【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水泥材料制備，具體涉及一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑及其制備方法和應用。
技術介紹
1、公開該
技術介紹
部分的信息僅僅旨在增加對本專利技術的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。
2、混凝土收縮開裂加速了侵蝕性介質的侵入，嚴重危及建筑結構耐久性和服役壽命，是困擾土木工程領域的重大技術難題。膨脹劑與水接觸反應后形成膨脹性物質，可補償混凝土在硬化階段產生的收縮開裂，是抑制混凝土結構中裂紋產生的重要措施。
3、目前，混凝土中常用膨脹劑主要包括：硫鋁酸鈣、氧化鈣、氧化鎂等。其中，硫鋁酸鈣膨脹劑體系中石膏消耗完畢后，水化液相的so42-濃度降低，導致鈣礬石轉化為單硫型水化硫鋁酸鈣。此外，大體積混凝土內部高溫亦會促進上述轉化，導致膨脹性能降低。氧化鈣膨脹劑的膨脹率高，但水化速度過快，常溫條件下2h水化程度可到50%，導致其在混凝土硬化階段膨脹性能降低，且膨脹主要集中在3d以前，導致其膨脹性能不穩定，前期高，中后期偏低。氧化鈣-硫鋁酸鈣復合膨脹劑會降低混凝土的流動性。而制備氧化鎂所需的菱鎂礦主要分布于我國遼東半島和膠東半島，且為戰略性資源，這在很大程度上限制了該膨脹劑的廣泛應用。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑及其制備方法和應用，其對混凝土流動性無干擾，且能夠為水泥基膠凝材的整個水化硬化階段提供持續、連貫的膨脹，而且具有膨脹性能長期穩定的優勢。具體地，本專
2、首先，本專利技術提供一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，包括膨脹源粉體、石膏粉和調控劑。其中，所述膨脹源粉體包括：鐵鋁酸鈣（ca2alxf2-xo5）45~55wt.%、硫硅酸鈣（c5s2$）30~40wt.%、硫鋁酸鈣（c4a3$）5~10?wt.%、硅酸二鈣（c2s）5~10?wt.%、硫酸鈣（caso4）2~4wt.%，余量為不可避免的雜質礦物相。所述鐵鋁酸鈣包括鐵酸二鈣（c2f）、二鐵鋁酸六鈣（c6af2）、鐵鋁酸四鈣（c4af）、鐵二鋁酸六鈣（c6a2f）中的至少兩種。所述石膏粉為膨脹源粉體質量的12~18%。所述調控劑為三乙醇胺或丙醇胺，其為所述膨脹源粉體和石膏粉總質量的0.1~0.5%。
3、進一步地，所述硫硅酸鈣中固溶有鈉元素，其含量為硫硅酸鈣質量的0.1~0.6%。
4、其次，本專利技術提供一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，包括如下步驟：
5、（1）將氧化鈣源、赤泥、硅源、鋁源、硫酸鈣源混合均勻后進行煅燒，完成后對煅燒產物依次進行急冷、粉碎，即得膨脹源粉體。
6、（2）將所述膨脹源粉體與石膏粉混合均勻得到a組分，備用。
7、（3）將所述a組分與調控劑混合均勻，即得所述水泥膨脹劑。
8、進一步地，步驟（1）中，各原料的重量份比為：氧化鈣源81.73~84.86份、赤泥22.44~32.74份，硅源12.77~19.11份、鋁源6.15~11.32份、硫酸鈣源8.61~12.13份。
9、進一步地，步驟（1）中，還包括鈉源0.95~1.45重量份。可選地，所述鈉源包括：氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉等中的至少一種。微量元素?na?可顯著提高所述硫硅酸鈣礦物的水化活性，促使其在早、中期水化階段產生大量二水石膏，其可以進一步與硅酸鹽水泥中活性鋁質組分反應形成鈣礬石，在水泥水化后期產生微膨脹。
10、進一步地，步驟（1）中，所述氧化鈣源包括：石灰石、電石渣、生石灰、氫氧化鈣等中的至少一種。其經過高溫煅燒后可形成本專利技術所需的有效成分氧化鈣，為所述鐵鋁酸鈣和硫硅酸鈣的形成提供所需組分。
11、進一步地，步驟（1）中，所述赤泥包括拜耳法赤泥、燒結法赤泥、聯合法赤泥等中的至少一種。
12、進一步地，步驟（1）中，所述硅源包括：砂巖、粉煤灰等中的至少一種。在本專利技術中，所述硅源主要用于形成所述硫硅酸鈣與硅酸二鈣，提供良好的膨脹特性。
13、進一步地，步驟（1）中，所述鋁源包括：鋁灰、礬土礦等中的至少一種。在本專利技術中，所述鋁源的主要作用是為鐵鋁酸鈣等含鋁活性礦物形成提供al2o3，從而激發所述硫硅酸鈣礦物相的水化活性，形成鈣礬石。
14、進一步地，步驟（1）中，所述硫酸鈣源包括：磷石膏、氟石膏、鈦石膏、脫硫石膏、硫酸鈣純試劑等中的至少一種。
15、進一步地，步驟（1）中，所述煅燒溫度為1100~1200℃，煅燒時間為5~20min。
16、進一步地，步驟（1）中，所述急冷的方法包括風冷、空氣冷、液氮冷卻等中的任意一種。
17、最后，本專利技術提供所述鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑在硅酸鹽水泥基膠凝材料中的應用。可選地，所述膨脹劑摻量為硅酸鹽水泥基膠凝材料質量的5~15%。
18、相較于現有技術，本專利技術的技術方案至少具有以下方面的有益效果：
19、（1）當本專利技術的水泥基膨脹劑摻加到水泥基膠凝材料中后，首先所述鐵鋁酸鈣、硫鋁酸鈣與硫酸鈣反應生成具有膨脹性的鈣礬石，為水泥基膠凝材料的前期水化階段提供膨脹。然后水化活性較低的所述硫硅酸鈣開始發揮作用，其水化形成的硫酸鈣與剩余的所述鐵鋁酸鈣繼續反應生成膨脹性鈣礬石（aft），為水泥基膠凝材料的中后期水化階段提供微膨脹，從而使本專利技術的膨脹劑在水泥水化硬化的整個階段均提供持續、連貫的膨脹，對水泥水化硬化階段產生的孔隙進行密實和填充。同時，在此過程中所述三乙醇胺作為調控劑協調鐵鋁酸鈣的水化，這是由于不同鐵鋁比的鐵鋁酸鈣（二鐵鋁酸六鈣、鐵鋁酸四鈣、鐵二鋁酸六鈣）水化活性不一致，其中，所述鐵二鋁酸六鈣的水化活性較高，其在水泥水化的早期就可以發生水化，而鐵酸二鈣、二鐵鋁酸六鈣等的水化活性很低，難以在所述鐵二鋁酸六鈣水化完成后進行接力，而所述三乙醇胺能夠加速低水化活性的鐵鋁酸鈣，使所述不同鐵鋁比的鐵鋁酸鈣相互接力，從而在水泥水化硬化的整個階段提供持續的微膨脹。硅酸二鈣水化生成的c-s-h凝膠和上述鈣礬石還有助于提高水泥基材料的強度。所述丙醇胺可加速石膏溶解，隨著養護齡期增加，形成aft會消耗更多的硫酸鹽，同時丙醇胺會促進含鋁相礦物的水化與硫酸鹽反應更快生成aft。
20、（2）硫硅酸鈣將剩余的所述鐵鋁酸鈣反應完后，剩余的硫硅酸鈣繼續水化，其釋放的so42-濃度可提高水化液相中so42-的濃度，有效抑制微膨脹的鈣礬石向不具有膨脹特性的單硫型水化硫鋁酸鈣轉化。此外，所述水化液相中?so42-濃度的提高亦可抑制鈣礬石的高溫分解。因此，本專利技術的膨脹劑提供的膨脹還具有良好的長期穩定性。
21、（3）本專利技術的膨脹劑對水泥基膠凝材料的流動性沒有干擾，避免了造成流動性降低，增加泵送和運輸難度的問題。另外，本專利技術的所述混凝土鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣膨脹劑以工業固廢為源料，有利于工業固廢的安全治理和循環利用，降低了環境污染并減少了資源浪費，同時降低了成本，具有顯著的環保和經濟效益。
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1.一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，其特征在于，所述硫硅酸鈣中固溶有鈉元素，其含量為硫硅酸鈣質量的0.1~0.6%。
3.權利要求1或2所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，各原料的重量份比為：氧化鈣源81.73~84.86份、赤泥22.44~32.74份，硅源12.77~19.11份、鋁源6.15~11.32份、硫酸鈣源8.61~12.13份、鈉源0.95~1.45份。
5.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，還包括鈉源0.95~1.45重量份；
6.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述氧化鈣源包括：石灰石、電石渣、生石灰、氫氧化鈣中的至少一種；
7.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基
8.根據權利要求3-7任一項所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述煅燒溫度為1100~1200℃，煅燒時間為5~20min；
9.權利要求1或2所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，或者權利要求3-8任一項所述的制備方法得到的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑在硅酸鹽水泥基膠凝材料中的應用。
10.根據權利要求9所述的應用，其特征在于，所述膨脹劑摻量為硅酸鹽水泥基膠凝材料質量的5~15%。
...【技術特征摘要】
1.一種鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑，其特征在于，所述硫硅酸鈣中固溶有鈉元素，其含量為硫硅酸鈣質量的0.1~0.6%。
3.權利要求1或2所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
4.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，各原料的重量份比為：氧化鈣源81.73~84.86份、赤泥22.44~32.74份，硅源12.77~19.11份、鋁源6.15~11.32份、硫酸鈣源8.61~12.13份、鈉源0.95~1.45份。
5.根據權利要求3所述的鐵鋁酸鈣-硫硅酸鈣水泥基膨脹劑的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，還包括鈉源0.95~1.45重量份；
6.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃永波，巴樂樂，于糧，王棟，武文浩，李忠誠，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：
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