一种高抗硫硅酸盐水泥熟料、水泥及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种高抗硫硅酸盐水泥熟料、水泥及其应用。所述水泥熟料包括C3S 45～65％、C2S 15～35％、C3A 0～5％、高铁铝比铁相C6AF

【技术实现步骤摘要】
一种高抗硫硅酸盐水泥熟料、水泥及其应用


[0001]本专利技术涉及硫硅酸盐水泥
，具体涉及一种高抗硫硅酸盐水泥熟料、水泥及其应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]普通硅酸盐水泥是硫酸盐环境中使用最多的胶凝材料，但是普通硅酸盐水泥存在着抗硫酸盐侵蚀性能差的问题，因此需要改善硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能，使其能够更广泛地应用到硫酸盐环境中。现有技术在硅酸盐水泥熟料中设计高含量的铁铝酸四钙(C4AF)，含量在18～35％，这可能会导致熟料生产过程中窑结皮、熟料结大块等问题产生。还有研究人员采用制备高铁相重构钢渣微粉(矿物主要为C4AF)与普通硅酸盐水泥熟料复合制备成水泥，提高了抗硫酸盐侵蚀性能，但钢渣化学组分复杂，且分相制备后将消耗大量能源。除此之外，现有技术多采用矿物掺合料提高硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能，但矿物掺合料的加入会使硅酸盐水泥的强度下降，使水泥不适用于某些特定情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高抗硫硅酸盐水泥熟料、水泥及其制备方法与应用。本专利技术通过在硅酸盐水泥熟料中设计高铁铝比铁相，并使高抗硫硅酸盐水泥熟料与纳米氢氧化铁凝胶复合协同，有效改善了水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。为实现上述目的，本专利技术如下所述的技术方案。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种高抗硫硅酸盐水泥熟料，以质量百分数计，该水泥熟料包括：C3S 35～60％、C2S 15～35％、C3A 0～7％、高铁铝比铁相C6AF2(C2Al
0.33
Fe
0.67
O5)10～23％。
[0006]进一步地，所述水泥熟料是由包括以下重量份的组分煅烧而成：氧化钙62～92份、二氧化硅1～29份、氧化铝0.1～10份、氧化铁0.1～10份。
[0007]进一步地，所述煅烧工艺包括：首先在270min～284min内升温至1350℃～1420℃，然后在该温度下保温30min～40min。
[0008]第二方面，本专利技术提供一种高抗硫硅酸盐水泥，其包括所述高抗硫硅酸盐水泥熟料、二水硫酸钙、纳米氢氧化铁凝胶。
[0009]进一步地，所述二水硫酸钙掺量为高抗硫硅酸盐水泥熟料质量的3％～5.3％。
[0010]进一步地，所述纳米氢氧化铁凝胶掺量为高抗硫硅酸盐水泥熟料质量的0.05～0.5％。优选地，所述纳米氢氧化铁凝胶的平均粒径小于100nm，更优选为10～50nm。
[0011]进一步地，所述纳米氢氧化铁凝胶是由氢氧化钠与铁盐在分散剂的螯合作用与分散作用下反应而成的凝胶。
[0012]进一步地，所述纳米氢氧化铁凝胶的制备方法包括：将铁盐溶液、碱液、改性分散剂形成的反应液在超声搅拌条件下反应，即得。所述改性分散剂为三乙醇胺、磷酸二氢钾、磷酸一氢钠和水形成的混合液，该混合液中三乙醇胺的体积浓度为7ml/L～13ml/L、磷酸二氢钾、磷酸一氢钠的摩尔浓度均为0.05M～0.1M。
[0013]本专利技术的这种改性分散剂可以有效降低氢氧化铁凝胶的晶核大小，形成纳米级的氢氧化铁凝胶。三乙醇胺可使形成的纳米氢氧化铁凝胶不易团聚，抑制晶核长大，形成稳定的悬浮液；此外三乙醇胺溶液还作为纳米氢氧化铁凝胶提供晶核，促进纳米氢氧化铁凝胶的形成。所述磷酸二氢钾与磷酸一氢钠使改性分散剂体系整体呈弱酸性，防止纳米氢氧化铁凝胶由于快速生成导致晶核过大的问题产生。
[0014]可选地，所述铁盐包括：硝酸铁、氯化铁、硫酸铁、溴化铁、碘化铁、氟化铁、硝酸亚铁、醋酸亚铁等中的至少一种。
[0015]可选地，所述碱液包括：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、氨水等中的至少一种。
[0016]可选地，以Fe
3+
：OH
‑
计，所述铁盐溶液和碱液的摩尔比范围为1：2～4。应当理解的是，所述Fe
3+
、OH
‑
分别由所述铁盐、碱液提供。
[0017]可选地，所述反应液中Fe
3+
、OH
‑
的摩尔浓度范围分别为1M～6M、1M～6M，也可以根据实际需要选择其他适合的浓度。
[0018]可选地，所述超声搅拌功率为300W～600W，所述反应时间范围为10min～30min。在超声搅拌条件下有助于所述铁盐、碱液充分分散在分散剂中，有利于形成纳米态的所述氢氧化铁凝胶。
[0019]进一步地，所述反应在冰水浴中进行，即在反应过程中尽可能保持分散剂处于低温状态，有助于降低生成的氢氧化铁凝胶的晶核尺寸。
[0020]第三方面，本专利技术提供所述高抗硫硅酸盐水泥的制备方法，包括：将所述高抗硫硅酸盐水泥熟料、二水硫酸钙、纳米氢氧化铁凝胶混合均匀，即得。
[0021]第四方面，本专利技术提供所述高抗硫硅酸盐水泥熟料、高抗硫硅酸盐水泥在建筑、桥梁、公路、隧道等领域中的应用。
[0022]相较于现有技术，本专利技术至少具有以下方面的有益效果：
[0023](1)本专利技术的高抗硫硅酸盐水泥通过高铁铝比铁相C6AF2显著提高了硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀能力。其原因在于：第一，这种高铁铝比铁相在水化后能够产生具有更高抗硫酸盐侵蚀性能的含铁水石榴石(C3(A,F)H6)，这种水石榴石与SO
42
‑
接触后会生成含铁钙矾石，一方面实现了游离SO
42
‑
的固化，消除SO
42
‑
的腐蚀性。另一方面，与传统C4AF产生的钙矾石相比，由所述含铁水石榴石转变而成的含铁钙矾石能够更好地填充硬化水泥浆体内部的孔隙，这是因为这种含铁钙矾石的形貌为杆状或棒状，而不是C4AF产生的细长针状的钙矾石。第二，硫酸盐环境会导致硬化水泥浆体中的产物AFm向AFt转变，这种转变会导致产物形貌由层状转变为针棒状的钙矾石，体积膨胀，造成水泥性能下降。为了克服上述问题，本专利技术在水泥熟料中加入了特殊组成的高铁铝比铁相C6AF2，由于这种高铁铝比铁相具有更低的溶解度积与更低的吉布斯自由能，生成的含铁钙矾石则能够很好地抑制上述的不利转变，具有更好的稳定性，提高高抗硫硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。
[0024](2)本专利技术发现，本专利技术的高抗硫硅酸盐水泥中的纳米氢氧化铁凝胶的加入降低
了水泥浆体内部的成核势垒，有利于铁胶(FH3)与含铁水石榴石(C3(A,F)H6)的成核，从而形成更多的FH3与含铁钙矾石填充硬化水泥体内部的孔隙，提高了水泥水化致密度和抗侵蚀能力。此外，所述纳米氢氧化铁凝胶还在水泥体系中引入了大量Fe
3+
离子，进一步提升了所述含铁钙矾石的稳定性，抑制了AFt向AFm的转变，从而能够更好地提高本专利技术中高抗硫硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。
[0025](3)试验显示，与含有相同含量的C4AF的普通硅酸盐水泥中相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高抗硫硅酸盐水泥熟料，其特征在于，以质量百分数计，该水泥熟料包括：C3S 35～60％、C2S 15～35％、C3A 0～7％、高铁铝比铁相C6AF2(C2Al
0.33
Fe
0.67
O5)10～23％。2.根据权利要求1所述的高抗硫硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述水泥熟料是由包括以下重量份的组分煅烧而成：氧化钙62～92份、二氧化硅1～29份、氧化铝0.1～10份、氧化铁0.1～10份；优选地，所述煅烧工艺包括：首先在270min～284min内升温至1350℃～1420℃，然后在该温度下保温30min～40min。3.一种高抗硫硅酸盐水泥，其特征在于，包括：二水硫酸钙、纳米氢氧化铁凝胶、权利要求1或2所述的高抗硫硅酸盐水泥熟料。4.根据权利要求3所述的高抗硫硅酸盐水泥，其特征在于，所述二水硫酸钙掺量为高抗硫硅酸盐水泥熟料质量的3％～5.3％。5.根据权利要求3所述的高抗硫硅酸盐水泥，其特征在于，所述纳米氢氧化铁凝胶掺量为高抗硫硅酸盐水泥熟料质量的0.05～0.5％；优选地，所述纳米氢氧化铁凝胶的平均粒径小于100nm，更优选为10～50nm。6.根据权利要求3～5任一项所述的高抗硫硅酸盐水泥，其特征在于，所述纳米氢氧化铁凝胶是由氢氧化钠与铁盐在分散剂的螯合作用与分散作用下反应而成...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓磊，邵玉林，程新，董祎然，张响，杜鹏，侯鹏坤，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：