提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法技术

本发明专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，所述石膏矿渣水泥制品由脱硫石膏、硅酸盐水泥、矿渣粉、粉煤灰、氢氧化钠、纳米二氧化硅、减水剂、砂和水制备而成，该方法涉及的工艺简单、无需高温养护(能耗少)、熟料粉掺量少、成本低、不会产生二次污染，并能大量使用石膏等工业废渣，具有重要的环境和经济效益。具有重要的环境和经济效益。具有重要的环境和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法


[0001]本专利技术属于工业废弃物绿色化应用领域，具体涉及到一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法。

技术介绍

[0002]水泥行业年碳排放量约为人为碳排放总量的5％，实现水泥行业节能减排，是完成“碳达峰、碳中和”的有效举措。石膏矿渣水泥，又称超硫酸盐水泥，是由75％
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85％的矿渣、10％
‑
20％的石膏以及1％
‑
5％的碱性成分混合粉磨而成的一种低碳胶凝材料，碳排放量仅为硅酸盐水泥的10％。
[0003]我国工业副产石膏产量巨大，近年来每年工业副产石膏总产生量都超了2亿吨，由于我国工业副产石膏资源化利用起步较晚，利用率较低，仅为30％，目前累积堆存量已超过11亿吨，且分布广泛，全国各地均有一定产量。石膏矿渣水泥具有低水化热、良好的抗硫酸盐侵蚀性能，适用于制备大体积混凝土或抗侵蚀混凝土，但实验室加速试验表明，在硫酸盐侵蚀下石膏矿渣水泥性能仍会劣化，因此，提供一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法已是一个值得研究的问题。
[0004]矿渣为生铁冶炼厂排出的高炉矿渣，这一过程是钢铁生产的重要环节，这一过程中高炉炼铁由高温急速冷却后玻璃体的残渣形成矿渣，其活性较高，化学成分主要为的二氧化硅，三氧化二铝，氧化镁，氧化钙，氧化铁等组成。以往的应用中，通常加入到混凝土中代替水泥作为胶凝材料，矿渣可以提升混凝土的后期强度，通过降低混凝土的气孔率来提升抗渗透性能。
[0005]粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为:SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，成为我国当前排量较大的工业废渣之一。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。但粉煤灰可资源化利用，如作为混凝土的掺合料等。

技术实现思路

[0006]1.硫酸盐在石膏矿渣水泥内部孔隙内因干湿循环导致发生重复结晶膨胀，从而导致对石膏矿渣水泥体系形成物理性侵蚀，在外界潮湿的环境下，硫酸盐溶液通过毛细孔，进入石膏矿渣水泥体系内部。在干燥环境下，孔隙中的水分蒸发，硫酸盐在孔隙中结晶，形成硫酸盐晶体。在硫酸盐结晶的过程中，产生的固相的体积将会膨胀4～5倍，导致石膏矿渣水泥体系开裂。为解决这一问题现加入NaOH，NaOH会与石膏矿渣水泥中的SiO2反应生成Na2SiO3和NaAlO2，进一步与CH发生火山灰反应促进了C
‑
S
‑
H、C
‑
A
‑
H胶凝材料的生成，因此，NaOH可以促进石膏矿渣水泥体系胶凝材料的增长，使石膏矿渣水泥体系更加密实，孔隙率下降，降低离子传输性能。
[0007]2.水泥水化后形成的CH以及C
‑
S
‑
H凝胶脱出的钙离子会和硫酸盐反应生成石膏。孔溶液的pH值以及溶液中的硫酸盐浓度会影响石膏的形成，有学者认为，石膏的生成需要一个最低的硫酸盐浓度为3000mg/L，当p H值升高时，则需要更高硫酸盐浓度才能满足石膏生成。而石膏的形成会导致固相的体积增大原来的124％，受石膏结晶生长压力的作用，当结晶压力达到一定时，石膏矿渣水泥体系会膨胀开裂，造成破坏。针对这一问题，本实验添加了粉煤灰，粉煤灰的加入替代了部分水泥，减少了体系中水泥的用量，相应减少了水化体系内的CH，同时粉煤灰会与CH发生火山灰反应，消耗了部分CH，从而导致水化后的CH含量降低，因此，会有更少的石膏生成。
[0008]3.硫酸盐进入石膏矿渣水泥体系内部，会和C
‑
S
‑
H凝胶、CO
32
‑
、Ca
2+
、SO
42
‑
共同反应生成碳硫硅钙石，同时众多的研究表明，只有在温度低于15℃时，石膏矿渣水泥体系在具有碳酸盐和水分充足情况下，碳硫硅钙石才能够生成。碳硫硅钙石的生成会导致胶凝性下降，石膏矿渣水泥体系强度降低，结构解体，失去服役性能。另外在钙矾石和石膏的形成过程中，当CH被消耗完毕，在C
‑
S
‑
H凝胶中的Ca
2+
会脱离进入孔溶液，参与反应生成侵蚀产物，较多的钙离子从C
‑
S
‑
H凝胶中脱出会导致C
‑
S
‑
H凝胶脱钙失去胶凝性，造成石膏矿渣水泥体系的性能丧失。本研究加入纳米二氧化硅解决这一问题，纳米二氧化硅的反应活性较高，使得石膏矿渣水泥体系的致密度增加，减少了硫酸盐的进入和侵蚀进程，从而使得侵蚀产物的产生较少。同时，纳米二氧化硅的高反应活性在水化早期可以短时间内消耗较多的CH，形成额外的C
‑
S
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H凝胶，在这一作用下，石膏矿渣水泥体系的性能得以保留。
[0009]本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，其特征在于：在石膏矿渣水泥原料组分中加入外加剂和活化剂进行混合，所述石膏矿渣水泥原料包括脱硫石膏、矿渣粉和硅酸盐水泥，外加剂加入石膏矿渣水泥原料组分后，各原料所占质量分数为：脱硫石膏100
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250份，矿渣粉600
‑
750份，硅酸盐水泥50份，粉煤灰50
‑
150份、水440
‑
500份、机制砂1350份、减水剂4
‑
6份、氢氧化钠6
‑
8份、纳米二氧化硅10
‑
20份，所述各原料采用下述粉磨和混合方法：
[0011]将脱硫石膏粉磨至比表面积大于200
㎡
/kg，矿渣粉磨至比表面积大于480
㎡
/kg，粉煤灰磨至比表面积大于480
㎡
/kg，然后和硅酸盐水泥混合均匀，将活化剂融于水中后加入搅拌机一起搅拌，最后加入机制砂搅拌制成石膏矿渣水泥砂浆试件。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]1.在我国，众多建筑物已经遭受到硫酸盐的侵蚀破坏，并且很大一部分已经严重危及到建筑物的安全使用。在我国的沿海地区、西部的重盐渍地区以及东北地区，建筑物受到硫酸盐侵蚀是一种非常严重和常见的现象。因此，提高石膏矿渣水泥体系的抗硫酸盐侵蚀性能受到人们的日益关注，提高石膏矿渣水泥体系的抗硫酸侵蚀性能对提高其服役寿命具有重要的意义。本专利技术加入NaOH、粉煤灰、纳米二氧化硅可以在很大程度上抵抗硫酸盐的侵蚀。
[0014]2.NaOH能够解决内部孔隙变大导致的总体体积膨胀开裂问题。由于NaOH会与石膏矿渣水泥中的SiO2反应生成Na2SiO3和NaAlO2，进一步与CH发生火山灰反应促进了C
‑
S
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，其特征在于，按重量份计，包含有以下组分：脱硫石膏100
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250份，矿渣粉600
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750份，硅酸盐水泥50份，粉煤灰50
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150份、水440
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500份、机制砂1350份、减水剂4
‑
6份、氢氧化钠6
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8份、纳米二氧化硅10
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20份。所述提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，包括如下制备步骤：1)将脱硫石膏、矿渣粉、硅酸盐水泥、粉煤灰放入烘干箱中烘干水分待用；2)将步骤1)得到的脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰分别放入球磨机中进行研磨待用；3)将步骤2)中研磨完成的脱硫石膏、矿渣粉、粉煤灰和水泥放入搅拌机中进行搅拌30s；4)将纳米二氧化硅、氢氧化钠、减水剂和水到入搅拌好的步骤3)中继续搅拌30s；5)将机制砂倒入步骤4)中慢搅30s，快搅30s；6)将步骤5)搅拌好的浆体停止60s，快速搅拌60s后倒入磨具；7)将步骤6)装好的磨具放到振动台震动120s后放入养护室养护24h可脱模。2.根据权利要求1所述的一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述的脱硫石膏比表面积大于200
㎡
/kg。3.根据权利要求1所述的一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述的矿渣粉比表面积大于480
㎡
/kg。4.根据权利要求1所述的一种提高石膏矿渣水泥制品抗硫酸盐侵蚀性能的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延年，李琦，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：