一种硅酸盐胶凝材料及其制备方法

本发明涉及一种硅酸盐胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术：

1、中国建筑与建材行业碳排放总量大，占比近40％，要降低碳排放，建筑行业减碳势在必行。而水泥行业的二氧化碳排放量在建筑材料中直接排放量占比最大，达83.11％，因此，水泥行业各环节控制碳排放刻不容缓，其中活性辅助性胶凝材料部分取代水泥成为现阶段降低碳排放的有效方法。

2、球霰石型碳酸钙是近年来研究广泛的一种非稳态活性材料，球霰石可以与水泥以及碱性钙、镁组分发生矿化反应，在水泥基材料孔隙和界面处形成碳铝酸钙等碳酸盐产物，并通过填充效应、界面过渡区消除效应和产物层效应实现水泥的抗压强度增高，同时碱骨料反应减轻。因此，掺加亚稳态球霰石的胶凝体系有望提高水泥基材料的力学性能。同时，二氧化碳可以作为生产亚稳态球霰石的原料，即亚稳态球霰石的生产过程可以永久封存利用二氧化碳。由此看来，将亚稳态球霰石作为辅助性胶凝材料掺入水泥，不仅可以改善水泥基材料性能，还可以封存消耗二氧化碳从而减少碳排放，实现从两个方面减少能源消耗和碳排放的目的。

3、我国正处于基础设施建设和维护的高峰期，是世界上使用水泥混凝土材料最多的地区。利用辅助性胶凝材料替代水泥、减少水泥用量，是当前水泥行业减碳的主要研究方向之一。专利申请(2023101722856、2023101824898)均公开了一种碳酸钙水泥及其硬化方法和应用，该碳酸钙水泥由无定形碳酸钙、球霰石等原料制备而成，该专利的水化和硬化过程靠的是碳酸钙之间的晶型转化产生从而产生强度，但是碳排放和能耗都较高，且抗压强度不是很优异。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种硅酸盐胶凝材料，利用球霰石取代部分硅酸盐水泥，在节约水泥用量的同时改善硬化后水泥试件的抗压强度。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种硅酸盐胶凝材料，其按质量份数包括以下原料制成：硅酸盐水泥80～99份、亚稳态球霰石1～20份、水40～45份。

3、本发明还提供一种制备所述硅酸盐胶凝材料的方法，包括以下步骤：在胶凝材料中加水搅拌，养护，即可得到所述硅酸盐胶凝材料；所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和亚稳态球霰石的混合物，所述硅酸盐水泥和亚稳态球霰石的质量比为0.80～0.99：0.01～0.20。

4、优选地，所述硅酸盐水泥和亚稳态球霰石的质量比为0.95～0.99：0.01～0.05，制备得到的硅酸盐胶凝体系试件抗压强度最高。

5、其中，所述胶凝材料和水的质量比为1:0.4～0.45。

6、其中，亚稳态球霰石的粒径为1～100μm。

7、其中，亚稳态球霰石的制备方法包括以下步骤：将电石渣进行干燥，使用氯化铵溶液浸泡，调节反应初始ph，浸取，通入co2进行反应，加入碳酸钙晶型控制剂，脱水洗涤干燥。

8、其中，所述初始ph为9～10。

9、其中，所述co2的流速为1～1.2l/min。

10、其中，所述反应的温度为20～35℃；反应结束时的ph为7～8。

11、其中，所述碳酸钙晶型控制剂包括l-天冬氨酸、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸或羧甲基壳聚糖，所述碳酸钙晶型控制剂含有氨基和羧基等有机基团，可与钙离子螯合，生成中间体诱导球霰石成核，在溶液体系中阻止球霰石溶解-重结晶，最后生成亚稳态的球霰石型碳酸钙。

12、其中，所述养护的温度为60～80℃，湿度为95％以上。

13、本发明机理：本专利提供的硅酸盐胶凝材料，是利用球霰石取代部分水泥，并利用球霰石的活性与水泥基体反应，通过水泥基体自身硬化和球霰石与水泥中基体发生反应生成碳铝酸盐等产物产生强度，进而提升浆体的抗压强度。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、本发明通过添加亚稳态球霰石，提升了胶凝材料的抗压强度，在1％、2％和5％亚稳态球霰石掺量时，胶凝体系3天蒸养养护后的抗压强度分别提升了38.62％、44.28％和31.57％，且10％和20％的掺量下，相对于对照组，水泥试件强度也并未下降，说明掺加合适掺量的亚稳态球霰石可以大幅提高硅酸盐水泥的抗压强度，且亚稳态球霰石有望大掺量取代纯硅酸盐水泥；2、通过添加亚稳态球霰石活性掺合料，降低了水泥用量；3、同时，球霰石的制备过程实现了固废利用和碳捕集，总体降低了碳排放量，降低能耗，对环境友好，符合节能减排的政策，4、本发明开发的低碳高强胶凝材料对确保各类工程设施的安全运行，提升我国基础建设水平具有重要意义。

技术特征：

1.一种硅酸盐胶凝材料，其特征在于，其按质量份数包括以下原料制成：硅酸盐水泥80～99份、亚稳态球霰石1～20份、水40～45份。

2.一种制备权利要求1所述硅酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：在胶凝材料中加水搅拌，养护，即可得到所述硅酸盐胶凝材料；所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和亚稳态球霰石的混合物，所述硅酸盐水泥和亚稳态球霰石的质量比为0.80～0.99：0.01～0.20。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述胶凝材料和水的质量比为1:0.4～0.45。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，亚稳态球霰石的粒径为1～100μm。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，亚稳态球霰石的制备方法包括以下步骤：将电石渣进行干燥，使用氯化铵溶液浸泡，调节反应初始ph，浸取，通入co2进行反应，加入碳酸钙晶型控制剂，脱水洗涤干燥。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述初始ph为9～10。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述co2的流速为1～1.2l/min。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为20～35℃；反应结束时的ph为7～8。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述碳酸钙晶型控制剂包括l-天冬氨酸、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸或羧甲基壳聚糖。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述养护的温度为60～80℃，湿度为95％～100％。

技术总结
本发明公开了一种硅酸盐胶凝材料及其制备方法，其按质量份数包括以下原料制成：硅酸盐水泥80～99份、亚稳态球霰石1～30份、水40～45份。本发明提供的硅酸盐胶凝材料，是一种低碳高强胶凝材料，其利用球霰石取代部分水泥，通过水泥基体自身硬化和球霰石与水泥中基体发生反应生成碳铝酸盐等产物产生强度，对确保各类工程设施的安全运行，提升我国基础建设水平具有重要意义。

技术研发人员：蒋金洋,余培培,眭世玉,王凤娟,刘志勇
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25