一种低碱高强度抗渗水泥及其制备方法与流程

本发明涉及水泥领域，具体涉及一种低碱高强度抗渗水泥及其制备方法。

背景技术：

1、通用硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料；混合材料包括粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质。通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。这些不同品种的水泥具有不同的化学物理特性，在各类工程中，应根据工程特点、使用要求和各种水泥的特性，选用适合的水泥。

2、随着国内基础建设的加快，公路和铁路的建设数量大幅度增加。很多公路和铁路建设时，都要架设桥梁，桥梁施工时采用的硅酸盐水泥中，碱(na2o、k2o等)含量较高，在施工后，水泥中的碱会与混凝土中的集料中的某些成分发生反应，生成硅酸盐凝胶，容易造成混凝土体积增大，产生膨胀应力，严重时还会导致混凝土出现裂缝，使工程出现安全隐患。为了避免此类安全隐患的出现，在桥梁建设时，会大量采用低碱水泥，以减少混凝土体上的裂缝。

3、低碱水泥制造的方法通常是，在水泥生产原料中混入大量的高炉矿渣。因此，高炉矿渣虽然能够一定程度地降低混凝土裂缝的产生，但是大量的矿渣导致水泥的早期强度低，并且抗冻性以及和易性不好，致使其应用受限。而现有技术中应对的方案是采用碱激发进行处理矿渣，虽然能够提高混凝土早期强度和耐腐蚀性，但是碱激发剂的加入使得水泥的碱性大幅增加，已经无法具备低碱水泥抗裂、性质稳定的优势，并且后期的强度也明显下降。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种低碱高强度抗渗水泥及其制备方法。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，碱激发液处理矿渣：

5、称取高炉矿渣混合至水玻璃内，充分搅拌之后，室温静置12-24h，然后过滤收集固体颗粒，使用蒸馏水冲洗固体颗粒，直至洗涤液的ph为8.0-9.0，将固体颗粒干燥，得到水玻璃处理后的矿渣；

6、步骤2，鞣酸处理矿渣：

7、将鞣酸溶解在蒸馏水内，充分搅拌形成鞣酸溶液；将水玻璃处理后的矿渣置于鞣酸溶液内，充分搅拌混合均匀后，静置1-2h，然后过滤收集固体颗粒，真空干燥，得到鞣酸处理后的矿渣；

8、步骤3，制备改性矿渣：

9、将鞣酸处理后的矿渣加入至甲醛水溶液内，并滴加碱液至ph为9-10，充分搅拌均匀后，升温至50-60℃，回流搅拌反应1-1.5h，然后再升温至70-80℃，回流搅拌反应0.5h，反应结束后，过滤收集固体颗粒，干燥后，得到改性矿渣；

10、步骤4，制备低碱水泥：

11、称取低碱熟料、石膏、粉煤灰和改性矿渣混合，进行水泥粉磨处理，即得到低碱水泥。

12、优选地，所述步骤1中，高炉矿渣的成分按照重量百分比计算，包括：sio233.81％、al2o314.78％、cao 38.87％、mgo 7.09％、k2o 0.44％、fe2o30.36％、na2o 0.26％、so32.49％以及其他杂质，此外loi(烧失量)为2.1％。

13、优选地，所述步骤1中，水玻璃为质量分数是10-15％的硅酸钠溶液。

14、优选地，所述步骤1中，高炉矿渣和水玻璃的质量比例是1:2-6。

15、优选地，所述步骤2中，鞣酸溶液的配置过程中，鞣酸占蒸馏水的质量分数是1％-5％。

16、优选地，所述步骤2中，水玻璃处理后的矿渣和鞣酸溶液的质量比例是1:5-10。

17、优选地，所述步骤3中，甲醛水溶液的质量分数为35％-40％。

18、优选地，所述步骤3中，鞣酸处理后的矿渣和和甲醛水溶液的质量比例是1:5-10。

19、优选地，所述步骤3中，碱液为质量分数为2％-10％的氢氧化钠溶液。

20、优选地，所述步骤4中，低碱熟料的成分按照重量百分比计算，包括：cao 64.39％、sio222.05％、al2o34.78％、fe2o33.12％、mgo 4.27％、so30.46％、r2o 0.55％以及其他杂质。

21、其中，r2o指的是一价氧化物，r包括钾和钠。

22、优选地，所述步骤4中，石膏为脱硫石膏粉，牌号为fg-sgf009。

23、优选地，所述步骤4中，粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。

24、优选地，所述步骤4中，低碱熟料、石膏、粉煤灰和改性矿渣的质量比例是65-70:3-8:6-10:10-20。

25、优选地，所述步骤4中，经过水泥粉磨处理后的细度为40-80μm。

26、第二方面，本发明提供一种低碱高强度抗渗水泥，采用上述制备方法制备得到。

27、第三方面，本发明提供一种上述制备的低碱水泥在高强度抗渗混凝土中的应用。

28、优选地，所述高强度抗渗混凝土的成分按照重量份数计算，包括：

29、低碱水泥、粗骨料、细骨料、粉煤灰、水和减水剂。

30、优选地，所述粗骨料为粒径在4.75-10mm之间的碎石；所述细骨料为粒径为0.15-4.75mm之间的细砂；所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰；所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂pc-1009。

31、本发明的有益效果为：

32、1、为了解决目前市面上低碱水泥由于矿渣含量高导致的混凝土早期强度低，并且抗冻性以及和易性不好的缺陷，本发明对于水泥中加入的高炉矿渣进行了硅酸钠处理；而为了避免碱激发矿渣所导致的混凝土抗裂性能和稳定性的问题，本发明加入了鞣酸进行处理；此外，本发明还针对矿渣进行酚醛交联包覆，发现处理后的矿渣在高强、抗渗、抗裂以及抗冻性方面均有非常好的表现。

33、2、本发明对矿渣先进行硅酸钠处理，硅酸钠处理能够形成弱碱激发体系，促进矿渣内的非晶态破坏，从而提升了矿渣的活性；再使用鞣酸对其进行处理，鞣酸能够进一步修饰碱处理后的矿渣，能够与活化后矿渣表面的钙离子结合形成络合物，抑制矿渣的水化作用，延长其凝结时间；此外，经过鞣酸处理后的矿渣表面含有大量的酚羟基，本发明利用酚羟基与甲醛的反应，制备出酚醛交联物包覆在矿渣的表面，从而得到改性矿渣。

34、3、经过本发明制备的改性矿渣，使用水玻璃激活了矿渣的活性；加入的鞣酸作为一种处理剂，同时起到了降低碱性以及与甲醛交联结合的作用，不仅使矿渣能够保持一定活性，并且减弱了矿渣的水化作用，保证了混凝土后期的抗裂性，此外，其表面形成的酚醛交联物还能够增强与其他原料的和易性，从而增强混凝土的后期强度。而经过检测发现，相比较于市面上的矿渣，本发明处理后的改性矿渣对于混凝土的抗渗性和抗冻性都有更好的表现。

技术特征：

1.一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，高炉矿渣的成分按照重量百分比计算，包括：sio2:33.81％、al2o3:14.78％、cao:38.87％、mgo:7.09％、k2o:0.44％、fe2o3:0.36％、na2o:0.26％、so3:2.49％。

3.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，水玻璃为质量分数是10-15％的硅酸钠溶液；高炉矿渣和水玻璃的质量比例是1:2-6。

4.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，鞣酸溶液的配置过程中，鞣酸占蒸馏水的质量分数是1％-5％；水玻璃处理后的矿渣和鞣酸溶液的质量比例是1:5-10。

5.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，甲醛水溶液的质量分数为35％-40％；鞣酸处理后的矿渣和和甲醛水溶液的质量比例是1:5-10。

6.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，低碱熟料的成分按照重量百分比计算，包括：cao:64.39％、sio2:22.05％、al2o3:4.78％、fe2o3:3.12％、mgo:4.27％、so3:0.46％、r2o:0.55％；其中，r2o指的是一价氧化物，r包括钾和钠。

7.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，石膏为脱硫石膏粉，牌号为fg-sgf009；粉煤灰为ⅰ级粉煤灰。

8.根据权利要求1所述的一种低碱高强度抗渗水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，低碱熟料、石膏、粉煤灰和改性矿渣的质量比例是65-70:3-8:6-10:10-20。

9.一种低碱高强度抗渗水泥，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制备得到。

10.一种权利要求9所述的低碱水泥在高强度抗渗混凝土中的应用。

技术总结本发明涉及一种低碱高强度抗渗水泥及其制备方法，制备方法包括以下步骤：步骤1，碱激发液处理矿渣；步骤2，鞣酸处理矿渣；步骤3，制备改性矿渣：将鞣酸处理后的矿渣加入至甲醛水溶液内，并滴加碱液回流搅拌反应，反应结束后，过滤收集固体颗粒，干燥后，得到改性矿渣；步骤4，制备低碱水泥：称取低碱熟料、石膏、粉煤灰和改性矿渣混合，进行水泥粉磨处理，即得到低碱水泥。为了避免碱激发矿渣所导致的混凝土抗裂性能和稳定性的问题，本发明加入了鞣酸进行处理；此外，本发明还针对矿渣进行酚醛交联包覆，发现处理后的矿渣在高强、抗渗、抗裂以及抗冻性方面均有非常好的表现。技术研发人员：张宝贵,扎西尼玛,旦增顿珠,但佳洲,周杰,宋海东,曾聪受保护的技术使用者：西藏高争建材股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18