专利名称：一种碱激发碳酸盐－矿渣胶凝材料的缓凝方法
技术领域：
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法。
背景技术：
碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料是利用天然的边缘性碳酸盐矿、高炉矿渣和硅酸钠溶液在常温下直接得到的新型绿色胶凝材料。它是针对碱激发碳酸盐胶凝材料硬化体的致密度不够、后期强度偏低等不足，在碱激发碳酸盐胶凝材料的基础上，掺加部分炼铁工业的副产物——水淬高炉矿渣而发展起来的一种胶凝材料。所谓的边缘性碳酸盐矿是指其CaO质量百分比含量小于45％和MgO质量百分比含量为6％～20％、在硅酸盐水泥工业和冶金工业都难以使用的碳酸盐岩，属于天然废弃资源。硅酸盐水泥工业要求碳酸盐矿中CaO质量百分比含量大于45％，冶金工业要求碳酸盐矿中MgO质量百分比含量≥20％。与传统的胶凝材料相比，该胶凝材料可以大量利用边缘性碳酸盐矿和高炉矿渣，扩展了胶凝材料生产的原料资源，为天然和二次资源的重新整合利用开辟了一个新途径；另一方面，它是常温下制备，能耗和成本低，对环境污染小。其中，掺加的部分高炉矿渣能显著改善碱激发碳酸盐胶凝材料的强度、抗渗性能，并且可以抑制其中有毒有害离子的溶出，但会导致其凝胶时间(浆体失去流动性的时间)急剧缩短。这主要是由于高炉矿渣在硅酸钠溶液这种强碱性介质的激发下反应速度大幅度提高，反应初期生成了大量的胶凝产物所致。掺加高炉矿渣后，碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的粘度变大，流动性变差，凝胶时间大幅度缩短。当矿渣替代碳酸盐矿的质量百分数达10％以上时，碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间小于1h，不适合施工的要求，难以在实际工程上得到推广应用。因此，解决碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的速凝问题，是碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料实现工程应用的关键所在。
已有的研究资料显示，以碱金属硅酸盐为碱组分的碱矿渣水泥，其缓凝方法主要有矿渣的预热处理、混凝土拌合时间的调整和混凝土的二次搅拌等工艺措施以及掺加缓凝外加剂。试验证明，这些工艺措施并不能有效地延长碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间；而苹果酸、氢氧化钙、磷酸、磷酸钠、碳酸钠等外加剂的使用反而使碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间缩短；蔗糖对碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料的凝胶时间没有明显的影响；硝酸锌、硝酸铅、硝酸钙、氯化钠等外加剂的使用仅能使碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间略有延长；四硼酸钠的使用虽然能够较大幅度地延长碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间，但四硼酸钠的用量太大，占矿渣质量12％左右，且同时大幅度降低了胶凝材料的流动性能。上述以碱金属硅酸盐为碱组分的碱矿渣水泥的缓凝方法，并不适合于碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的原因，在于二者碱组分用量差别较大。一般而言，以碱金属硅酸盐为碱组分的碱矿渣水泥中，由碱组分提供的氧化钠占矿渣的质量百分比为4％～8％；而碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料中，由碱组分提供的氧化钠占固体细粉(矿渣粉+碳酸盐矿粉)的质量百分比为10％～15％，占矿渣的质量百分比在20％以上。因此研究既能有效延长碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间又能不降低其流动性能的缓凝技术，对于实现其工程应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种可有效地延长凝胶时间的碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料缓凝方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法，其工艺步骤包括第一步，在常温下，以质量份数计，将4～10份氯化钡或硝酸钡溶解于100份水中，配制成缓凝剂溶液，然后加入200～300份矿渣粉，搅拌均匀；第二步，依次加入220～3100份激发剂、200～3800份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
所述激发剂是模数为1.4～1.8的硅酸钠溶液，其氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为35～55％；所述矿渣为水淬高炉矿渣；所述边缘性碳酸盐矿是CaO质量百分比含量为30％～45％、MgO质量百分比含量为6～20％的碳酸盐岩；所述边缘性碳酸盐矿粉和水淬高炉矿渣粉的细度达到GB/T 1345-1991《水泥细度检验方法(80μm筛筛析法)》对普通硅酸盐水泥的细度控制要求。
本发明的工作原理是将外加剂氯化钡或硝酸钡的水溶液与矿渣粉先行搅拌至均匀，利用矿渣颗粒在水中时表面带负电，使钡离子吸附在矿渣颗粒的表面；吸附在矿渣颗粒表面的钡离子与后续加入的激发剂中的硅酸根离子反应，形成难溶性的硅酸盐薄膜，沉积在矿渣颗粒的表面，构成较为致密包裹层，阻止了矿渣粉与激发剂之间的直接接触。这种难溶性的硅酸盐薄膜具有半透性，由于存在着渗透现象，薄膜外面激发剂中的OH-离子和H2O分子不断地透过薄膜而进入薄膜里面，薄膜里面的矿渣颗粒在渗透进来的OH-离子和H2O分子的作用下，玻璃体结构解体，反应形成水化产物而体积膨胀，在达到一定的压力后，薄膜即破裂，激发剂与矿渣颗粒直接接触，水化反应快速进行，导致胶凝材料浆液发生凝胶化、硬化、产生强度。因此，在包裹层破裂之前，矿渣与激发剂之间的反应得到极大的削弱，从而使得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间得到大幅度延长。
本发明相对于现有技术具有如下的下的优点及效果(1)使用方便。本发明工艺步骤简单，不需要储浆仓，可以现配现用。
(2)缓凝效率高。通过调整外加剂的用量，可以有效地延长碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间，并使凝胶时间在1～12小时可调。
(3)浆体能够较长时间保持良好的流动性能。在浆体制备后的几小时内，碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料浆体的流动性能没有损失，甚至还有所改善，这对施工十分有利。
(4)适应性强。适合于激发剂的模数、质量百分比浓度以及矿渣掺量不同的碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将10份氯化钡溶解于100份水中配制成缓凝剂溶液，再把280份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入360份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为45％的激发剂，同时加入280份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为6h54min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为222mm，1h时为238mm，2h时为253mm，3h时为260mm，4h时为255mm，5h时为255mm，6h时为190mm。
实施例2本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是
以质量份数计，在常温下，将4份硝酸钡溶解于100份水中配制成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入220份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为51％的激发剂，同时加入200份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为2h35min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为241mm，1h时为247mm，2h时为208mm。
实施例3本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将7份氯化钡溶解于100份水中配制成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入220份模数为1.8、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为51％的激发剂，同时加入200份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为8h50min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为201mm，1h时为205mm，2h时为207mm，3h时为208mm，4h时为212mm，5h时为215mm，6h时为213mm，7h时为189mm。
实施例4本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将6份硝酸钡溶解于100份水中配制成缓凝剂溶液，再把300份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入260份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为48％的激发剂，同时加入430份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为1h28min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为209mm，1h时为187mm。
实施例5本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将9份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入300份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为46％的激发剂，同时加入300份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为8h51min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为212mm，1h时为241mm，2h时为241mm，3h时为257mm，4h时为257mm，5h时为272mm，6h时为283mm，7h时为245mm，8h时为161mm。
实施例6本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将10份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入430份模数为1.8、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为55％的激发剂，同时加入470份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为7h24min。根据GB8077-2000《混凝士外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为269mm，1h时为292mm，2h时为295mm，3h时为301mm，4h时为295mm，5h时为271mm，6h时为207mm，7h时为117mm。
实施例7本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将7份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入230份模数为1.4、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为50％的激发剂，同时加入470份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为3h19min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为218mm，1h时为258mm，2h时为240mm，3h时为146mm。
实施例8本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将10份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入970份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为50％的激发剂，同时加入1130份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为9h06min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为232mm，1h时为258mm，2h时为275mm，3h时为290mm，4h时为276mm，5h时为266mm，6h时为225mm，7h时为196mm，8h时为136mm。
实施例9本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将10份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入970份模数为1.8、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为44％的激发剂，同时加入1130份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为5h18min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为231mm，1h时为261mm，2h时为267mm，3h时为262mm，4h时为212mm。
实施例10本碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的缓凝方法的实现过程是以质量份数计，在常温下，将10份氯化钡溶解于100份水中制备成缓凝剂溶液，再把200份水淬高炉矿渣粉加入其中，搅拌均匀；然后加入3100份模数为1.6、氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为35％的激发剂，同时加入3800份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料。
该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的凝胶时间为11h45min。根据GB8077-2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》，采用净浆流动度来表征浆体的流动性能，该碱激发碳酸盐—矿渣胶凝材料的净浆流动度随时间变化的结果如下10min时为224mm，1h时为289mm，2h时为311mm，3h时为314mm，4h时为309mm，5h时为265mm，6h时为233mm，7h时为207mm，8h时为179mm。
权利要求
1.一种碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料的缓凝方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件第一步，在常温下，以质量份数计，将4～10份氯化钡或硝酸钡溶解于100份水中，配制成缓凝剂溶液，然后加入200～300份矿渣粉，搅拌均匀；第二步，依次加入220～3100份激发剂、200～3800份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料。
2.根据权利要求1所述一种碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料的缓凝方法，其特征是，所述激发剂为模数1.4～1.8的硅酸钠溶液，氧化钠和氧化硅质量百分比浓度之和为35～55％。
3.根据权利要求1所述一种碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料的缓凝方法，其特征是，所述矿渣为水淬高炉矿渣。
4.根据权利要求1所述一种碱激发碳酸盐-矿渣胶凝材料的缓凝方法，其特征是，所述边缘性碳酸盐矿是CaO质量百分比含量为30～45％、MgO质量百分比含量为6～20％的碳酸盐岩。
全文摘要
本发明提供一种碱激发碳酸盐－矿渣胶凝材料的缓凝方法，其步骤和工艺条件是在常温下，以质量份数计，将4～10份氯化钡或硝酸钡溶解于100份水中，配制成缓凝剂溶液，然后加入200～300份矿渣粉，搅拌均匀；依次加入220～3100份激发剂、200～3800份边缘性碳酸盐矿粉，继续搅拌均匀，即制得碱激发碳酸盐－矿渣胶凝材料。本发明工艺步骤简单，不需要储浆仓，可以现配现用；缓凝效率高，可以有效地延长碱激发碳酸盐－矿渣胶凝材料的凝胶时间，并使凝胶时间在1～12小时可调；浆体能够较长时间保持良好的流动性能；适应于激发剂的模数、质量百分比浓度以及矿渣掺量不同的碱激发碳酸盐－矿渣胶凝材料。
文档编号C04B22/00GK1699251SQ20051003439
公开日2005年11月23日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者赵三银, 余其俊, 殷素红, 文梓芸, 郭文瑛, 黄家琪, 乔飞 申请人:华南理工大学