人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法及其产品和应用技术

一种人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法及其产品和应用，用自然界普遍存在的含硅和含钙原料在酸性和碱性催化剂的作用下进行水热合成反应，生成水化硅酸钙凝胶［ＣａＳｉＯ↓［３］.ＸＨ↓［２］Ｏ］。该产品适合用于混凝土、水泥或耐火保温材料的掺合料，具有比表面积大，并提高抗压强度和耐久性的特性，还具有原料便宜易得，成本低廉，制造方法简单，适合大规模工业化生产，也适合因陋就简的小批量制造。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及建筑材料，特指一种人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法及其产品和应用。目前建筑行业在制备耐久高强及大流动度的泵送混凝土时，除选用高标号的硅酸盐水泥、细度模数2.6以上的中砂、5-25mm的碎石和高效减水剂外，必须加入掺合料用于改善混凝土的工作性能，如有利于泵送，提高混凝土的耐久性，避免由于水泥用量过多而引起收缩裂缝等。目前常用的掺合料大多使用工业生产的废弃物和磨石粉等，如硅铁冶炼中产生的硅灰、热电厂产生的Ⅰ级粉煤灰、磨细高炉矿渣、磨细的沸石粉等，其主要缺陷在于1、因为是工业生产的废弃物，受其原料来源和生产工艺的影响较大，性能极不稳定，如北京地区就没有合格的Ⅰ级粉煤灰。2、容重很小，占用体积较大，长途运输，成本较高。3、使用中易引起粉尘飞扬，造成工作环境恶劣和空气污染。4、磨石粉难以达到比表面积8000cm2/g以上的合格要求，且价格比较昂贵，因此人工合成一种质量稳定、价格便宜、建材用的掺合料就成为最迫切的需求。本专利技术的目的在于提供一种人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法及其产品和应用，满足建筑行业对掺合料的迫切需求，本专利技术的目的是这样实现的一种人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法，该制造方法包括如下的步骤(一)选料(按下述的配比选择原料)，(重量份数)含硅原料60-95含钙原料3-40酸性催化剂1-5碱性催化剂1-5该含硅原料包括下述的至少一种硅藻土、沸石、膨润土、高岭土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠岩；该含钙原料包括石灰；该酸性催化剂包括下述至少一种富马酸、马来酸、马来酸酐、水扬酸、丹宁酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸；该碱性催化剂包括下述至少一种NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3；(二)加水粉磨将上述原料放入磨碎机中，加水2-8倍，加入酸性催化剂，混合粉磨0.5-1.5小时，使其中的粗糙原料磨碎研细，便于以下的水热合成反应进行。(三)水热合成反应将上述混合料浆送入反应容器内，加入碱性催化剂，搅拌混合均匀，升温至60-100℃进行水热合成反应2-10小时，使原料破键溶解，生成水化硅酸钙凝胶；(四)脱水干燥将上述反应产物进行离心脱水，随后放入干燥机内，在80-350℃条件下干燥，使含水在2％以下；(五)粉磨用粉磨机进行磨细使形成粒度在200-300目的灰白粉末。按常规方法包装成产品。一种人工合成的水泥、混凝土掺合料产品，其特征在于该产品是用权利1所述的方法制造的，其由含硅和含钙的原料，在酸性和碱性催化剂的作用下进行水热合成反应，使生成水化硅酸钙凝胶，并进行脱水，粉磨而成，其原料配比为(重量份数)含硅原料60-95、含钙原料3-40、酸性催化剂1-5、碱性催化剂1-5；该含硅原料包括下述至少一种硅藻土、沸石、膨润土、高岭土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠岩；该含钙原料包括石灰；该酸性催化剂包括下述的至少一种富马酸、马来酸，马来酸酐、水扬酸、丹宁酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸；该碱性催化剂包括下述的至少一种NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3。一种人工合成的水泥、混凝土掺合料产品的应用，其特征在于该产品适用于做混凝土、水泥和耐火保温材料的掺合料。该产品在混凝土中的用量为其中水泥用量的3-20％(重量)。该产品在水泥中的用量为1-5％(重量)。该产品在耐火保温材料中的用量为总量的3-10％(重量)。本专利技术的主要优点是1、本专利技术使用的原料大多是同类原料中的低档品，价格便宜，来源广泛，因此产品的价格比较低，仅为硅灰的70％以下。2、本专利技术采用人工合成的工艺，可通过控制生产工艺条件，制造出适合不同需求的系列产品，产品质量稳定。3、本专利技术的制造方法简单，容易控制，易于工业化大规模生产或因陋就简小批量制造。4、本专利技术的产品适合贮存、方便运输、使用方便、粉尘污染较小。下面结合较佳实施例和附图对本专利技术进一步说明附图说明图1为本专利技术的制造工艺流程图；图2为本专利技术的产品的X衍射图谱；图3为本专利技术的产品的红外光谱图；图4为水泥在水化时Ca2+离子的浓度分布图(开始)；图5为水泥在水化时Ca2+离子的浓度分布图(后期)；图6为混凝土中孔径的积分曲线图；图7为混凝土中孔径的微分曲线图；实施例1参阅图1，本专利技术的制造工艺流程包括如下步骤(一)选料本专利技术使用的原料为普遍存在于大自然中的廉价原料，包括硅藻土、沸石、膨润土、高岭土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠岩等含硅原料，还包括石灰等含钙原料，以及少量的碱性及酸性催化剂，本实施例中选用的原料为(重量份数)，硅藻土85-95、石灰3-10、NaOH1-2、Na2SiO31-2、Na2CO31-2、马来酸酐1-2、马来酸1-2。(二)加水粉磨将上述原料放入磨碎机中，加水5倍，加入酸性催化剂，混合粉磨1小时。(三)水热合成反应将上述混合料浆放入反应容器内，加入碱性催化剂混合均匀升温至80-95℃进行水热合成反应3-8小时，使原料破键溶解，生成水化硅酸钙凝胶(CaSiO3·XH2O)；(四)脱水干燥将上述反应产物进行离心脱水，随后放入干燥机内在100-250℃条件下干燥，使含水在2％以下；(五)粉磨用粉磨机进行磨细，使形成粒度在200-300目的灰白粉末。按常规方法包装成产品，制成本专利技术的产品Ⅰ。实施例2本专利技术的制造方法中，其原料配比还可以是(重量份数)硅藻土60-80石灰20-40Na2SiO3 1-2Na2CO3 1-2马来酸1-2用上述原料制成本专利技术的产品Ⅱ，其制造工艺与实施例1基本相同，故不重述。实施例3本专利技术的制造方法中，其原料配比还可以是(重量份数)膨润土70-75石灰25-35马来酸酐1-2碳酸钠1-4用上述原料制成本专利技术的产品Ⅲ，其制造工艺流程与实施例1基本相同，故不重述。上述本专利技术的方法制造的产品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要形成活性硅及水化硅酸钙凝胶(CaSiO3·XH2O)，具有常用掺合料硅灰相似的性能，其比表面积较大，一般在20-40m2/g之间，用于混凝土或水泥中做掺合料，可参与水泥的水化反应，起水化晶核的作用，又可吸收Ca(OH)2发生二次火山灰反应，还有物理填充作用，从而改善水泥石的结构，提高水泥和混凝土的抗压强度和耐久性。实施例4本专利技术产品的组成和性能实验，参阅图2和图3，本专利技术产品的主要成份可从X衍射和红外光谱图中得到证明。图2为本专利技术实施例1-3合成的产品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的X衍射图，其中的特征峰3.042和1.832表明本专利技术的产品中水化硅酸钙凝胶(CaSiO3·XH2O)为主要成份。图3为本专利技术实施例1-2合成的产品Ⅰ和Ⅱ的红外吸收光谱图，其中产品Ⅰ的特征吸收峰973-1014、640和456-480，及产品Ⅱ的特征吸收峰972-1010、638和430-456都表明本专利技术的产品中水化硅酸钙凝胶(CaSiO3·XH2O)为主要成份。参阅图4和图5，本专利技术产品具有加速水化反应的性能，可以从下述实验结果的Ca2+分布曲线图得到证明。图4的横坐标为时间(分)，纵坐为Ca2+在每立升中的毫克分子浓度，水灰比W/S=10，曲线0-0未加入本专利技术产品的曲线，曲线X-X为加入3％本专利技术产品的曲线，从图4中可见加入本专利技术的产品后，其Ca2+的浓度增加。图5的曲线表示在图4相同的条件下，延长时间后的曲线图，从图5中可见当灰水互溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工合成的水泥、混凝土掺合料的制造方法，该制造方法包括如下的步骤：（一）选料（按下述的配比选择原料），（重量份数）：含硅原料：６０－９５含钙原料：３－４０酸性催化剂：１－５碱性催化剂：１－５该含硅原料包括下述的至 少一种：硅藻土、沸石、膨润土、高岭土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠岩；该含钙原料包括石灰；该酸性催化剂包括下述至少一种：富马酸、马来酸、马来酸酐、水扬酸、丹宁酸、柠檬酸、乳酸、酒石酸；该碱性催化剂包括下述至少一种ＮａＯＨ、ＫＯＨ 、Ｎａ↓［２］ＣＯ↓［３］、Ｋ↓［２］ＣＯ↓［３］、Ｎａ↓［２］ＳｉＯ↓［３］；（二）加水粉磨：将上述原料放入磨碎机中，加水２－８倍，加入酸性催化剂，混合粉磨０．５－１．５小时，使其中的粗糙原料磨碎研细，便于以下的水热合成反应进行。 （三）水热合成反应：将上述混合料浆送入反应容器内，加入碱性催化剂，搅拌混合均匀，升温至６０－１００℃进行水热合成反应２－１０小时，使原料破键溶解，生成水化硅酸钙凝胶［ＣａＳｉＯ↓［３］.ＸＨ↓［２］Ｏ］；（四）脱水干燥：将上 述反应产物进行离心脱水，随后放入干燥机内，在８０－３５０℃条件下干燥，使含水在２％以下；（五）粉磨：用粉磨机进行磨细，使形成粒度在２００－３００目的灰白粉末。按常规方法包装成产品。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝立平，蔡美啸，
申请(专利权)人：郝立平，蔡美啸，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]