水泥、海螺P.Ⅱ42.5水泥，标准砂采用厦门艾思欧标准砂有限公生产的标准砂。

所用海螺P.C42.5水泥、海螺P.O42.5水泥、海螺P.Ⅱ42.5水泥的化学组成和矿物组成见表1-6。

表1海螺P.C 42.5水泥化学组成

表2海螺P.C 42.5水泥矿物组成

表3海螺P.O 42.5水泥化学组成

表4海螺P.O 42.5水泥矿物组成

表5海螺P.Ⅱ42.5水泥化学组成

表6海螺P.Ⅱ42.5水泥矿物组成

首先以实施例1制得的液体水泥改良剂为试验组，选择改良剂掺量分别为水泥质量的0.1％、0.3％、0.5％、0.8％进行砂浆强度和凝结时间的测试，测试结果如表7所示。

由表7可知，当改良剂的掺量太少(0.1％)时，对水泥性能的提升不明显，当改良剂的掺量为0.3～0.8％时，已经能明显提升水泥的性能，出于有效提升水泥性能和节约资源的综合考虑，改良剂的掺量一般选择为水泥质量的0.3～0.8％，其中又以水泥质量的0.5％为最佳掺量，因此，实施例2-8和对比例1-3制得的改良剂选择掺量为水泥质量的0.5％进行砂浆强度和凝结时间的测试。

以添加助磨剂(型号FLB-GA-0.1％)的水泥作为对照组1，以既不添加助磨剂也不添加改良剂的水泥作为对照组2，具体的测试结果如表7-9所示。

表7海螺P.C 42.5水泥

表8海螺P.O 42.5水泥

表9海螺P.Ⅱ42.5水泥

由表7-9可以看出，本发明促进水泥强度发展的改良剂可使水泥性能得到显著提升，效果优于现有外加剂。

本发明的改良剂通过物理填充增强和化学增强两种途径结合，针对作用于以P.C42.5水泥、P.O42.5水泥、P.Ⅱ42.5水泥为代表的高熟料体系水泥，实现提升水泥强度的效果，使水泥生产降低熟料比例，节约成本。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种水泥改良剂，其特征在于，所述水泥改良剂的原料包括以下质量百分比的组分：

纳米晶种82.5-93％、促溶剂2％～5％、沉淀促进剂3％～7.5％和晶格调节剂2％～5％；

所述纳米晶种为纳米二氧化硅、纳米碳酸钠或氧化石墨烯；

所述纳米晶种的粒径为10-500nm；

所述促溶剂为次氮基三乙酸钠、二乙烯三胺五乙酸或谷氨酸二乙酸四钠所述沉淀促进剂为碳酸锌、硫酸铜或磷酸铁；

所述晶格调节剂为N-丁基二乙醇胺、N-异丙基乙醇胺或N-甲基二乙醇胺；

所述促溶剂与所述沉淀促进剂的质量比为1：1.5。

2.权利要求1所述的水泥改良剂在水泥中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述水泥改良剂的掺量为水泥质量的0.3～0.8％。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述水泥改良剂的掺量为水泥质量的0.5％。