本發(fā)明涉及一種硅酸鹽水泥，尤其涉及一種改性硅酸鹽水泥。

背景技術(shù)：

鋁酸鹽水泥是以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)煅燒制得的以鋁酸鈣為主要成分的水硬性膠凝材料。相對于硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥具有早期強(qiáng)度高，耐高溫、耐磨、抗硫酸鹽侵蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，被用于緊急、搶修工程、臨時性工程，以及配制耐熱混凝土等。但是，鋁酸鹽水泥很少用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域及大體積混凝土中，主要是鋁酸鹽水泥存在強(qiáng)度倒縮的問題，在上世紀(jì)存在多起因鋁酸鹽水泥混凝土強(qiáng)度倒縮而導(dǎo)致的建筑物倒塌事件。

鋁酸鹽水泥強(qiáng)度倒縮的原因是其水化產(chǎn)物存在晶型轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，在20～40℃條件下養(yǎng)護(hù)時，水化產(chǎn)物以CAH₁₀和C₂AH₈為主，當(dāng)后期養(yǎng)護(hù)溫度長期高于20℃時，介穩(wěn)態(tài)的CAH₁₀和C₂AH₈會轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的C₃AH₆和AH₃，由于C₃AH₆的密度高于CAH₁₀和C₂AH₈，水化產(chǎn)物發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致水泥石內(nèi)部孔隙增加，從而使抗壓強(qiáng)度降低。在養(yǎng)護(hù)溫度高于40℃時，水化產(chǎn)物直接形成C₃AH₆和AH₃，在同等水灰比及凝期的條件下，高溫養(yǎng)護(hù)的鋁酸鹽水泥石抗壓強(qiáng)度更低。

公開號為CN102504780A，名稱為“可耐CO₂腐蝕的固井用水泥”，采用磷酸鹽改性鋁酸鹽水泥用于抗CO₂腐蝕的固井水泥。其原理是通過磷酸鹽進(jìn)行改性，生成以C-A-P-H為主的非晶態(tài)水化產(chǎn)物。相對于純鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物（CAH₁₀、C₂AH₈、C₃AH₆），C-A-P-H的結(jié)構(gòu)更致密，化學(xué)狀態(tài)更穩(wěn)定性，有更好的抗CO2腐蝕，水泥在高溫條件下具有良好性能，但在較低溫度（20～70℃）養(yǎng)護(hù)時，由于C-A-P-H凝膠致密，導(dǎo)致水泥石收縮嚴(yán)重，會在內(nèi)部形成裂紋。一旦形成裂紋，水泥石的強(qiáng)度反而會下降，且其磷酸鹽摻量高，導(dǎo)致成本大大增加。

文章《Compressive strength development of calcium aluminate cement–GGBFS blends》利用礦渣改性鋁酸鹽水泥，礦渣并不能完全阻止水化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)變，不能阻止C₃AH₆的形成，摻量少時也不能阻止水泥石的強(qiáng)度倒縮，同時明顯降低了鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中鋁酸鹽水泥存在強(qiáng)度倒縮的問題，鋁酸鹽水泥很少用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域及大體積混凝土中，使得其應(yīng)用受到了限制的技術(shù)問題，提供一種新的改性硅酸鹽水泥，通過添加特定比例的磷酸鹽、微硅、礦渣，改變鋁酸鹽水泥的水化過程和水化產(chǎn)物，阻止或減少C₃AH₆的形成，達(dá)到阻止鋁酸鹽水泥強(qiáng)度倒縮，并實(shí)現(xiàn)低溫養(yǎng)護(hù)時，早期強(qiáng)度高的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種改性鋁酸鹽水泥，其特征在于：包括以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料：

鋁酸鹽水泥：65～80%；

磷酸鹽：3～10%；

微硅：5～12%；

礦渣：10～25%。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明中，所述鋁酸鹽水泥中，CA、CA₂的含量≥80%。

本發(fā)明中，所述磷酸鹽為六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉中的至少一種。

本發(fā)明中，所述微硅中，非晶態(tài)SiO₂含量≥90%。

本發(fā)明中，所述礦渣的比表面積為350～420m²/kg。

更進(jìn)一步地，所述礦渣的非晶態(tài)活性成分≥85%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明通過添加磷酸鹽，與鋁酸鹽水泥形成C-A-S-P-H非晶態(tài)水化產(chǎn)物，改變水泥石中孔隙液的pH值，降低鈣離子濃度，為CAH₁₀、C₂AH₈在低溫水化條件下，與SiO₂反應(yīng)生成C₂ASH₈創(chuàng)造有利的環(huán)境，促使CAH₁₀、C₂AH₈轉(zhuǎn)變成形成C₂SAH₈，阻止C₃AH₆的形成，通過大量形成的C₂ASH₈改善水泥石的強(qiáng)度穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)防止鋁酸鹽水泥強(qiáng)度倒縮，使得鋁酸鹽水泥既具有早期強(qiáng)度高，耐高溫、耐磨、抗硫酸鹽侵蝕性能好的優(yōu)點(diǎn)，又能保證其作為結(jié)構(gòu)部件時的安全性，擴(kuò)大了鋁酸鹽水泥的應(yīng)用范圍。

（2）本發(fā)明中，微硅優(yōu)選非晶態(tài)SiO₂含量≥90%的微硅，該純度下的微硅所含雜質(zhì)少，活性更高，更易參與化學(xué)反應(yīng)。

（3）本發(fā)明中，礦渣優(yōu)選比表面積為350～420m²/kg的礦渣，礦渣比表面積值過小時，顆粒較粗，影響水泥石的強(qiáng)度；比表面積值過大時，顆粒較細(xì)，影響水泥漿體的流動性，同時，要求粉磨的時間及電耗也更高。

（4）本發(fā)明中，礦渣優(yōu)選非晶態(tài)活性成分≥85%的礦渣，礦渣的非晶態(tài)組分含量是影響礦渣活性的重要因素，非晶態(tài)活性成分含量過低，會導(dǎo)致礦渣的活性過低，影響水泥石的后期強(qiáng)度。

附圖說明

圖1為實(shí)施例6中，2#、6#在30℃養(yǎng)護(hù)90d的XRD圖譜；

圖2為實(shí)施例6中，2#在30℃養(yǎng)護(hù)28d的掃描電鏡圖；

圖3為實(shí)施例6中，6#在30℃養(yǎng)護(hù)28d的掃描電鏡圖；

圖4為實(shí)施例6中，4#、6#在60℃養(yǎng)護(hù)7d的XRD圖譜；

圖5為實(shí)施例6中，4#在60℃養(yǎng)護(hù)7d的掃描電鏡圖；

圖6為實(shí)施例6中，6#在60℃養(yǎng)護(hù)7d的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

一種改性鋁酸鹽水泥，由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料組成：鋁酸鹽水泥80%，六偏磷酸鈉3%，微硅5%，礦渣12%。

實(shí)施例2

一種改性鋁酸鹽水泥，由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料組成：鋁酸鹽水泥65%，三聚磷酸鈉5%，微硅6%，礦渣25%。

實(shí)施例3

一種改性鋁酸鹽水泥，由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料組成：鋁酸鹽水泥72%，六偏磷酸鈉6%，微硅8%，礦渣14%。

實(shí)施例4

一種改性鋁酸鹽水泥，由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料組成：鋁酸鹽水泥73%，六偏磷酸鈉7%，微硅10%，礦渣10%。

實(shí)施例5

一種改性鋁酸鹽水泥，由以下按質(zhì)量百分比計(jì)的原料組成：鋁酸鹽水泥68%，六偏磷酸鈉10%，微硅12%，礦渣10%。

實(shí)施例6

將實(shí)施例1～5的各原料預(yù)先混合好，水灰比為0.5，并根據(jù) GB 10238-2015的相關(guān)要求制備水泥漿、成型，標(biāo)號為1#，2#，3#，4#，5#，并將100%的鋁酸鹽水泥作為對照組，標(biāo)號為6#，

將1#、2#、3#、6#放入30℃的溫度條件養(yǎng)護(hù)，將4#、5#、6#樣品放入60℃條件下養(yǎng)護(hù)，凝期為1d、7d、28d、60d、90d。

一）1#、2#、3#樣品、對照組4#在30℃下養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度如下表1：

表1

其中，2#、6#在30℃養(yǎng)護(hù)90d的XRD圖譜見圖1，2#在30℃養(yǎng)護(hù)28d的掃描電鏡圖見圖2； 6#在30℃養(yǎng)護(hù)28d的掃描電鏡圖見圖3；

從上表1分析可知，1#、2#、3#在30℃條件下，強(qiáng)度持續(xù)增加，遠(yuǎn)高于4#的抗壓強(qiáng)度，且在90d內(nèi)沒有發(fā)生強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。而對照組6#在60d后發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。

從圖1可知，改性鋁酸鹽水泥（2#）的水化產(chǎn)物主要是C₂ASH₈，CAH₁₀、C₂AH₈，C₃AH₆衍射峰很小，說明其含量較少，而鋁酸鹽水泥（6#）主要以CAH₁₀、C₂AH₈、C₃AH₆產(chǎn)物為主。

對比圖2和圖3可知，C₂ASH₈的形成導(dǎo)致水泥石致密度提高，從而有效提高水泥的抗壓強(qiáng)度，而鋁酸鹽水泥石的孔隙度要高得多。

二）4#、5#、6#樣品在60℃下養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度如下表2：

表2

4#、6#在60℃養(yǎng)護(hù)7d的XRD圖譜如圖4所示；4#、6#在60℃養(yǎng)護(hù)7d的掃描電鏡圖如圖5，圖6所示。

從上表2分析可知4#的強(qiáng)度始終高于6#鋁酸鹽水泥，且持續(xù)增長。而鋁酸鹽水泥的強(qiáng)度在1d后接近最大值，隨后沒有發(fā)生明顯變化。

從圖4可知，改性鋁酸鹽水泥（4#）的水化產(chǎn)物主要是C₂ASH₈，同時含有少量C₃AH₆和AH₃，而鋁酸鹽水泥（6#）主要成分是C₃AH₆和AH₃。

從圖5和圖6可知，盡管4#中形成部分C₃AH₆，但水泥石致密度很高，斷面平整，從而印證從水泥石的高抗壓強(qiáng)度，而6#鋁酸鹽水泥石中以立方顆粒狀的C₃AH₆為主，致密度低，從而導(dǎo)致水泥石的強(qiáng)度較低。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。