CN109553320A - 一种镍渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥 - Google Patents

一种镍渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种镍渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥，该镍渣质水泥膨胀剂由下述方法制得：首先将质量比为1:1:60～100的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将镍渣粉在所述萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到镍渣质水泥膨胀剂。利用富硅镁镍渣的主要化学成分为SiO2和MgO作为膨胀剂中MgO的来源，并制备萃取溶液将镍渣中的游离MgO部分萃取出来，使得MgO产生的膨胀得以控制。本发明的掺杂该镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥中，镍渣质水泥膨胀剂的掺量为5～15％，掺杂该镍渣质水泥膨胀剂后，能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性。

Description

一种镍渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥
技术领域
本发明涉及一种水泥膨胀剂及硅酸盐类水泥，特别涉及一种镍渣质水泥膨胀剂及掺杂该膨胀剂的硅酸盐类水泥，属于建筑材料领域。
背景技术
镍渣是冶炼金属镍过程中排放的一种工业废渣，主要是将高温熔融状态下的镍铁渣进行水淬急冷或风冷后得到的炉渣，其来源广，产量多。杨鼎宜(杨鼎宜一种掺镍渣的耐磨混凝土,CN 104478368 B[P].2016.)等在混凝土制备中将不同粒径的镍渣分别替代部分水泥和砂，可有效增强混凝土的强度。
常用水泥存在收缩现象，加入膨胀剂可改善该缺陷，提高水泥的抗渗性等性能。常用膨胀剂的原理是CaO或MgO遇水变成Ca(OH)2、Mg(OH)2过程中产生体积膨胀。一般的膨胀剂是由石灰或二水石膏煅烧制得CaO膨胀剂。张守治等通过相变材料作为包裹层，对CaO膨胀剂的核心层进行包裹，有效的补偿了混凝土的温度收缩[田倩,王瑞,张守治,等.一种水泥混凝土用改性氧化钙类膨胀剂及其制备方法,CN104671695A[P].2015]。但是该方法成本较高。富硅镁镍渣主要化学成分为SiO2和MgO，如果利用其作为MgO的矿物来源，可降低成本，促进环境可持续发展。
但是富硅镁镍渣中含有游离MgO，会导致水泥混凝土后期不可控制的膨胀，从而导致混凝土结构破坏，这一问题限制了镍渣作为水泥膨胀剂的应用。
发明内容
发明目的：针对镍渣中由于含有游离MgO、无法用作水泥膨胀剂的问题，本发明提供一种镍渣质水泥膨胀剂，通过对镍渣进行处理，使游离MgO的膨胀特性得到控制，使镍渣可用作水泥膨胀剂；同时，本发明还提供了一种掺杂该镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥。
技术方案：本发明所述的一种镍渣质水泥膨胀剂，由下述方法制得：首先将质量比为1:1:60～100的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将镍渣粉在萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到镍渣质水泥膨胀剂。
镍渣质水泥膨胀剂中，镍渣粉优选为富硅镁镍渣粉；富硅镁镍渣粉中，SiO2的质量分数大于50％、MgO的质量分数大于20％，两者的质量分数之和大于70％。
优选的，镍渣粉与萃取溶液的质量比不小于4:1。其中，镍渣粉的比表面积为500～800m2/kg，最好为550±10m2/kg。
进一步的，镍渣粉在萃取溶液中的浸泡时间为10～30h。
本发明所述的一种硅酸盐类水泥，其中掺有上述镍渣质水泥膨胀剂。优选的，镍渣质水泥膨胀剂的掺量为硅酸盐类水泥质量的5～15％。
发明原理：本发明利用富硅镁镍渣中的主要成分为MgO作为膨胀剂的来源，并制备萃取溶液将镍渣中MgO部分萃取出来，并使剩余的MgO及其矿物的结构受到破坏，提高其化学反应活性，使得MgO产生的膨胀得以控制。并将此加入水泥后能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性。
有益效果：与现有技术相比，本发明存在下述优点：(1)本发明用甘油、硝酸锶、水组成的混合溶液中，将镍渣中的MgO部分萃取出来，并使剩余的MgO及其矿物的结构受到破坏，提高其化学反应活性，使MgO产生的膨胀得到控制，并随萃取时间的不同，其产生膨胀(化学反应)的速度不同；(2)将本发明的镍渣质水泥膨胀剂加入水泥后能一定程度上提高水泥的力学强度，显著提高水泥的抗渗性，并降低水泥的收缩性；(3)本发明的镍渣质水泥膨胀剂的制备工艺简单，成本低廉。
附图说明
图1为本发明的掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1，本发明的镍渣质水泥膨胀剂由下述方法制得：首先将质量比为1:1:60～100的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将镍渣粉在萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到镍渣质水泥膨胀剂。
其中，镍渣粉可采用富硅镁镍渣粉，富硅镁镍渣粉中，SiO2的质量分数大于50％、MgO的质量分数大于20％，两者之和大于70％。镍渣粉的比表面积为500～800m2/kg。
浸泡时，镍渣粉与萃取溶液的质量比不小于4:1。浸泡时间为10～30h。
将上述镍渣质水泥膨胀剂掺入硅酸盐类水泥中，所得硅酸盐类水泥的抗渗性和力学强度得到有效改善，同时收缩性降低。其中，掺入的镍渣质水泥膨胀剂质量为硅酸盐类水泥质量的5～15％。
以下通过实施例1～8对本发明的技术方案进行详细说明。先制备得到本发明的镍渣质水泥膨胀剂，然后将其掺入硅酸盐水泥，制备水泥膨胀剂试块，并测试制得的制备水泥膨胀剂试块的性能。
其中，镍渣质水泥膨胀剂制备过程为：将甘油、硝酸锶、水按质量比混合，经30分钟搅拌后，制得萃取溶液。将镍渣磨细到比表面积500～800m2/kg，再将镍渣粉浸泡在上述萃取溶液中，钢渣与溶液的质量比为8:2，浸泡10～30h后，过滤去除溶液，制得镍渣质水泥膨胀剂。实施例1～8中选用富硅镁镍渣为原料制备镍渣质水泥膨胀剂，其中，富硅镁镍渣粉的组分含量如下表1：
表1镍渣的组分含量(wt％)
实施例1
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备镍渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为5％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例2
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备镍渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为5％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例3
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备镍渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为5％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例4
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为7％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例5
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为7％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例6
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为10％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例7
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为10％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
实施例8
实验条件如下：
掺杂镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐水泥的制备方法为：按上述实验条件制备钢渣质水泥膨胀剂，掺入P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥，掺量为15％。加入水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T 23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
对比例
采用P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥与水混合，水胶比为0.44。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*16cm的模具内，振动成型，标准养护28天后，按GB175-2017测其抗压强度。将水泥浆浇筑入4cm*4cm*14cm的模具内，振动成型，水中养护7天后空气中养护21天，按GB/T23439-2017测试其限制膨胀率。其抗压强度及限制膨胀率见附表2。
表2实施例1～8及对比例制得的水泥膨胀剂试块的性能表征

Claims (7)

1.一种镍渣质水泥膨胀剂，其特征在于，由下述方法制得：首先将质量比为1:1:60～100的甘油、硝酸锶和水混合制备萃取溶液，然后将镍渣粉在所述萃取溶液中浸泡，过滤去除溶液，得到镍渣质水泥膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的镍渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述镍渣粉为富硅镁镍渣粉，其中，SiO2的质量分数大于50％、MgO的质量分数大于20％。
3.根据权利要求1所述的镍渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述镍渣粉的比表面积为500～800m2/kg。
4.根据权利要求1所述的镍渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述镍渣粉与萃取溶液的质量比不小于4:1。
5.根据权利要求1所述的镍渣质水泥膨胀剂，其特征在于，所述镍渣粉在萃取溶液中浸泡的时间为10～30h。
6.一种掺杂有权利要求1所述的镍渣质水泥膨胀剂的硅酸盐类水泥。
7.根据权利要求6所述的硅酸盐类水泥，其特征在于，所述镍渣质水泥膨胀剂的掺量为硅酸盐类水泥质量的5～15％。
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