一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂
阅读：220发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种提高 水 热合成水化 硅 酸 钙 结晶度的外加剂，属于建筑新材料领域。通过向 硅酸 盐基料加入 水化硅酸钙 改性剂和增强剂，有利于加快水热反应过程中水化硅酸钙胶体向托勃 莫来石 晶体的转化，赋予水热合成硅酸盐基料高强度和低收缩性能，适用于提升水热法生产的水化硅酸钙板、 混凝土 高强管桩和石灰- 水泥 -砂加气混凝土、石灰-水泥- 粉 煤 灰 加气混凝土、石灰-水泥-砂-粉煤灰加气混凝土等水热合成硅酸盐类加气混凝土材料性能。，下面是一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂专利的具体信息内容。
1.一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂，其特征在于：包括水化硅酸钙改性剂和增强剂；
所述水化硅酸钙改性剂为水化硅铝酸盐和/或水化硫铝酸盐；
所述增强剂为芒硝与偏硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸钠或酒石酸钾钠中的一种或几种所组成的混合物。
2.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于：所述水化硅铝酸盐采用以下方法制备得到：按照重量比1:11.5:4.5将碳酸钠、偏高岭土和水搅拌均匀，制成直径小于10mm的球形颗粒，浇水自然养护7天，破碎成1mm以下颗粒。
3.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于：所述水化硫铝酸盐采用以下方法制备得到：按照重量比1:2.2:0.8:2.2将无水硫铝酸钙熟料、生石膏、消石灰和水搅拌均匀，制成直径小于10mm的球形颗粒，浇水自然养护14天，破碎成1mm以下颗粒。
4.根据权利要求1所述的外加剂，其特征在于：所述增强剂中芒硝的重量占增强剂总重量的30% 70%，优选45% 50%。
~ ~
5.权利要求1所述的外加剂在水热合成水化硅酸钙中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：将水化硅酸钙改性剂、增强剂与将硅酸盐基料混合后，按常规水热合成制备水化硅酸钙；
其中，按质量百分数计水化硅酸钙改性剂、增强剂、硅酸盐基料的用量为硅酸盐基料
85% 95%、水化硅酸钙改性剂3% 10%和增强剂2% 5%，所有原料的质量百分数之和为100%。
~ ~ ~
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述硅酸盐基料为水热合成硅酸盐类加气混凝土材料，选自水化硅酸钙板、混凝土高强管桩和石灰-水泥-砂加气混凝土、石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土、石灰-水泥-砂-粉煤灰加气混凝土。
一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂
技术领域
背景技术
[0002] 水化硅酸钙(C-S-H)是CaO-SiO2-H2O体系中三元化合物的总称，由硅酸三钙和硅酸二钙水化生成的一种无定形物质，约硅酸盐水泥水化产物质量的65％。水化硅酸钙凝胶与托勃莫来石晶体是加气混凝土重要的水化产物，未蒸养的加气混凝土水化产物以片状氢氧化钙、针棒状钙矾石和纤维状、网状C-S-H凝胶为主，孔隙较多；在1MPa蒸养的加气混凝土水化产物以叶片状托勃莫来石和卷曲状低钙水化硅酸钙为主，托勃莫来石结晶程度较高。
[0003] 在水化硅酸钙制品中，水化硅酸钙的结晶度具有重要意义。结晶度较低时，制品中水化硅酸钙胶体含量较多，干缩较大，显著影响水化硅酸钙制品的寿命；结晶度较大时，水化硅酸钙胶体含量较少，体系缺乏胶凝材料的粘结，强度降低，因此水化硅酸钙结晶度存在一个最优区域。在实际生产过程中，由于反应条件的限制，水化硅酸钙凝胶含量较少，水化硅酸钙胶体向托勃莫来石晶体的转化过程受到限制，水化硅酸钙结晶度较低。从目前研究应用的现状来看，水热合成水化硅酸钙制品的结晶度还有很大的提升空间，因此，有必要研究如何提高促进水化硅酸钙晶体向托勃莫来石转变，提高水化硅酸钙结晶度，以近一步推广水热合成水化硅酸钙制品。
[0004] 水化硅酸钙结晶度是影响水热合成硅酸盐材料物理力学性能、体积稳定性和耐久性的关键因素。提高加气混凝土性能的重要技术途径之一是优化水化硅酸钙结晶度。因此，寻找一种提高水热反应过程中水化硅酸钙胶体向托勃莫来石晶体转化的方法具有重要意义。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂，该外加剂可以促进水化硅酸钙胶体向托勃莫来石晶体的转化，提高强度，但有效减少收缩，减少制品的收缩开裂。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种提高水热合成水化硅酸钙结晶度的外加剂，包括水化硅酸钙改性剂和增强剂；
[0011] 进一步地，所述水化硫铝酸盐采用以下方法制备得到：按照重量比1:2.2:0.8:2.2将无水硫铝酸钙熟料、生石膏、消石灰和水搅拌均匀，制成直径小于10mm的球形颗粒，浇水自然养护14天，破碎成1mm以下颗粒。
[0012] 进一步地，所述增强剂中芒硝的重量占增强剂总重量的30％～70％，优选45％～50％。
[0013] 上述外加剂在水热合成水化硅酸钙中的应用。
[0014] 进一步地，所述应用是将水化硅酸钙改性剂、增强剂与将硅酸盐基料混合后，按常规水热合成制备水化硅酸钙；
[0015] 其中，按质量百分数计水化硅酸钙改性剂、增强剂、硅酸盐基料的用量为硅酸盐基料85％～95％、水化硅酸钙改性剂3％～10％和增强剂2％～5％，所有原料的质量百分数之和为100％。
[0017] 本发明通过向硅酸盐基料加入水化硅酸钙改性剂和增强剂，有利于加快水热反应过程中水化硅酸钙胶体向托勃莫来石晶体的转化，用以提高水热合成水化硅酸钙结晶度，赋予水热合成硅酸盐基料高强度和低收缩性能，适用于提升水热法生产的水化硅酸钙板、混凝土高强管桩和石灰-水泥-砂加气混凝土、石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土、石灰-水泥-砂-粉煤灰加气混凝土等水热合成硅酸盐类加气混凝土材料性能。
[0018] 有益效果：
[0019] 1、单硫型水化硫铝酸盐提供了铝掺杂水化硅酸钙所需的铝掺杂元素来源，从而提高了链长和力学性能。
[0020] 2、促进胶体的形成，加快胶体向托勃莫来石晶体转化，明显改善和增强混凝土制品强度。但同时减少收缩，有效防止制品及建筑物墙体等的开裂，对开发高性能低密度、低收缩、低导热加气混凝土具有重要意义。附图说明
[0021] 图1为实施例1中试验组2和对比组1的XRD图谱。
具体实施方式
[0022] 以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
[0023] 下述实施例中的芒硝为盐化工副产品。
[0024] 实施例1
[0025] 本实施例选用石灰-水泥-砂加气混凝土作为硅酸盐基料基本组分，试验组1～3和对比组1原料配方如下表所示：
[0026]
[0027] 上表中：
[0028] 改性剂a为水化硅铝酸盐与水化硫铝酸盐中的一种或两种的混合物；
[0029] 增强剂b为芒硝及其与偏硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠中的一种或两种及两种以上组成的混合物；
[0030] 普通砂c中二氧化硅含量≥68％；
[0031] 水泥d标号PO42.5，氧化钙含量70％；
[0032] 生石灰e的氧化钙含量＞80％。
[0033] 将试验组1～3和对比组1中水化硅酸钙改性剂、增强剂、硅酸盐基料基本组分按比例混合之后搅拌均匀制得高强低收缩硅酸盐基体料浆，再将发泡组分与高强低收缩硅酸盐基体料浆混合搅拌制得泡沫料浆；料浆倒入模具成型，在40～50℃条件下养护3～7小时后拆模；拆模后切割成设计尺寸的砌块，在1.1～1.5MPa，175～185℃的蒸压条件下养护6～10小时，出釜后测得石灰-水泥-砂加气混凝土的强度和结晶度下表所示：
[0034]
[0035] 由上表可知，对比组1制备出来的水化硅酸钙制品，在原料组成上由于未掺加水化硅酸钙改性剂和增强剂，即使相同的制备工艺条件下，制品强度和结晶度较低。试验组1、2、3制备出来的水化硅酸钙制品，在原料组成上由于掺加的水化硅酸钙改性剂和增强剂种类不同，强度和结晶度也存在差异，当掺加水化硅铝酸盐作为水化硅酸钙改性剂，掺加芒硝、柠檬酸钠和酒石酸钾钠作为增强剂，制品强度和结晶度最高。与对比组1相比较，试验组1、
2、3制备出来的水化硅酸钙制品在强度和结晶度方面都有较大提高。
2、3制备出来的水化硅酸钙制品在强度和结晶度方面都有较大提高。
[0036] 本实施例通过掺加水化硅酸钙改性剂和增强剂，激发SiO2活性，增加活性SiO2数量，同时水化硅酸钙改性剂起到了晶核作用，促进反应进一步进行，生成更多的托勃莫来石，明显改善和增强石灰-水泥-砂加气混凝土制品强度。
[0037] 图1为试验组2和对比组1的XRD图谱，①为掺加水化硅酸钙改性剂及增强剂的石灰-水泥-砂加气混凝土(试验组2)，②为对比组1，Q为石英、T为托勃莫来石、P为氢氧化钙。结果表明，试验组2和对比组1含有氢氧钙石，并都含有明显的水化硅酸钙和托勃莫来石特征峰。与对比组1相比，试验组2中水化硅酸钙对应的峰形较尖锐，具有较好的结晶性能，含有更多的托勃莫来石晶体。在计算结果中也得到了证实，试验组2和对比组1的水化硅酸钙结晶度分别为37.1(wt.％)和21(wt.％)，掺加了水化硅酸钙改性剂和增强剂，可以激发SiO2活性，增加活性SiO2数量，同时水化硅酸钙改性剂起到了晶核作用，促进反应进一步进行，生成更多的托勃莫来石，明显改善和增强水化硅酸钙制品的结晶度。
[0038] 实施例2
[0039] 本实施例选用石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土作为硅酸盐基料基本组分，试验组4～6和对比组2原料配方如下表所示：
[0040]
[0041] 上表中：
[0042] 改性剂a为水化硅铝酸盐与水化硫铝酸盐中的一种或两种的混合物；
[0043] 增强剂b为芒硝及其与偏硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠中的一种或两种及两种以上组成的混合物；
[0044] 水泥c标号PO42.5，氧化钙含量70％；
[0045] 生石灰d的氧化钙含量＞80％。
[0046] 将试验组4～6和对比组2中水化硅酸钙改性剂、增强剂、硅酸盐基料基本组分按比例混合之后搅拌均匀制得高强低收缩硅酸盐基体料浆，再将发泡组分与高强低收缩硅酸盐基体料浆混合搅拌制得泡沫料浆；料浆倒入模具成型，在40～50℃条件下养护3～7小时后拆模；拆模后切割成设计尺寸的砌块，在1.1～1.5MPa，175～185℃的蒸压条件下养护6～10小时，出釜后测得石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土的强度和结晶度下表所示：
[0047]
[0048] 由上表可知，对比组2制备出来的水化硅酸钙制品，在原料组成上由于未掺加水化硅酸钙改性剂和增强剂，即使相同的制备工艺条件下，制品强度和结晶度较低。试验组4、5、6制备出来的水化硅酸钙制品在强度和结晶度方面都有较大提高。
[0049] 本实施例通过掺加水化硅酸钙改性剂和增强剂，激发SiO2活性，增加活性SiO2数量，同时水化硅酸钙改性剂起到了晶核作用，促进反应进一步进行，生成更多的托勃莫来石，明显改善和增强石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土制品强度。
[0050] 实施例3
[0051] 本实施例选用石灰-水泥-砂-粉煤灰加气混凝土作为硅酸盐基料基本组分，试验组7～9和对比组3原料配方如下表所示：
[0052]
[0053] 上表中：
[0054] 改性剂a为水化硅铝酸盐与水化硫铝酸盐中的一种或两种的混合物；
[0055] 增强剂b为芒硝及其与偏硅酸钠、铝酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钾钠中的一种或两种及两种以上组成的混合物；
[0056] 普通砂c中二氧化硅含量≥68％；
[0057] 水泥d标号PO42.5，氧化钙含量70％；
[0058] 生石灰e的氧化钙含量＞80％。
[0059] 将试验组7～9和对比组3中水化硅酸钙改性剂、增强剂、硅酸盐基料基本组分按比例混合之后搅拌均匀制得高强低收缩硅酸盐基体料浆，再将发泡组分与高强低收缩硅酸盐基体料浆混合搅拌制得泡沫料浆；料浆倒入模具成型，在40～50℃条件下养护3～7小时后拆模；拆模后切割成设计尺寸的砌块，在1.1～1.5MPa，175～185℃的蒸压条件下养护6～10小时，出釜后测得石灰-水泥-砂-粉煤灰加气混凝土的强度和结晶度下表所示：
[0060]
[0061] 由上表可知，对比组3制备出来的水化硅酸钙制品，在原料组成上由于未掺加水化硅酸钙改性剂和增强剂，即使相同的制备工艺条件下，制品强度和结晶度较低。试验组7、8、9掺加了水化硅酸钙改性剂和增强剂，激发SiO2活性，增加活性SiO2数量，同时水化硅酸钙改性剂起到了晶核作用，促进反应进一步进行，生成更多的托勃莫来石，明显改善和增强石灰-水泥-粉煤灰加气混凝土制品强度。
[0062] 实施例4
[0063] 本实施例选用两组不同成分的水化硅酸钙板作为对比。试验组10的原材料组成为：石英砂粉35～60％、消石灰粉10～20％、粉煤灰5～10％、加速粘结剂10％～20％；试验组11在试验组10的基础上额外掺加了5％～10％水化硅酸钙改性剂和2％～5％增强剂。
[0064] 将上述两组材料按比例搅拌均匀，加水制成料浆，入模成型，在40～50℃条件下养护3～7小时后拆模，拆模后将板垛送入蒸压养护温度为160℃～180℃、压力1.0～1.2MPa的蒸压釜中进行13～20h的蒸压养护，出釜后测量水化硅酸钙板结晶度。
[0065] 实施例5
[0066] 本实施例选用两组不同成分的混凝土高强管桩作为对比，试验组12的原材料组成如下：PⅡ52.5水泥500～520份，砂690～700份，碎石1100～1200份，水130～140份，聚羧酸减水剂4～6份；试验组13在试验组12的基础上额外掺加了45～80份水化硅酸钙改性剂和20～30份增强剂。
[0067] 将两组材料按比例称取，分别投入搅拌器中，预搅拌30s，再加入水进行搅拌，搅拌后将搅拌料从管桩模具的一端均匀分层连续浇灌，然后离心成型，最后进行养护。
[0069] 在蒸压釜中升温2h-恒温4h-降温3h-静停1h-产品出釜，出釜后测量混凝土高强管桩的强度和结晶度。
[0070] 实施例4和实施例5得到的制品性能如下：
[0071]
[0072] 由上表可知，无论是水化硅酸钙板还是混凝土高强管桩制品，加入水化硅酸钙改性剂和增强剂都能显著提高水化硅酸钙结晶度。试验组11、13掺加了水化硅酸钙改性剂和增强剂，激发SiO2活性，增加活性SiO2数量，同时水化硅酸钙改性剂起到了晶核作用，促进反应进一步进行，生成更多的托勃莫来石，明显改善和增强水化硅酸钙板和混凝土高强管桩制品的结晶度。
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