一種抗折彎的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抗折彎的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及水泥領(lǐng)域，具體是涉及一種抗折彎的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 建筑、橋梁、道路、機(jī)場(chǎng)、隧道、大壩、水渠等工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，常因發(fā) 生化學(xué)腐蝕、凍融循環(huán)、磨損與沖刷破壞、撞擊與沖擊損壞、地震作用、爆炸作用等耐久性因 素或突發(fā)性災(zāi)害因素引起的表面剝落、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂等損壞現(xiàn)象，采用緊急修補(bǔ)材料、快速地恢 復(fù)工程結(jié)構(gòu)的使用功能，是土木工程、交通工程、水工工程等領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。目前，常 見(jiàn)的緊急修補(bǔ)材料除高分子建筑結(jié)構(gòu)膠粘劑以外，大量采用以無(wú)機(jī)材料為基本組成的水泥 類(lèi)修補(bǔ)材料。
[0003] 硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥都可以稱(chēng)為鎂水泥，具有質(zhì)量輕、防火、凝結(jié)快、隔聲、絕 熱等特點(diǎn)。硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥相比，其主要的優(yōu)點(diǎn)是抗溫性能好，對(duì)鋼筋腐蝕性能差 的特點(diǎn)。硫氧鎂水泥一個(gè)致命的缺點(diǎn)是其強(qiáng)度比氯氧鎂水泥要低，甚至低于硅酸鹽水泥，這 也是限制了硫氧鎂水泥大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。
[0004] 硫氧鎂水泥是一種由硫酸鎂溶液拌合輕燒氧化鎂（MgO)粉制備成的無(wú)機(jī)膠凝材 料。水泥材料的強(qiáng)度與其水化產(chǎn)物的種類(lèi)、水化產(chǎn)物的相對(duì)含量以及水泥的微觀結(jié)構(gòu)密切 相關(guān)，硫氧鎂水泥也不例外。Beaudoin通過(guò)分析硫氧鎂水泥的孔隙率與硬度的關(guān)系，認(rèn)為其 孔隙率高是造成強(qiáng)度低的主要原因，同時(shí)研宄還指出，如果能夠保證硫氧鎂水泥與氯氧鎂 水泥的具有相同的孔隙率，則硫氧鎂水泥的力學(xué)強(qiáng)度將接近氯氧鎂水泥。采用較小的水灰 比制備硫氧鎂水泥，其強(qiáng)度仍然會(huì)遠(yuǎn)低于氯氧鎂水泥。因此，決定硫氧鎂水泥強(qiáng)度的主要原 因應(yīng)歸結(jié)于其水化過(guò)程及其水化產(chǎn)物的種類(lèi)和含量。
[0005] 按照Cole報(bào)道，MgO~MgS04~H20三元體系所配制的硫氧鎂水泥衆(zhòng)體中可以出 現(xiàn) 4 種堿式硫氧鎂，即 5Mg(0H)2 .MgS04 ·3Η20(5 ·1 ·3 相）、3Mg(0H)2 .MgS04 ·8Η20(3 ·1 ·8 相）、Mg (OH) 2 · 2MgS04 · 3Η20 (1 · 2 · 3 相）和 Mg (OH) 2 · MgS04 · 5Η20 (1 · 1 · 5 相），其中 只有3·1 ·8相在35°C下為穩(wěn)定相。Urwrong研宄了 MgO~H2S04~H20三元體系相圖后， 認(rèn)為在室溫下除了出現(xiàn)3 · 1 · 8相，還有MgS04 · nH20(n = 7、6、1)、Mg(0H)2和MgO,還會(huì) 出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)的1 · 1 · 5相和MgS04 · 4H20,并指出如果開(kāi)始的原料為MgO和硫酸鎂或硫酸鎂 溶液，在室溫下不可能制備3 · 1 · 8相含量超過(guò)50%的硬化水泥漿體。
[0006] 目前，缺乏一種抗折彎的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抗折彎的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥及其 制備方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)根據(jù)下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：本發(fā)明的一種抗折彎的堿 式硫酸鎂水泥，所述抗折彎的堿式硫酸鎂水泥由下述質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：
[0009] 氧化鎂 40-55%， 七水硫酸鎂 20-25%， 工業(yè)廢渣粉 10-20%， 白礦渣 5~9%， 礦物摻合料 3^8%， 脫硫石膏 2飛％， 稻稈 2~4%， 調(diào)凝劑 Γ3%。
[0010] 進(jìn)一步地，所述氧化鎂是指煅燒菱鎂礦制成的氧化鎂粉末材料、鹽湖鹵水提取碳 酸鋰工藝過(guò)程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品氧化鎂粉末材料中的任何一種或兩種的組合。
[0011] 進(jìn)一步地，所述氧化鎂為菱鎂礦輕燒粉、白云石輕燒粉中的一種或者幾種的組合； 所述秸桿為粉末狀，粉末細(xì)度為100~300目。
[0012] 更進(jìn)一步地，所述氧化鎂由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：
[0013] 氧化鎂 70-80.20%， 氧化鈣 1 20?.30%， 二氧化硅 5. 30-6. 07%，
[0014] :;/Η化:鐵 11. 2Γ11.91%， 三氧化二鋁 0. 12~0. 15%。
[0015] 進(jìn)一步地，所述氧化鎂由菱鎂礦在溫度為750~850°C下進(jìn)行煅燒、磨細(xì)得到粉 末，粉末細(xì)度為200~300目，篩余率為6%。
[0016] 本發(fā)明所述的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥的制備方法，包括如下步驟：（1)按配比 稱(chēng)取上述比例的各組分，氧化鎂40~55%，七水硫酸鎂20~25%，工業(yè)廢渣粉10~ 20%，白礦渣5~9%，礦物摻合料3~8%，脫硫石膏2~5%，調(diào)凝劑1~3%;
[0017] ⑵將七水硫酸鎂配置成溶液；
[0018] (3)然后將氧化鎂和脫硫石膏投入攪拌機(jī)中，最后再將工業(yè)廢渣粉、白礦渣、礦物 摻合料、礦渣、硅灰、秸桿與七水硫酸鎂溶液投入攪拌機(jī)中，攪拌均勻成漿體，加入調(diào)凝劑即 制得抗折彎的堿式硫酸鎂水泥。
[0019] 進(jìn)一步地，在步驟（3)中，攪拌速度為1500~2000r/min。
[0020] 有益效果：本發(fā)明在硫氧鎂水泥中摻加合適的外加劑之后形成了一種新的堿式 硫酸鎂相，并且產(chǎn)生了與傳統(tǒng)硫氧鎂水泥完全不同的性能和特征的抗折彎的堿式硫酸鎂水 泥，其主要水化產(chǎn)物是高強(qiáng)度517晶須，屬于一種晶須自形成、高強(qiáng)、高韌性、高壓折比、抗 碳化、抗鹽鹵、抗水熱、抗海水、抗沖擊、抗疲勞、抗碳化、防鋼筋銹蝕、高耐久、長(zhǎng)壽命的新型 特種水泥。
[0021] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0022] (1)抗折彎的堿式硫酸鎂水泥的強(qiáng)度高于硫氧鎂水泥的主要原因是其水化完全， 且致密的微觀結(jié)構(gòu)中含有大量針狀?？拐蹚澋膲A式硫酸鎂水泥合成了純的堿式硫酸鎂新 相，形貌為針桿狀晶體，在Topas4. 2軟件中采用模擬退火法解析出5Mg(0H)2 WgSCM ·7Η20 為單斜晶體，所屬空間群為C121，晶胞參數(shù)為：a=15. 1從、b=6. 3lL c=10. 26Α、β =103. 98〇,晶體密度為I. 87g/cm3。該晶體是由Mg2~0八面體為骨架，S042~、Η20和 OH~為填充離子（或分子）的層狀結(jié)構(gòu)。
[0023] (2)傳統(tǒng)硫氧鎂水泥凈漿試件泡水28d后開(kāi)裂、奔潰，原因是低活性MgO水化產(chǎn)生 結(jié)晶應(yīng)力，破壞水泥結(jié)構(gòu)?？拐蹚澋膲A式硫酸鎂水泥具有更加優(yōu)異的抗水性能，無(wú)礦物摻合 料時(shí)，抗折彎的堿式硫酸鎂水泥凈漿試件泡水180d的軟化系數(shù)可達(dá)0. 85以上。摻加粉煤 灰的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥的抗水性能可進(jìn)一步提高，泡水180d軟化系數(shù)可達(dá)0. 98。原 因在于外加劑延緩了 MgO在水中水化的速度，削弱了 MgO水化產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)力，且強(qiáng)度相對(duì) 本發(fā)明的溶解度較低。
[0024] (3)摻加礦渣的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥在80°C下水熱處理14d不出現(xiàn)開(kāi)裂。浸 泡鹵水8個(gè)月，抗折彎的堿式硫酸鎂水泥強(qiáng)度不降反升。抗折彎的堿式硫酸鎂水泥在加速 碳化環(huán)境中，不出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。抗折彎的堿式硫酸鎂水泥中鋼筋銹蝕程度遠(yuǎn)低于在氯氧鎂 水泥中的情況?？拐蹚澋膲A式硫酸鎂水泥中鋼筋的早期銹蝕速率高于硅酸鹽水泥，后期逐 漸降低，甚至?xí)陀诠杷猁}水泥中的鋼筋銹蝕速率。摻加少量亞硝酸鹽阻銹劑時(shí)，抗折彎的 堿式硫酸鎂水泥中鋼筋幾乎不銹蝕。
[0025] (4)本發(fā)明中摻雜了秸桿粉末，有利于改善本發(fā)明的韌性，提高本發(fā)明的強(qiáng)度。 【【附圖說(shuō)明】】
[0026] 圖1為傳統(tǒng)的硫氧鎂水泥的水化30d的微觀結(jié)構(gòu)SEM形貌圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明抗折彎的堿式硫酸鎂水泥30d的SEM形貌圖；
[0028] 圖3為普通硅酸鹽水泥配制的C80高性能混凝土 30d的SEM形貌圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0029] 以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅用于舉例說(shuō)明的目的，并沒(méi)有 限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件。
[0030] 實(shí)施例1
[0031] 本發(fā)明的一種抗折彎的堿式硫酸鎂水泥，所述抗折彎的堿式硫酸鎂水泥由下述質(zhì) 量百分?jǐn)?shù)的組分組成：
[0032] 氧化鎂 40%， 七水硫酸鎂 20%， 工業(yè)廢渣粉 10%， 白礦渣 5%， 礦物摻合料 3%， 脫硫石霄 2%， 稻稈 2%， 調(diào)凝劑 1%。
[0033] 所述氧化鎂是指煅燒菱鎂礦制成的氧化鎂粉末材料。
[0034] 所述氧化鎂為菱鎂礦輕燒粉；所述秸桿為粉末狀，粉末細(xì)度為100目。
[0035] 所述氧化鎂由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的組分組成：
[0036] 氧化鎂 70%， 氧化鈣 1.20%， 二氧化硅 5. 30%， 三氧化二鐵 11.21%， 三氧化二鋁 0.12%。
[0037] 所述氧化鎂由菱鎂礦在溫度為75〇°C下進(jìn)行煅燒、磨細(xì)得到粉末，粉末細(xì)度為 200~300目，篩余率為6 %。
[0038] 本發(fā)明所述的抗折彎的堿式硫酸鎂水泥的制備方法，包括如下步驟：（1)按配比 稱(chēng)取上述比例的各組分，氧化鎂 40%，七水硫酸鎂 20%，工業(yè)廢渣粉 10%，白礦渣 9 %，礦物摻合料8 %，脫硫石膏5 %，秸桿2 %，調(diào)凝劑3 % ;
[0039] (2)將七水硫酸鎂配置成溶液；
[0040] (3)然后將氧化鎂和脫硫石膏投入攪拌機(jī)中，最后再將工業(yè)廢渣粉、白礦渣、礦物 摻合料、礦渣、硅灰、秸桿與七水硫酸鎂溶液投入攪拌機(jī)中，攪拌均勻成漿體，加入調(diào)凝劑即 制得抗折彎的堿式硫酸鎂水泥。攪拌速度為1500r/min。
[0041] 如圖1和圖2所示，圖1為傳統(tǒng)的硫氧鎂水泥的水化30d的微觀結(jié)構(gòu)SEM形貌圖； 圖2為本發(fā)明抗折彎的堿式硫酸鎂水泥30d的SEM形貌圖；采用工業(yè)原料制備的抗折彎的 堿式硫酸鎂水泥，水化產(chǎn)物為5 · 1 · 7晶須。
[0042] 可見(jiàn)，傳統(tǒng)硫氧鎂水泥的水化結(jié)構(gòu)主要由大量的片狀Mg (OH) 2晶體構(gòu)成，且結(jié)構(gòu) 疏松，孔隙較多?？拐蹚澋膲A式硫酸鎂水泥水化后的微觀結(jié)構(gòu)由空間分布比較均勻的大量 針桿狀5