人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法及其產品和應用的製作方法
2023-05-16 19:01:56
專利名稱：人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法及其產品和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及建築材料，特指一種人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法及其產品和應用。
目前建築行業在製備耐久高強及大流動度的泵送混凝土時，除選用高標號的矽酸鹽水泥、細度模數2.6以上的中砂、5-25mm的碎石和高效減水劑外，必須加入摻合料用於改善混凝土的工作性能，如有利於泵送，提高混凝土的耐久性，避免由於水泥用量過多而引起收縮裂縫等。目前常用的摻合料大多使用工業生產的廢棄物和磨石粉等，如矽鐵冶煉中產生的矽灰、熱電廠產生的Ⅰ級粉煤灰、磨細高爐礦渣、磨細的沸石粉等，其主要缺陷在於1、因為是工業生產的廢棄物，受其原料來源和生產工藝的影響較大，性能極不穩定，如北京地區就沒有合格的Ⅰ級粉煤灰。
2、容重很小，佔用體積較大，長途運輸，成本較高。
3、使用中易引起粉塵飛揚，造成工作環境惡劣和空氣汙染。
4、磨石粉難以達到比表面積8000cm2/g以上的合格要求，且價格比較昂貴，因此人工合成一種質量穩定、價格便宜、建材用的摻合料就成為最迫切的需求。
本發明的目的在於提供一種人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法及其產品和應用，滿足建築行業對摻合料的迫切需求，本發明的目的是這樣實現的一種人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法，該製造方法包括如下的步驟(一)選料(按下述的配比選擇原料)，(重量份數)含矽原料60-95含鈣原料3-40酸性催化劑1-5鹼性催化劑1-5該含矽原料包括下述的至少一種硅藻土、沸石、膨潤土、高嶺土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠巖；
該含鈣原料包括石灰；該酸性催化劑包括下述至少一種富馬酸、馬來酸、馬來酸酐、水揚酸、丹寧酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸；該鹼性催化劑包括下述至少一種NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3；(二)加水粉磨將上述原料放入磨碎機中，加水2-8倍，加入酸性催化劑，混合粉磨0.5-1.5小時，使其中的粗糙原料磨碎研細，便於以下的水熱合成反應進行。
(三)水熱合成反應將上述混合料漿送入反應容器內，加入鹼性催化劑，攪拌混合均勻，升溫至60-100℃進行水熱合成反應2-10小時，使原料破鍵溶解，生成水化矽酸鈣凝膠[CaSiO3·XH2O]；(四)脫水乾燥將上述反應產物進行離心脫水，隨後放入乾燥機內，在80-350℃條件下乾燥，使含水在2％以下；(五)粉磨用粉磨機進行磨細使形成粒度在200-300目的灰白粉末。按常規方法包裝成產品。
一種人工合成的水泥、混凝土摻合料產品，其特徵在於該產品是用權利1所述的方法製造的，其由含矽和含鈣的原料，在酸性和鹼性催化劑的作用下進行水熱合成反應，使生成水化矽酸鈣凝膠[CaSiO3·XH2O]，並進行脫水，粉磨而成，其原料配比為(重量份數)含矽原料60-95、含鈣原料3-40、酸性催化劑1-5、鹼性催化劑1-5；該含矽原料包括下述至少一種硅藻土、沸石、膨潤土、高嶺土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠巖；該含鈣原料包括石灰；該酸性催化劑包括下述的至少一種富馬酸、馬來酸，馬來酸酐、水揚酸、丹寧酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸；該鹼性催化劑包括下述的至少一種NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3。
一種人工合成的水泥、混凝土摻合料產品的應用，其特徵在於該產品適用於做混凝土、水泥和耐火保溫材料的摻合料。
該產品在混凝土中的用量為其中水泥用量的3-20％(重量)。
該產品在水泥中的用量為1-5％(重量)。
該產品在耐火保溫材料中的用量為總量的3-10％(重量)。
本發明的主要優點是1、本發明使用的原料大多是同類原料中的低檔品，價格便宜，來源廣泛，因此產品的價格比較低，僅為矽灰的70％以下。
2、本發明採用人工合成的工藝，可通過控制生產工藝條件，製造出適合不同需求的系列產品，產品質量穩定。
3、本發明的製造方法簡單，容易控制，易於工業化大規模生產或因陋就簡小批量製造。
4、本發明的產品適合貯存、方便運輸、使用方便、粉塵汙染較小。
下面結合較佳實施例和附圖對本發明進一步說明
圖1為本發明的製造工藝流程圖；圖2為本發明的產品的X衍射圖譜；圖3為本發明的產品的紅外光譜圖；圖4為水泥在水化時Ca2+離子的濃度分布圖(開始)；圖5為水泥在水化時Ca2+離子的濃度分布圖(後期)；圖6為混凝土中孔徑的積分曲線圖；圖7為混凝土中孔徑的微分曲線圖；實施例1參閱圖1，本發明的製造工藝流程包括如下步驟(一)選料本發明使用的原料為普遍存在於大自然中的廉價原料，包括硅藻土、沸石、膨潤土、高嶺土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠巖等含矽原料，還包括石灰等含鈣原料，以及少量的鹼性及酸性催化劑，本實施例中選用的原料為(重量份數)，硅藻土85-95、石灰3-10、NaOH1-2、Na2SiO31-2、Na2CO31-2、馬來酸酐1-2、馬來酸1-2。
(二)加水粉磨將上述原料放入磨碎機中，加水5倍，加入酸性催化劑，混合粉磨1小時。
(三)水熱合成反應將上述混合料漿放入反應容器內，加入鹼性催化劑混合均勻升溫至80-95℃進行水熱合成反應3-8小時，使原料破鍵溶解，生成水化矽酸鈣凝膠(CaSiO3·XH2O)；(四)脫水乾燥將上述反應產物進行離心脫水，隨後放入乾燥機內在100-250℃條件下乾燥，使含水在2％以下；(五)粉磨用粉磨機進行磨細，使形成粒度在200-300目的灰白粉末。按常規方法包裝成產品，製成本發明的產品Ⅰ。
實施例2本發明的製造方法中，其原料配比還可以是(重量份數)硅藻土60-80石灰20-40Na2SiO3 1-2Na2CO3 1-2馬來酸1-2用上述原料製成本發明的產品Ⅱ，其製造工藝與實施例1基本相同，故不重述。
實施例3本發明的製造方法中，其原料配比還可以是(重量份數)膨潤土70-75石灰25-35馬來酸酐1-2碳酸鈉1-4
用上述原料製成本發明的產品Ⅲ，其製造工藝流程與實施例1基本相同，故不重述。
上述本發明的方法製造的產品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ主要形成活性矽及水化矽酸鈣凝膠(CaSiO3·XH2O)，具有常用摻合料矽灰相似的性能，其比表面積較大，一般在20-40m2/g之間，用於混凝土或水泥中做摻合料，可參與水泥的水化反應，起水化晶核的作用，又可吸收Ca(OH)2發生二次火山灰反應，還有物理填充作用，從而改善水泥石的結構，提高水泥和混凝土的抗壓強度和耐久性。
實施例4本發明產品的組成和性能實驗，參閱圖2和圖3，本發明產品的主要成份可從X衍射和紅外光譜圖中得到證明。
圖2為本發明實施例1-3合成的產品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的X衍射圖，其中的特徵峰3.042和1.832表明本發明的產品中水化矽酸鈣凝膠(CaSiO3·XH2O)為主要成份。
圖3為本發明實施例1-2合成的產品Ⅰ和Ⅱ的紅外吸收光譜圖，其中產品Ⅰ的特徵吸收峰973-1014、640和456-480，及產品Ⅱ的特徵吸收峰972-1010、638和430-456都表明本發明的產品中水化矽酸鈣凝膠(CaSiO3·XH2O)為主要成份。
參閱圖4和圖5，本發明產品具有加速水化反應的性能，可以從下述實驗結果的Ca2+分布曲線圖得到證明。
圖4的橫坐標為時間(分)，縱坐為Ca2+在每立升中的毫克分子濃度，水灰比W/S=10，曲線0-0未加入本發明產品的曲線，曲線X-X為加入3％本發明產品的曲線，從圖4中可見加入本發明的產品後，其Ca2+的濃度增加。
圖5的曲線表示在圖4相同的條件下，延長時間後的曲線圖，從圖5中可見當灰水互溶約10小時後，其中Ca2+的濃度達最高值，其加入本發明產品的曲線X-X達到Ca2+最高值的時間少，即溶出速度快，說明本發明的產品活性較高。
參閱圖6和圖7，本發明的產品具有增加混凝土或水泥強度的功能，可以從下述實驗的孔分布曲線得到證明，為更清楚直觀，採用積分曲線和微分曲線。
圖6的橫坐標為孔徑γ的對數值Lnr，縱坐標為體積V與孔面積的乘積v×Πr2，實線標明的曲線為只用水泥的孔分布積分曲線，虛線表示的曲線為加入本發明的產品的孔分布積分曲線。
圖7的橫坐標仍為孔徑γ的對數值Lnr，縱坐標為體V對孔徑γ的微分再擴大50000倍dv/dr×50000，實線表示的曲線為只用水泥的孔分布微分曲線，虛線表示加入本發明的產品後的孔分布微分曲線，從圖6和圖7的孔分布曲線可以清楚地看出本發明的產品可使混凝土或水泥的孔徑變小，產品緻密，從而增加混凝土或水泥的抗壓強度和耐久性。
實施例5本發明的產品用作混凝土摻合料的應用效果對比實驗(一)。
相同的配比條件水泥420kg標號425#的普通矽酸鹽水泥砂730kg中砂、細度模數2.6石子1096kg5-25mm的碎石或碎卵石減水劑2.1kg山東萊蕪汶河化工廠生產品號FDN水189kg變化條件改變本發明產品的品種和加入量，保持其坍落度在22±2範圍，測試混凝土的抗壓強度，結果見表1表1
注*R7為混凝土7天的抗壓強度**R28為混凝土28天的抗壓強度Ⅰ#為本發明實施例1的產品；Ⅱ#為本發明實施例2的產品。
從表1可見(1)實驗編號1為未加本發明產品的混凝土，設其抗壓強度為100；(2)實驗編號2為增加佔水泥重量5％的本發明實施例2的產品，其混凝土7天的抗壓強度增加11％，其28天的抗壓強度增加10％，說明本發明的產品可提高混凝土的抗壓強度。
(3)實驗編號3為增加水泥重量8％的本發明實施例2的產品後，其混凝土7天的抗壓強度增加33％，其28天的抗壓強度增加19％，說明增加本發明產品的加入量可提高混凝土的抗壓強度。
(4)實驗編號4為增加水泥重量8％的本發明實施例1的產品後，其7天的抗壓強度增加42％，其28天的抗壓強度增加27％。
上述實驗證明本發明的產品具有提高混凝土的抗壓強度的功效。
實施例6本發明的產品用作混凝土摻合料的應用效果對比實驗(二)相同的配比水泥530kg標號525#的普通矽酸鹽水泥砂659kg中砂、細度模數2.6石子1075kg 5-25mm的碎石或碎卵石減水劑6.3kg山東萊蕪汶河化工廠生產品號FDN水189kg變化條件改變本發明產品的品種和加入量，保持其坍落度在22±2範圍，測試混凝土的抗壓強度，結果見表2表2
注*R7為混凝土7天的抗壓溫度**R28為混凝土28天的抗壓溫度
Ⅰ#為本發明實施例1的產品；Ⅱ#為本發明實施例2的產品。
從表2可見(1)實驗編號5為未加本發明產品的混凝土，設其抗壓強度為100；(3)實驗編號6為增加佔水泥重量8％的本發明實施例1的產品，其混凝土的7天的抗壓強度增加26％；其28天的抗壓強度增加21％。
(3)實驗編號7為增加水泥重量8％的本發明實施例2的產品後，其混凝土7天的抗壓強度增加14％，其28天的抗壓強度增加11％。
(4)實驗編號8為增加水泥重量10％的本發明實施例1和2的產品後，其7天的抗壓強度增加33％，其28天的抗壓強度增加29％。
上述實驗證明增加本發明產品加入量可提高混凝土的抗壓強度；本發明不同原料配比的產品可以混合使用，同樣可提高混凝土的抗壓強度。對比與實施例5的實驗結果還可以證明，本發明的產品適用於各種標號的水泥。
實施例7本發明的產品用作混凝土摻合料的應用效果對比實驗(三)。
相同的配比條件水泥525#普通矽酸鹽水泥砂610kg中砂、細度模數2.8石子1110kg 5-25mm的碎石減水劑6kg山東萊蕪汶河化工廠生產品號FDN水165kg變化條件(1)用本發明的產品替換部份水泥；(2)加入磨細礦渣(比表面積4000cm2/g)替換部分水泥，測試結果見表3表3
注R28為混凝土28天的抗壓溫度Ⅰ#為本發明實施例1的產品；從表3可見(1)實驗編號9為未加本發明產品和磨細礦渣的混凝土，設其28天的抗壓強度為100；(2)實驗編號10為用本發明的產品替代10％水泥的混凝土；其28天的抗壓強度增加20％。
(3)實驗編號11為在實驗編號10的條件下，再用磨細礦渣替代20％水泥的混凝土，其抗壓強度增加49％。
上述實驗證明A、用本發明的產品代替部分水泥可提高混凝土的抗壓強度；B、用本發明的產品和磨細礦渣替代部分水泥，且本發明的產品與磨細礦碴一起用，對提高混凝土抗壓強度具有加強的效果，對配製高標號泵送混凝土可以採用。
實施例8本發明的產品用作高標號的混凝土的摻合料的應用效果實驗。
相同條件水泥標號525#的普通矽酸鹽水泥砂659kg中砂、細度模數2.8石子5-25mm的碎石減水劑6.3kg山東萊蕪汶河化工廠生產品號FDN摻合料本發明實施例1的產品Ⅰ#坍落度保持22±2其原料配比及增強效果，見表4表4
注實驗編號12為C60級高強泵送混凝土。
實驗編號13為C80級高強泵送混凝土。
*為90天的抗壓強度。
從表4的實驗結果可見本發明的產品具有顯著提高混凝土抗壓強度的能力，特別與磨細礦渣同時使用時，具有更高的增加效果(實驗編號14)。
此外，本發明的產品還可以做為普通水泥或耐火保溫材料的摻合料使用，在普通的水泥中加入本發產品1-5％(重量)，可使水泥的抗壓強度提高20-30％；在耐火保溫材料中加入本發明的產品3-10％，可顯著提高保溫效果和使用壽命。
權利要求
1.一種人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法，該製造方法包括如下的步驟(一)選料(按下述的配比選擇原料)，(重量份數)含矽原料 60-95含鈣原料 3-40酸性催化劑1-5鹼性催化劑1-5該含矽原料包括下述的至少一種硅藻土、沸石、膨潤土、高嶺土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠巖；該含鈣原料包括石灰；該酸性催化劑包括下述至少一種富馬酸、馬來酸、馬來酸酐、水揚酸、丹寧酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸；該鹼性催化劑包括下述至少一種NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3；(二)加水粉磨將上述原料放入磨碎機中，加水2-8倍，加入酸性催化劑，混合粉磨0.5-1.5小時，使其中的粗糙原料磨碎研細，便於以下的水熱合成反應進行。(三)水熱合成反應將上述混合料漿送入反應容器內，加入鹼性催化劑，攪拌混合均勻，升溫至60-100℃進行水熱合成反應2-10小時，使原料破鍵溶解，生成水化矽酸鈣凝膠[CaSiO3·XH2O]；(四)脫水乾燥將上述反應產物進行離心脫水，隨後放入乾燥機內，在80-350℃條件下乾燥，使含水在2％以下；(五)粉磨用粉磨機進行磨細，使形成粒度在200-300目的灰白粉末。按常規方法包裝成產品。
2.一種人工合成的水泥、混凝土摻合料產品，其特徵在於該產品是用權利1所述的方法製造的，其由含矽和含鈣的原料，在酸性和鹼性催化劑的作用下進行水熱合成反應，使生成水化矽酸鈣凝膠[CaSiO3·XH2O]，並進行脫水，粉磨而成，其原料配比為(重量份數)含矽原料60-95、含鈣原料3-40、酸性催化劑1-5、鹼性催化劑1-5；該含矽原料包括下述至少一種硅藻土、沸石、膨潤土、高嶺土、凹凸棒石、海泡石、蛭石、珍珠巖；該含鈣原料包括石灰；該酸性催化劑包括下述的至少一種富馬酸、馬來酸，馬來酸酐、水揚酸、丹寧酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸；該鹼性催化劑包括下述的至少一種NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3。
3.一種人工合成的水泥、混凝土摻合料產品的應用，其特徵在於該產品適用於做混凝土、水泥和耐火保溫材料的摻合料。
4.如權利要求3所述的摻合料產品的應用，其特徵在於該產品在混凝土中的用量為其中水泥用量的3-20％(重量)。
5.如權利要求3所述的摻合料產品的應用，其特徵在於該產品在水泥中的用量為1-5％(重量)。
6.如權利要求3所述的摻合料產品的應用，其特徵在於該產品在耐火保溫材料中的用量為總量的3-10％(重量)。
全文摘要
一種人工合成的水泥、混凝土摻合料的製造方法及其產品和應用,用自然界普遍存在的含矽和含鈣原料在酸性和鹼性催化劑的作用下進行水熱合成反應,生成水化矽酸鈣凝膠[CaSiO
文檔編號C04B7/00GK1232000SQ9810720
公開日1999年10月20日 申請日期1998年4月16日 優先權日1998年4月16日
發明者郝立平, 蔡美嘯 申請人:北京市海澱區博奧新材料技術研究所