CN115572096B

CN115572096B - 一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法

Info

Publication number: CN115572096B
Application number: CN202211235215.2A
Authority: CN
Inventors: 阳黎; 王宁; 夏艳晴; 林燕; 张雨晴; 朱梦; 刘强; 梁志远
Original assignee: Jiahua Special Cement Co ltd
Current assignee: Jiahua Special Cement Co ltd
Priority date: 2022-10-10
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2042-10-10
Also published as: CN115572096A

Abstract

本发明公开了一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。所述早强剂包括质量百分比计40～60％的组分A和40～60％的组分B；其中组分A包括70～80份的普通水泥熟料，3～5份的淀粉，5～8份的膨润土，4～6份的块状石灰；所述组分B包括40～55份的高贝利特水泥熟料，3～5份的淀粉，5～8份的膨润土，4～6份的重钙粉，30～40份的建筑废渣。所述制备方法为组分A与组分B分开制备，然后再进行混合。本发明制备的早强剂方法简单、成本低，早强增强效果明显、后期强度不倒缩，并且利用固废、对环境友好，解决了现有早强剂早期强度增加不高、后期强度倒缩、腐蚀钢筋，并且制备困难、成本高昂，存储运输困难等技术问题。

Description

一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法。

背景技术

早强剂是为了解决抢险工程中由于受到场地、工期、时间或是进度等条件的限制无法正常施工而研制出来的一种具备快凝早强、耐久性好、安全性高等多种功能特性的混凝土外加剂。混凝土作为土木工程建设中最主要的材料，承担着极其重要的作用。但是由于混凝土自身组成材料的限制，使其不能完全满足各种工程的需求。比如在旧桥加固的施工中，为了现浇混凝土、或是提前张拉预应力钢筋，就需要大流动性的缓凝型早强混凝土；而对于某些在寒冷季节施工的工程，为了避免混凝土受到早期冻害，保证混凝土在低温状态下能够继续发生水化反应，减少冬季施工的费用，就需要混凝土具备早强抗冻等特点；有时是为了加快施工进度，加速模板的周转速度、缩短蒸汽养护时间、提高预制构件的产量，就需要混凝土具备早强性、耐久性；恶劣环境下的工程，为保证混凝土构件强度提前达到设计要求，对混凝土提出的要求是方便混凝土的施工、以及具备早强性和耐腐蚀性。所以，在混凝土中加入早强剂，可以提高混凝土早期强度，加快混凝土的凝结硬化速度，是保证工程质量的一项必要的技术手段。

目前工程中应用的早强剂主要是盐类及有机物类，如氯盐、硫酸盐、亚硝酸盐、三乙醇胺、尿素等。但是氯盐系早强剂对钢筋有明显的锈蚀作用，因此氯化物系早强剂应用已很少。硫酸盐系早强剂也由于引起混凝土“泛霜”，以及存在碱骨料反应危害风险，其应用也受到很大的限制。其它一些种类的早强剂，或存在早强效果不佳、或影响后期强度、或存在原料来源困难、或生产成本高等问题。例如，专利号为CN111875280A、专利名称为一种改性复合混凝土早强剂，该发明专利中使用的三乙醇胺属于剧毒化学品，具有很大的安全隐患；另外三乙醇胺及氢氧化钠很容易与活性骨料发生碱～骨料反应，引起安定性不良的问题。又例如专利号为CN112456845B、专利名称为一种水泥熟料水化悬浮液混凝土早强剂及其应用，该发明专利利用水泥熟料及分散剂来制备晶核增加早期强度，通过晶核增加早期强度不会对后期强度造成影响，但是该发明中分散剂成本高昂、液体药剂运输困难、晶核制备难度大、保存难度大、成本高昂。

因此，本发明提供了一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法，以至少解决上述部分技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法，以至少解决上述部分技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水化硅酸钙型水泥早强剂，包括质量百分比计40～60％的组分A和 40～60％的组分B；所述组分A包括以下质量份的原料：普通水泥熟料70～80份，淀粉3～5份，膨润土5～8份，块状石灰4～6份；所述组分B包括以下质量份的原料：高贝利特水泥熟料40～55份，淀粉3～5份，膨润土5～8份，重钙粉4～6 份，建筑废渣30～40份。

进一步地，所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37％。

进一步地，所述普通水泥熟料的粒径为1～30mm。

进一步地，所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为 800～1000m²/kg。

进一步地，所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为 800～1000m²/kg。

进一步地，所述块状石灰中有效氧化钙含量大于60％，块状石灰的粒径为 10～50mm。

进一步地，所述高贝利特水泥熟料的粒径为1～30mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量大于45％。

进一步地，所述重钙粉的粒径为0.023～0.045mm，重钙粉中碳酸钙含量大于98％。

进一步地，所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量大于50％、粒径为1-30mm。

一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、按质量份数称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40～60％，湿磨粒径小于 0.178mm后倒出，再采用搅拌机低速搅拌2～4d得到组分A；

步骤2、按质量份数称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40～60％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为20～30％再采用搅拌机低速搅拌3～5d得到组分B；

步骤3、将组分A和组分B均匀混合，得到水化硅酸钙型水泥早强剂。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种水化硅酸钙型水泥早强剂及其制备方法，解决了现有早强剂早期强度增加不高、后期强度倒缩、腐蚀钢筋，并且制备困难、成本高昂，存储运输困难等技术问题，本发明制备的早强剂方法简单、成本低，早强增强效果明显、后期强度不倒缩，并且利用固废、对环境友好。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的A组分与B组分在湿磨过程中，组分内的水泥熟料均发生水化反应：

3CaO·SiO₂+nH₂O→xCaO·SiO₂·yH₂O+(3-x)Ca(OH)₂。

所述水化反应生成水化硅酸钙微晶，水化硅酸钙微晶在湿磨过程中均匀地分散于A组分与B组分中，成为C-S-H凝胶和钙矾石的成核活化点，能有效加速水泥水化，从而提高混凝土的早期强度，同时对后期强度没有影响。

本发明的A组分与B组分中都加入了淀粉及膨润土，淀粉和膨润土作为分散剂能够很好的分散水磨细化后的熟料颗粒，使其能更充分地发生水化反应，另外还能有效的控制水化硅酸钙微晶的晶核粒径。同时淀粉及膨润土的微型颗粒吸附在水化硅酸钙微晶的表面，有效保护其不被空气中的二氧化碳碳化而失效。

本发明的A组分与B组分分开制备，组分A中普通水泥熟料的硅酸三钙含量高，能快速与水发生水化反应生成水化硅酸钙，而其中的块状石灰能够遇水发热并加速水化进程，块状石灰消解发热的同时生成碱性，还能有效保护水化硅酸钙不被碳化，提升早强剂的性能；组分B中高贝利特水泥熟料硅酸二钙含量高，硅酸二钙的水化进程相较于硅酸三钙更慢，但其反应更长时间后水化产物更为致密均匀，稳定性也更好，能很好对硅酸三钙水化产物进行补充，进一步的保证早强效果。

本发明的组分B充分利用了固体废弃物的建筑废渣，建筑废渣为粒径为 1-30mm的再生骨料，其水泥水化产物含量大于50％，粒径更为优选为1-10mm。所述再生骨料筛除了大量大粒径骨料，而留下的水泥浆硬化坯体中含有大量水化硅酸钙，其可以加速B组分中硅酸二钙的水化进程，另外本身也是早强剂的有效组分。

本发明的组分B中的重钙粉，可以起到填充微细孔隙的作用，增强混凝土的整体强度。所述重钙粉的粒径为0.023～0.045mm，重钙粉中碳酸钙含量大于 98％，重钙粉中的碳酸钙成分也可以作为晶核加速水化进程。另外当组分B与组分A混合后，重钙粉还能加速氧化钙消解产物氢氧化钙的碳化，进一步保护水化硅酸钙，碳化的同时降低了早强剂的碱性，保证早强剂的适用性。

实施例1

本发明提供的一种水化硅酸钙型水泥早强剂，包括75g普通水泥熟料、5g 膨润土、5g淀粉、6g块状石灰组成的组分A，以及40g高贝利特水泥熟料、3g 膨润土、5g淀粉、6g重钙粉、35g建筑废渣组成的组分B。

在本实施例中，所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37％；所述普通水泥熟料的粒径为8mm；所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为 800m2/kg；所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为 800m2/kg；所述块状石灰中有效氧化钙含量为75％，块状石灰的粒径为15mm；所述高贝利特水泥熟料的粒径为5mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量为 48％；所述重钙粉的粒径为0.032mm，重钙粉中碳酸钙含量为98.5％；所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量为65％、粒径为8mm。

本实施例的制备方法为：

步骤1、按以上质量称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为45％，湿磨粒径小于0.178mm 后倒出，再采用搅拌机低速搅拌2d得到组分A；

步骤2、按以上质量称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为50％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为20％再采用搅拌机低速搅拌3d 得到组分B；

实施例2

本发明提供的一种水化硅酸钙型水泥早强剂，包括70g普通水泥熟料、3g 膨润土、8g淀粉、4g块状石灰组成的组分A，以及55g高贝利特水泥熟料、5g 膨润土、8g淀粉、4g重钙粉、30g建筑废渣组成的组分B。

在本实施例中，所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37％；所述普通水泥熟料的粒径为6mm；所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为 850m2/kg；所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为 900m2/kg；所述块状石灰中有效氧化钙含量为85％，块状石灰的粒径为18mm；所述高贝利特水泥熟料的粒径为8mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量为 53％；所述重钙粉的粒径为0.038mm，重钙粉中碳酸钙含量为98.9％；所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量为72％、粒径为6mm。

本实施例的制备方法为：

步骤1、按以上质量称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40％，湿磨粒径小于0.178mm 后倒出，再采用搅拌机低速搅拌3d得到组分A；

步骤2、按以上质量称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为25％再采用搅拌机低速搅拌3d 得到组分B；

实施例3

本发明提供的一种水化硅酸钙型水泥早强剂，包括80g普通水泥熟料、5g 膨润土、7g淀粉、5g块状石灰组成的组分A，以及50g高贝利特水泥熟料、4g 膨润土、5g淀粉、6g重钙粉、38g建筑废渣组成的组分B。

在本实施例中，所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37％；所述普通水泥熟料的粒径为9mm；所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为 900m2/kg；所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为 950m2/kg；所述块状石灰中有效氧化钙含量为90％，块状石灰的粒径为15mm；所述高贝利特水泥熟料的粒径为6mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量为 62％；所述重钙粉的粒径为0.040mm，重钙粉中碳酸钙含量为99％；所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量为70％、粒径为5mm。

本实施例的制备方法为：

步骤1、按以上质量称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为50％，湿磨粒径小于0.178mm 后倒出，再采用搅拌机低速搅拌4d得到组分A；

步骤2、按以上质量称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为60％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为28％再采用搅拌机低速搅拌4d 得到组分B；

实施例4

本发明提供的一种水化硅酸钙型水泥早强剂，包括78g普通水泥熟料、4g 膨润土、6g淀粉、4g块状石灰组成的组分A，以及55g高贝利特水泥熟料、3g 膨润土、6g淀粉、4g重钙粉、40g建筑废渣组成的组分B。

在本实施例中，所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37％；所述普通水泥熟料的粒径为6mm；所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为 820m2/kg；所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为 960m2/kg；所述块状石灰中有效氧化钙含量为73％，块状石灰的粒径为13mm；所述高贝利特水泥熟料的粒径为6mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量为 58％；所述重钙粉的粒径为0.028mm，重钙粉中碳酸钙含量为98.6％；所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量为83％、粒径为6mm。

本实施例的制备方法为：

步骤1、按以上质量称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为60％，湿磨粒径小于0.178mm 后倒出，再采用搅拌机低速搅拌4d得到组分A；

步骤2、按以上质量称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为55％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为30％再采用搅拌机低速搅拌5d 得到组分B；

对比例1

本对比例与实施例1相比，将高贝利特水泥熟料替换为普通水泥熟料，其余条件均相同。

对比例2

本对比例与实施例1相比，将普通水泥熟料替换为高贝利特水泥熟料，其余条件均相同。

对比例3本对比例与实施例1相比，本实施例的制备方法为将组分A和组分B在同一步骤制备，具体为：

称取所有原料，混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为 45％，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为20％再采用搅拌机低速搅拌3d；得到水化硅酸钙型水泥早强剂。

实施例1～4制备的早强剂，按照国家标准《GB/T8077-2012》测试了其含水率、细度、pH值、氯离子含量、硫酸钠含量、总碱量等匀质性匀质性项目，测试结果下表1所示。

表1实施例1～4制备的早强剂匀质性试验值

注：“-”表示不含有。

根据表1可知，实施例1～4制备的早强剂的含水率、细度、pH和总碱量均符合标准，并且均不含氯离子和硫酸钠，避免对钢筋的锈蚀、混凝土“泛霜”和碱骨料反应的危害。

实施例1～4制备的早强剂及对比例1～3，按照国家标准《GB/T 17671-2021》水泥胶砂强度检验方法，将各早强剂内参入普通425水泥中进行早期强度1d、 3d及后期强度28d的测试并设置标准例、即普通425水泥未添加任何早强剂)，测试结果如表2所示。

表2实施例1～4及对比例1～3制备的早强剂早期及后期强度试验值

注：“-”表示为0。

根据表1可知，实施例1～4制备的早强剂的早期1d、3d及后期强度28d的强度测试均符合标准，并且与标准例相对比，各时期强度均得到了明显的提升。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，水化硅酸钙型水泥早强剂包括质量百分比计40~60%的组分A和40~60%的组分B；所述组分A包括以下质量份的原料：普通水泥熟料70~80份，淀粉3~5份，膨润土5~8份，块状石灰4~6份；所述组分B包括以下质量份的原料：高贝利特水泥熟料40~55份，淀粉3~5份，膨润土5~8份，重钙粉4~6份，建筑废渣30~40份；

所述普通水泥熟料中硅酸三钙含量为37wt.%；所述普通水泥熟料的粒径为1~30mm；

所述高贝利特水泥熟料的粒径为1~30mm，高贝利特水泥熟料中硅酸二钙含量大于45wt.%；

制备方法包括以下步骤：

步骤1、按质量份数称取普通水泥熟料、淀粉、膨润土和块状石灰并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40~60%，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，再采用搅拌机低速搅拌2~4d得到组分A；

步骤2、按质量份数称取高贝利特水泥熟料、淀粉、膨润土、重钙粉和建筑废渣并混合均匀，然后加入湿式球磨机中并加水至磨矿浓度为40~60%，湿磨粒径小于0.178mm后倒出，然后加水至固体浓度为20~30%再采用搅拌机低速搅拌3~5d得到组分B；

2.根据权利要求1所述的一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述组分A和组分B中的淀粉均为工业淀粉，其表面积为800~1000m²/kg。

3.根据权利要求1所述的一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述组分A和组分B中的膨润土均为二级膨润土，其表面积为800~1000m²/kg。

4.根据权利要求1所述的一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述块状石灰中有效氧化钙含量大于60wt.%，块状石灰的粒径为10~50mm。

5. 根据权利要求1所述的一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述重钙粉的粒径为0.023~0.045mm，重钙粉中碳酸钙含量大于98 wt.% 。

6. 根据权利要求1所述的一种水化硅酸钙型水泥早强剂的制备方法，其特征在于，所述建筑废渣为再生骨料，其水泥水化产物含量大于50 wt.%、所述建筑废渣的粒径为1-30mm。