一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂制造技术

本发明专利技术公开了一种磷石膏基胶凝材料改性剂，该改性剂包含通过促进胶凝材料自身水化原位形成Mg

【技术实现步骤摘要】
一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种通过促进胶凝材料自身水化形成水镁石，从而提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂。

技术介绍

[0002]磷石膏作为湿法生产磷酸产生的固体废弃物由于其杂质含量较高，应用性能远不如其他副产石膏，因此利用率较低，世界范围内的堆积总量已超过40亿吨。为了减小磷石膏大量堆积占用的土地资源及堆场维护成本，并降低杂质释放污染土壤及地下水的风险，实现磷石膏的低成本、大掺量及高性能化应用已成为国内外的研究热点。
[0003]在诸多应用领域中，一种过硫磷石膏胶凝材料替代硅酸盐水泥并应用于部分基础设施及水泥制品的技术得到了高度重视，该技术在大掺量利用磷石膏的同时也大大降低了传统硅酸盐水泥生产带来的碳排放和能源消耗。这种磷石膏基胶凝材料基于全固废胶凝材料设计思路，根据应用环境的不同可调整各组分占比以达到调控其强度发展的目的。以设计标号为42.5的胶凝材料为例，通过调整各物相比例，磷石膏的质量占比可提高至40％及以上。然而由于磷石膏中存在的氟、磷杂质较高，将在水化阶段溶出造成严重的缓凝作用，且根据各批次磷石膏中杂质含量的不同及胶凝材料设计的磷石膏掺量不同，基体的凝结时间以及强度发展将有较大的区别；此外，由于磷石膏基胶凝材料是一种钙矾石基胶凝材料，体系碱度较低极易碳化，在自然环境中表面极易起灰，严重限制了其应用范围。
[0004]CN102745924A公开了一种缩短磷石膏基水泥混凝土凝结时间的磷石膏改性方法，即通过加入少量钢渣、矿粉与磷石膏混合湿磨以达到沉淀杂质的目的，尽管如此，利用该方法制备的过硫磷石膏胶凝材料依旧表现出较长的凝结时间。CN114230301A公开了一种磷石膏硬化剂及其制备方法和应用，该硬化剂仅适用于对胶凝材料强度等级要求较低的工程环境，如运用于道路基层等方面，应用空间有限。CN107056115A公布了一种用于磷石膏基胶凝材料的促凝型早强剂及其制备方法，该早强剂通过煅烧等工艺制备，流程较为繁琐，且相对矿物掺合料的水化，通过无机外加剂对早期性能进行调控时容易对后期强度发展造成影响，即在后期的强度增长速率减缓甚至倒缩，需要精确把握掺量。CN102249580A公开的一种提高磷石膏基水泥抗碳化性能的方法，通过直接引入氢氧化镁的方式提高基体抗碳化性能，虽然表现出较好的抗碳化性能，然而单纯掺入镁质原料会在水化早期影响基体的凝结硬化，早期强度发展不好；此外，对于过硫磷石膏胶凝材料这种低碱度胶凝材料，若氢氧化镁掺量过高，在孔溶液中缺少氢氧化钙的情况将直接与硅酸盐反应生成镁凝胶，从而破坏基体的胶凝结构。因此，如何通过一种简单、有效的手段提升抗碳化性能兼顾强度发展还需要进一步探索。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术上存在的问题，本专利技术提供一种用于磷石膏基胶凝材料的改性
剂，通过促进胶凝材料自身水化形成水镁石从而加快磷石膏基胶凝材料凝结硬化及提高抗碳化性能。该改性剂可有效缩短磷石膏基胶凝材料的凝结时间，提高各龄期强度发展及自身抗碳化性能。
[0006]本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
[0007]一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂，由矿物组分和水化促进剂组成；所述矿物组分按质量百分比计包括钙基碱激发剂50％～80％、活性钙硅质矿物掺合料10％～30％、活性铝硅质矿物掺合料10％～20％；所述水化促进剂包括镁质原料及早强剂；其中，镁质原料分为I类和II类。
[0008]上述方案中，I类镁质原料主要以固体粉末的形式存在，包括氢氧化镁、重烧氧化镁及轻烧氧化镁等中的一种或几种；II类镁质原料主要以镁离子形式存在于溶液中，通过溶液拌和水泥基材料而引入，包括镁盐溶液(如硝酸镁溶液)、海水、卤水等。
[0009]上述方案中，使用I类镁质原料时，水化促进剂中的I类镁质原料和早强剂的用量分别为矿物组分总质量12％～30％、1％～3％。
[0010]上述方案中，使用II类镁质原料时，可直接采用硝酸镁溶液等镁盐溶液或者直接获取卤水和海水等，其中镁离子浓度不超过0.2mol/L。该II类镁质原料将直接代替自来水用于磷石膏基胶凝材料水泥砂浆的制备过程即可，无需添加I类镁质原料。
[0011]上述方案中，早强剂包括三乙醇胺、三异丙醇胺等，均为化学纯。
[0012]上述方案中，钙基碱激发剂包含普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥或水泥熟料、煅烧脱水相等，强度等级为42.5或52.5。
[0013]上述方案中，活性钙铝质掺合料包括S95级及以上的矿粉、I级粉煤灰等，比表面积为400～500m2/kg。
[0014]上述方案中，活性硅铝质掺合料包括偏高岭土、煅烧煤矸石、赤泥等，其中氧化物组分(SiO2+Al2O3+Fe2O3)大于70％。
[0015]上述磷石膏基胶凝材料改性剂的制备方法，将矿物组分和水化促进剂按上述配比混合后，进行湿磨10～20min即可直接使用，也可以烘干后使用并保存。其中，湿磨过程中的水固比推荐值在0.3
‑
0.5之间。
[0016]在上述磷石膏基胶凝材料改性剂的基础上，本专利技术还提供一种磷石膏基胶凝材料水泥砂浆，包括胶凝材料和水、石英砂，石英砂与胶凝材料的重量比在2～4范围内，水与胶凝材料的重量比在0.3～0.5范围内；所述的胶凝材料按质量百分比计包括改性磷石膏30％～50％、矿物掺合料35％～60％及本专利技术所述磷石膏基胶凝材料改性剂5％～15％，三者重量百分比加和为100％。该磷石膏基胶凝材料水泥砂浆的28d抗压强度范围为20～60MPa。
[0017]上述磷石膏基胶凝材料水泥砂浆的制备方法，按照上述磷石膏基胶凝材料水泥砂浆配方量，分别称取改性磷石膏、矿物掺合料(优选矿粉等)和改性剂，以及石英砂和水，倒入行星式砂浆搅拌机中搅拌2～5分钟使之均匀混合即可。其中，若改性磷石膏和改性剂均为湿磨处理后得到的浆状物质，则在搅拌过程中需要根据设计水灰比扣除湿磨过程中的用水量。在条件合适的地区，改性剂中的镁质材料可以通过海水或卤水等II类镁质原料引入，在改性剂制备及水泥、砂浆制备的过程中均采用海水(或卤水)拌和，无需添加I类镁质原料。
[0018]上述方案中，所述改性磷石膏的制备方法为：按质量百分比计，将94％～96％磷石
膏与4％～6％的沉淀剂均匀混合或湿磨20～40min后，陈化8～24h获得改性磷石膏粉/改性磷石膏浆。其中，沉淀剂可选择普通硅酸盐或硅酸盐水泥及熟料、煅烧脱水相、生石灰、钢渣、电石渣等。
[0019]本专利技术的主要技术构思如下：
[0020]1)相较于以水泥、熟料、生石灰、钢渣、氢氧化钠、硅酸钠等一种或多种复合得到的改性剂而言，本专利技术设计的改性剂通过加入活性硅铝质矿物掺合料，即偏高岭土、煤矸石或赤泥，在湿磨及早强剂的双重作用下，在水化早期快速溶解提供铝酸盐、硅酸盐并促进水泥水化，加快了早期钙矾石及凝胶的形成，有效缩短了凝结时间；这种水化促进效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂，其特征在于它由矿物组分和水化促进剂组成；所述矿物组分按质量百分比计包括钙基碱激发剂50％～80％、活性钙硅质矿物掺合料10％～30％、活性铝硅质矿物掺合料10％～20％；所述水化促进剂包括镁质原料及早强剂，镁质原料和早强剂的用量分别为矿物组分总质量12％～30％、1％～3％；其中，所述的镁质原料为氢氧化镁、重烧氧化镁及轻烧氧化镁中的一种或几种。2.一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂，其特征在于它由矿物组分和水化促进剂组成；所述矿物组分按质量百分比计包括钙基碱激发剂50％～80％、活性钙硅质矿物掺合料10％～30％、活性铝硅质矿物掺合料10％～20％；所述水化促进剂包括镁质原料及早强剂；所述的镁质原料为镁盐溶液、海水、卤水中的一种或几种，镁离子浓度不超过0.2mol/L。3.根据权利要求1或2所述的一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂，其特征在于所述早强剂为三乙醇胺、三异丙醇胺中的一种或两种。4.根据权利要求1或2所述的一种提高磷石膏基胶凝材料凝结硬化性能及抗碳化性能的改性剂，其特征在于所述钙基碱激发剂包括硅酸盐或普通硅酸盐水泥、熟料、煅烧脱水相中的一种或几种；活性钙铝质掺合料包括S95级及以上的矿粉、I级粉煤灰中的一种或几种，比表面积为400～500m2/kg；所述活性硅铝质掺合料包括偏高岭土、煅烧煤矸石、赤泥中的一种或几种，其中氧化物组分(SiO2+Al2O3+Fe2O3)大于70％。5.权利要求1所述的磷石膏基胶凝材料改性剂的制备方法，其特征在于将矿物组分和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：水中和，王紫嫣，孙涛，练久阳，吴赤球，
申请(专利权)人：湖北昌耀新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：