CN106007793A

CN106007793A - 一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法

Info

Publication number: CN106007793A
Application number: CN201610330143.8A
Authority: CN
Inventors: 林宗寿; 韩亚
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品由磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉、砂和水制备而成；本发明通过将硫磷石膏矿渣水泥制品置于二氧化碳浓度为10～30％的空气条件下中进行养护，借由二氧化碳气体对过硫磷石膏矿渣水泥制品的碳化反应来改变其内部结构，得到致密结构，提高其抗冻性。该方法涉及的工艺简单、无需高温养护(能耗少)、熟料粉掺量少、成本低、不会产生二次污染，并能大量使用磷石膏等工业废渣，具有重要的环境和经济效益。

Description

一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法。

背景技术

磷石膏是磷化工业中湿法生产磷酸的工业副产品，其主要成分为二水石膏(Ca₂SO₄·2H₂O)，通常磷石膏中二水石膏为85～95％，并且含有少量磷、氟、有机质等杂质，其含量与生产所用磷矿石成分有关。我国目前每年的磷石膏副产量超过8000万吨，仅有20％左右得到利用，大量磷石膏作为固体废弃物堆存，累计堆存的磷石膏已经超过2亿吨，不仅占用了大量土地，还造成环境污染。加快磷石膏资源化利用，已成为磷化工业可持续发展急需解决的问题。

过硫磷石膏矿渣水泥是以磷石膏为主要原料，添加适量矿渣和硅酸盐水泥熟料粉(或硅酸盐水泥)等原料，制备出的一种具有较高强度的水硬性的胶凝材料。过硫磷石膏矿渣水泥具有强度高，耐水性好，抗硫酸盐侵蚀性好等优点，可以用在淡水和海水等工程中。

目前我国关于过硫磷石膏矿渣水泥抗冻性的文献尚不多见，名称为一种环保节能型混凝土抗冻剂的专利(200710133461.6)中公开了一种通过添加橡胶粉、氧化镁和明矾而制成的混凝土抗冻剂将该抗冻剂应用于混凝土中可以在保证坍落度的同时提高混凝土的抗冻性，该专利虽然给出了一种增强水泥抗冻性的解决方法，但抗冻剂的成分中橡胶粉和明矾的掺量过大，添加剂掺量高，成本高，不利于大范围推广，而且并不能适用于所有种类的水泥混凝土制品。因此，进一步探索提升过硫磷石膏矿渣水泥抗冻性的方法，具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明针的目的是提供一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能，该方法涉及的工艺简单、成本低，所制备的过硫磷石膏矿渣水泥制品表现出优异的抗冻性能，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法，包括如下步骤：1)过硫磷石膏矿渣水泥制品的制备：以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉、砂和水为原料制备过硫磷石膏矿渣水泥制品；2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥制品在二氧化碳体积浓度为10～30％的空气条件下进行碳化养护。

上述方案中，所述碳化养护时间为7～28天，本发明利用二氧化碳气体与过硫磷石膏矿渣水泥制品在水化过程中产生的钙矾石进行碳化，在石膏含量饱和的环境中进行反应，使钙矾石转变成水化碳铝酸钙，针棒状的水化碳铝酸钙晶体将未参加反应的大颗粒石膏包裹起来，形成更加致密的整体结构，使水化产物更加稳定，制品的强度大幅度增加，整体性能得到改善，从而使抗冻性能大大增加。

优选的，所述二氧化碳的体积浓度为20～30％。

优选的，所述养护步骤前，将所制备的过硫磷石膏矿渣水泥制品置于空气中养护1～14天后，使制品中水化反应形成的钙矾石和水化硅酸钙凝胶将磷石膏颗粒包裹起来，得到致密体，形成一定的强度；然后置于常温水中养护3～14天，进一步大幅度上升制品强度。

优选的，所述空气中养护的时间为2～3天。

上述方案中，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉为胶凝材料，各组分所占质量百分比为：磷石膏32～60％，水泥熟料粉2～8％，矿渣粉38～60％。

优选的，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉为胶凝材料，各组分所占质量百分比为：磷石膏40～50％，水泥熟料粉4～6％，矿渣粉45～55％。

上述方案中，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中，胶砂比为1:(2.5～3.5)，水胶比为1:(2.5～3)。

上述方案中，所述磷石膏为湿法制备磷酸的工业副产品，主要成分为二水石膏的含水粉状物料。

上述方案中，所述水泥熟料粉由硅酸盐水泥熟料粉磨而成或为市售的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其表面积大于360m²/kg。

上述方案中，所述矿渣粉由矿渣粉粉磨至比表面积为大于330m²/kg的粉状物料。

本发明的有益效果为：

1)本发明涉及的工艺简单、无需高温养护(能耗少)、熟料粉(硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥)掺量少、成本低、不会产生二次污染，并且还能大量使用磷石膏等工业废渣，具有重要的经济和环境效益。

2)本发明利用的高浓度二氧化碳处理空气简单易得，如火力发电厂排放的废气等，可大量吸收并固化二氧化碳，减少空气中的碳排放，有利于环境保护。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

以下实施例中，如无具体说明采用的试剂均为市售化学试剂。

以下实施例中，所述矿渣粉由武汉钢铁股份公司提供的矿渣经粉磨形成的矿渣粉，其比表面积为446.3m²/kg；所述P.O 42.5普通硅酸盐水泥取自华新水泥股份有限公司，比表面积为403.2m²/kg；磷石膏取自湖北黄麦岭磷化工有限公司，含水率为22.31％。

实施例1～7

一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法，包括以下步骤：

1)过硫磷石膏矿渣水泥制品的制备：将磷石膏、矿渣粉、水泥熟料粉(P.O 42.5水泥)按表1所述配比条件进行混合后，加入标准砂，然后按《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)(GB/T17671-1999)成型制得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块；

2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块在空气中养护3天，然后置于常温水中养护14天，再置于二氧化碳体积浓度为20％的空气气氛中继续养护28天，再经历25次冻融循环，测试每个阶段试样的强度，结果分别见表2。

表1过硫磷石膏矿渣水泥制品的配方

编号	胶砂比	水胶比	磷石膏/％	P.O 42.5普通水泥/％	矿渣粉/％
						实施例1	1:3	1:2.8	32	4	64
实施例2	1:3	1:2.8	40	4	56
						实施例3	1:3	1:2.8	48	4	48
实施例4	1:3	1:2.8	60	4	36
						实施例5	1:3	1:2.8	45	2	53
实施例6	1:3	1:2.8	45	6	49
						实施例7	1:3	1:2.8	45	8	47

表2过硫磷石膏矿渣水泥制品的在不同养护条件下的强度

由表2中各个养护阶段的强度水平来看，所得过硫磷石膏矿渣水泥制品经过碳化养护和冻融循环后，其强度均有显著提高，说明碳化养护过程可使过硫磷石膏矿渣水泥的抗冻性得到显著改善。

实施例8～10

1)过硫磷石膏矿渣水泥制品的制备：将磷石膏、矿渣粉、水泥熟料粉(P.O 42.5水泥)按表3所述配比混合后，加入标准砂(砂浆比为1:3)，然后按《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)(GB/T 17671-1999)型制得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块；

2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块在空气中养护3天，然后置于常温水中养护14天，然后再置于二氧化碳体积浓度为10～30％(见表4)的空气气氛中继续养护28天，再经历25次冻融循环，测试每个阶段试样的强度。

表3过硫磷石膏矿渣水泥制品的配方

表4过硫磷石膏矿渣水泥制品在不同二氧化碳浓度养护条件下的抗冻性对比

由表4可以看出，二氧化碳浓度为20％时得到的过硫磷石膏矿渣水泥制品的抗冻性最好。

实施例11～13

1)过硫磷石膏矿渣水泥制品的制备：将磷石膏、矿渣粉、水泥熟料粉(P.O 42.5水泥)按表3所述配比条件进行混合后，加入标准砂，然后按《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)(GB/T17671-1999)成型制得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块；

2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块在空气中养护3天，然后分别置于常温水中养护3天、7天、14天，再置于二氧化碳体积浓度为20％的空气气氛中继续养护28天，再经历25次冻融循环，测试每个阶段试样的强度，结果分别见表5。

由表5可以看出，将常温水养护天数控制在3～14天范围内，通过延长常温水养护时间，可有效提升抗冻性能。

表5常温水养护时间对过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性的影响

实施例14～17

2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块在空气中养护3天，然后置于常温水中养护14天，然后再置于二氧化碳体积浓度为10～30％(见表4)的空气气氛中继续分别养护14天、21天、28天，再经历25次冻融循环，测试每个阶段试样的强度，结果见表6。

表6碳化时间对过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性的影响

由表6可以看出，通过延长碳化时间，可有效提升样品的抗冻性能。

对比例

按表2所述配比要求制备过硫磷石膏矿渣水泥砂浆试块，然后直接将其置于常温水中养护14天，再经历25次冻融循环，测试每个阶段试样的强度，结果见表7。

表7过硫磷石膏矿渣水泥在标准养护条件下的抗冻性

上述结果表明，碳化处理可有效提升试样的抗冻性能，经碳化处理后，过硫磷石膏矿渣水泥制品的内部结构更致密，性质更加稳定，抗冻性能的表现更优异，更适合应用于有冻融循环的场合，例如我国东北部的大部分地区，在这些地区应用还能提高建筑物的使用年限，进而减少钢筋混凝土的使用量，对于节能减排具有重大的意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种提高过硫磷石膏矿渣水泥制品抗冻性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)过硫磷石膏矿渣水泥制品的制备：以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉、砂和水为原料制备过硫磷石膏矿渣水泥制品；2)碳化养护：将所得过硫磷石膏矿渣水泥制品在二氧化碳体积浓度为10～30％的空气条件下进行碳化养护。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化养护时间为7～28天。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳的体积浓度为20～30％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述养护步骤前，将制备的过硫磷石膏矿渣水泥制品置于空气中养护1～14天，然后置于常温水中养护3～14天。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述空气中养护的时间为2～3天。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉为胶凝材料，各组分所占质量百分比为：磷石膏32～60％，水泥熟料粉2～8％，矿渣粉38～60％。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中以磷石膏、水泥熟料粉、矿渣粉为胶凝材料，各组分所占质量百分比为：磷石膏40～50％，水泥熟料粉4～6％，矿渣粉45～55％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫磷石膏矿渣水泥制品中，胶砂比为1:(2.5～3.5)，水胶比为1:(2.5～3)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷石膏为湿法制备磷酸的工业副产品，主要成分为二水石膏的含水粉状物料。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水泥熟料粉由硅酸盐水泥熟料粉磨而成或为市售的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其表面积大于360m²/kg；所述矿渣粉由矿渣粉粉磨至比表面积为大于330m²/kg的粉状物料。