CN106542752B - 一种土聚水泥材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种土聚水泥材料及其制备方法，包括以下原料：一水硬铝石、十字石、矿渣、浸泡液、结构模板剂、氢氧化钠溶液和协同激发剂；首先，一水硬铝石先经过浸泡液浸泡，取出浸泡后的一水硬铝石进行焙烧；然后，将焙烧后的一水硬铝石采用结构模板剂通过拜耳法进行溶出，得到改性氧化铝；最后，将改性氧化铝、十字石和矿渣加入到氢氧化钠溶液和协同激发剂混合制成的碱溶液中，搅拌反应，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。本发明使一水硬铝石中某些含铝硅酸盐发生热份解反应，生成在一定温度下可以溶于叔丁胺预聚物溶液的无定型二氧化硅，从而达到脱硅，的目的从而提高一水硬铝石的利用效率。

Description

一种土聚水泥材料及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程材料领域，涉及土聚水泥材料，具体涉及一种土聚水泥材料及其制备方法。

背景技术

目前土聚水泥凭借其优良性能成为材料领域的一重要部分。国外已有袋装的土聚水泥成品开始售卖，施工方也渐渐的开始对这种高性能材料有所青睐；而我国土聚水泥的研究应用仍处于起步阶段，施工单位在施工过程中使用的水泥多为硅酸盐水泥。虽然硅酸盐水泥的应用十份广泛，但就其本身而言却存在诸如制备能耗量大、环境污染严重等难以克服的缺陷，与我国的“可持续发展”理念相违背，硅酸盐水泥在我国的使用将受到较大的限制，而土聚水泥在节能环保方面的性能明显的优于硅酸盐水泥，加大对土聚水泥的研究力度更有利于我国绿色生态、环境和经济的发展。

我国科研人员已针对土聚水泥的研发和应用进行了研究并取得了一定的成果，但土聚水泥研究主要以高岭石矿和粉煤灰为基础材料，制备土聚水泥的原材料略为单一，不利于土聚水泥在我国的推广利用，因此急需研发一种非高岭石矿、粉煤灰为原材料的新型土聚水泥来拓宽土聚水泥的原材料领域，促进这种节能环保水泥在我国的应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种土聚水泥材料及其制备方法，解决我国土聚水泥原材料单一的问题，促进节能环保水泥在我国的推广应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种土聚水泥材料，包括以下原料制成：一水硬铝石、十字石、矿渣、浸泡液、结构模板剂、氢氧化钠溶液和协同激发剂；

首先，一水硬铝石先经过浸泡液浸泡，取出浸泡后的一水硬铝石进行焙烧；然后，将焙烧后的一水硬铝石采用结构模板剂通过拜耳法进行溶出，得到改性氧化铝；最后，将改性氧化铝、十字石和矿渣加入到氢氧化钠溶液和协同激发剂混合制成的碱溶液中，搅拌反应，得到的反应生成物即为土聚水泥材料；

所述的浸泡液为叔丁胺预聚物溶液；

所述的结构模板剂为硅酸钠溶液；

所述的协同激发剂为叔丁胺预聚物溶液。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的叔丁胺预聚物是由叔丁醇和尿素通过以下过程制得：首先，加入尿素，用质量浓度为30％的硫酸溶液调节pH＝7，将尿素和叔丁胺预聚物按摩尔比为1：1的比例加入尿素，按照尿素与叔丁醇之间的摩尔比为2：1加入叔丁醇，加热到45℃，保温15分钟后，加入质量浓度为98％的浓硫酸，按照尿素与质量浓度为98％的浓硫酸之间的摩尔比为2：1加入质量浓度为98％的浓硫酸，搅拌20分钟，然后加入质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，调节反应体系的pH＝9～10，搅拌10分钟后，观察反应体系，当有白雾产生时，立即调节体系中的pH＝8，自然冷却至室温，即得到叔丁胺预聚物。

所述的硅酸钠溶液的质量浓度为50％。

所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为40％。

以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为20～80份，矿渣为20～80份，浸泡液为95～140份，，结构模板剂为4～10份，氢氧化钠溶液为4～10份，协同激发剂为5～10份。

优选的，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，浸泡液为120份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份，协同激发剂为10份。

一种如上所述的土聚水泥材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将一水硬铝石在浸泡液中浸泡24小时；

步骤二，将经过步骤一浸泡的一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤三，将结构模板剂加入到经过步骤二焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤四、将协同激发剂和氢氧化钠溶液混合制成碱溶液；

步骤五、将步骤三制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到步骤四制得的碱溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明高效的利用了一水硬铝石，经过叔丁胺预聚物溶液浸泡的一水硬铝石，利用拜耳法焙烧一定时间后,使一水硬铝石中某些含铝硅酸盐发生热份解反应，生成在一定温度下可以溶于叔丁胺预聚物溶液的无定型二氧化硅，从而达到脱硅，的目的从而提高一水硬铝石的利用效率。

(Ⅱ)本发明中经过叔丁胺预聚物浸泡的一水硬铝石，降低了氧化铝的破坏，使得制得的土聚水泥杂质更少、更细腻、强度更高。运用叔丁胺浸泡一水硬铝石，使得一水硬铝石溶出氧化铝的温度显著降低，减少了能源的消耗。

(Ⅲ)本发明将叔丁胺预聚物溶液、氢氧化钠溶液进行复配制得碱性激发剂，激发效果优越，且提高了土聚水泥的早期强度。

(Ⅳ)本发明制得的土聚水泥具有良好的路用性能，对矿渣进行了重复利用，促进了我国能源的可持续发展，且本发明制备工艺简单，成本低，具有良好的经济效益，适于推广应用。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为20份，矿渣为80份，浸泡液为95份，结构模板剂为4份，氢氧化钠溶液为4份，协同激发剂为5份。其中：

浸泡液为叔丁胺预聚物溶液，结构模板剂为硅酸钠溶液，协同激发剂为叔丁胺预聚物溶液。

叔丁胺预聚物是由叔丁醇和尿素通过以下过程制得：首先，加入尿素，用质量浓度为30％的硫酸溶液调节pH＝7，将尿素和叔丁胺预聚物按摩尔比为1：1的比例加入尿素，按照尿素与叔丁醇之间的摩尔比为2：1加入叔丁醇，加热到45℃，保温15分钟后，加入质量浓度为98％的浓硫酸，按照尿素与质量浓度为98％的浓硫酸之间的摩尔比为2：1加入质量浓度为98％的浓硫酸，搅拌20分钟，然后加入质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，调节反应体系的pH＝9～10，搅拌10分钟后，观察反应体系，当有白雾产生时，立即调节体系中的pH＝8，自然冷却至室温，即得到叔丁胺预聚物。

硅酸钠溶液的质量浓度为50％，氢氧化钠溶液的质量浓度为40％。

矿渣的主要成分包括氧化铝、氧化硅、氧化锰，氧化硅的含量占总含量的42％左右，氧化铝和氧化硅的含量约占总含量的80％，氧化锰约占10％。

本实施例获得的改性氧化铝的孔道呈蠕虫状，孔径大小约为7mm到10mm，加快反应速度，提高强度。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将一水硬铝石在浸泡液中浸泡24小时；

步骤二，将经过步骤一浸泡的一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤三，将结构模板剂加入到经过步骤二焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤四，将协同激发剂和氢氧化钠溶液混合制成碱溶液；

步骤五，将步骤三制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到步骤四制得的碱溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。

性能测试：

将土聚水泥材料倒入三联模中，振荡5～10分钟，然后用聚乙烯薄膜密封，最后在60℃下养护3～7天，脱模成型。性能测试结果如表1所示。

实施例2：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为80份，矿渣为20份，浸泡液为140份，结构模板剂为10份，氢氧化钠溶液为10份，协同激发剂为10份。

本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

实施例3：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为60份，矿渣为60份，浸泡液为120份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份，协同激发剂为10份。

本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

实施例4：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为20份，矿渣为60份，浸泡液为110份，结构模板剂为6份，氢氧化钠溶液为6份，协同激发剂为10份。

本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

实施例5：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为60份，矿渣为20份，浸泡液为130份，结构模板剂为9份，氢氧化钠溶液为8份，协同激发剂为10份。

本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

实施例6：

本实施例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，浸泡液为120份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份，协同激发剂为10份。

本实施例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法与实施例1相同。

本实施例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

对比例1：(与实施例6对比，缺少浸泡液和协同激发剂)

本对比例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份。

本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法如下所述：

步骤一，将一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤二，将结构模板剂加入到经过步骤一焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤三，将步骤二制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到氢氧化钠溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。

本对比例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

对比例2：(与实施例6对比，只缺少浸泡液)

本对比例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份，协同激发剂为10份。

本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法如下所述：

步骤一，将一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤二，将结构模板剂加入到经过步骤一焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤三，将协同激发剂和氢氧化钠溶液混合制成碱溶液；

步骤三，将步骤二制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到碱溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。

本对比例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

对比例3：(与实施例6对比，只缺少协同激发剂)

本对比例给出一种土聚水泥材料，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，浸泡液为120份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份。

本对比例中原料的选择和规格与实施例1相同。

本实施例的土聚水泥材料的制备方法如下所述：

步骤一，将一水硬铝石在浸泡液中浸泡24小时；

步骤二，将经过步骤一浸泡的一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤三，将结构模板剂加入到经过步骤二焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤四，将步骤三制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到氢氧化钠溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。

本对比例的性能测试方法与实施例1相同，性能测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

从表1可以看出，相比养护3d、7d后试件的各项指标，可以发现养护3d后试件的强度可以达到最终强度的80％以上，说明土聚水泥具有较高的早期强度；相比实施例1～6试件的各项指标，可以发现实施例6的各项强度指标是最高的，且与其它的指标相比各项强度指标提高了1～4Mpa，说明实施例6的原料配比是最合理的；相比实施例6与对比例1、2、3，可以发现对比例试件的各项指标强度达不到实施例6强度指标的50％，说明运用本发明实施例6的原料配比和具体步骤制得的土聚水泥性能更加的优越。

Claims (5)

1.一种土聚水泥材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为20～80份，矿渣为20～80份，浸泡液为95～140份，结构模板剂为4～10份，氢氧化钠溶液为4～10份，协同激发剂为5～10份；

首先，一水硬铝石先经过浸泡液浸泡，取出浸泡后的一水硬铝石进行焙烧；然后，将焙烧后的一水硬铝石采用结构模板剂通过拜耳法进行溶出，得到改性氧化铝；最后，将改性氧化铝、十字石和矿渣加入到氢氧化钠溶液和协同激发剂混合制成的碱溶液中，搅拌反应，得到的反应生成物即为土聚水泥材料；

所述的浸泡液为叔丁胺预聚物溶液，所述的叔丁胺预聚物是由叔丁醇和尿素通过以下过程制得：首先，加入尿素，用质量浓度为30％的硫酸溶液调节pH＝7，将尿素和叔丁胺预聚物按摩尔比为1：1的比例加入尿素，按照尿素与叔丁醇之间的摩尔比为2：1加入叔丁醇，加热到45℃，保温15分钟后，加入质量浓度为98％的浓硫酸，按照尿素与质量浓度为98％的浓硫酸之间的摩尔比为2：1加入质量浓度为98％的浓硫酸，搅拌20分钟，然后加入质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，调节反应体系的pH＝9～10，搅拌10分钟后，观察反应体系，当有白雾产生时，立即调节体系中的pH＝8，自然冷却至室温，即得到叔丁胺预聚物；

所述的结构模板剂为硅酸钠溶液；

所述的协同激发剂为叔丁胺预聚物溶液。

2.如权利要求1所述的土聚水泥材料，其特征在于，所述的硅酸钠溶液的质量浓度为50％。

3.如权利要求1所述的土聚水泥材料，其特征在于，所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为40％。

4.如权利要求1所述的土聚水泥材料，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：一水硬铝石为100份，十字石为40份，矿渣为40份，浸泡液为120份，结构模板剂为7份，氢氧化钠溶液为7份，协同激发剂为10份。

5.一种如权利要求1至4任一权利要求所述的土聚水泥材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将一水硬铝石在浸泡液中浸泡24小时；

步骤二，将经过步骤一浸泡的一水硬铝石进行焙烧，在温度为400℃的高温下焙烧40分钟；

步骤三，将结构模板剂加入到经过步骤二焙烧后的一水硬铝石中，运用拜耳法在温度为220℃的温度下进行的溶出，得到改性氧化铝；

步骤四、将协同激发剂和氢氧化钠溶液混合制成碱溶液；

步骤五、将步骤三制得的改性氧化铝、十字石、矿渣分别加入到步骤四制得的碱溶液中，在水泥搅拌机中搅拌，反应2个小时，得到的反应生成物即为土聚水泥材料。