CN119263685A - 一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，包括：水、固体粉体以及引气剂；水与固体粉体之间的质量比为：0.5‑0.8；所述固体粉体包括：电石渣、粉煤灰以及水泥。本发明专利使用工业固体废弃物，在少量水泥的胶结作用下成型，并在引气剂的作用下形成多孔结构，便于蒸汽充分渗透，在蒸汽养护的条件下，各反应物充分反应，生成托贝莫来石晶体。

Description

一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂及其加工方法

技术领域

本发明涉及混凝土早强剂，更具体地，本发明还涉及一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂及其加工方法。

背景技术

常见的混凝土早强剂种类主要包括以下几种：

无机盐类早强剂：

氯化物：如氯化钙（CaCl₂），它是最常用的早强剂之一。氯化钙的掺入能加速水泥的硬化和凝结过程，显著提高混凝土的早期强度。然而，过量使用可能会引起钢筋锈蚀，因此需要严格控制掺量。

硫酸盐：如硫酸钠（Na₂SO₄），也称为元明粉。它常与其他早强剂复合使用，以提高混凝土早期强度并加速水泥水化。

有机物类早强剂：

三乙醇胺：是一种常用的有机早强剂，它能与水泥中的铝酸三钙反应生成络合物，从而加速水泥的水化硬化过程。三乙醇胺通常与其他早强剂复合使用，以达到更好的效果。

其他有机化合物：包括某些醇胺类、醇类、糖类等，它们通过不同的机制促进水泥的水化反应，提高混凝土的早期强度。

复合早强剂：

复合早强剂是将多种早强剂成分按照一定比例复合而成，旨在综合利用各种早强剂的优点，达到更好的早强效果。复合早强剂通常包括无机盐和有机物的组合，以及其他可能的添加剂，如缓凝剂、减水剂等。

特殊早强剂：

如甲酸钙，特别适用于低温环境下的混凝土施工。甲酸钙能够显著降低混凝土的冰点，促进水泥在低温下的水化反应，从而加速混凝土的硬化和强度发展。

在这些早强剂中，氯盐类和硫酸盐类早强剂由于对混凝土耐久性存在不利影响，已严格限制其应用范围，这些早强剂皆存在易导致混凝土收缩快、抗裂性能降低等问题。

托贝莫来石是一种钙硅酸盐矿物，通常属于水化硅酸钙（C-S-H）类矿物的一种。这类矿物在地质学和材料科学中非常重要，特别是在水泥、混凝土和地质沉积物中广泛存在。托贝莫来石具有层状结构，由硅酸钙和水的分子层交替堆叠而成，这种结构赋予了它特定的物理和化学性质。在建筑材料中，托贝莫来石是水泥水化产物的重要组成部分，对水泥石的强度和耐久性有重要影响。

托贝莫来石的晶体结构中含有大量的羟基，在水泥水化过程中促进水泥的水化反应进程。具体来说，托贝莫来石可以缓慢释放氢氧化钙，这是水泥水化反应中的一个重要产物，从而加速水泥强度的增长。此外，托贝莫来石还能形成水泥凝胶体系的骨架结构，为水化产物的生成提供稳定的支撑，保证水泥凝胶的稳定性和耐久性。因此托贝莫来石晶体可以作为一种优质的混凝土早强剂。

由于托贝莫来石的微观形态颗粒结构可以填充水泥颗粒之间的空隙，增加水泥的密实度和抗渗性。这种填充作用有助于减少水泥石中的微裂缝和孔隙，提高水泥石的强度。同时，由于托贝莫来石能够促进水化反应的进行，生成更多的水化产物，这些水化产物能够进一步填充水泥石中的空隙，使水泥石的强度得到进一步提高。因此托贝莫来石对混凝土的早期强度和后期强度都有着良好的促进作用。

因为托贝莫来石能够填充水泥颗粒之间的空隙，减少水分和有害物质的渗透通道，从而降低混凝土的渗透性。同时，托贝莫来石还能与一些有害物质发生化学反应，将其固定在水泥石中，防止其进一步侵蚀混凝土。

与传统早强剂相比，托贝莫来石对混凝土的增强效果更好，抗裂性能与抗收缩性能更好，对混凝土耐久性无不利影响。

目前制备托贝莫来石的主流方法是水热法，使用超临界水热法可以进一步提高制备的效率，这些方法要将粉体在液相中均匀分布，因此在制备过程中还需要借助超声等手段保证各种原料在液相中充分接触并反应。

发明内容

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，包括：水、固体粉体以及引气剂；水与固体粉体之间的质量比为：0.5-0.8；所述固体粉体包括：电石渣、粉煤灰以及水泥。

优选的，各种固体粉料的质量比为：电石渣25-35%、粉煤灰60-70%以及水泥5-15%。

优选的，引气剂的掺量为粉体的0.5-0.8%。

优选的，引气剂包括：十二烷基硫酸钠或者三萜皂苷。

优选的，电石渣需经干燥球磨处理，处理后的比表面积为400-500m²/kg。

优选的，一种用于蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂的加工方法，包括：

固体粉体加水和引气剂成型后静置24小时后，进反应釜，反应温度为120-130℃，反应时间为5-6小时；

反应完毕，将试块在100℃-130℃下干燥2-5小时，破碎后进入球磨机粉磨，粉磨至比表面积为450-500m2/kg；

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺，且质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.1-0.5%；

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.5~1μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明专利使用工业固体废弃物，在少量水泥的胶结作用下成型，并在引气剂的作用下形成多孔结构，便于蒸汽充分渗透，在蒸汽养护的条件下，各反应物充分反应，生成托贝莫来石晶体。

2.加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺，消除粉磨体静电，提高粉磨效果。

3.将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙在混料机中混合，优化胶凝材料的颗粒级配，并且可以起到降低混凝土拌合物黏度的效果（尤其对胶凝材料用量较多的高强度混凝土），此外，重质碳酸钙中的钙离子在水泥水化早期还可以起到诱导硅酸钙矿物水化，有一定的早强作用。进一步提升了该早强剂的早强效果。

附图说明

图1为本发明蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂的反应完成后的试块；

图2为本发明蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂粉磨后产品效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

图1至图2所示，一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂的加工方法，将电石渣在120℃下干燥3小时，后进入球磨机球磨，至比表面积为425m²/kg，以质量比电石渣30%、粉煤灰60%、水泥10%的比例混合，加入粉体掺量0.6%的十二烷基硫酸钠；

水与固体粉体之间的质量比为：0.6的比例加入水，将浆体充分搅拌成型。

制备成100×100×100mm的试块，静置24小时后，脱模进入反应釜，反应温度为120℃，反应时间为5小时。

反应完毕，将试块在120℃下干燥3小时，破碎后、粉磨至比表面积为480m²/kg，即制得托贝莫来石系混凝土膨胀剂。

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺三种化学物质的混合物，这三者的质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.1%；这些化学物质可以起到消除粉磨体静电，提高粉磨效果，更重要的是，这些表面活性剂在混凝土早强剂使用时，可以起到很好的流化效果，使早强剂在混凝土拌合物中分布得更加均匀，促强效果更好。

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.5μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。超细重质碳酸钙可以更好的填充胶凝材料体系的孔隙，优化胶凝材料的颗粒级配，并且可以起到降低混凝土拌合物黏度的效果（尤其对胶凝材料用量较多的高强度混凝土），此外，重质碳酸钙中的钙离子在水泥水化早期还可以起到诱导硅酸钙矿物水化，有一定的早强作用。进一步提升了该早强剂的早强效果。

将托贝莫来石系膨胀剂以1%的掺量加入水泥中，P.O42.5水泥1d强度由11MPa提高19MPa，3d强度由26MPa提高34MPa，28d强度由48MPa提高至54MPa。

与目前应用效果较为理想的甲酸钙比较，同等掺量1%，P.O42.5水泥1d强度由11MPa提高18MPa,3d强度由26MPa提高32MPa，28d强度由48MPa提高至49MPa。

托贝莫来石系膨胀剂和甲酸钙早强剂相比，在同等产量下，P.O42.5水泥1d强度和3d强度增加量几乎相当，托贝莫来石还略高于甲酸钙。28d强度则显著高于甲酸钙，甲酸钙早强剂的28d强度与基准相比，几乎没有变化，而托贝莫来石系早强剂的28d强度仍然有显著的增长。

实施例2：

将电石渣在120℃下干燥3小时，后进入球磨机球磨，至比表面积为400m²/kg，以质量比电石渣35%、粉煤灰60%、水泥5%的比例混合，加入粉体掺量0.5%的三萜皂苷；

水与固体粉体之间的质量比为：0.5的比例加入水，将浆体充分搅拌成型。

制备成100×100×100mm的试块，静置24小时后，脱模进入反应釜，反应温度为130℃，反应时间为5.5小时。反应完毕，将试块在100℃下干燥2小时，破碎后、粉磨至比表面积为450m²/kg，即制得托贝莫来石系混凝土膨胀剂。

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺三种化学物质的混合物，这三者的质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.5%；这些化学物质可以起到消除粉磨体静电，提高粉磨效果，更重要的是，这些表面活性剂在混凝土早强剂使用时，可以起到很好的流化效果，使早强剂在混凝土拌合物中分布得更加均匀，促强效果更好。

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.8-1μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。超细重质碳酸钙可以更好的填充胶凝材料体系的孔隙，优化胶凝材料的颗粒级配，并且可以起到降低混凝土拌合物黏度的效果（尤其对胶凝材料用量较多的高强度混凝土），此外，重质碳酸钙中的钙离子在水泥水化早期还可以起到诱导硅酸钙矿物水化，有一定的早强作用。进一步提升了该早强剂的早强效果。

实施例3：

将电石渣在130℃下干燥2小时，后进入球磨机球磨，至比表面积为500m²/kg，以质量比电石渣25%、粉煤灰60%、水泥15%的比例混合，加入粉体掺量0.8%的三萜皂苷；

水与固体粉体之间的质量比为：0.8的比例加入水，将浆体充分搅拌成型。

制备成100×100×100mm的试块，静置24小时后，脱模进入反应釜，反应温度为125℃，反应时间为5.5小时。反应完毕，将试块在115℃下干燥4小时，破碎后、粉磨至比表面积为500m²/kg，即制得托贝莫来石系混凝土膨胀剂。

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺三种化学物质的混合物，这三者的质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.2%；这些化学物质可以起到消除粉磨体静电，提高粉磨效果，更重要的是，这些表面活性剂在混凝土早强剂使用时，可以起到很好的流化效果，使早强剂在混凝土拌合物中分布得更加均匀，促强效果更好。

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.6-0.8μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。超细重质碳酸钙可以更好的填充胶凝材料体系的孔隙，优化胶凝材料的颗粒级配，并且可以起到降低混凝土拌合物黏度的效果（尤其对胶凝材料用量较多的高强度混凝土），此外，重质碳酸钙中的钙离子在水泥水化早期还可以起到诱导硅酸钙矿物水化，有一定的早强作用。进一步提升了该早强剂的早强效果。

实施例4：

将电石渣在125℃下干燥3小时，后进入球磨机球磨，至比表面积为460m²/kg，以质量比电石渣25%、粉煤灰70%、水泥5%的比例混合，加入粉体掺量0.7%的十二烷基硫酸钠；

水与固体粉体之间的质量比为：0.6的比例加入水，将浆体充分搅拌成型。

制备成100×100×100mm的试块，静置24小时后，脱模进入反应釜，反应温度为120℃，反应时间为5小时。反应完毕，将试块在120℃下干燥3小时，破碎后、粉磨至比表面积为460m²/kg，即制得托贝莫来石系混凝土膨胀剂。

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺三种化学物质的混合物，这三者的质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.3%；这些化学物质可以起到消除粉磨体静电，提高粉磨效果，更重要的是，这些表面活性剂在混凝土早强剂使用时，可以起到很好的流化效果，使早强剂在混凝土拌合物中分布得更加均匀，促强效果更好。

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.5-0.7μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，其特征在于，包括：水、固体粉体以及引气剂；水与固体粉体之间的质量比为：0.5-0.8；所述固体粉体包括：电石渣、粉煤灰以及水泥。

2.根据权利要求1所述的养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，其特征在于，各种固体粉料的质量比为：电石渣25-35%、粉煤灰60-70%以及水泥5-15%。

3.根据权利要求1所述的养法制备托贝莫来石系混 凝土早强剂，其特征在于，引气剂的掺量为粉体的0.5-0.8%。

4.根据权利要求1所述的养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，其特征在于，所述引气剂包括：十二烷基硫酸钠或者三萜皂苷。

5.根据权利要求1所述的养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂，其特征在于，所述电石渣需经干燥球磨处理，处理后的比表面积为400-500m2/kg。

6.一种用于权利要求1至5任意一项所述的蒸养法制备托贝莫来石系混凝土早强剂的加工方法，其特征在于，包括：

固体粉体加水和引气剂成型后静置24小时后，进反应釜，反应温度为120-130℃，反应时间为5-6小时；

反应完毕，将试块在100℃-130℃下干燥2-5小时，破碎后进入球磨机粉磨，粉磨至比表面积为450-500m2/kg；

粉磨时，加入二甘醇、三乙醇胺和羟乙基乙二胺，且质量比是2:1:1，加入量为入磨物料量的0.1-0.5%；

将粉磨好的粉体与湿法制备的重质碳酸钙（颗粒粒径0.5~1μm）在混料机中以质量比95:5的比例混合。