本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

混凝土是目前應(yīng)用最廣泛的建筑工程材料，主要應(yīng)用領(lǐng)域有道路、橋梁、水利水電、工業(yè)、民用建筑及軍事工程等。由于混凝土自身的設(shè)計缺陷以及環(huán)境等因素的影響，部分混凝土?xí)霈F(xiàn)腐蝕、堿骨料反應(yīng)、凍融破壞，甚至出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。因此，提升混凝土強(qiáng)度、改善其耐久性一直以來都是研究的重點和熱點。

偏高嶺土是一種富含活性硅鋁礦物的無機(jī)材料，由球磨的高嶺土在適當(dāng)溫度(500-800℃)下煅燒后脫水制得，具有很強(qiáng)的火山灰活性，可用來制備致密高強(qiáng)、耐久性和耐腐蝕性能優(yōu)異的混凝土材料。但在普通硅酸鹽水泥砂漿中單獨(dú)摻入偏高嶺土?xí)r，在水化早期由于水泥水化產(chǎn)物包裹了偏高嶺土顆粒，阻礙了水分子的遷移，使得偏高嶺土的火山灰反應(yīng)速度較慢，致使早期強(qiáng)度增長較慢。同時，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行及反應(yīng)產(chǎn)物的不斷消耗，體系的堿度逐漸降低，有一部分偏高嶺土的活性并沒有得到激發(fā)，如何有效激發(fā)偏高嶺土的活性有待進(jìn)一步研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑及其制備方法，該增強(qiáng)劑能夠有效地激發(fā)偏高嶺土在水泥基材料中的火山灰活性，大幅提高水泥砂漿的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，改善其表面泌水現(xiàn)象，減少凝結(jié)時間，改善流動性，增強(qiáng)硬化水泥砂漿的韌性，對水泥混凝土的耐久性也有較好的改善效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，所述增強(qiáng)劑由偏高嶺土與改性活性纖維按質(zhì)量比5:1-3混合得到；

所述改性活性纖維由烘干球磨處理的磷石膏煅燒后經(jīng)水熱反應(yīng)制備得到磷石膏晶須，將磷石膏晶須再次煅燒得到。

按上述方案，所述偏高嶺土由高嶺土經(jīng)球磨機(jī)球磨1-3小時，并在500-800℃下煅燒1-5h得到。

按上述方案，所述改性活性纖維長徑比為30-90，其制備方法為：

1)將磷石膏先于40-60℃烘干，再球磨過400目篩，篩余小于1％，再于550±50℃煅燒2h，得到煅燒磷石膏；

2)將步驟1)所得煅燒磷石膏置于水熱反應(yīng)釜中，按固液質(zhì)量比1:10-20加入混合溶液，其中混合溶液由丙三醇與去離子水按體積比0.4-0.6：1配制得到，在120-160℃下水熱反應(yīng)1-3h，所得產(chǎn)物離心洗滌干燥得到磷石膏晶須；

3)將步驟2)所得磷石膏晶須在200-600℃煅燒3h，得到改性活性纖維。

以磷石膏為原料制備的硫酸鈣晶須通常被簡稱為磷石膏晶須，是一種綠色環(huán)保材料，具備價格低廉、性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛等特點。水熱法制備的磷石膏晶須通常為半水硫酸鈣晶須，容易吸收空氣中和水中的水分，形成二水石膏，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的破壞，因此應(yīng)用前必須進(jìn)行改性處理。將改性磷石膏晶須應(yīng)用于偏高嶺土-水泥的混合體系時，磷石膏晶須水化可以提供ca²⁺、so4^2-，在水泥體系的堿性條件下，可以與偏高嶺土中的活性硅鋁物質(zhì)反應(yīng)從而激發(fā)偏高嶺土的火山灰活性，改善水泥的水化進(jìn)程和水泥石結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)硬化水泥砂漿的早期抗折強(qiáng)度，改善其抗壓強(qiáng)度；同時，改性磷石膏晶須中的無水死燒石膏還能發(fā)揮磷石膏晶須的微細(xì)纖維特性，對硬化水泥砂漿起到增強(qiáng)增韌效果。

本發(fā)明還提供上述偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的制備方法，其步驟如下：按比例稱取偏高嶺土和改性活性纖維，先將偏高嶺土放入混料機(jī)中，再加入改性活性纖維進(jìn)行混合，混合時間為30-90min，混合結(jié)束得到偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑。

本發(fā)明還提供上述偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑在普通硅酸鹽水泥砂漿中的應(yīng)用，所述增強(qiáng)劑的摻量范圍為6-8％。

在機(jī)械作用下，增強(qiáng)劑改性活性纖維通過物理作用和化學(xué)作用吸附在偏高嶺土的表面，進(jìn)入團(tuán)聚偏高嶺土顆粒間隙，改性活性纖維具有兩個功能：一是使團(tuán)聚的偏高嶺土充分分散，二是對偏高嶺土顆粒的表面進(jìn)行改性。

本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明所制備的增強(qiáng)劑能明顯提高普通硅酸鹽水泥砂漿的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，普通硅酸鹽砂漿中偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥增強(qiáng)劑的摻量為6‐8wt％，能顯著提高砂漿3d抗折強(qiáng)度40％以上，顯著提高砂漿7d抗折強(qiáng)度15％以上，且28d抗折強(qiáng)度增長率仍能保持在20％以上。能顯著提高砂漿3d抗壓強(qiáng)度60％以上，顯著提高砂漿7d抗壓強(qiáng)度45％以上，且28d抗壓強(qiáng)度增長率仍能保持在25％以上。這是因為偏高嶺土作為一種礦物摻合料，其具備火山灰活性和微填充效應(yīng)，能夠顯著提高混凝土的早期強(qiáng)度和后期耐久性，同時其中的活性纖維發(fā)揮了良好的改性效果，極大地激發(fā)了偏高嶺土的活性；

2、偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥增強(qiáng)劑利用偏高嶺土和煅燒磷石膏晶須的共同作用，在發(fā)揮偏高嶺土火山灰活性的同時，還能發(fā)揮磷石膏晶須微細(xì)纖維的增強(qiáng)增韌作用。偏高嶺土具有較高比表面積和細(xì)度，具有火山灰效應(yīng)以及微填充效應(yīng)，摻加后可以改善混凝土拌和物的保水性能，使水泥砂漿的凝聚性能增加。單摻偏高嶺土?xí)r，在水化早期由于水泥水化產(chǎn)物包裹了偏高嶺土顆粒，阻礙了水分子的遷移，使得偏高嶺土的火山灰反應(yīng)速度較慢，致使早期強(qiáng)度增長較慢。同時，隨著反應(yīng)齡期的增長，體系中的堿度逐漸降低，偏高嶺土的活性不能得到較好的激發(fā)。煅燒的磷石膏晶須是一種無水可溶石膏晶須和無水死燒石膏晶須混合的活性纖維。無水死燒石膏晶須的原子堆積較大，其晶格中不存在通道，晶體結(jié)構(gòu)更加牢固，幾乎不發(fā)生水化，能發(fā)揮纖維的特性，增加硬化水泥漿體的抗折強(qiáng)度；而無水可溶石膏晶須的晶格中與ca²⁺‐so4^2‐‐ca²⁺鏈平行的通道處于完全失水狀態(tài)，比表面積較大，遇水時會強(qiáng)烈吸水，首先形成半水硫酸鈣晶須，然后再進(jìn)一步水化產(chǎn)生so4^2‐，發(fā)揮硫酸鹽對偏高嶺土活性的激發(fā)效果。因此，硬化水泥砂漿的各齡期抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都能得到改善。當(dāng)偏高嶺土與磷石膏晶須充分混合時，可以使得偏高嶺土的活性得到較大的激發(fā)，使得普通硅酸鹽水泥砂漿具備較好的工作性能；

3、本發(fā)明能提高普通硅酸鹽水泥砂漿的體積穩(wěn)定性和耐久性，普通硅酸鹽水泥砂漿中加入偏高嶺土后，由于偏高嶺土的火山灰效應(yīng)以及微填充效應(yīng)，能夠提高制品的致密性，從而有效地降低體積收縮和提高混凝土的耐久性。偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的加入，既改善了普通硅酸鹽水泥砂漿的工作性能，又提高了偏高嶺土的反應(yīng)活性，更有利于降低普通硅酸鹽水泥砂漿的體積收縮和提高普通硅酸鹽水泥砂漿的耐久性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備的基準(zhǔn)樣、偏高嶺土樣及實施例1、2、3砂漿試件的抗折強(qiáng)度對比圖；

圖2為實施例制備的基準(zhǔn)樣、偏高嶺土樣及實施例1、2、3砂漿試件的抗壓強(qiáng)度對比圖。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明實施例所用偏高嶺土制備方法為：高嶺土經(jīng)球磨機(jī)球磨2小時，并在800℃下煅燒3h得到偏高嶺土。

所用改性活性纖維制備方法為：原料磷石膏在45℃下烘干，并于球磨機(jī)中球磨1h，過400目篩，篩余小于1％，取篩下物于550℃下煅燒了2h，升溫速率為5℃/min，自然冷卻得到煅燒磷石膏，然后將煅燒磷石膏置于水熱反應(yīng)釜中，按固液質(zhì)量比1:20加入混合溶液，其中混合溶液由丙三醇與去離子水按體積比0.5：1配制得到，在140℃下水熱反應(yīng)2h，所得產(chǎn)物離心洗滌干燥得到磷石膏晶須，晶須的長徑比為80.32，晶須的合成率為93.40％，所制備的磷石膏晶須分別在200℃、400℃和600℃下煅燒3h，得到200℃改性活性纖維、400℃改性活性纖維和600℃改性活性纖維。

實施例1

偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于：將經(jīng)過烘干的偏高嶺土放入混料機(jī)中，加入200℃改性活性纖維，混料時間為30-90min，得到偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，按質(zhì)量份，由5份偏高嶺土分別與1份，2份，3份改性活性纖維混料得到三種增強(qiáng)劑(對應(yīng)于6％，7％，8％摻量)。

將上述制得的三種增強(qiáng)劑分別按6％，7％，8％摻量(5％的偏高嶺土加1％，2％，3％的改性活性纖維)取代水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到6％、7％、8％摻加的砂漿試件。

偏高嶺土樣制備方法：偏高嶺土以5％等量取代水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5配置砂漿。

基準(zhǔn)樣配制方法為：由普通硅酸鹽水泥450g、標(biāo)準(zhǔn)砂1350g，按水灰比為0.5配制的水泥砂漿。

按照gb/t2429—2005《水泥膠砂流動度測定方法》測試基準(zhǔn)樣、偏高嶺土樣、實施例1的增強(qiáng)劑的拌合物的流動度；按照gb/t17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》，用萬能壓力試驗機(jī)測試基準(zhǔn)樣和實施例1的3天、7天和28天的抗折和抗壓強(qiáng)度。

表1

表1說明：實施例1中砂漿試件的流動度相比同摻量為5％的偏高嶺土而言，有一定的提高，最多能從185mm提升到195mm。這說明本實施例制備的偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑對工作性能有一定的改善作用。摻入本實施例的增強(qiáng)劑相對于基準(zhǔn)樣及偏高嶺土樣而言，各齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度都得到了提升?；鶞?zhǔn)樣的3d、7d和28d抗折強(qiáng)度分別為5.5mpa、8.2mpa和9.1mpa，抗壓強(qiáng)度分別為22.3mpa、37.6mpa和46.4mpa。摻入本實施例的增強(qiáng)劑時，3d、7d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到8.1mpa、10.1mpa和11.4mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了47.27％、23.17％和25.27％；3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度最多可以達(dá)到37.6mpa、58.5mpa和62.2mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了66.82％、44.41％和34.05％。

選擇本實施例的增強(qiáng)劑的摻量為7％，以凈漿作為考察對象，參照gb/t1346－2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》中水泥凝結(jié)時間的測定方法，分別測定基準(zhǔn)樣(p.o42.5水泥)、偏高嶺土樣和本實施例的增強(qiáng)劑(摻量均為7％等質(zhì)量取代水泥)的初、終凝時間。

表2

表2說明：偏高嶺土的摻入使得漿體的初、終凝時間都相應(yīng)縮短。同時，本實施例制備的增強(qiáng)劑的加入還可以進(jìn)一步縮短膠凝材料的凝結(jié)時間，其中初凝時間相對于基準(zhǔn)樣而言，縮短了44min，終凝時間縮短了48min。說明本發(fā)明對混凝土具有一定的促凝作用。

實施例2

偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于：將經(jīng)過烘干的偏高嶺土放入混料機(jī)中，加入400℃改性活性纖維，混料時間為30-90min，得到所述偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，按質(zhì)量份，由5份偏高嶺土分別與1份，2份，3份改性活性纖維混料得到三種增強(qiáng)劑(對應(yīng)于6％，7％，8％摻量)。使用的時候，將制得的增強(qiáng)劑分別按6％，7％，8％摻量(5％的偏高嶺土加1％，2％，3％的改性活性纖維)取代水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到6％、7％、8％摻加的砂漿試件。

偏高嶺土樣和基準(zhǔn)樣配制方法同實施例1。

采用與實施例1相同的方法，用萬能壓力試驗機(jī)測試基準(zhǔn)樣和本實施例6％、7％、8％摻加的砂漿試件的3天、7天和28天抗折和抗壓強(qiáng)度。

表3

表3說明：本實施例中砂漿試件的流動度相比同摻量為5％的偏高嶺土而言，有一定的提高，最多能從185mm提升到195mm。這說明本實施例制備的偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑對工作性能有一定的改善作用。摻入本實施例的增強(qiáng)劑相對于基準(zhǔn)樣及偏高嶺土樣而言，各齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度都得到了提升?；鶞?zhǔn)樣的3d、7d和28d抗折強(qiáng)度分別為5.5mpa、8.2mpa和9.1mpa，抗壓強(qiáng)度分別為22.3mpa、37.6mpa和46.4mpa。摻入本實施案例中的增強(qiáng)劑時，3d、7d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到8.3mpa、10.3mpa和11.5mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了50.91％、25.61％和26.37％；3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度最多可以達(dá)到37.4mpa、60.0mpa和62.6mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了67.71％、59.57％和34.91％。

選擇本實施例制備的增強(qiáng)劑的摻量為7％，以凈漿作為考察對象，參照gb/t1346－2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》中水泥凝結(jié)時間的測定方法，分別測定基準(zhǔn)樣(p.o42.5水泥)、偏高嶺土樣和本實施例的增強(qiáng)劑(摻量均為7％等質(zhì)量取代水泥)的初、終凝時間。

表4

表4說明：偏高嶺土的摻入使得漿體的初、終凝時間都相應(yīng)縮短。同時，本實施例的增強(qiáng)劑的加入還可以進(jìn)一步縮短膠凝材料的凝結(jié)時間，其中初凝時間相對于基準(zhǔn)樣而言，縮短了37min，終凝時間縮短了43min。說明本發(fā)明對混凝土具有一定的促凝作用。

實施例3

偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的制備方法，其特征在于：將經(jīng)過烘干的偏高嶺土放入混料機(jī)中，加入600℃改性活性纖維，混料時間為30-90min，得到所述偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，按質(zhì)量份，由5份偏高嶺土分別與1份，2份，3份改性活性纖維混料得到三種增強(qiáng)劑(對應(yīng)于6％，7％，8％摻量)。使用的時候，將上述制得的三種增強(qiáng)劑分別按6％，7％，8％摻量(5％的偏高嶺土加1％，2％，3％的改性活性纖維)取代水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到6％、7％、8％摻加的砂漿試件。

偏高嶺土樣和基準(zhǔn)樣配制方法同實施例1。

采用與實施例1相同的方法，用萬能壓力試驗機(jī)測試基準(zhǔn)樣和本實施例6％、7％、8％摻加的砂漿試件的3天、7天和28天抗折和抗壓強(qiáng)度。

表5

表5說明：本實施例中砂漿試件的流動度相比同摻量為5％的偏高嶺土而言，有一定的提高，最多能從185mm提升到195mm。這說明實施例3的偏高嶺土基普通硅酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑對工作性能有一定的改善作用。摻入本實施例的增強(qiáng)劑相對于基準(zhǔn)樣及偏高嶺土樣而言，各齡期的抗折和抗壓強(qiáng)度都得到了提升?；鶞?zhǔn)樣的3d、7d和28d抗折強(qiáng)度分別為5.5mpa、8.2mpa和9.1mpa，抗壓強(qiáng)度分別為22.3mpa、37.6mpa和46.4mpa。摻入本實施案例中的增強(qiáng)劑后，3d、7d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到8.5mpa、10.5mpa和11.7mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了54.55％、28.05％和28.57％；3d、7d和28d抗壓強(qiáng)度最多可以達(dá)到38.5mpa、58.8mpa和63.4mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了72.65％、56.38％和36.64％。

如圖1所示為本發(fā)明制備的基準(zhǔn)樣、偏高嶺土樣及實施例1、2、3砂漿試件(增強(qiáng)劑摻量為7％)的抗折強(qiáng)度對比圖，可以看出，相對于基準(zhǔn)樣，偏高嶺土樣的3d，7d，28d抗折強(qiáng)度均有所提高，加入本實施例制備的增強(qiáng)劑后，砂漿試件的3d，7d，28d抗折強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

圖2為本發(fā)明制備的基準(zhǔn)樣、偏高嶺土樣及實施例1、2、3砂漿試件(增強(qiáng)劑摻量為7％)的抗壓強(qiáng)度對比圖，同樣可以看出，本實施例制備的增強(qiáng)劑對砂漿試件的抗壓強(qiáng)度也有明顯的改進(jìn)，改進(jìn)效果優(yōu)于偏高嶺土。

選擇本實施例的增強(qiáng)劑的摻量為7％，以凈漿作為考察對象，參照gb/t1346－2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》中水泥凝結(jié)時間的測定方法，分別測定基準(zhǔn)樣(p.o42.5水泥)、偏高嶺土樣和本實施例的增強(qiáng)劑(摻量均為7％等質(zhì)量取代水泥)的初、終凝時間。

表6

表6說明：偏高嶺土的摻入使得漿體的初、終凝時間都相應(yīng)縮短。同時，本實施例的增強(qiáng)劑的加入還可以進(jìn)一步縮短膠凝材料的凝結(jié)時間，其中初凝時間相對于基準(zhǔn)樣而言，縮短了44min，終凝時間縮短了46min，說明本發(fā)明對混凝土具有一定的促凝作用。