一種亞微米鈣礬石及其製備方法及作為早強劑在水泥基材料中的應用與流程
2023-09-20 12:00:40 1
本發明屬於建築材料領域，具體涉及一種亞微米鈣礬石及其製備方法及作為早強劑在水泥基材料中的應用。
背景技術：
硫鋁酸鹽水泥是主要的工程建築材料，具有早期強度高、耐久性好，可在負溫下水化，無毒，材料來源方便，價格低廉等優點。硫鋁酸鹽水泥呈現出向生態建築材料發展的趨勢，被廣泛應用於冬季施工、鐵路、水利工程等特殊領域。然而，在諸如客運專線錨固、水利修補等工程中，硫鋁酸鹽水泥的早期強度仍然不能滿足要求。
工程中經常使用外加劑來提高水泥的抗壓強度。目前常用的外加劑為碳酸鋰等鋰鹽化合物，然而鋰鹽外加劑在使用過程中，存在後期(如3天後)強度倒縮等現象。近年來，越來越多的學者將超細材料應用於建築領域來提高諸如強度、耐久性等方面的性能。如葉青等對納米SiO2在水泥基材料中的應用進行研究，結果表明納米SiO2具有比矽灰更高的火山灰活性，當納米SiO2摻量為2％-3％時，可以讓水泥硬化漿體的強度提高約50％。
與其他納米材料不同，鈣礬石是水泥重要水產物之一，其分子式3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，屬三方晶系，呈柱狀結構。在硫鋁酸鹽水泥水化產物中可達25％以上。目前尚無關於鈣礬石作為早強劑在水泥基材料中應用的報導。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種亞微米鈣礬石及其製備方法及作為早強劑在水泥基材料中的應用。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下：
一種亞微米鈣礬石，通過下述製備方法獲得：將可與水互溶的有機溶劑與水混合作為溶劑，分別配製鋁鹽、鈣鹽、燒鹼溶於上述溶劑的溶液，將三者同時倒入全返混爆式成核反應器中，進行成核反應2-3min，之後在20-50℃下回流晶化2-20h，離心洗滌至中性後乾燥，得到亞微米鈣礬石。
可與水互溶的有機溶劑與水的體積比例為1:1-10。
所述的可與水互溶的有機溶劑優選為甲醇、乙醇、丙酮、丙醇、丁醇或四氫呋喃。
配製鋁鹽、鈣鹽、燒鹼的溶液時，鈣鹽溶液濃度為0.001-5mol/L，鋁鹽按混合後鈣鋁濃度比為1-8:1，燒鹼按合成鈣礬石完全沉澱所需量的95％-125％配成鹼溶液，混合時三者等體積加入。
回流晶化的溫度優選50℃。
離心洗滌時優選用熱水離心洗滌8-10次。
乾燥時於50-60℃優選55℃烘箱中進行。
所述亞微米鈣礬石作為早強劑在水泥基材料中有很好的應用。
具體的，將亞微米鈣礬石均勻分散於水中，並按照硫鋁酸鹽水泥質量的0.1％-5％添加亞微米鈣礬石，攪拌混合均勻。
優選的，控制水灰比為0.29-1.0，優選0.6。
將亞微米鈣礬石分散於水中時，可先將亞微米鈣礬石加入水中攪拌，之後超聲5分鐘。
鈣礬石的形成可控制水泥漿體的凝結時間並且在早期強度的形成方面起主要作用。因此，將亞微米鈣礬石添加到硫鋁酸鹽水泥基注漿材料中，提供水泥水化產物的晶種，能夠促進硫鋁酸鹽水泥的水化，從而促進各齡期強度的發展。從效果來看，將亞微米鈣礬石添加到硫鋁酸鹽水泥中，不僅顯著提高了1、3、7天的抗壓強度，而且28天抗壓強度也不產生倒縮。與空白基準樣品相比，其1d抗壓能力增加了120.5％-141.7％，3d抗壓強度增加了62.6％-85.5％，7d時抗壓能力增加了82.6％-96.7％，顯著提高了注漿材料的各齡期的強度。
本發明與現有技術相比，具有如下優點：
本發明製備亞微米鈣礬石，製備方法簡單，合成條件溫和，易於操作，重複性好；將亞微米鈣礬石添加到硫鋁酸鹽水泥基注漿材料中，能顯著提高硫鋁酸鹽水泥各齡期的強度，特別是能顯著提高水泥材料的早期強度，且後期強度不發生倒縮現象。
附圖說明
圖1為亞微米鈣礬石粉體的XRD圖；
圖2為實施例1製得的亞微米鈣礬石的SEM圖；
圖3為實施例2製得的亞微米鈣礬石的SEM圖。
具體實施方式
以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不限於此：
下述實施例中所用的原材料，如無特別說明，均為市售。
實施例1
亞微米鈣礬石，製備方法如下：
稱取14.16g Ca(NO3)2·4H2O溶於煮沸冷卻的去離子水(煮沸是為了排除水中二氧化碳的幹擾)和丙酮的混合液(去離子水66.7ml，丙酮33.3ml)中；稱取6.6642g Al2(SO4)3·18H2O溶於煮沸冷卻的去離子水和丙酮的混合液(去離子水66.7ml，丙酮33.3ml)中；稱取NaOH 24g(0.6mol)溶於另一份煮沸冷卻的去離子水和丙酮的混合液中(去離子水66.7ml，丙酮33.3ml)；將三種溶液迅速於全返混爆發式成核反應器中混合，反應2min，然後將漿液在50℃下回流晶化10h,然後用熱水離心洗滌8次，至pH值7左右，放入55℃烘箱中乾燥，得到亞微米鈣礬石。
稱取60g上述製備的亞微米鈣礬石溶於水中，攪拌10分鐘並超聲5分鐘，按硫鋁酸鹽水泥質量的2％添加亞微米鈣礬石，水灰比為0.6，攪拌混合均勻，最後成型。
實驗結果表明，上述製備得到的硫鋁酸鹽水泥，其1d的抗壓強度提升至300.7％，3d的抗壓強度提升至917.9％，7d的抗壓強度提升至175.4％，28天抗壓強度提高至143.8％。
實施例2
亞微米鈣礬石，製備方法如下：
稱取14.16g Ca(NO3)2·4H2O溶於煮沸冷卻的去離子水和丙酮的混合液(去離子水75ml，丙酮25ml)中；稱取6.6642g Al2(SO4)3·18H2O溶於煮沸冷卻的去離子水和丙酮的混合液(去離子水75ml，丙酮25ml)中；稱取NaOH 24g(0.6mol)溶於另一份煮沸冷卻的去離子水和丙酮的混合液(去離子水75ml，丙酮25ml)中；將三種溶液迅速於全返混爆發式成核反應器中混合，反應3min,後將漿液在50℃下回流晶化10h,然後用熱水離心洗滌10次，至pH值7左右，放入55℃烘箱中乾燥，得到亞微米鈣礬石。
稱取60g上述製備的亞微米鈣礬石溶於水中，攪拌10分鐘並超聲5分鐘，按硫鋁酸鹽水泥質量的2％添加亞微米鈣礬石，水灰比為0.6，攪拌混合均勻，最後成型。
實驗結果表明，用上法製備得到的硫鋁酸鹽水泥，其1d的抗壓強度提升至415.7％，3d的抗壓強度提升至962.2％，7d的抗壓強度提升至187.3％,28天抗壓強度提升至150.8％。
表1為添加鈣礬石的硫鋁酸鹽水泥各齡期的抗壓強度。
表1
上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。