本發(fā)明涉及建筑材料，具體涉及一種高抗裂耐磨水泥及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、硫鋁酸鹽水泥通常是以一定比例的石膏、礬土和石灰石為原材料混合，經(jīng)低溫煅燒而成，具備快硬、早強(qiáng)、低堿度、抗凍、抗?jié)B、耐腐蝕性能優(yōu)良的水硬性膠凝材料，其熟料的主要礦物為c2s和c4a3$。硫鋁酸鹽水泥具有快速凝固和硬化的特性，在大規(guī)模澆筑時(shí)，澆筑體中心溫度可能急劇上升，容易引發(fā)水化熱過(guò)度集中，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)外溫差過(guò)大引起裂紋。且硫鋁酸鹽水泥的耐磨性相對(duì)較差，在一些需要承受磨損的部位使用時(shí)，可能需要添加額外的骨料或采取其他增強(qiáng)措施來(lái)提高其耐磨性。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，為了改善硫鋁酸鹽水泥的抗裂性能和耐磨性能，多通過(guò)添加纖維材料或助劑（緩凝劑、膨脹劑或耐磨劑）的方式，達(dá)到增加硫鋁酸鹽水泥的韌性和強(qiáng)度的目的。但是，纖維材料的選擇和助劑的相容性又成為了限制硫鋁酸鹽水泥發(fā)展的新的問(wèn)題，且容易拉高硫鋁酸鹽水泥的制備成本，降低硫鋁酸鹽水泥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3、基于此，研發(fā)一種抗裂性能和耐磨性能優(yōu)異的硫鋁酸鹽水泥對(duì)于建筑膠凝材料的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硫鋁酸鹽水泥的抗裂性能和耐磨性能較差，且制備成本高，各組分相容性較差的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高抗裂耐磨水泥及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以硫鋁酸鹽水泥熟料、高活性摻合料、復(fù)合早強(qiáng)劑、減水劑和引氣劑為原料，成功制備了一種具有高抗裂耐磨性能的硫鋁酸鹽水泥，有效解決了現(xiàn)在硫鋁酸鹽水泥存在的上述問(wèn)題，為硫鋁酸鹽水泥的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了新的思路。

2、為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種高抗裂耐磨水泥，包括如下質(zhì)量的原料組分：硫鋁酸鹽水泥熟料80-120份，高活性摻合料40-60份，復(fù)合早強(qiáng)劑10-15份，減水劑5-10份和引氣劑1-3份；

4、其中，所述復(fù)合早強(qiáng)劑包括三乙醇胺、溴化鈣和無(wú)水硫酸鈉；

5、所述高活性摻合料為高鈦礦渣、廢陶瓷粉和粉煤灰的混合物。

6、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在水泥材料中添加了高活性摻合料，利用高鈦礦渣、廢陶瓷粉和粉煤灰三者復(fù)配，大幅度提高了硫鋁酸鹽水泥的密實(shí)程度。其中，高鈦礦渣起到微集料填充效應(yīng)，彌補(bǔ)水泥中微小的孔隙，增強(qiáng)水泥密實(shí)度。并且，高鈦礦渣在水泥水化后期可以起到微晶核的作用，加速硫鋁酸鹽水泥熟料礦物的成核生長(zhǎng)，進(jìn)而提高水泥材料的力學(xué)強(qiáng)度和耐磨性能。廢陶瓷粉中活性二氧化硅和三氧化鋁與氫氧化鈣容易發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成的c-s-h凝膠進(jìn)一步提高了水泥的密實(shí)度，且凝膠可以包裹高鈦礦渣這一微集料，使之具備更為優(yōu)異的填充效果。而粉煤灰的加入，可以有效緩解水泥裂紋的發(fā)展，提高水泥材料水化放熱速率的峰值，還與高鈦礦渣之間形成誘導(dǎo)激活效應(yīng)，二者相輔相成，相互誘導(dǎo)對(duì)方水化速率提高，促進(jìn)自身水化產(chǎn)物形成，從而提高水泥的抗裂性能和力學(xué)性能。

7、復(fù)合早強(qiáng)劑的加入，不僅可以加速硫鋁酸鹽水泥熟料中礦物成分的水化，還可以利用三乙醇胺的乳化作用，分解水泥水化所產(chǎn)生的表面膠體膜，加強(qiáng)水泥的固相體積結(jié)構(gòu)的致密性，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)保證水泥早期和后期強(qiáng)度的目的。其中，溴化鈣可以通過(guò)提高鈣離子濃度促進(jìn)水泥早期水化反應(yīng)，通過(guò)提高水泥微觀結(jié)構(gòu)早期的致密性來(lái)提高早期強(qiáng)度。無(wú)水硫酸鈉的加入可以使水泥液相離子濃度增強(qiáng)，起到擴(kuò)張雙電子層的壓縮作用，促進(jìn)熟料中的硅酸三鈣分解加速水化反應(yīng)，再與鈣離子反應(yīng)促進(jìn)鈣礬石和單硫型水化硫鋁酸鈣的生成，從而達(dá)到早強(qiáng)快硬的效果，避免產(chǎn)生裂紋。

8、綜上所述，本發(fā)明提供的高抗裂耐磨水泥具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的耐磨性能和抗裂性能，利用各原料組分的協(xié)同作用，成功解決了現(xiàn)有技術(shù)中硫鋁酸鹽水泥抗裂性能和耐磨性能較差，且制備成本高，各組分相容性較差的問(wèn)題，為硫鋁酸鹽水泥的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了新的思路。

9、優(yōu)選的，所述三乙醇胺、溴化鈣和無(wú)水硫酸鈉的質(zhì)量比為1:50:50-2:50:50。

10、優(yōu)選的，所述高鈦礦渣的比表面積為300m2/kg-400m2/kg。

11、優(yōu)選的，所述高活性摻合料包括如下質(zhì)量的原料組分：高鈦礦渣30%-40%，廢陶瓷粉20%-30%和余量的粉煤灰。

12、所述高鈦礦渣是以釩鈦礦石為原料冶煉生鐵過(guò)程中排出的熔渣，經(jīng)淬冷貨自然冷卻得到的一種粒裝或塊裝廢渣。

13、所述高鈦礦渣包括如下質(zhì)量百分含量的化學(xué)成分：30%-35%的cao、20-25%的sio2、10%-15%的tio2和20-35%的al2o3。

14、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述高活性摻合料的制備方法包括如下步驟：

15、s1、按照設(shè)計(jì)配比稱取各原料組分，球磨處理，得混合料；

16、s2、將所述混合料于80-120℃下進(jìn)行熱處理，再進(jìn)行二次球磨，得高活性摻合料。

17、更進(jìn)一步優(yōu)選的，s1中，所述球磨處理的轉(zhuǎn)速為300rpm-500rpm，所述球磨處理的時(shí)間為40min-60min。

18、更進(jìn)一步優(yōu)選的，s2中，所述熱處理的保溫時(shí)間為2h-5h。

19、更進(jìn)一步優(yōu)選的，s2中，所述二次球磨的轉(zhuǎn)速為800rpm-1200rpm，所述二次球磨的時(shí)間為25min-35min。

20、優(yōu)選的，所述硫鋁酸鹽水泥熟料的礦物組成包括如下質(zhì)量百分含量的成分：c2s：40%-50%；c4a3$：10%-25%；c4af：5%-15%；caso4：10%-15%和余量的其他成分。

21、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述其他成分包括sio2、f-cao、al2o3或fe2o3中的任意一種或多種。

22、優(yōu)選的，所述高活性摻合料的粒徑為100μm-200μm。

23、優(yōu)選的，所述減水劑為聚羧酸型減水劑或萘系高效減水劑中的任意一種。

24、優(yōu)選的，所述引氣劑為烷基苯磺酸鹽。

25、本發(fā)明第二方面提供了所述的高抗裂耐磨水泥的制備方法，包括如下步驟：

26、步驟一、按照設(shè)計(jì)配比稱取各組分原料，備用；

27、步驟二、將早強(qiáng)劑、減水劑和引氣劑混合均勻，與高活性摻合料混合均勻，得第一水泥混合料；

28、步驟三、將硫鋁酸鹽水泥熟料加入所述第一水泥混合料中，進(jìn)行均勻化處理，得高抗裂耐磨水泥。

29、本發(fā)明第三方面提供了所述的高抗裂耐磨水泥或利用所述的高抗裂耐磨水泥的制備方法制得的高抗裂耐磨水泥在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用。

30、綜上所述，本發(fā)明以硫鋁酸鹽水泥熟料、高活性摻合料、復(fù)合早強(qiáng)劑、減水劑和引氣劑為原料，成功制備了一種具有高抗裂耐磨性能的硫鋁酸鹽水泥。利用各組分原料的協(xié)同作用，經(jīng)測(cè)試，本發(fā)明提供的水泥材料，其抗裂性能可達(dá)到l-v級(jí)別，28d磨損量也僅為1.2kg/m2。利用本發(fā)明的技術(shù)方案成功解決了硫鋁酸鹽水泥的抗裂性能和耐磨性能較差，且制備成本高，各組分相容性較差的問(wèn)題，為硫鋁酸鹽水泥的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了新的思路。

技術(shù)特征：

1.一種高抗裂耐磨水泥，其特征在于：包括如下質(zhì)量的原料組分：硫鋁酸鹽水泥熟料80-120份，高活性摻合料40-60份，復(fù)合早強(qiáng)劑10-15份，減水劑5-10份和引氣劑1-3份；

2.如權(quán)利要求1所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：所述三乙醇胺、溴化鈣和無(wú)水硫酸鈉的質(zhì)量比為1:50:50-2:50:50；和/或

3.如權(quán)利要求1所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：所述高活性摻合料包括如下質(zhì)量的原料組分：高鈦礦渣30%-40%，廢陶瓷粉20%-30%和余量的粉煤灰。

4.如權(quán)利要求3所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：所述高活性摻合料的制備方法包括如下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：s1中，所述球磨處理的轉(zhuǎn)速為300rpm-500rpm，所述球磨處理的時(shí)間為40min-60min；和/或

6.如權(quán)利要求1所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：所述硫鋁酸鹽水泥熟料的礦物組成包括如下質(zhì)量百分含量的成分：c2s：40%-50%；c4a3$：10%-25%；c4af：5%-15%；caso4：10%-15%和余量的其他成分。

7.如權(quán)利要求1所述的高抗裂耐磨水泥，其特征在于：所述高活性摻合料的粒徑為100μm-200μm；和/或

8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高抗裂耐磨水泥的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

9.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的高抗裂耐磨水泥或利用權(quán)利要求8所述的高抗裂耐磨水泥的制備方法制得的高抗裂耐磨水泥在開發(fā)新型建筑材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高抗裂耐磨水泥及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以硫鋁酸鹽水泥熟料、高活性摻合料、復(fù)合早強(qiáng)劑、減水劑和引氣劑為原料，成功制備了一種具有高抗裂耐磨性能的硫鋁酸鹽水泥。利用各組分原料的協(xié)同作用，本發(fā)明成功解決了現(xiàn)有技術(shù)中硫鋁酸鹽水泥抗裂性能和耐磨性能較差，且制備成本高，各組分相容性較差的問(wèn)題，為硫鋁酸鹽水泥的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了新的思路。

技術(shù)研發(fā)人員：齊浩宇,李曉彤,齊浩存
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北乾寶新材料有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9