CN114835423A - 一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂及其制备方法和应用。本发明提出一种适用于过磷石膏矿渣水泥的早强剂，其由氢氧化钙(Ca(OH)2)和十八水合硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，并添加一定量改性剂，在水热条件下合成得到。本发明所得的早强剂形貌为杆状或针棒状结构，中值粒径为350‑500nm、长宽比范围范围60‑300，其对过磷石膏矿渣水泥的凝结时间和早期强度具有明显的改善，并且对后期强度发展没有负面影响，为解决胶凝材料凝结时间长、早期强度低的行业共性难题提供合适的解决方案。

Description

一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水泥外加剂技术领域，特别涉及一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂及其制备方法和应用。
背景技术
我国是水泥生产和消费大国，20多年来水泥产量持续增加，已经连续占世界总产量的一半以上。水泥生产主要工艺是“两磨一烧”，每生产1吨水泥耗电量80-0Kw/h，标准煤耗量110kg，排放二氧化碳0.4-0.9吨。水泥工业的二氧化碳排放量占人类总排放量的5-10％，水泥工业是我国碳排放的主要来源之一，因此降低碳排放是水泥工业节能减排的重点。
磷石膏是磷化工湿法生产磷酸的工业副产品，随着磷化工的发展，大量磷石膏随之产生，磷石膏的排放和堆积造成严重环境污染。目前过磷石膏矿渣水泥是高附加值利用磷石膏的有效方式，该胶凝材料主要由质量分数40-50％的磷石膏、矿渣和少量激发剂组成，加入适量水后可以在空气中或水中硬化，能将砂石等材料交接在一起。但由于磷石膏主要成分是CaSO4.2H2O，早期不具备胶凝性，而且磷石膏中含有大量磷、氟等杂质，pH一般在1.5-4.5。磷石膏矿渣水泥的早期水化速度慢，凝结时间长，强度低，因此制约了其在工程建设中的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，以解决现有过磷石膏矿渣水泥早期水化速度慢，凝结时间长，强度低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按(0.6-1)∶(0.1-0.5)的摩尔比称取Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O，然后，分别置于去无水乙醇-去离子水中，其中，无水乙醇和去离子水的比例为1∶(1-3)，充分搅拌溶解，得到Ca(OH)2溶液和Al2(SO4)3溶液；
2)将所述Ca(OH)2溶液和所述Al2(SO4)3溶液混合均匀，加入所述Ca(OH)2和所述Al2(SO4)3·18H2O总质量1-2％的改性剂，并添加浓度为0.1M的NaOH溶液调节混合溶液pH为10.8-11.5，在30-50℃温度下磁力搅拌12-48h后，将合成的乳液经过抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂。
可选地，步骤1)中所述Ca(OH)2溶液的浓度为0.6-1mol/L，所述Al2(SO4)3溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。
可选地，步骤2)中所述改性剂为柠檬酸、硼酸、酒石酸中的一种。
可选地，步骤2)中所述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的中值粒径为350-500nm，形貌为杆状，长宽比为60-300。
可选地，所述过磷石膏矿渣水泥由45-50％磷石膏、40-45％矿渣、2-10％钢渣、0-5％水泥熟料组成。
本发明的第二目的在于提供一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，该用于过磷石膏矿渣水泥早强剂由上述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法制得。
本发明的第三目的在于提供一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂在过磷石膏矿渣水泥中应用，在该应用中，所述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的用量为所述过磷石膏矿渣水泥用量的1-5％。
相对于现有技术，本发明所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法具有以下优势：
1、本发明由氢氧化钙(Ca(OH)2)和十八水合硫酸铝(Al2(SO4)3·18H2O)，添加一定量改性剂，在水热条件下合成得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，其对过磷石膏矿渣水泥的凝结时间和早期强度具有明显的改善，并且对后期强度发展没有负面影响，有效解决了过磷石膏矿渣水泥早期强度发展缓慢、凝结时间长的难题。
2.本发明通过水热合成得到一种适用于过磷石膏矿渣水泥的早强剂，制备过程简单、产品性能稳定。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的SEM图；
图2为本发明实施例2的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的SEM图；
图3为本发明实施例3的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的SEM图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按0.6∶0.1的摩尔比称取Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O，然后，分别置于去无水乙醇-去离子水中，其中，无水乙醇和去离子水的比例为1∶1，充分搅拌溶解，得到浓度为0.6mol/L的Ca(OH)2溶液和浓度为0.1mol/L的Al2(SO4)3溶液；
2)将Ca(OH)2溶液和Al2(SO4)3溶液混合均匀，加入Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O总质量1％的柠檬酸，并添加浓度为0.1M的NaOH溶液调节混合溶液pH为10.8，在30℃温度下磁力搅拌12h后，将合成的乳液经过抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，所得的早强剂的中值粒径为500nm，长宽比范围为100-300，形貌为杆状结构，其SEM图片如图1所示。
对本实施例所得的早强剂的性能进行测试，实验根据GB/T 17671-2020《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行强度测试，凝结时间根据GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试。测试结果见表1所示。
表1实验配合比及性能评价
Figure BDA0003639563940000041
实施例2
一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按0.8∶0.4的摩尔比称取Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O，然后，分别置于去无水乙醇-去离子水中，其中，无水乙醇和去离子水的比例为1∶2，充分搅拌溶解，得到浓度为0.8mol/L的Ca(OH)2溶液和浓度为0.4mol/L的Al2(SO4)3溶液；
2)将Ca(OH)2溶液和Al2(SO4)3溶液混合均匀，加入Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O总质量1.5％的硼酸，并添加浓度为0.1M的NaOH溶液调节混合溶液pH为11.5，在40℃温度下磁力搅拌24h后，将合成的乳液经过抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，所得的早强剂的中值粒径为435nm，长宽比范围80-200，形貌为杆状结构，，其SEM图片如图2所示。
对本实施例所得的早强剂的性能进行测试，实验根据GB/T 17671-2020《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行强度测试，凝结时间根据GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试。测试结果见表2所示。
表2实验配合比及性能评价
Figure BDA0003639563940000051
实施例3
一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，包括以下步骤：
1)按1.0∶0.5的摩尔比称取Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O，然后，分别置于去无水乙醇-去离子水中，其中，无水乙醇和去离子水的比例为1∶3，充分搅拌溶解，得到浓度为1.0mol/L的Ca(OH)2溶液和浓度为0.5mol/L的Al2(SO4)3溶液；
2)将Ca(OH)2溶液和Al2(SO4)3溶液混合均匀，加入Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O总质量2％的酒石酸，并添加浓度为0.1M的NaOH溶液调节混合溶液pH为11.0，在50℃温度下磁力搅拌48h后，将合成的乳液经过抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，所得的早强剂的中值粒径为350nm，长宽比范围60-150，形貌为杆状结构，，其SEM图片如图3所示。
对本实施例所得的早强剂的性能进行测试，实验根据GB/T 17671-2020《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行强度测试，凝结时间根据GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试。测试结果见表3所示。
表3实验配合比及性能评价
Figure BDA0003639563940000061
由表1-表3可知：本发明实施例1-3的早强剂的掺入对过磷石膏矿渣水泥的凝结时间和早期强度具有明显的改善，且对后期强度发展没有负面影响。本发明提出一种适用于过磷石膏矿渣水泥体系的早强剂，有望解决该类型胶凝材料凝结时间长、早期强度低的行业共性难题，提高过磷石膏矿渣水泥在工程领域的应用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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 (7)

1.一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按(0.6-1)∶(0.1-0.5)的摩尔比称取Ca(OH)2和Al2(SO4)3·18H2O，然后，分别置于去无水乙醇-去离子水中，其中，无水乙醇和去离子水的比例为1∶(1-3)，充分搅拌溶解，得到Ca(OH)2溶液和Al2(SO4)3溶液；
2)将所述Ca(OH)2溶液和所述Al2(SO4)3溶液混合均匀，加入所述Ca(OH)2和所述Al2(SO4)3·18H2O总质量1-2％的改性剂，并添加浓度为0.1M的NaOH溶液调节混合溶液pH为10.8-11.5，在30-50℃温度下磁力搅拌12-48h后，将合成的乳液经过抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到用于过磷石膏矿渣水泥早强剂。
2.根据权利要求1所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述Ca(OH)2溶液的浓度为0.6-1mol/L，所述Al2(SO4)3溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述改性剂为柠檬酸、硼酸、酒石酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的中值粒径为350-500nm，形貌为杆状，长宽比为60-300。
5.根据权利要求1所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述过磷石膏矿渣水泥由45-50％磷石膏、40-45％矿渣、2-10％钢渣、0-5％水泥熟料组成。
6.一种用于过磷石膏矿渣水泥早强剂，其特征在于，所述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂由权利要求1至5任一项所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的制备方法制得。
7.权利要求6所述的用于过磷石膏矿渣水泥早强剂在过磷石膏矿渣水泥中应用，其特征在于，所述用于过磷石膏矿渣水泥早强剂的用量为所述过磷石膏矿渣水泥用量的1-5％。
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