一种硅酸钙盐晶种胶体及其制备方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸钙盐晶种胶体及其制备方法。

背景技术：

2.将水泥熟料与一定量的活性混合材料共同磨制可得到混合材水泥。常用的水泥活性混合材料包括粒化高炉矿渣及其矿渣粉、粉煤灰和火山灰质混合材料。利用活性混合材制备水泥，一方面解决了工业废渣的排放问题，另一方面也可以改善水泥性能，降低水泥的生产成本，减少生产水泥过程中废气物的排放。但混合材水泥的早期强度较低，强度增长速度较慢，抗冻性差，这严重制约了混合材水泥在工程中的应用。实际工程中，常采用早强剂来提高水泥的早期强度。然而一般的早强剂在提高早期强度的同时，也对混凝土的长期性能产生诸多不良影响，例如后期强度的降低，氯盐早强剂引起的钢筋腐蚀，钾盐和钠盐早强剂造成的碱骨料反应等。
3.在完全水化的硅酸盐水泥石中，水化硅酸钙约占60%-70%。水泥水化过程中，水化硅酸钙以凝胶和晶体状态填充孔隙，使水泥强度得以增长。科研工作者通过长期研究，证明水化硅酸钙提供强度的机理包括成核和生长两个过程。在混凝土制备过程中加入水化硅酸钙晶种，可节约水化硅酸钙的成核时间，加快水泥水化进程，从而促进水泥早期强度的发展。
4.通过固相直接反应法和水热法可制备水化硅酸钙晶种。固相直接反应法产物生成率较低，含有较多杂质，早强效果并不理想，一般不被采用。采用水热法制备的水化硅酸钙晶种易于团聚，较大尺寸的水化硅酸钙晶种难以起到促进水泥水化的作用。现有技术中通常使用硅酸钠、硝酸钙/氧化钙进行反应，从而制备硅酸盐晶种，硝酸盐易爆，使得硅酸盐晶种生产过程安全性不高。
5.因此，需要提出一种硅酸钙盐晶种胶体的制备方法并将其用于混合材水泥基材料，具有重大的经济、环境和社会意义。

技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种硅酸钙盐晶种胶体（csg）及其制备方法。
7.本发明提供了一种硅酸钙盐晶种胶体，硅酸钙盐晶种与络合助剂形成胶体；所述络合助剂为醇酸溶液，其中，所述醇酸溶液中醇为聚合多元醇，所述醇酸溶液中酸为羧酸。
8.优选地，所述醇酸溶液中羧酸的质量含量为0.5~5%。
9.优选地，所述羧酸包括甲酸、乙酸中的任意一种。
10.聚合多元醇是多元醇及聚合多元醇、聚合醇胺等多种有机物的液体混合物。主要成分包括：二乙二醇、丙三醇、二聚丙三醇、三聚丙三醇、三乙醇胺（tea）、脂肪酸钠和水。进一步地，所述聚合多元醇分子量10000~100000、浓度为1~10wt%。
11.本发明还提供了一种上述硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，包括以下步骤：
在20~50℃，向醇酸溶液中同时硅酸钠溶液、氢氧化钙悬浮液；获得包含络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体。
12.优选地，所述硅酸钠与氢氧化钙的摩尔比大于1。这是因为，硅酸钠应当过量，以保持晶种胶体中硅酸钙的稳定性，而摩尔比小于1时由于氢氧化钙的附着导致无法制备出稳定的胶体体系。
13.优选地，所述硅酸钠溶液与醇酸溶液的体积比为5-40:1000。
14.优选地，所述氢氧化钙悬浮液与醇酸溶液的体积比为1-20:1000。
15.本发明技术方案，具有如下优点：1.本发明提供的具有络合助剂的硅酸钙盐晶体胶体溶液，可消除胶凝材料中氧化钙、氧化镁成分水化体积膨胀导致的不性；包含羧酸的醇酸溶液可充分分散并络合水泥基建材，可合理调控早期水化速度、显著提升成型体的后期强度增长。
16.2.本发明的络合助剂采用聚合多元醇和羧酸，羧酸（尤其是甲酸）与钙的配位能力强，胶体高度分散，有助于胶凝材料分散。
17.3.本发明未使用硝酸盐作为原料，生产过程安全性高。所得硅酸盐晶种胶体稳定性好，便于保存。
具体实施方式
18.以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行说明。
19.一种硅酸钙盐晶种胶体，硅酸钙盐晶种与络合助剂形成胶体；所述络合助剂为醇酸溶液，其中，所述醇酸溶液中醇为聚合多元醇，所述醇酸溶液中酸为羧酸。
20.本发明中，聚合多元醇是多元醇及聚合多元醇、聚合醇胺等多种有机物的液体混合物。主要成分包括：二乙二醇、丙三醇、二聚丙三醇、三聚丙三醇、三乙醇胺（tea）、脂肪酸钠和水。进一步地，所述聚合多元醇分子量10000~100000、浓度为1~10wt%。
21.进一步地，所述醇酸溶液中羧酸的质量含量为0.5~5%。
22.进一步地，所述羧酸包括甲酸、乙酸中的任意一种。优选为甲酸，甲酸与钙的配位能力强，胶体高度分散，有助于胶凝材料分散。
23.本发明还提供了一种上述硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，包括以下步骤：在20~50℃，向醇酸溶液中同时硅酸钠溶液、氢氧化钙悬浮液；获得包含络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体。
24.需要说明的是，硅酸钠溶液、氢氧化钙悬浮液的含量不作限制，仅需要能形成硅酸钙盐晶种即可。在可选的具体实施方式中，硅酸钠溶液浓度为20wt%、氢氧化钙悬浮液浓度为10wt%。
25.进一步地，所述硅酸钠与氢氧化钙的摩尔比大于1。这是因为，硅酸钠应当过量，例如，摩尔比为1.1、1.2等，以保持晶种胶体中硅酸钙的稳定性；而摩尔比小于1时由于氢氧化钙的附着导致无法制备出稳定的胶体体系。
26.进一步地，所述硅酸钠溶液与醇酸溶液的体积比为5-40:1000。
27.进一步地，所述氢氧化钙悬浮液与醇酸溶液的体积比为1-20:1000。
28.以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进一步说明。需要说明的是，本发明中所涉及的原料、试剂等均为普通市售产品。
29.实施例1在浓度为1%的聚合多元醇中溶入甲酸，醇酸溶液中甲酸的质量含量5%，20℃、快速搅拌下，向1000份醇酸溶液中同时滴入5份20%浓度的硅酸钠、1份10%浓度的氢氧化钙悬浮液，获得包含醇酸络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体csg。
30.实施例2在浓度为10%的聚合多元醇中溶入甲酸，醇酸溶液中甲酸的质量含量0.5%，50℃、快速搅拌下，向1000份醇酸溶液中同时滴入40份25%浓度的硅酸钠、20份12%浓度的氢氧化钙悬浮液，获得包含醇酸络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体csg。
31.实施例3在浓度为3%的聚合多元醇中溶入乙酸，醇酸溶液中甲酸的质量含量2%，30℃、快速搅拌下，向1000份醇酸溶液中同时滴入15份15%浓度的硅酸钠、5份8%浓度的氢氧化钙悬浮液，获得包含醇酸络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体csg。
32.实施例4在浓度为5%的聚合多元醇中溶入甲酸，醇酸溶液中甲酸的质量含量4%，40℃、快速搅拌下，向1000份醇酸溶液中同时滴入25份20%浓度的硅酸钠、15份10%浓度的氢氧化钙悬浮液，获得包含醇酸络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体csg。
33.实施例5将实施例1所制备的50份csg与1000份pss（钢铁冶炼水泼闷罐废渣，湘潭钢铁）共同加入辊压机，pss被碾压成为小于3mm的颗粒状进入球磨机，球磨至45μm方孔筛筛余低于20%；在以上进入球磨机的每1000份基料中，加入5份碳酸钠、1份磷酸二氢镁，1份脱硫石膏与2份熟石灰，混磨3分钟，再以1m3/min通入120℃含10%的co2与90%的水的混合热气10分钟后，持续循环通入经脱硫脱硝处理的冶炼厂co2废气，继续球磨40分钟的即可制备得到钢铁冶炼水泼闷罐渣衍生资源化环保材料（pssdsm）。
34.所制备钢铁冶炼水泼闷罐废渣衍生材料（pssdsm）的高性能应用：将pssdsm作为辅助胶凝材料，与水泥搭配应用于c50标号箱梁浇筑。
35.每立方c50混凝土配合比中，胶凝材料总量为470公斤，p.i型42.5水泥用350公斤、pssdsm用120公斤，水胶比0.32时，使用细度模数2.8的二类中砂、二类碎石。倒塌时间11s、坍落度/扩展度为245mm/655mm，无裂纹；7天、28天的抗折强度和抗压强度分别为9.5mpa与47.1mpa、11.7mpa与63.2mpa；对比组p.i型42.5水泥用390公斤、s95级矿渣微粉用80公斤，7天、28天的抗折强度和抗压强度分别为8.8mpa与45.1mpa、10.4mpa与60.9mpa。表明pssdsm可以完全替代矿渣微粉，并降低超过10%的水泥用量。
36.对比例1在50℃下，向1000份水中同时滴入5份20%浓度的硅酸钠、1份10%浓度的氢氧化钙悬浮液，得到硅酸盐晶种。
37.随后将50份不含络合助剂的硅酸盐晶种与1000份pss（钢铁冶炼水泼闷罐废渣，湘潭钢铁）共同加入辊压机，pss被碾压成为小于3mm的颗粒状进入球磨机，球磨至45μm方孔筛筛余低于20%；在以上进入球磨机的每1000份基料中，加入5份碳酸钠、1份磷酸二氢镁，1份脱硫
石膏与2份熟石灰，混磨3分钟，再以1m3/min通入120℃含10%的co2与90%的水的混合热气10分钟后，持续循环通入经脱硫脱硝处理的冶炼厂co2废气，继续球磨40分钟的即可制备得到钢铁冶炼水泼闷罐渣衍生资源化环保材料（pssdsm）。
38.所制备钢铁冶炼水泼闷罐废渣衍生材料（pssdsm）的应用：将pssdsm作为辅助胶凝材料，与水泥搭配应用于c50标号箱梁浇筑。
39.每立方c50混凝土配合比中，胶凝材料总量为470公斤，p.i型42.5水泥用350公斤、pssdsm用120公斤，水胶比0.32时，使用细度模数2.8的二类中砂、二类碎石。倒塌时间11s、坍落度/扩展度为245mm/655mm，有明显裂纹；7天、28天的抗折强度和抗压强度分别为8.5mpa与44.1mpa、9.6mpa与59.7mpa。表明使用不含有络合助剂的硅酸盐晶种，使得pssdsm的性差、活性低，运用到胶凝材料中有明显裂纹，且抗折强度和抗压强度低于普通胶凝材料。
40.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种硅酸钙盐晶种胶体，其特征在于，硅酸钙盐晶种与络合助剂形成胶体；所述络合助剂为醇酸溶液，其中，所述醇酸溶液中醇为聚合多元醇，所述醇酸溶液中酸为羧酸。2.根据权利要求1所述的硅酸钙盐晶种胶体，其特征在于，所述聚合多元醇的浓度为1~10wt%。3.根据权利要求1所述的硅酸钙盐晶种胶体，其特征在于，所述醇酸溶液中羧酸的质量含量为0.5~5%。4.根据权利要求3所述的硅酸钙盐晶种胶体，其特征在于，所述羧酸包括甲酸、乙酸中的任意一种。5.权利要求1-4任一项所述的一种硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在20~50℃，向醇酸溶液中同时加入硅酸钠溶液、氢氧化钙悬浮液；获得包含络合助剂的硅酸钙盐晶种胶体。6.根据权利要求5所述的硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，所述聚合多元醇的浓度为1~10wt%。7.根据权利要求5所述的硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，所述醇酸溶液中羧酸的质量含量为0.5~5%。8.根据权利要求5所述的硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠与氢氧化钙的摩尔比大于1。9.根据权利要求5所述的硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液与醇酸溶液的质量比为5-40:1000；所述氢氧化钙悬浮液与醇酸溶液的质量比为1-20:1000。10.根据权利要求5所述的硅酸钙盐晶种胶体的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液浓度为15-25wt%；所述氢氧化钙悬浮液浓度为8-12wt%。

技术总结

本发明公开了一种硅酸钙盐晶种胶体及其制备方法，属于胶凝辅助材料技术领域。其中，硅酸钙盐晶种与络合助剂形成胶体；所述络合助剂为醇酸溶液，其中，所述醇为聚合多元醇，所述酸为羧酸。本发明的提供的制备方法将络合助剂与硅酸盐晶种结合，采用聚合多元醇和羧酸作为络合助剂，羧酸与钙的配位能力强，胶体高度分散，有助于胶凝材料的分散，还可消除胶凝材料中氧化钙、氧化镁成分水化体积膨胀导致的不性；且未使用硝酸盐作为原料，生产过程安全性高。高。