CN107266010A - 胶凝材料以及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无机胶凝材料技术领域，且特别涉及一种胶凝材料以及其制备方法。胶凝材料主要由硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂制成。其中硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂的质量比为1:0.8‑0.9:0.005‑0.008：0.2‑0.6：0.015‑0.02:0.01‑0.02。该胶凝材料对钢筋无腐蚀性，成型后强度高，不会生倒缩，不易开裂、强度高、不变形、体积稳定。

Description

胶凝材料以及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机胶凝材料技术领域，且特别涉及一种胶凝材料以及其制备方法。

背景技术

胶凝材料，又称胶结料。在物理、化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料，制成有一定机械强度的复合固体的物质，胶凝材料的发展有着悠久的历史，人们使用最早的胶凝材料--粘土来抹砌简易的建筑物，接着出现的水泥等建筑材料都与胶凝材料有着很大的关系，而且胶凝材料具有一些优异的性能，在日常生活中应用较为广泛。

现有的普通硅酸盐水泥碱性太高，对钢筋有一定的腐蚀性，硫铝酸盐水泥强度容易发生倒缩，普通硫氧镁胶凝材料易开裂、强度低、变形、强度倒缩体积不稳定，虽然经过一般改性但对其材料的性质提高度并不十分理想，其抗压强度和抗折强度都比较低，而氯氧镁水泥易反卤变形，耐水性差，硬化体涨裂，发生泛霜等弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种胶凝材料，其环保、健康、强度高，且能彻底解决现有胶凝材料的耐水性能差、硬化体易涨裂等的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种制备胶凝材料的方法，该方法步骤简短，操作简单，且能够快速、高效地制备得到胶凝材料。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种胶凝材料，其主要由硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂制成。其中硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂的质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02。

本发明提出一种制备胶凝材料的方法，包括以下步骤：将硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂按照质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02的比例进行混合均匀后成型再进行养护。

本发明实施例的胶凝材料以及其制备方法的有益效果是：本发明的胶凝材料为气硬性胶凝材料，在空气中稳定性好，使用安全无毒无味，可加工性好，使用方便，生产工艺简单，易于生产，节能低耗，废弃物利用率高，应用领域广，制品范围广。且本发明的胶凝材料利用硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂按照质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02的比例相互协同使得胶凝材料对钢筋无腐蚀性，成型后强度高，不会生倒缩，不易开裂、强度高、不变形、体积稳定，经过改性剂改性之后对材料的性质具有很大的提高，不会发生反卤变形，耐水性好，不发生涨裂，无泛霜等弊端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本发明实施例的胶凝材料以及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种胶凝材料，其主要由硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂制成。

硫酸镁溶液与氧化镁混合反应形成氧化镁-硫酸镁-水的三元胶凝体系，同时该胶凝体系内也有部分的氧化镁生成的氢氧化镁胶凝体。硫酸为胶凝体系提供充足的硫酸根，保证胶凝体系内硫酸根的含量，继而提升胶凝材料的强度。同时硫酸镁和硫酸能够促进氧化镁溶解以及水化，并且提升氢氧化镁胶体含量，提高胶凝材料的强度。而填料则能够进一步提升胶凝材料的强度、耐水性以及耐磨性，综合强化胶凝材料的各个性能。抗水剂也能够与胶凝材料内的胶凝体系作用，提升胶凝材料的抗水性能。同时改性剂与填料、抗水剂以及胶凝体系等相互作用使得胶凝材料不会产生不会倒缩、不易开裂且不会涨裂。

进一步地，硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂的质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02。采用上述比例能够保证硫酸镁溶液、氧化镁、改性剂、抗水剂、硫酸和填料之间的相互作用的效果最佳，即得到的胶凝材料的性能最佳，其抗渗性、抗裂性抗变形性均非常优良。若上述物质使用的比例未处于该范围内会导致制备得到的胶凝材料粘接性能差、抗裂性能差、抗渗性能差且容易出现返卤、泛霜等情况。

硫酸镁是一种含镁的化合物，无水的硫酸镁是一种常用的化学试剂及干燥试剂，但硫酸镁常指七水硫酸镁，为白色细小的斜状或斜柱状结晶。硫酸镁溶于水后可与轻烧粉反应形成硫氧镁水泥。在本发明实施例中硫酸镁的主要作用是胶凝材料的主要原料，为胶凝体系提供必要的原料。

氧化镁是镁的氧化物，一种离子化合物，属于胶凝材料。菱镁矿(MgCO₃)、白云石(MgCO₃·CaCO₃)和海水是生产氧化镁的主要原料。热分解菱镁矿或白云石得氧化镁。氧化镁在本发明实施例中是为胶凝材料提供最基本的反应物，氧化镁能够反映成胶体氢氧化镁，同时可与硫酸镁形成胶凝体系，继而为胶凝材料硬化后提供优良的强度和耐磨性能。

硫酸硫的最重要的含氧酸。无水硫酸为无色油状液体，10.36℃时结晶，纯硫酸一般为无色油状液体，密度1.84g/cm³，沸点337℃，能与水以任意比例互溶，同时放出大量的热，使水沸腾。硫酸在本发明实施例中主要作用是在硫酸溶解是能够放热，促进胶凝体系的形成，同时，硫酸为胶凝体系提供足够的硫酸根，提升胶凝体系的强度。

进一步地，氧化镁为轻烧氧化镁。轻烧氧化镁亦称苛性苦土，活性镁砂，是一种由天然菱镁矿石、水镁石和由海水或卤水中提取的氢氧化镁Mg(OH)₂，经700～1000℃温度下煅烧所获得的轻烧氧化镁。

进一步地，轻烧氧化镁中镁的质量比大于85％，且其活性度介于60-65。轻烧氧化镁中镁的质量比以及轻烧氧化镁的活性度介于60-65，保证轻烧氧化镁具有良好的活性，继而使得其反应越充分，得到的胶凝材料的强度更好。若镁的质量比或者轻烧氧化镁的活性度低于上述范围，则可能导致轻烧氧化镁的活性不够，进而导致生成的胶凝材料的强度不够，进而降低胶凝材料的各方的性能。若镁的质量比或者轻烧氧化镁的活性度高于上述范围，则可能导致轻烧氧化镁的活性过强，导致制得的胶凝材料强度过高，继而使得胶凝材料易碎，反而降低胶凝材料的性能，缩小胶凝材料的使用范围。

进一步地，硫酸镁溶液波美度为20-30度。波美度是表示溶液浓度的一种方法。硫酸镁溶液是硫酸镁与水混合制备得到的，具体的是硫酸镁溶解在水中，便于后续硫酸镁与氧化镁反应，同时水在此时做溶解溶剂，而到后续硫酸镁与氧化镁反应时，水不仅仅作为溶解氧化镁的溶剂还是参与反应的反应物。

进一步地，硫酸的质量浓度为28％-30％。硫酸采用上述质量浓度能够进一步提升胶凝材料的强度，保证胶凝材料不易变形，且不易开裂。同时添加硫酸使得胶凝材料不易返卤、泛霜。

进一步地，填料的细度大于200目，填料的粗细度采用上述范围的细度，保证填料能够充分地与胶凝体系混合，保证制备得到的胶凝材料具有良好的粗细度，同时使得胶凝材料的强度得到提升。

进一步地，填料包括粉煤灰、矿粉或石粉中的任意一种或多种。粉煤灰、矿粉和石粉能够增加胶凝材料的强度，且能够解决胶凝材料吸水返潮的问题。粉煤灰、矿粉和石粉能够进一步与硫酸镁和氧化镁形成的胶凝体系作用，提升胶凝材料的强度、抗渗性、防水性等性能。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等。矿粉是开采出来的矿石进行粉碎加工后所得到的料粉，石粉是石头粉碎后得到的粉末。

进一步地，抗水剂包括硬脂酸、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的任意一种或多种。添加抗水剂能够有效提升胶凝材料的耐水性能，使得胶凝材料不易吸水返潮，保证胶凝材料的稳定性。硬脂酸即十八烷酸，结构简式：CH₃(CH₂)₁₆COOH，由油脂水解生产，主要用于生产硬脂酸盐。应用于塑料耐寒增塑剂、脱模剂、稳定剂、表面活性剂、橡胶硫化促进剂。在本发明实施例中的主要作用用于防水，防止胶凝材料吸水返潮。

硬脂酸钙白色粉末，不溶于水，冷的乙醇和***，溶于热苯、苯和松节油等有机溶剂，微溶于热的乙醇和***。加热至400℃时缓缓分解，可燃，遇强酸分解为硬脂酸和相应的钙盐，有吸湿性。

硬脂酸锌，白色粉末，不溶于水，溶于热的乙醇、苯、甲苯、松节油等有机溶剂；遇到酸分解成硬脂酸和相应的盐；在干燥的条件下有火险性，自燃点900℃；有吸湿性。主要用作苯乙烯树脂、酚醛树脂、胺基树脂的润滑剂和脱模剂。同时在橡胶中还具有硫化活性剂，软化剂的功能。

进一步地，改性剂包括磷酸、柠檬酸、磷酸三钠、硼酸、三乙醇胺或者水中的任意一种或多种。添加上述物质作为改性剂能够有效地抑制胶凝材料膨胀，抑制胶凝材料返卤，提升胶凝材料抗水能力，增加胶凝材料抗裂能力，对胶凝材料的不足之处进行弥补。

本发明还提供一种制备胶凝材料的方法：

首先，将硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂按照质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02的比例进行混合均匀。优选地是将硫酸镁溶液、改性剂、硫酸、填料、氧化镁以及抗水剂依次混合。首先，硫酸镁溶液与改性剂混合后再与硫酸使得硫酸镁先被改性即使得硫酸镁的性能被提升，而后再与填料、氧化镁以及抗水剂混合使得制备得到的胶凝材料具有良好的防水性和强度。

而后将混合得到的混合物进行成型，成型采用的是现有的辊压一次成型。

进一步地，为了保证制备得到的胶凝材料的性能在未使用之前一直处于一个良好的状态，需要对制备好的胶凝材料进行养护，具体地，养护方式是恒温养护，恒温养护的温度为15-60℃，恒温养护时间为2-3小时。养护的温度过低或过高都会影响胶凝材料的质量稳定性，影响加胶凝材料的整体品质。在该温度范围改善胶凝材料抑制返卤和泛霜性能，进一步提高加气胶凝材料的综合品质。

本发明提供的一种胶凝材料对钢筋无腐蚀性，成型后强度高，不会生倒缩，不易开裂、强度高、不变形、体积稳定，经过改性剂改性之后对材料的性质具有很大的提高，不会发生反卤变形，耐水性好，不发生涨裂，无泛霜等弊端。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.8g氧化镁、0.005g质量浓度为28％的硫酸、0.2g填料、0.018g抗水剂和0.02g改性剂制成。其中，填料的细度为300目，填料为粉煤灰；改性剂为磷酸；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为90％，且其活性度为60；抗水剂为硬脂酸；硫酸镁溶液的波美度为20度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.02g改性剂、0.005g硫酸、0.2g填料、0.8g氧化镁以及0.018g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在20℃温度下恒温养护2小时。

实施例2

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.85g氧化镁、0.008g质量浓度为30％的硫酸、0.4g填料、0.015g抗水剂和0.015g改性剂制成。其中，填料的细度为400目，填料为粉煤灰和石粉；改性剂为柠檬酸和硼酸；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为95％，且其活性度为64；抗水剂为硬脂酸和硬脂酸钙混合制成；硫酸镁溶液的波美度为25度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.015g改性剂、0.008g硫酸、0.4g填料、0.85g氧化镁以及0.015g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在15℃温度下恒温养护3小时。

实施例3

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.9g氧化镁、0.006g质量浓度为29％的硫酸、0.6g填料、0.02g抗水剂和0.013g改性剂制成。其中，填料的细度为250目，填料为粉煤灰、矿粉和石粉混合而成；改性剂为三乙醇胺；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为85％，且其活性度为65；抗水剂为硬脂酸锌；硫酸镁溶液的波美度为30度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.013g改性剂、0.006g硫酸、0.6g填料、0.9g氧化镁以及0.02g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在60℃温度下恒温养护2小时。

实施例4

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.83g氧化镁、0.007g质量浓度为30％的硫酸、0.5g填料、0.017g抗水剂和0.01g改性剂制成。其中，填料的细度为350目，填料为矿粉和石粉的混合物；改性剂为磷酸、柠檬酸、磷酸三钠和硼酸混合制成；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为99％，且其活性度为62；抗水剂为硬脂酸、硬脂酸钙和硬脂酸锌混合制成得到；硫酸镁溶液的波美度为27度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.01g改性剂、0.007g硫酸、0.5g填料、0.83g氧化镁以及0.017g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在30℃温度下恒温养护2.5小时。

实施例5

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.87g氧化镁、0.0055g质量浓度为28％的硫酸、0.3g填料、0.019g抗水剂和0.017g改性剂制成。其中，填料的细度为500目，填料为石粉；改性剂为三乙醇胺和水混合制成；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为91％，且其活性度为63；抗水剂为硬脂酸钙；硫酸镁溶液的波美度为23度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.017g改性剂、0.0055g硫酸、0.3g填料、0.87g氧化镁以及0.019g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在50℃温度下恒温养护2.5小时。

实施例6

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.82g氧化镁、0.0065g质量浓度为28％的硫酸、0.4g填料、0.015g抗水剂和0.014g改性剂制成。其中，填料的细度为450目，填料为矿粉和石粉混合得到；改性剂为柠檬酸、磷酸三钠、硼酸和三乙醇胺混合制成；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为97％，且其活性度为65；抗水剂为硬脂酸钙和硬脂酸锌混合制成；硫酸镁溶液的波美度为22度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.014g改性剂、0.0065g硫酸、0.4g填料、0.82g氧化镁以及0.015g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在30℃温度下恒温养护3小时。

实施例7

本实施例提供一种胶凝材料，其主要由1g硫酸镁溶液、0.88g氧化镁、0.0075g质量浓度为29％的硫酸、0.45g填料、0.017g抗水剂和0.019g改性剂制成。其中，填料的细度为420目，填料为石粉；改性剂为磷酸、三乙醇胺和水混合制备得到；氧化镁为轻烧氧化镁，且轻烧氧化镁中镁的质量比为87％，且其活性度为63；抗水剂为硬脂酸和硬脂酸钙；硫酸镁溶液的波美度为22度。

本实施例还提供一种制备胶凝材料的方法：

将1g硫酸镁溶液、0.019g改性剂、0.0075g硫酸、0.45g填料、0.88g氧化镁以及0.017g抗水剂依次混合后辊压成型，而后在55℃温度下恒温养护2.2小时。

实验例

对比例1：市售普通硫氧镁水泥

对比例2：胶凝材料主要由1g硫酸镁溶液、0.2g氧化镁、0.001g硫酸、0.1g填料、0.01g抗水剂和0.005g改性剂制成。其余的操作方法以及对应原料的成分与实施例1提供的一致。

对比例3：胶凝材料主要由1g硫酸镁溶液、1g氧化镁、0.01g硫酸、0.7g填料、0.03g改性剂和0.03g抗水剂制成。其余的操作方法以及对应原料的成分与实施例1提供的一致。

实验例1

对实施例1-7、对比例1-3制备得到的胶凝材料进行净浆实验，具体操作方法参见GB/T 1346—2001。具体检测结果见表1。

表1净浆实验结果

	抗压强度(MPa)	抗折强度(MPa)
			实施例1	175	59
实施例2	183	64
			实施例3	176	63
实施例4	180	58
			实施例5	181	66
实施例6	179	63
			实施例7	187	65
对比例1	55	18
			对比例2	70	23
对比例3	73	21

根据表1可知，本发明实施例1-7制备得到的胶凝材料的抗压强度比现有的硫氧镁水泥至少提升了3.1倍，而抗折能力比现有的硫氧镁水泥至少提升了3.2倍。说明本发明实施例制备得到的胶凝材料具有极高的抗压能力和抗折能力。而对比对比例2和实施例1的检测结果可知，胶凝材料的原料的比例低于本发明所记载的范围内是，胶凝材料的抗压能力、抗折能力均会大幅度下降。而对比对比例3和实施例1的检测结果可知，胶凝材料的原料的比例高于本发明所记载的范围内是，胶凝材料的抗压能力、抗折能力均会大幅度下降。说明仅在本发明实施例记载范围内的原料制成的胶凝材料才能有极高的抗压能力和抗折能力。

实验例2

对实施例1-7和对比例1-3制备得到的胶凝材料进行抗高温和抗低温检测，具体抗高温检测的操作方法以及相关参数参见YB/T4252-2011，抗低温检测的操作方法和相关参数参见GB 51081-2015，具体检测结果见表2。

表2抗高温和抗低温检测结果

根据表2的可知，对比实施例1-7和对比例1的检测结果可知，本发明制备得到的胶凝材料比现有的硫氧镁水泥的抗高温能力至少提升了3.3倍，抗低温能力至少提高了3.6倍，说明本发明实施例制备得到的胶凝材料具有超高的抗高温和抗低温效果。而对比对比例2和实施例1的检测结果可知，胶凝材料的原料的比例低于本发明所记载的范围内是，胶凝材料的抗高温和抗低温均会大幅度下降。而对比对比例3和实施例1的检测结果可知，胶凝材料的原料的比例高于本发明所记载的范围内是，胶凝材料的抗抗高温和抗低温均会大幅度下降。说明仅在本发明实施例记载范围内的原料制成的胶凝材料才能有超高的抗高温和抗低温。

综上，本发明实施例1-7提供的胶凝材料以及制备胶凝材料的方法，该胶凝材料在空气中稳定性好，使用安全无毒无味，可加工性好，使用方便，生产工艺简单，易于生产，节能低耗，废弃物利用率高，应用领域广，制品范围广。且该材料对钢筋无腐蚀性，成型后强度高，不会生倒缩，不易开裂、强度高、不变形、体积稳定，经过改性剂改性之后对材料的性质具有很大的提高，不会发生反卤变形，耐水性好，不发生涨裂，无泛霜等弊端。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (10)

1.一种胶凝材料，其特征在于，其主要由硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂制成，其中所述硫酸镁溶液、所述氧化镁、所述硫酸、所述填料、所述抗水剂以及所述改性剂的质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02。

2.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述填料的细度大于200目。

3.根据权利要求1或2所述的胶凝材料，其特征在于，所述填料包括粉煤灰、矿粉或者石粉中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述硫酸的质量浓度为28％-30％。

5.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述改性剂包括磷酸、柠檬酸、磷酸三钠、硼酸、三乙醇胺或者水中的任意一种或多种。

6.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述氧化镁为轻烧氧化镁，所述轻烧氧化镁中镁的质量比大于85％，且其活性度介于60-65。

7.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述抗水剂包括硬脂酸、硬脂酸钙或硬脂酸锌中的任意一种或多种。

8.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述硫酸镁溶液的波美度为20-30度。

9.一种制备胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将硫酸镁溶液、氧化镁、硫酸、填料、抗水剂以及改性剂按照质量比为1:0.8-0.9:0.005-0.008：0.2-0.6：0.015-0.02:0.01-0.02的比例进行混合均匀后成型再进行养护。

10.根据权利要求9所述的制备胶凝材料的方法，其特征在于，所述硫酸镁溶液、所述氧化镁、所述硫酸、所述填料、所述抗水剂以及所述改性剂混合是将所述硫酸镁溶液、所述改性剂、所述硫酸、所述填料、所述氧化镁以及所述抗水剂依次混合。