一種無機礦物聚合物緩凝劑及其製備方法與流程

2023-09-20 12:14:50

本發明屬於建築材料技術領域，具體涉及一種無機礦物聚合物緩凝劑及其製備方法。

背景技術：
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無機礦物聚合物膠凝材料是一種新型膠凝材料，作為水泥的替代品，無機礦物聚合物具有以下諸多優勢：(1)力學性能、耐久性能、耐高溫性能及耐腐蝕性能顯著提升；(2)生產過程中不使用石灰石原料，CO2排放量顯著降低(僅為矽酸鹽水泥的1/5)；(3)生產過程中無需粉磨，基本不排放粉塵，不提升PM2.5水平，保護環境空氣品質；(4)生產過程常溫製備，能源消耗顯著降低。除上述優勢之外，無機礦物聚合物的原料主要為各種矽鋁質礦物和工業固體廢物，據《中國礦產資源節約與綜合利用報告(2015)》顯示，我國尾礦和廢石累積堆存量目前已接近600億噸，其中尾礦堆存146億噸(83％產生於金屬礦)，廢石堆存438億噸(75％為煤矸石)。因此，無機礦物聚合物的推廣應用可消納大量工業固體廢棄資源，環保意義重大。

但是，無機礦物聚合物做為膠凝材料還很難應用於實際工程中，其中主要原因之一就是其凝結時間過快，無法像水泥一樣進行大規模製備混凝土。由於無機礦物聚合物的凝結機理與水泥不同，水泥用緩凝劑無法作用於無機礦物聚合物。另外，由於無機礦物聚合物不像水泥一樣是一種標準的產品，其原料組成、原料產地、配比、激發方法及施工工藝都會影響到最終的性能，尤其是無機礦物聚合物的凝結時間。目前製備無機礦物聚合物的最常用激發劑為水玻璃和氫氧化鈉的混合溶液，根據兩者之間的比例，可以調試出不同模數的水玻璃，不同模數的水玻璃對無機礦物聚合物原料的激發效果不同，目前大多採用低模數水玻璃製備無機礦物聚合物，即水玻璃模數為0.8～1.8。而不同體系無機礦物聚合物中水玻璃摻量對無機礦物聚合物凝結時間影響也很大，水玻璃摻量為液體重量的40～50％時，其初凝時間一般為15～30分鐘(當水玻璃模數為0.8～1.0，水玻璃摻量為50％時，其初凝時間可以達到10分鐘之內)。水玻璃的模數及摻量是影響無機礦物聚合物凝結時間的主要影響因素之一。由於無機礦物聚合物凝結時間過快且不可控，使得其很難應用於實際工程中。

技術實現要素：
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本發明的目的是針對現有技術中存在的不足，提供一種無機礦物聚合物緩凝劑及其製備方法，本無機礦物聚合物緩凝劑不僅可以有效的減緩無機礦物聚合物的凝結時間，而且還對無機礦物聚合物的抗壓強度有一定促進作用。

為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl210～40份，酒石酸5～10份，Ba(NO3)25～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份，水40～45份。

優選地，ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水40份。

優選地，ZnCl220份，酒石酸8份，Ba(NO3)220份，MgSO45份，Al2(SO4)35份，水42份。

優選地，ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份，Al2(SO4)32份，水44份。

優選地，ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水45份。

所述的無機礦物聚合物緩凝劑應用於無機礦物聚合物的製備中，無機礦物聚合物製備的原料之一為水玻璃，水玻璃模數為0.8～1.8，水玻璃摻量為20～60％，具體如下：

當模數為0.8～1.2，水玻璃摻量為40～60％時，所述的無機礦物聚合物緩凝劑的各原料重量份數為：ZnCl230～40份，酒石酸8～10份，Ba(NO3)25～10份，MgSO42～5份，Al2(SO4)32～5份，水40～42份；

上述無機礦物聚合物緩凝劑中的ZnCl2質量百分數≥30％；

上述無機礦物聚合物緩凝劑中的酒石酸質量百分數≥8％；

當模數為1.2～1.8，水玻璃摻量為20～40％時，所述的無機礦物聚合物緩凝劑的各原料重量份數為：ZnCl210～30份，酒石酸5～8份，Ba(NO3)210～35份，MgSO42～10份，Al2(SO4)32～10份，水40～45份。

上述無機礦物聚合物緩凝劑中的ZnCl2質量百分數≤30％。

上述無機礦物聚合物緩凝劑中的酒石酸質量百分數≤8％。

所述的水玻璃摻量為水玻璃佔液體總量的質量百分數。

所述的無機礦物聚合物緩凝劑應用於無機礦物聚合物的製備中，所述的無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量的1～3％。

所述的乾料重量為礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和。

所述的無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)按配比，分別稱取ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4和Al2(SO4)3，量取水，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，獲得粉末，製得無機礦物聚合物緩凝劑；其中，所述粉末粒徑≤200um。

所述的步驟(2)中，沉化物粉磨後，過80目篩，篩分獲得粉末。

本發明的有益效果：

本發明一種無機礦物聚合物緩凝劑及其製備方法，該無機礦物聚合物緩凝劑可以克服低模數水玻璃配置的無機礦物聚合物凝結時間過短的問題，尤其是初凝時間，使無機礦物聚合物的工作性可以得到較長時間的保障，同時，本發明無機礦物聚合物緩凝劑還會對無機礦物聚合物的強度有一定的提升。

具體實施方式：

下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但並不以此限定本發明保護範圍，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。

以下實施例所用ZnCl2，酒石酸，Ba(NO3)2，MgSO4，Al2(SO4)3和水，均來自市售。

實施例1

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水40份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl240份，酒石酸10份，Ba(NO3)25份，MgSO42份和Al2(SO4)33份，量取水40份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為40％，酒石酸質量百分數為10％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比1)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝8:1:1；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.0；液膠比為0.4，其中水玻璃佔液體總量的50％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的1％，測試結果見表1。

並按照配比1，進行空白實驗1：無機礦物聚合物的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝8:1:1；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.0；液膠比為0.4，其中水玻璃佔液體總量的50％，製備無機礦物聚合物，測試結果見表1。

實施例2

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl235份，酒石酸8份，Ba(NO3)25份，MgSO45份，Al2(SO4)32份，水42份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl235份，酒石酸8份，Ba(NO3)28份，MgSO45份和Al2(SO4)32份，量取水42份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為35％，酒石酸質量百分數為8％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比1)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝8:1:1；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.0；液膠比為0.4，其中水玻璃佔液體總量的50％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的3％，測試結果見表1。

實施例3

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl230份，酒石酸10份，Ba(NO3)210份，MgSO45份，Al2(SO4)35份，水40份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl230份，酒石酸10份，Ba(NO3)210份，MgSO45份和Al2(SO4)35份，量取水40份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為30％，酒石酸質量百分數為10％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比1)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝8:1:1；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.0；液膠比為0.4，其中水玻璃佔液體總量的50％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的1.5％，測試結果見表1。

實施例4

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO43份，Al2(SO4)37份，水45份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO43份和Al2(SO4)37份，量取水45份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為20％，酒石酸質量百分數為5％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比2)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的1.4％，測試結果見表1。

並按照配比2，進行空白實驗2：無機礦物聚合物的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％，製備無機礦物聚合物，測試結果見表1。

實施例5

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl220份，酒石酸8份，Ba(NO3)220份，MgSO45份，Al2(SO4)35份，水42份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl220份，酒石酸5份，Ba(NO3)220份，MgSO45份和Al2(SO4)35份，量取水40份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為20％，酒石酸質量百分數為5％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比2)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的2.2％，測試結果見表1。

實施例6

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份，Al2(SO4)32份，水44份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl210份，酒石酸6份，Ba(NO3)230份，MgSO48份和Al2(SO4)32份，量取水44份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，製得無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為10％，酒石酸質量百分數為6％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比2)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的1.8％，測試結果見表1。

實施例7

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份，Al2(SO4)33份，水45份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl210份，酒石酸5份，Ba(NO3)235份，MgSO42份和Al2(SO4)33份，量取水45份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，制無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為10％，酒石酸質量百分數為5％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比2)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的1.2％，測試結果見表1。

實施例8

一種無機礦物聚合物緩凝劑，由以下各原料製備而成：ZnCl2、酒石酸、Ba(NO3)2、MgSO4、Al2(SO4)3和水；其中，各原料重量份數為：ZnCl230份，酒石酸8份，Ba(NO3)210份，MgSO410份，Al2(SO4)32份，水40份。

該無機礦物聚合物緩凝劑的製備方法，包括以下步驟：

(1)分別稱取ZnCl230份，酒石酸8份，Ba(NO3)210份，MgSO410份和Al2(SO4)32份，量取水40份，將各原料混合，攪拌均勻，形成混合物，將混合物自然沉化，形成沉化物，其中，沉化時間為2～3天；

(2)將沉化物粉磨後，過80目篩，進行篩分，獲得粉末，粉末粒徑≤200um，制無機礦物聚合物緩凝劑。

製得的無機礦物聚合物緩凝劑中，ZnCl2質量百分數為30％，酒石酸質量百分數為8％；對製得無機礦物聚合物緩凝劑性能進行測試：

無機礦物聚合物(配比2)的乾料選用礦渣、粉煤灰和偏高嶺土，按質量比，礦渣：粉煤灰：高嶺土＝7:1:2；激發劑為水玻璃，水玻璃模數為1.6；液膠比為0.5，其中水玻璃佔液體總量的30％；

所用無機礦物聚合物緩凝劑用量為無機礦物聚合物乾料重量(既礦渣、粉煤灰和偏高嶺土的質量總和)的2.9％，測試結果見表1。

表1無機礦物聚合物緩凝劑性能測試結果