CN116283045A - 一种水泥外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥外加剂及其制备方法，其质量配比包括：粉煤灰100‑120份、灰钙粉3‑5份、甲基硅酸钠10‑30份、有机沥青材料20‑30份、微硅粉10‑20份、聚合硅酸铝铁2‑8份、甲基纤维素1‑2份、硫铝酸钙膨胀剂2‑5份，并提供了具体制备方法。本发明解决了现有外加剂的单一性缺陷，以粉煤灰为原料，实现变废为宝，同时粉煤灰内的硅、铝、铁等元素形成活性点位，能够在水泥中形成活性中心点，提高水泥的强度和致密性。

Description

一种水泥外加剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种水泥外加剂及其制备方法。

背景技术

普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料，加入混合材料和和适量石膏，磨细制成的。该水泥固化后的混凝土由于应力作用或者由于温度变化、干燥等而发生体积变化，从而具有容易产生裂纹的倾向。产生这种裂纹时，水容易通过混凝土而浸入，成为漏水等的原因，此外，产生了结构物的耐久性降低、美观恶化的问题。众所周知，在水泥中掺加某些外加剂能改善水泥中混合材料的掺加量和其它性能，近年来人们通过大量的科学试验，对水泥外加剂进行不断改进，并研制出性能各异的水泥外加剂。现有的水泥外加剂的主要缺陷在于：功能单一，综合效能差。为了满足水泥技术发展的需要，利用来源丰富的工业废渣为主要原料开发出一种质优价廉的复合硅酸盐水泥外加剂。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种水泥外加剂，解决了现有外加剂的单一性缺陷，以粉煤灰为原料，实现变废为宝，同时粉煤灰内的硅、铝、铁等元素形成活性点位，能够在水泥中形成活性中心点，提高水泥的强度和致密性。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种水泥外加剂，其质量配比包括：粉煤灰100-120份、灰钙粉3-5份、甲基硅酸钠10-30份、有机沥青材料20-30份、微硅粉10-20份、聚合硅酸铝铁2-8份、甲基纤维素1-2份、硫铝酸钙膨胀剂2-5份。

所述粉煤灰是以玻璃体为主要物相的由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物，其粒径一般在1-100μm之间，主要含二氧化硅、氧化铝和氧化铁。粉煤灰属于工业废弃物，将其作为水泥外加剂的主材料，实现了废弃物的回收利用，同时二氧化硅自身属于硅酸盐同质物，在水分存在的情况下能够与其他材料形成优质的连接性，在水泥中的空隙结构内形成沉积，增加水泥的紧实度；然而，以二氧化硅为主的粉煤灰一般呈球状，表面光滑，在整个体系中属于弱性连接，难以达到高强度的连接要求。因此，粉煤灰需要进行处理，来增加粉煤灰自身的表面活性，提高其与其他材料间的连接性，同时能够在硅酸盐水泥中作为化学连接中心，形成优质的连接效果。所述粉煤灰的处理方法包括如下步骤：a1，将粉煤灰放入至乙醇中搅拌形成浆料，然后研磨处理1-3h，烘干得到粉煤灰细粉，所述粉煤灰与乙醇的体积比为3-5:1，搅拌速度为500-800r/min，所述研磨处理的压力为0.3-0.5MPa，温度为20-30℃，所述烘干的温度为90-100℃；该步骤利用乙醇与粉煤灰的搅拌形成浆料，并在该体系下形成湿法研磨处理，从而实现了粉煤灰的细化与颗粒均匀化；a2，将粉煤灰细粉与生石灰搅拌均匀，并放入密封反应釜内，然后通入混合气体静置1-4h，吹扫并烘干得到混合粉末，所述粉煤灰细粉与生石灰的质量比为10-12:1，搅拌速度为100-200r/min，所述密封反应釜的氛围为氮气氛围，所述混合气体由氮气与水蒸气组成，且水蒸气与氮气的体积比为1:8-10，混合气体的流速为1-3mL./min，静置的温度为70-80℃，压力为0.13-0.15MPa，所述吹扫采用100-110℃的氮气，吹扫速度为20-30mL/min，烘干的温度为100-120℃；该步骤将生石灰均匀混合在粉煤灰中，利用生石灰吸水后放热的特性，将粉煤灰内的玻璃网络结构破坏，即，Si-O-Si键受到破坏，将Si、Al、Fe等活性点位完全释放；a3，将混合粉末加入至水中超声处理30-60min，抽滤烘干得到预活化粉煤灰，所述混合粉末与水的质量比为1:20-30，超声处理的温度为10-20℃，超声频率为50-70kHz，所述烘干的温度为120-150℃；该步骤利用超声与溶解的方式将氢氧化钙形成溶解，达到氢氧化钙与粉煤灰的固液分离，经由抽滤得到键团活化的粉煤灰；该工艺制备的活化粉煤灰已经将硅铝结构破坏，将活性点位释放，形成优质的吸附点位，对其他材料形成致密性吸附结合，同时，活化后粉煤灰遇水后形成大量的表面羟基，该羟基结构在固化反应中表现出硅羟基活性，能够与有机物质和其他硅系材料稳定连接，同时与灰钙粉等材料形成优质的结合，同时有机沥青材料内的活性基团与硅羟基形成原位缩合，提高了整个水泥体系的固化三维体系，提高整体的使用寿命。

所述灰钙粉是由以CaCO₃为主要成分的天然优质石灰石，经高温煅烧后成为生石灰(CaO)后，再经精选，部分消化，然后再通过高速风选锤式粉碎机粉碎而成的。在使用过程中，遇水后的灰钙粉呈碱性，并在水泥出现裂纹时，渗透的水分与二氧化碳能够被灰钙粉吸收，并形成稳定的碳酸钙晶粒体系，且该晶粒属于内部自生长，达到填补的效果，同时粉煤灰的活化结构被钙离子吸收，打动内部沉降的效果，提高整体的紧实度。

所述甲基硅酸钠是一种刚性建筑防水材料，能够起到良好的渗透洁净性，快速渗透至硅酸盐水泥中，配合分子结构中的硅醇基与硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”形成优异的憎水层。这一过程中，甲基硅酸钠受限于使用环境，能够形成内部空隙结构的渗透，提高混凝土紧密性，自身结构的刚性，提高了整个水泥的刚性。其次，甲基硅酸钠自身的封闭性，能够将孔隙结构形成封堵，以及自身的渗透性将水泥的空隙填补，达到整体材料的连接密度，甲基硅酸钠的疏水性，能够起到一定的拒水效果。

所述有机沥青材料采用乳化沥青，选自宏驰RHLW1-2。乳化沥青是沥青与乳化剂的混合材料，能够将沥青均质化，形成优异的分散特性，沥青是由化学成分复杂的多种高分子组成的混合物，具有独特的流变性能。因其良好的粘结性、抗老化性和防水能力，在使用过程中，沥青材料能够作为粘合剂，将其他材料共混与粘结，并且沥青能够起到封闭防水的效果，将微孔材料形成封闭，减少微孔的水分沉积。

所述硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热系数高、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。在使用过程中，硅微粉能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体，起到抗渗、抗压的效果，同时能够有效的提升整体的致密性。

所述聚合硅酸铝铁具有较高的离子度，在使用过程中保持稳定性能够，具有良好的絮凝效果，能够对粉煤灰内的金属离子形成电荷吸引，提高其与粉煤灰的电荷连接，同时聚合硅酸铝铁形成小尺寸凝胶物质，该凝胶属于水化体系，配合低粒径结构的粉煤灰和灰钙粉等物质，形成填料与粘合剂的团聚体系，凝胶的软化渗透性，将混凝土内的缝隙填补，提高混凝土的耐候性。

所述甲基纤维素的取代度为1.3-1.6，且甲基纤维素为纤丝状。甲基纤维素自身具有优良的分散性，具有优异的粘合性能和韧性、柔曲性，在使用过程中，甲基纤维素的纤丝状结构在材料中形成稳定的分散，并与水搅拌时快速分散并溶胀，因此，甲基纤维素呈凝胶状，形成表面贴膜效果，并在配合聚合硅酸铝铁时，聚合硅酸铝铁自身的消毒杀菌性能，解决了甲基纤维素自身的抗菌性差的问题，提高了甲基纤维素的稳定性与长效性。进一步的，当聚合硅酸铝铁形成含水体系的絮团，该絮团会吸收甲基纤维素，并将絮团内的絮丝分散化与松散化，有助于粉煤灰、灰钙粉和微硅粉的渗入。

所述硫铝酸钙膨胀剂具有一定的膨胀性，能使水泥在凝结硬化时伴随体积膨胀，在硬化中形成水泥形成细小迁移，将水泥中的缝隙迁移填补，从而利用自身材料特点达到封闭填补性，无需添加其他材料，能够提高水泥的自身性能，与此同时，硫铝酸钙膨胀剂能够与水泥水化产物或粉煤灰、灰钙粉、微硅粉等材料的水化产物形成水化体系反应，形成晶体的转化与自身结构变化带来的增大。

所述水泥外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将粉煤灰、灰钙粉与甲基纤维素共混，并研磨处理直至达到500目细度，即，得到混合粉料，研磨处理的压力为0.12-0.14MPa；

步骤2，将甲基硅酸钠、有机沥青材料、硅微粉和聚合硅酸铝铁和硫铝酸钙膨胀剂加入混合粉料内，二次承压搅拌，混合均匀后得到水泥外加剂，所述承压搅拌的压力为0.11-0.12MPa，搅拌速度为200-300r/min。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

1.本发明解决了现有外加剂的单一性缺陷，以粉煤灰为原料，实现变废为宝，同时粉煤灰内的硅、铝、铁等元素形成活性点位，能够在水泥中形成活性中心点，提高水泥的强度和致密性。

2.本发明利用原材料的特性互补作用，达到了单纯物质所不能达到的优异品质，且充分利用原材料的水化活性和渗透性，配合聚合硅酸铝铁的絮团化和硫铝酸钙膨胀剂的水化膨胀化，实现了各种材料的协同作用。

具体实施方式

结合实施例详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

实施例1

一种水泥外加剂，其质量配比包括：粉煤灰100份、灰钙粉3份、甲基硅酸钠10份、有机沥青材料20份、微硅粉10份、聚合硅酸铝铁2份、甲基纤维素1份、硫铝酸钙膨胀剂2份。

所述粉煤灰需要进行处理，来增加粉煤灰自身的表面活性。所述粉煤灰的处理方法包括如下步骤：a1，将粉煤灰放入至乙醇中搅拌形成浆料，然后研磨处理1h，烘干得到粉煤灰细粉，所述粉煤灰与乙醇的体积比为3:1，搅拌速度为500r/min，所述研磨处理的压力为0.3MPa，温度为20℃，所述烘干的温度为90℃；a2，将粉煤灰细粉与生石灰搅拌均匀，并放入密封反应釜内，然后通入混合气体静置1h，吹扫并烘干得到混合粉末，所述粉煤灰细粉与生石灰的质量比为10:1，搅拌速度为100r/min，所述密封反应釜的氛围为氮气氛围，所述混合气体由氮气与水蒸气组成，且水蒸气与氮气的体积比为1:8，混合气体的流速为1mL./min，静置的温度为70℃，压力为0.13MPa，所述吹扫采用100℃的氮气，吹扫速度为20mL/min，烘干的温度为100℃；a3，将混合粉末加入至水中超声处理30min，抽滤烘干得到预活化粉煤灰，所述混合粉末与水的质量比为1:20，超声处理的温度为10℃，超声频率为50kHz，所述烘干的温度为120℃。

所述有机沥青材料采用乳化沥青，选自宏驰RHLW1-2。

所述甲基纤维素的取代度为1.3-1.6，且甲基纤维素为纤丝状。

所述水泥外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将粉煤灰、灰钙粉与甲基纤维素共混，并研磨处理直至达到500目细度，即，得到混合粉料，研磨处理的压力为0.12MPa；

步骤2，将甲基硅酸钠、有机沥青材料、硅微粉和聚合硅酸铝铁和硫铝酸钙膨胀剂加入混合粉料内，二次承压搅拌，混合均匀后得到水泥外加剂，所述承压搅拌的压力为0.11MPa，搅拌速度为200r/min。

将实施例制备的水泥外加剂加入至硅酸盐水泥，其中，水泥外加剂和硅酸盐水泥的质量比为5:95，且硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料和石膏混合而成。经检测如下：含有外加剂的实例水泥的初凝时间为129min，终凝时间为191min，抗压3d为28.4MPa，抗压28d为49.8MPa，抗折3d为6.3MPa，抗压28d为8.3MPa，安定性合格；而同材质的普通硅酸盐水泥的初凝时间为190min，终凝时间为260min，抗压3d为17.3MPa，抗压28d为34.6MPa，抗折3d为3.9MPa，抗压28d为7.3MPa，安定性合格。相比较而言，本实施例的外加剂能够有效的提升水泥产品的性能。

实施例2

一种水泥外加剂，其质量配比包括：粉煤灰120份、灰钙粉5份、甲基硅酸钠30份、有机沥青材料30份、微硅粉20份、聚合硅酸铝铁8份、甲基纤维素2份、硫铝酸钙膨胀剂5份。

所述粉煤灰需要进行处理，来增加粉煤灰自身的表面活性。所述粉煤灰的处理方法包括如下步骤：a1，将粉煤灰放入至乙醇中搅拌形成浆料，然后研磨处理3h，烘干得到粉煤灰细粉，所述粉煤灰与乙醇的体积比为5:1，搅拌速度为

800r/min，所述研磨处理的压力为0.5MPa，温度为30℃，所述烘干的温度为100℃；a2，将粉煤灰细粉与生石灰搅拌均匀，并放入密封反应釜内，然后通入混合气体静置4h，吹扫并烘干得到混合粉末，所述粉煤灰细粉与生石灰的质量比为12:1，搅拌速度为200r/min，所述密封反应釜的氛围为氮气氛围，所述混合气体由氮气与水蒸气组成，且水蒸气与氮气的体积比为1:10，混合气体的流速为3mL./min，静置的温度为80℃，压力为0.15MPa，所述吹扫采用110℃的氮气，吹扫速度为30mL/min，烘干的温度为120℃；a3，将混合粉末加入至水中超声处理60min，抽滤烘干得到预活化粉煤灰，所述混合粉末与水的质量比为1:30，超声处理的温度为20℃，超声频率为70kHz，所述烘干的温度为150℃。

所述有机沥青材料采用乳化沥青，选自宏驰RHLW1-2。

所述甲基纤维素的取代度为1.3-1.6，且甲基纤维素为纤丝状。

所述水泥外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将粉煤灰、灰钙粉与甲基纤维素共混，并研磨处理直至达到500目细度，即，得到混合粉料，研磨处理的压力为0.14MPa；

步骤2，将甲基硅酸钠、有机沥青材料、硅微粉和聚合硅酸铝铁和硫铝酸钙膨胀剂加入混合粉料内，二次承压搅拌，混合均匀后得到水泥外加剂，所述承压搅拌的压力为0.12MPa，搅拌速度为300r/min。

将实施例制备的水泥外加剂加入至硅酸盐水泥，其中，水泥外加剂和硅酸盐水泥的质量比为5:95，且硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料和石膏混合而成。经检测如下：含有外加剂的实例水泥的初凝时间为121min，终凝时间为186min，抗压3d为29.2MPa，抗压28d为50.5MPa，抗折3d为6.4MPa，抗压28d为8.5MPa，安定性合格；而同材质的普通硅酸盐水泥的初凝时间为190min，终凝时间为260min，抗压3d为17.3MPa，抗压28d为34.6MPa，抗折3d为3.9MPa，抗压28d为7.3MPa，安定性合格。

实施例3

一种水泥外加剂，其质量配比包括：粉煤灰110份、灰钙粉4份、甲基硅酸钠20份、有机沥青材料25份、微硅粉15份、聚合硅酸铝铁6份、甲基纤维素2份、硫铝酸钙膨胀剂4份。

所述粉煤灰需要进行处理，来增加粉煤灰自身的表面活性。所述粉煤灰的处理方法包括如下步骤：a1，将粉煤灰放入至乙醇中搅拌形成浆料，然后研磨处理2h，烘干得到粉煤灰细粉，所述粉煤灰与乙醇的体积比为4:1，搅拌速度为700r/min，所述研磨处理的压力为0.4MPa，温度为25℃，所述烘干的温度为95℃；a2，将粉煤灰细粉与生石灰搅拌均匀，并放入密封反应釜内，然后通入混合气体静置3h，吹扫并烘干得到混合粉末，所述粉煤灰细粉与生石灰的质量比为11:1，搅拌速度为150r/min，所述密封反应釜的氛围为氮气氛围，所述混合气体由氮气与水蒸气组成，且水蒸气与氮气的体积比为1:9，混合气体的流速为2mL./min，静置的温度为75℃，压力为0.14MPa，所述吹扫采用105℃的氮气，吹扫速度为25mL/min，烘干的温度为110℃；a3，将混合粉末加入至水中超声处理50min，抽滤烘干得到预活化粉煤灰，所述混合粉末与水的质量比为1:25，超声处理的温度为15℃，超声频率为60kHz，所述烘干的温度为140℃。

所述有机沥青材料采用乳化沥青，选自宏驰RHLW1-2。

所述甲基纤维素的取代度为1.3-1.6，且甲基纤维素为纤丝状。

所述水泥外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将粉煤灰、灰钙粉与甲基纤维素共混，并研磨处理直至达到500目细度，即，得到混合粉料，研磨处理的压力为0.13MPa；

步骤2，将甲基硅酸钠、有机沥青材料、硅微粉和聚合硅酸铝铁和硫铝酸钙膨胀剂加入混合粉料内，二次承压搅拌，混合均匀后得到水泥外加剂，所述承压搅拌的压力为0.11MPa，搅拌速度为250r/min。

将实施例制备的水泥外加剂加入至硅酸盐水泥，其中，水泥外加剂和硅酸盐水泥的质量比为5:95，且硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料和石膏混合而成。经检测如下：含有外加剂的实例水泥的初凝时间为123min，终凝时间为188min，抗压3d为28.9MPa，抗压28d为50.3MPa，抗折3d为6.4MPa，抗压28d为8.5MPa，安定性合格；而同材质的普通硅酸盐水泥的初凝时间为190min，终凝时间为260min，抗压3d为17.3MPa，抗压28d为34.6MPa，抗折3d为3.9MPa，抗压28d为7.3MPa，安定性合格。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水泥外加剂，其特征在于：其质量配比包括：粉煤灰100-120份、灰钙粉3-5份、甲基硅酸钠10-30份、有机沥青材料20-30份、微硅粉10-20份、聚合硅酸铝铁2-8份、甲基纤维素1-2份、硫铝酸钙膨胀剂2-5份。

2.根据权利要求1所述的水泥外加剂，其特征在于：所述粉煤灰需要进行处理，来增加粉煤灰自身的表面活性。

3.根据权利要求2所述的水泥外加剂，其特征在于：所述粉煤灰的处理方法包括如下步骤：a1，将粉煤灰放入至乙醇中搅拌形成浆料，然后研磨处理1-3h，烘干得到粉煤灰细粉；a2，将粉煤灰细粉与生石灰搅拌均匀，并放入密封反应釜内，然后通入混合气体静置1-4h，吹扫并烘干得到混合粉末；a3，将混合粉末加入至水中超声处理30-60min，抽滤烘干得到预活化粉煤灰。

4.根据权利要求3所述的水泥外加剂，其特征在于：所述粉煤灰与乙醇的体积比为3-5:1，搅拌速度为500-800r/min，所述研磨处理的压力为0.3-0.5MPa，温度为20-30℃，所述烘干的温度为90-100℃。

5.根据权利要求3所述的水泥外加剂，其特征在于：所述粉煤灰细粉与生石灰的质量比为10-12:1，搅拌速度为100-200r/min，所述密封反应釜的氛围为氮气氛围，所述混合气体由氮气与水蒸气组成，且水蒸气与氮气的体积比为1:8-10，混合气体的流速为1-3mL./min，静置的温度为70-80℃，压力为0.13-0.15MPa，所述吹扫采用100-110℃的氮气，吹扫速度为20-30mL/min，烘干的温度为100-120℃。

6.根据权利要求3所述的水泥外加剂，其特征在于：所述混合粉末与水的质量比为1:20-30，超声处理的温度为10-20℃，超声频率为50-70kHz，所述烘干的温度为120-150℃。

7.根据权利要求1所述的水泥外加剂，其特征在于：所述有机沥青材料采用乳化沥青，选自宏驰RHLW1-2。

8.根据权利要求1所述的水泥外加剂，其特征在于：所述甲基纤维素的取代度为1.3-1.6，且甲基纤维素为纤丝状。

9.根据权利要求1所述的水泥外加剂，其特征在于：所述水泥外加剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将粉煤灰、灰钙粉与甲基纤维素共混，并研磨处理直至达到500目细度，即，得到混合粉料，研磨处理的压力为0.12-0.14MPa；

步骤2，将甲基硅酸钠、有机沥青材料、硅微粉和聚合硅酸铝铁和硫铝酸钙膨胀剂加入混合粉料内，二次承压搅拌，混合均匀后得到水泥外加剂，所述承压搅拌的压力为0.11-0.12MPa，搅拌速度为200-300r/min。