一種抗碳化的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法
【專利說明】一種抗碳化的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及膠凝材料領域，具體是涉及一種抗碳化的堿式硫酸鎂水泥及其制備方 法。 【【背景技術】】
[0002] 硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥都可以稱為鎂水泥，具有質量輕、防火、凝結快、隔聲、絕 熱等特點。硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥相比，其主要的優(yōu)點是抗溫性能好，對鋼筋腐蝕性能差 的特點。硫氧鎂水泥一個致命的缺點是其強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)模應用的主要原因。
[0003] 硫氧鎂水泥是一種由硫酸鎂溶液拌合輕燒氧化鎂MgO粉制備成的無機膠凝材料。 水泥材料的強度與其水化產物的種類、水化產物的相對含量以及水泥的微觀結構密切相 關，硫氧鎂水泥也不例外。Beaudoin通過分析硫氧鎂水泥的孔隙率與硬度的關系，認為其孔 隙率高是造成強度低的主要原因，同時研宄還指出，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強度將接近氯氧鎂水泥。采用較小的水灰比 制備硫氧鎂水泥，其強度仍然會遠低于氯氧鎂水泥。因此，決定硫氧鎂水泥強度的主要原因 應歸結于其水化過程及其水化產物的種類和含量。
[0004] 按照Cole報道，MgO~MgS04~H20三元體系所配制的硫氧鎂水泥衆(zhòng)體中可以出 現4種堿式硫氧鎂，即5Mg(0H)2 .MgS04 .3H20(5 .1 .3相）、3Mg(0H)2 .MgS04 .81120(3 .1 *8 相）、Mg(OH) 2?2MgS04?3H20(I?2?3相）和Mg(OH) 2?MgS04?5H20(I?I?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， 認為在室溫下除了出現3?1? 8相，還有MgS04?nH20(n=7、6、1)、Mg(0H)2和MgO,還會 出現亞穩(wěn)態(tài)的1?1?5相和MgS04?4H20,并指出如果開始的原料為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50%的硬化水泥漿體。
[0005] 目前，缺乏一種性能優(yōu)異的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥及其制備方法。 【
【發(fā)明內容】
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[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種性能優(yōu)異的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥及 其制備方法。
[0007] 為了實現上述目的，本發(fā)明通過根據下技術方案實現：本發(fā)明的一種抗碳化的堿 式硫酸鎂水泥，所述抗碳化的堿式硫酸鎂水泥由下述質量百分數的組分組成：
[0008]
[0009] 進一步地，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 酸鋰工藝過程中所產生的副產品氧化鎂粉末材料中的任何一種或兩種的組合。
[0010] 進一步地，所述氧化鎂由以下質量百分數的組分組成：
[0011]
[0012]更進一步地，所述礦渣由以下質量百分數的組分組成：二氧化硅35. 50%，三氧化 二鋁12. 29 %，三氧化二鐵2. 45 %，氧化鈣36. 68 %，氧化鎂10. 60 %，三氧化硫0. 65 %，氧化 鈉1. 25%，氧化鉀0. 58%。
[0013] 進一步地，所述硅灰由以下質量百分數的組分組成：二氧化硅92.00%，三氧化二 錯1. 00 %，氧化1? 0. 50 %，氧化鎂1. 50 %，三氧化硫0. 50 %，三氧化二鐵2. 00 %，氧化鈉 L30%，氧化鉀L20%。
[0014] 本發(fā)明的制備所述的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥的方法，包括如下步驟：（1)按配 比稱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2~4%，礦渣6~8%，秸桿2~4%， 硅灰1~3%，調凝劑1~3% ;
[0015] (2)將七水硫酸鎂配置成溶液；
[0016] (3)然后將氧化鎂和脫硫石膏投入攪拌機中，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中，攪拌均勻成漿體，加入調凝劑即 制得抗碳化的堿式硫酸鎂水泥。
[0017] 進一步地，在步驟（3)中，所述氧化鎂在溫度為950~980°C下進行煅燒、磨細得到 粉末，粉末細度為100~300目，篩余率為6%。
[0018]進一步地，在步驟（3)中，攪拌速度為1500~2000r/min。
[0019]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，并且產生了與傳統(tǒng)硫氧鎂水泥完全不同的性能和特征的抗碳化的堿式硫酸鎂水 泥，其主要水化產物是高強度517晶須，屬于一種晶須自形成、高強、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、長壽命的新型 特種水泥。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0021] (1)抗碳化的堿式硫酸鎂水泥的強度高于硫氧鎂水泥的主要原因是其水化完全， 且致密的微觀結構中含有大量針狀?？固蓟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)2WgSCM*7H20 為單斜晶體，所屬空間群為C121，晶胞參數為：a=15. 14A、b=6. 3lA、c=10.26A、e= 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-、H20和OH-為填 充離子（或分子）的層狀結構。
[0022] (2)傳統(tǒng)硫氧鎂水泥凈漿試件泡水28d后開裂、奔潰，原因是低活性MgO水化產生 結晶應力，破壞水泥結構?？固蓟膲A式硫酸鎂水泥具有更加優(yōu)異的抗水性能，無礦物摻合 料時，抗碳化的堿式硫酸鎂水泥凈漿試件泡水180d的軟化系數可達0. 85以上。摻加粉煤 灰的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥的抗水性能可進一步提高，泡水180d軟化系數可達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水化產生的結晶應力，且強度相對 本發(fā)明的溶解度較低。
[0023] (3)摻加礦渣的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥在80°C下水熱處理14d不出現開裂。浸 泡鹵水8個月，抗碳化的堿式硫酸鎂水泥強度不降反升。抗碳化的堿式硫酸鎂水泥在加速 碳化環(huán)境中，不出現碳化現象?？固蓟膲A式硫酸鎂水泥中鋼筋銹蝕程度遠低于在氯氧鎂 水泥中的情況。抗碳化的堿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，甚至會低于硅酸鹽水泥中的鋼筋銹蝕速率。摻加少量亞硝酸鹽阻銹劑時，抗碳化的 堿式硫酸鎂水泥中鋼筋幾乎不銹蝕。
[0024] (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)明的強度。 【【附圖說明】】
[0025] 圖1為傳統(tǒng)的硫氧鎂水泥的水化30d的微觀結構SEM形貌圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明抗碳化的堿式硫酸鎂水泥30d的SEM形貌圖；
[0027] 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。 【【具體實施方式】】
[0028] 以下通過實施例進一步闡述本發(fā)明，這些實施例僅用于舉例說明的目的，并沒有 限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件。
[0029] 實施例1
[0030] 如圖1和圖2所示，圖1為傳統(tǒng)的硫氧鎂水泥的水化30d的微觀結構SEM形貌圖； 圖2為本發(fā)明抗碳化的堿式硫酸鎂水泥30d的SEM形貌圖；采用工業(yè)原料制備的抗碳化的 堿式硫酸鎂水泥，水化產物為5 ? 1 ? 7晶須。
[0031] 可見，傳統(tǒng)硫氧鎂水泥的水化結構主要由大量的片狀Mg(0H)2晶體構成，且結構 疏松，孔隙較多。抗碳化的堿式硫酸鎂水泥水化后的微觀結構由空間分布比較均勻的大量 針桿狀5?1?7晶須組成，結構致密，既存在Mg(OH) 2凝膠相、又存在針桿狀5?1?7晶須 晶體，兩者相互交織成連續(xù)的三維空間結構網絡。
[0032] 如圖3所示，為普通硅酸鹽水泥配制的C80高性能混凝土 30d的SEM形貌圖?？?碳化的堿式硫酸鎂水泥水化后的微觀結構與普通硅酸鹽水泥的水化微觀結構非常相似。
[0033] 本發(fā)明的一種抗碳化的堿式硫酸鎂水泥，所述抗碳化的堿式硫酸鎂水泥由下述質 量百分數的組分組成：
[0034]
[0035] 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 程中所產生的副產品氧化鎂粉末材料中的任何一種或兩種的組合。
[0036] 所述氧化鎂由以下質量百分數的組分組成：
[0037]
[0038] 所述礦渣由以下質量百分數的組分組成：二氧化硅35. 50 %，三氧化二鋁 12. 29 %，三氧化二鐵2. 45 %，氧化鈣36. 68 %，氧化鎂10. 60 %，三氧化硫0. 65 %，氧化鈉 L25%，氧化鉀 0? 58%。
[0039]所述硅灰由以下質量百分數的組分組成：二氧化硅92. 00%，三氧化二鋁1. 00%，氧化1? 0. 50 %，氧化鎂1. 50 %，三氧化硫
[0040] 0.50%，三氧化二鐵 2.00%，氧化鈉 1.30%，氧化鉀 1.20%。
[0041]本發(fā)明的制備所述的抗碳化的堿式硫酸鎂水泥的方法，包括如下步驟：（1)按配 比稱取上述比例的各組分，氧化鎂40~55 %，七水硫酸鎂20 %，工業(yè)廢渣粉10 %，白礦渣 5 %，礦物摻合料3 %，脫硫石膏2 %，礦