一种碱矿渣水泥泛碱抑制剂及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种可以抑制碱矿渣水泥泛碱，调节碱矿渣水泥性能的抑制剂及其制备方法。

背景技术：

建筑材料是应用最为广泛的一类材料。目前传统的建筑材料在应用过程中遵循开发—应用—废弃这一模式，导致资源日益枯竭，且造成大量废弃材料、污染物排出及环境恶化。如每生产一吨钢铁，将有数十吨钢渣、矿渣及其它废渣产出。固体废弃物的排放，占用土地、污染环境、危害人体健康，且也造成巨大的资源浪费。如何减少不可再生资源消耗，充分利用工业废渣，将其变废为宝，成为材料学者一直在努力研究的方向。

碱矿渣水泥是近年来国内外研究的热点之一。它是指将含有活性（无定型）al2o3和sio2的矿渣在强碱条件下，与碱或na2sio3（k2sio3）等相混合，制备的新型建筑材料。其制备工艺简单，能耗低、污染少，而且碱矿渣水泥的性能优异，符合我国的绿色可持续发展战略，其研究与推广尤其对于能源比较紧张的我国具有极其重要的作用。

碱矿渣水泥虽具有快硬早强、耐高温，耐腐蚀，低碳环保等一系列普通硅酸盐水泥所没有的优异性能，但其目前仍然没有得到广泛的应用，主要因为施工后工程易出现表面泛碱现象，泛碱又俗称泛白，通常在建筑物的表面产生，一般呈现为白色粉末状、絮团状或絮片状。如同建筑物得白癜风一样，对其外表的美观以及工程的外观评定等有严重的影响，另外还会对建筑的着色效果、基底层和表面装饰层、油漆、贴面粘结质量有影响。其至还会造成质量事故、延长交工时间、返工等一系列问题。泛碱是由于施工中加入可溶性碱含量高，内部金属离子活性较高，容易随水分的蒸发而析出。如何抑制泛碱现象是提高碱矿渣水泥推广应用的一个亟需解决的难题。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种制备简单、效果好、操作简单、有效降低碱矿渣水泥泛碱概率、且有利于碱矿渣水泥混凝土的和易性、保水性能，提高施工后工程质量的碱矿渣水泥泛碱抑制剂及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种碱矿渣水泥泛碱抑制剂，其特征在于：由如下重量百分比的原料组成：沸石10-30%、硅灰10-20%、粉煤灰20-30%、硼酸5-15%、超细矿渣粉5-55%。

进一步的，所述沸石粒径为5a级别，纯度为99%及以上。

所述硅灰的比表面积为1000m²/kg。

所述粉煤灰为高钙粉煤灰，比表面积在500m²/kg以上。

所述超细矿渣粉的细度要求过200目筛，筛余为2%以内。

所述硼酸采用工业级，纯度95%以上。

所述碱矿渣水泥泛碱抑制剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）混合：将沸石、硅灰、粉煤灰、硼酸以及超细矿渣粉按照上述重量百分比混合均匀后；

（2）粉磨：将步骤（1）中混合后的物料在球磨机中进行粉磨，即得碱矿渣水泥泛碱抑制剂。

进一步的，步骤（1）在混料机中将各原料混合8-12小时，使其充分混合。

步骤（2）粉磨时间为7-9小时，粉磨至比表面积500-600m²/kg。

优选的，可将步骤（1）所得混合均匀后的原料过200目筛，筛余控制1.5%以内，即得碱矿渣水泥泛碱抑制剂。

使用时，将上述碱矿渣泛碱抑制剂掺杂在所要使用的碱矿渣水泥混凝土或砂浆中，所述泛碱抑制剂的掺杂质量为制备碱矿渣混凝土时掺入的水泥质量的5％～10％。

本发明的泛碱抑制剂抑制机理是通过引入沸石，有效吸附碱矿渣水泥中的氢氧根离子，抑制碱离子随孔洞的析出；引入硅灰与粉煤灰及超细矿渣粉，发挥其微球填充效应及后期火山灰效应，有效降低碱矿渣水泥的有害孔数量及体积；引入硼酸可有效调节ph值，中和多余氢氧根离子。本发明的泛碱抑制剂可有效改善矿渣水泥密实度，降低碱矿渣水泥泛碱概率及危害，可根据其用量增强碱矿渣水泥混凝土及砂浆保水性及和易性，满足工程应用要求。

本发明的有益效果是：本发明的碱矿渣水泥泛碱抑制剂，制作及使用简单，仅需掺入碱矿渣水泥制备时的水泥质量的5%-10%，使用成本较低；该泛碱抑制剂通过中和反应以及微集料效应、火山灰效应可吸收碱矿渣水泥中加入的多余碱并减少有害孔数量，同时该泛碱抑制剂具有一定的缓凝效果，根据掺量不同，延长凝结时间及施工时间，有利于混凝土的振捣；加入该泛碱抑制剂可提高碱矿渣水泥混凝土及砂浆的工作性能，提高施工后工程质量，该泛碱抑制剂可提高碱矿渣水泥混凝土的早期强度与后期强度15-20%，大幅降低碱矿渣水泥混凝土泛碱概率，降低幅度高达80%，抑制碱矿渣水泥施工后的泛碱现象，对施工后的建筑材料的泛碱现象有抑制作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为实施例1制备的泛碱抑制剂掺量对碱矿渣水泥强度的影响；

附图2为实施例2制备的泛碱抑制剂掺量对碱矿渣水泥试样碳酸根离子浓度影响；

附图3为实施例2制备的泛碱抑制剂掺量对碱矿渣水泥试样ph值影响；

附图4为实施例3制备的泛碱抑制剂对碱矿渣水泥试样孔结构的影响；

附图5为实施例3制备的泛碱抑制剂对碱矿渣水泥吸水率的影响；

附图6为实施例4制备的掺加泛碱抑制剂后碱矿渣水泥的水化60dsem照片。

具体实施方式

实施例一:

称取5a沸石10kg、硅灰20kg、高钙粉煤灰25kg、超细矿渣粉35kg、工业级硼酸10kg，将上述原料在混料机中充分混合10小时，以保证充分混合均匀，将混合后的料在球磨机中粉磨8小时，测定其比表面积为550m²/kg，即得泛碱抑制剂。如附图1所示，随着实施例1泛碱抑制剂掺量增加，碱矿渣水泥强度呈现先增加后降低趋势。泛碱抑制剂的最佳掺量为10.0%，且对抗压强度较未掺加泛碱抑制剂均有增长。

实施例二：

称取5a沸石15kg、硅灰20kg、粉煤灰20kg、超细矿渣粉40kg、工业级硼酸5kg，将上述原料在混料机中充分混合10小时，以保证充分混合均匀，将混合后的料在球磨机中粉磨7小时，测定其比表面积为520m²/kg，即得泛碱抑制剂。从附图2可知，加入泛碱抑制剂后，碱矿渣水泥硬化浆体的表层碳酸根离子（即泛碱主要成分）浓度大幅下降，由2500mg/l下降至1100mg/l，有效抑制碱矿渣水泥的泛碱现象。从附图3可以看出，加入泛碱抑制剂后，碱矿渣硬化浆体的ph值显著降低，但仍保持在11.0以上的碱性环境，因此，泛碱抑制剂可在一定程度上调节ph值，使得硬化浆体中的氢氧根离子保持在一定范围内，避免过多的离子溢出造成泛碱。

实施例三：

称取5a沸石20kg、硅灰20kg、高钙粉煤灰20kg、超细矿渣粉25kg、工业级硼酸15kg，将上述原料在混料机中充分混合12小时，以保证充分混合均匀，将混合后的料在球磨机中粉磨9小时，测定其比表面积为580m²/kg，即得泛碱抑制剂。从附图4可以看出，掺加实施例三泛碱抑制剂后，碱矿渣水泥硬化浆体的孔尺寸降低，由大于0.02um的有害孔降低为低于0.02um的无害孔。降低了碱离子通过开孔通道随水分增发造成泛碱的概率，从而抑制碱矿渣水泥泛碱现象。从附图5可知，掺加泛碱抑制剂后的碱矿渣水泥硬化浆体的吸水率明显降低，可推知其密实度增加，开孔数量降低，与抗压强度及孔尺寸变化相符。

实施例四：

称取5a沸石25kg、硅灰10kg、粉煤灰30kg、超细矿渣粉30kg、工业级硼酸5kg，将上述原料在混料机中充分混合12小时，以保证充分混合均匀，将混合后的料在球磨机中粉磨9小时，测定其比表面积为600m²/kg，即得泛碱抑制剂。附图6是掺加泛碱抑制剂后碱矿渣水泥硬化浆体的sem照片，由图可以看出，掺加泛碱抑制剂后，浆体中孔洞明显降低，且出现凝胶类物质填充于孔洞之间，增强了浆体的致密度，抑制泛碱。

实施例五：

称取5a沸石30kg、硅灰15kg、粉煤灰25kg、超细矿渣粉20kg、工业级硼酸10kg，将上述原料在混料机中充分混合12小时，以保证充分混合均匀，将混合后的料在球磨机中粉磨9小时，测定其比表面积为500m²/kg，即得泛碱抑制剂。

本发明的泛碱抑制剂抑制机理是通过引入沸石，有效吸附碱矿渣水泥中的氢氧根离子，抑制碱离子随孔洞的析出；引入硅灰与粉煤灰及超细矿渣粉，发挥其微球填充效应及后期火山灰效应，有效降低碱矿渣水泥的有害孔数量及体积；引入硼酸可有效调节ph值，中和多余氢氧根离子。本发明的泛碱抑制剂可有效改善矿渣水泥密实度，降低碱矿渣水泥泛碱概率及危害，可根据其用量增强碱矿渣水泥混凝土及砂浆保水性及和易性，满足工程应用要求。