水泥組合物、其制法及烷氧基硅烷的用途
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水泥組合物，包括水泥材料，含硅粉狀工業(yè)廢料和烷氧基硅烷，所述組合物具有延長(zhǎng)的凝固時(shí)間。還提供該組合物的制備方法，以及烷氧基硅烷用于延長(zhǎng)含有（優(yōu)選5重量%以上）含硅粉狀工業(yè)廢料（優(yōu)選粉煤灰）的水泥組合物的凝固時(shí)間的用途。
【專利說(shuō)明】水泥組合物、其制法及烷氧基硅烷的用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水泥組合物及其制法，更具體地，本發(fā)明涉及具有可控凝固時(shí)間的水泥組合物及其制法；本發(fā)明還涉及烷氧基硅烷在所述水泥組合物中作為緩凝劑的用途。
【背景技術(shù)】
[0002]已知緩凝劑能夠延遲水泥的水合，而不會(huì)影響其長(zhǎng)期的機(jī)械特性。它們用在混凝土中以抵消高溫對(duì)凝固時(shí)間的影響，或避免從混合混凝土各組分到將混凝土混合物置于實(shí)際使用地點(diǎn)之間存在的不可避免的延遲凝固的問(wèn)題。緩凝劑被認(rèn)為是公路行業(yè)，尤其是橋面建設(shè)中第二大常規(guī)使用的摻加物。
[0003]另一方面，近年來(lái)，含硅粉狀工業(yè)廢料一例如粉煤灰一的產(chǎn)量日益遞增，如果不能適當(dāng)處理，易造成污染。因此，如果能夠有效利用含硅粉狀工業(yè)廢料，則一方面可以獲得經(jīng)濟(jì)效益，另一方面又可消除污染。為此，尋求包括粉煤灰在內(nèi)的含硅粉狀工業(yè)廢料的有效利用方式，是一個(gè)頗值得探討的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提 供一種水泥組合物，包括:
[0005]水泥材料，含硅粉狀工業(yè)廢料，和烷氧基硅烷。
[0006]本發(fā)明還提供一種制備水泥組合物的方法，包括將水泥材料，含硅的粉狀工業(yè)廢料，和一種烷氧基硅烷，加水混合并攬祥。
[0007]本發(fā)明還提供烷氧基硅烷用于延長(zhǎng)含有(優(yōu)選5重量％以上)含硅粉狀工業(yè)廢料(優(yōu)選粉煤灰)的水泥組合物的凝固時(shí)間的用途。
[0008]出乎意料的是，含有烷氧基硅烷的水泥組合物具有更長(zhǎng)的凝固時(shí)間。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在本發(fā)明中，如無(wú)其他說(shuō)明，則所有操作均在常溫常壓下進(jìn)行。
[0010]本發(fā)明的水泥組合物包括水泥材料，含硅粉狀工業(yè)廢料，和烷氧基硅烷。
[0011]以下，對(duì)本發(fā)明的各組分作詳細(xì)介紹。
[0012]水泥材料
[0013]本發(fā)明使用的水泥材料為常見(jiàn)的各類水泥，例如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、高鋁水泥、膨脹水泥或白水泥等，或它們的各種混合物。本發(fā)明使用的水泥材料優(yōu)選為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、和/或復(fù)合硅酸鹽水泥；更優(yōu)選為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；最優(yōu)選為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、0%-5%石灰石或高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥分為兩種類型:硅酸鹽水泥熟料中不摻包括石灰石或高爐礦渣、適量石膏在內(nèi)的混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.1 ;在硅酸鹽水泥粉磨時(shí)摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱為II型娃酸鹽水泥，代號(hào)P.1I。
[0014]含硅粉狀工業(yè)廢料
[0015]在本發(fā)明中， 所述含硅粉狀工業(yè)廢料選自粉煤灰、爐灰、粘土、偏高嶺土、高嶺土、礦洛和赤泥中的一種或多種。
[0016]基于水泥材料和含硅粉狀工業(yè)廢料的總重量計(jì)，本發(fā)明中的含硅粉狀工業(yè)廢料含量為5-75重量％，優(yōu)選7.5-65重量％，進(jìn)一步優(yōu)選10-55重量％，最優(yōu)選含有大于15重量％但不大于45重量％。
[0017]在本發(fā)明的水泥組合物中，所述含硅粉狀工業(yè)廢料優(yōu)選為粉煤灰、爐灰和礦渣之一或其中之兩種或三種的混合物之一，特別優(yōu)選為粉煤灰。在本發(fā)明中，水泥材料優(yōu)選為娃酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥、高鋁水泥、膨脹水泥或白水泥。特別優(yōu)選的是，水泥材料為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥之一或其中之多種的混合物之一。顯然，在本發(fā)明中可使用的水泥材料，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥，其本身為含硅材料，因此，也可運(yùn)用本發(fā)明的方案，將其使用為本發(fā)明所述的含硅粉狀工業(yè)廢料。
[0018]粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收捕下來(lái)的細(xì)灰。我國(guó)火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為:Si02、Al203、Fe203、Ca0、Ti02等。粉煤灰包括各種來(lái)源，主要成分為15-65重量％的SiO2,5-50重量%的Al2O3U.5-15重量%的Fe203、0.2-30重量%的CaO等，各組分含量總和為100%。在水泥工業(yè)中使用粉煤灰的優(yōu)點(diǎn)在于:混凝土中摻加粉煤灰節(jié)約了大量的水泥和細(xì)骨料；改善了混凝土拌和物的和易性；增強(qiáng)混凝土的可泵性；減少了混凝土的徐變；減少水化熱、熱能膨脹性；提高混凝土抗?jié)B能力；增加混凝土的修飾性。
[0019]在本發(fā)明中，可以使用的含硅粉狀工業(yè)廢料的顆粒大小優(yōu)選為0.1-600 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選1-500 μ m，本發(fā)明可以使用各種顆粒大小的含硅粉狀工業(yè)廢料，對(duì)其并沒(méi)有特別的限制。
[0020]本發(fā)明可以使用的含硅粉狀工業(yè)廢料(例如粉煤灰)的燒失量為0.1-25重量％，優(yōu)選0.1-10重量％。
[0021]緩凝劑
[0022]在本發(fā)明的水泥組合物中，烷氧基硅烷作為緩凝劑使用。
[0023]緩凝劑主要用于炎熱氣候下施工的混凝土、大體積混凝土及需長(zhǎng)時(shí)間停放或長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)幕炷粒匝泳徎炷恋哪獭?br> [0024]在本發(fā)明中，烷氧基硅烷選自單_、二 _、三-烷氧基硅烷和它們中若干種的混合物，優(yōu)選為二 _烷氧基硅烷。
[0025]在本發(fā)明中，烷氧基硅烷可以為烷氧基硅烷N聚體，其中N為整數(shù)并且N ^ 1，優(yōu)選N=l、2、3或4,即，所述烷氧基硅烷選自烷氧基硅烷單體、烷氧基硅烷二聚體、烷氧基硅烷二聚體、烷氧基硅烷四聚體之一或其中之多種的混合物之一。
[0026]在本發(fā)明的烷氧基硅烷中，烷氧基可以相同或不同，各自獨(dú)立地包含1-12個(gè)碳原子，優(yōu)選包含1-8個(gè)碳原子，更優(yōu)選包含1-6個(gè)碳原子，特別優(yōu)選包含1-4個(gè)碳原子。
[0027]任選地，所述烷氧基硅烷中的娃原子還鍵連有其他基團(tuán)，例如C6_1(l芳基、Ci_12烷基等，優(yōu)選C6_8芳基或Ck烷基等，更優(yōu)選苯基或Cu烷基。
[0028]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，基于水泥材料和含硅粉狀工業(yè)廢料的總重量計(jì)，在本發(fā)明的水泥組合物含有0.005-3重量％的烷氧基硅烷，更優(yōu)選含有0.0075-1.5重量％的烷氧基硅烷，更進(jìn)一步優(yōu)選含有0.01-1.0重量％的烷氧基硅烷，最優(yōu)選含有0.02-0.5重量％的烷氧基硅烷。
[0029]其他添加劑
[0030]除了上述緩凝劑之外，本發(fā)明的水泥混合物還可包括其他常規(guī)水泥添加劑，如減水劑、早強(qiáng)劑、防水劑、泵送劑等。這些添加劑可以使用那些已經(jīng)用于現(xiàn)有技術(shù)的水泥混合物的添加劑，在此不作贅述。
[0031]出乎意料地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的水泥組合物具有更長(zhǎng)的凝固時(shí)間，較之分別含有含硅粉狀工業(yè)廢料和其他緩凝劑的情況，緩凝效果長(zhǎng)得多。
[0032]此外，本發(fā)明還提供烷氧基硅烷用于延長(zhǎng)含有含硅粉狀工業(yè)廢料(優(yōu)選粉煤灰)的水泥組合物凝固時(shí)間的用途；優(yōu)選地，所述水泥組合物含有5重量％以上的含硅粉狀工業(yè)廢料(優(yōu)選粉煤灰)。所述水泥材料優(yōu)選含有含硅粉狀工業(yè)廢料的含量為5-75重量％，優(yōu)選
7.5-65重量％，進(jìn)一步優(yōu)選10-55重量％，最優(yōu)選含有大于15重量％但不大于45重量％。
[0033]本發(fā)明的水泥組合物可以通過(guò)混合各組分而制得。隨后，可以按照通常的使用水泥組合物的方法加水混合、凝固，形成混凝土。為此，本發(fā)明的制備水泥組合物的方法包括混合水泥材料和一種烷氧基硅烷；其中所述水泥材料可包括含硅的粉狀工業(yè)廢料和/或添加本發(fā)明中提及的優(yōu) 選含硅粉狀工業(yè)廢料。前述關(guān)于水泥組合物的描述適用于本發(fā)明制備水泥組合物的方法。
[0034]以下，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作介紹。其中，水泥的凝固時(shí)間根據(jù)GB/T1346-2011方法測(cè)定。
實(shí)施例
[0035]實(shí)施例所用硅酸鹽水泥I (由中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司的子公司曲阜中聯(lián)水泥有限公司制造，型號(hào)為P.142.5)和粉煤灰(由北京國(guó)華電力公司的熱電廠取得，D5(i=14.5 μ m)組成如下:
[0036]表1硅酸鹽水泥I的化學(xué)組成(重量％)
【權(quán)利要求】
1.一種水泥組合物，包括: 水泥材料，含硅粉狀工業(yè)廢料，和烷氧基硅烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水泥組合物，其中所述烷氧基硅烷中，烷氧基可以相同或不同，各自獨(dú)立地包含1-12個(gè)碳原子，優(yōu)選包含1-8個(gè)碳原子，更優(yōu)選包含1-6個(gè)碳原子，特別優(yōu)選包含1-4個(gè)碳原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的水泥組合物，其中所述烷氧基硅烷選自單_、二_、三-烷氧基硅烷之一或其中之多種的混合物之一，優(yōu)選為三-烷氧基硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或 2的水泥組合物，其中所述烷氧基硅烷為N聚體，其中N為整數(shù)并且N≥1，優(yōu)選N=l、2、3或4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的水泥組合物，其中所述烷氧基硅烷中，硅原子還鍵連有其他基團(tuán)，例如c6_1(l芳基、Ci_12烷基等，優(yōu)選C6_8芳基或Ci_8烷基等，更優(yōu)選苯基或Cu烷基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的水泥組合物,其中含有0.005-3重量％的烷氧基硅烷，更優(yōu)選含有0.0075-1.5重量％的烷氧基硅烷，更進(jìn)一步優(yōu)選含有0.01-1.0重量％的烷氧基硅烷，最優(yōu)選含有0.02-0.5重量％的烷氧基硅烷，基于水泥材料和含硅粉狀工業(yè)廢料的總重量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的水泥組合物，其中含硅粉狀工業(yè)廢料選自粉煤灰、爐灰、粘土、偏高嶺土、高嶺土、礦渣和赤泥中之一或其中之多種的混合物之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的水泥組合物，其中，所述含硅粉狀工業(yè)廢料選自粉煤灰、爐灰和礦洛之一或其中之兩種或三種的混合物之一，特別優(yōu)選為粉煤灰。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2的水泥組合物，其中，基于水泥材料和含硅粉狀工業(yè)廢料的總重量計(jì)，所述含硅粉狀工業(yè)廢料含量為5-75重量％，優(yōu)選7.5-65重量％，進(jìn)一步優(yōu)選10-55重量％，最優(yōu)選含有大于15重量％但不大于45重量％。
10.制備權(quán)利要求1-9之一的水泥組合物的方法，包括將混合水泥材料，含硅的粉狀工業(yè)廢料，和烷氧基硅烷，加水混合并攬祥。
11.烷氧基硅烷的用途，用于延長(zhǎng)其中含有含硅粉狀工業(yè)廢料的水泥組合物的凝固時(shí)間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的用途，其中所述含硅粉狀工業(yè)廢料為粉煤灰。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的用途，其中所述水泥組合物含有5重量％以上的含硅粉狀工業(yè)廢料。
【文檔編號(hào)】C04B24/42GK103979881SQ201310049102
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】卓錦德, 賴世耀, 趙永彬, 李俏, 董陽(yáng), 蘇建輝 申請(qǐng)人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 北京低碳清潔能源研究所