本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

混凝土是建筑工程中應(yīng)用最廣泛的材料，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。雖然混凝土具有價(jià)格較低、原材料豐富、使用方便、抗壓強(qiáng)度高、應(yīng)用范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn)。但是，由于混凝土自身的設(shè)計(jì)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。硫鋁酸鹽水泥具有早期強(qiáng)度高、高抗?jié)B性、高抗凍性、強(qiáng)耐腐蝕性等優(yōu)良性能，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種水泥。

雖然，硫鋁酸鹽水泥具備各種優(yōu)良性能，但其所制備的砂漿試塊會(huì)出現(xiàn)后期強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。目前，針對(duì)如何緩解硫鋁酸鹽水泥砂漿后期強(qiáng)度倒縮這個(gè)問題，廣大科研工作者進(jìn)行了大量的研究，其中很重要的一類方式就是在硫酸鹽水泥砂漿中摻加外加劑，以期在保證早期強(qiáng)度不損失的前提下提高硫鋁酸鹽水泥砂漿的后期強(qiáng)度。

常見的可以提高硫鋁酸鹽水泥強(qiáng)度的外加劑有碳酸鋰、亞硝酸鈣、硼酸、聚羧酸減水劑、密胺樹脂減水劑、葡萄糖酸鈉等，碳酸鋰和亞硝酸鈣對(duì)硫鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度增加顯著,但過多的摻入會(huì)導(dǎo)致硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度的降低；硼酸和聚羧酸減水劑在合適的摻量下能有效提高硫鋁酸鹽水泥的后期強(qiáng)度，但是早期強(qiáng)度有所降低；密胺樹脂減水劑和葡萄糖酸鈉的摻入能有效提高硫鋁酸鹽水泥的早期和后期強(qiáng)度，但密胺樹脂減水劑成本較高，葡萄糖酸鈉更多起緩凝作用，各齡期強(qiáng)度提升不顯著。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種在保證早期強(qiáng)度不損失的前提下提高硫鋁酸鹽水泥砂漿后期強(qiáng)度的活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑及其制備方法，該增強(qiáng)劑能夠有效提高硫鋁酸鹽水泥砂漿的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，改善硫鋁酸鹽水泥砂漿的表面泌水現(xiàn)象，增強(qiáng)硬化硫鋁酸鹽水泥砂漿的韌性，對(duì)于硫鋁酸鹽水泥砂漿的耐久性也有較好的改善作用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

提供一種活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，所述增強(qiáng)劑為磷石膏晶須，其長(zhǎng)徑比為30-90。

本發(fā)明還提供上述活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑的制備方法，步驟如下：由磷石膏烘干球磨處理再煅燒后經(jīng)水熱反應(yīng)制備得到半水磷石膏晶須，將半水磷石膏晶須再次煅燒得到活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑。

按上述方案，具體步驟如下：

1)將磷石膏于40-60℃烘干，再球磨過400目篩使篩余小于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半水磷石膏晶須；

3)將步驟2)所得半水磷石膏晶須在200-600℃煅燒3h，得到活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑。

本發(fā)明還包括上述活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑在硫鋁酸鹽水泥砂漿中的應(yīng)用，所述增強(qiáng)劑的摻量范圍為1-3％。

以磷石膏為原料制備的硫酸鈣晶須通常被簡(jiǎn)稱為磷石膏晶須，是一種綠色環(huán)保材料，具備價(jià)格低廉、性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。將改性磷石膏晶須應(yīng)用于硫鋁酸鹽水泥中時(shí)，磷石膏晶須水化可以提供ca²⁺、so4^2-，改善水泥的水化進(jìn)程和水泥石結(jié)構(gòu)；同時(shí)，改性磷石膏晶須中的無(wú)水死燒石膏還能發(fā)揮磷石膏晶須的微細(xì)纖維特性，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。

本發(fā)明所提供的活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥增強(qiáng)劑是一種無(wú)水可溶石膏晶須和無(wú)水死燒石膏晶須混合的活性纖維，既能發(fā)揮微細(xì)纖維增強(qiáng)增韌的特性，同時(shí)也能發(fā)揮硫酸鹽對(duì)水泥活性的激發(fā)效果，硫鋁酸鹽水泥的主要礦物是c2s和c4af，可水化產(chǎn)生溶解度較低的aft，在水泥砂漿中以針狀體析出，并可相互交錯(cuò)形成結(jié)晶體，使硫鋁酸鹽水泥石早期強(qiáng)度迅速增加，同時(shí)，在水化過程中產(chǎn)生的csh凝膠又會(huì)填充在相互交叉的aft骨架的孔隙中，使硬化體結(jié)構(gòu)更加致密，從而力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)一步的提高，無(wú)水可溶石膏晶須可以水化形成ca²⁺和so4^2‐，少量的ca²⁺和so4^2‐可以促進(jìn)的水化，從而使得被包裹的c2s逐漸被釋放出來(lái)，從而加快c2s的水化，c2s水化生成的ca(oh)2又可以與體系中的水化氧化鋁、石膏等反應(yīng)生成鈣礬石，進(jìn)一步加快c2s的水化，使得水泥石結(jié)構(gòu)比未摻晶須時(shí)更加致密，增強(qiáng)劑中的無(wú)水死燒石膏晶須，可以發(fā)揮微細(xì)纖維的特性，穿插在水泥石中，裂紋發(fā)展到晶須表面時(shí)，會(huì)被晶須所阻擋，在裂紋尖端形成閉合應(yīng)力，有效消耗導(dǎo)致水泥材料破壞的能量，對(duì)硬化水泥漿體起到增韌效果，當(dāng)在硫鋁酸鹽中摻加磷石膏晶須時(shí)，可以使得硫鋁酸鹽水泥中未水化的水泥顆粒的后期活性得到較大的激發(fā)，使得硫鋁酸鹽水泥砂漿具備較好的工作性能。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所提供的增強(qiáng)劑能明顯提高硫鋁酸鹽水泥砂漿的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度，將本發(fā)明所述的增強(qiáng)劑按硫鋁酸鹽水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1‐3％摻入到水泥砂漿中，得到改性硫鋁酸鹽水泥砂漿，磷石膏晶須具備一定比例的無(wú)水可溶石膏和無(wú)水死燒石膏，能顯著提高砂漿1d抗壓強(qiáng)度21％以上，3d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)較小，且28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率仍能保持在14.7％以上，這是因?yàn)榛钚岳w維發(fā)揮微細(xì)纖維的填充效應(yīng)及增韌作用，又可發(fā)揮硫酸鹽的特性，對(duì)體系的反應(yīng)活性有良好的促進(jìn)作用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例所制備的基準(zhǔn)樣及實(shí)施例1、2、3砂漿試樣的抗壓強(qiáng)度圖。

具體實(shí)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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例所用硫鋁酸鹽水泥為42.5快硬硫鋁酸鹽水泥。

實(shí)施例1

制備一種活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，步驟如下：

1)將磷石膏于60℃烘干，再球磨過400目篩使篩余小于1％，再于550℃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1:20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、干燥得到半水磷石膏晶須；

3)將步驟2)所得半水磷石膏晶須在200℃煅燒3h，得到活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑(即磷石膏晶須，其長(zhǎng)徑比為80.32)。

將上述制得的增強(qiáng)劑分別按水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％，2％，3％摻量取代硫鋁酸鹽水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到摻量為1％，2％，3％的砂漿試件。

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/t17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》，用萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試基準(zhǔn)樣和本實(shí)施例所得砂漿試件的1天、3天和28天的抗壓強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1

表1說明：摻入本實(shí)施例增強(qiáng)劑相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，砂漿試件各齡期的抗壓強(qiáng)度都得到了提升?；鶞?zhǔn)樣的1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度分別為25.2mpa、34.0mpa和44.0mpa。摻入本實(shí)施案例增強(qiáng)劑時(shí)，1d、3d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到32.5mpa、41.4mpa和51.3mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了28.97％、21.76％和16.59％。

根據(jù)所測(cè)得的砂漿試塊的28d抗折和抗壓強(qiáng)度計(jì)算壓折比，表征水泥砂漿的韌性。試件的28d壓折比越低，表明試件的韌性越好，砂漿試件28d壓折比測(cè)試結(jié)果見表2。

表2

表2說明：相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，采用本實(shí)施例增強(qiáng)劑28d壓折比最多能從5.71降低到5.39，說明在硫鋁酸鹽水泥中添加增強(qiáng)劑后，硬化水泥砂漿的韌性得到了改善。

實(shí)施例2

采用與實(shí)施例1相似的方法制備活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，不同之處在于步驟3)煅燒溫度為400℃。

將上述制得的增強(qiáng)劑分別按水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％，2％，3％摻量取代硫鋁酸鹽水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到摻量1％，2％，3％的砂漿試件。

基準(zhǔn)樣配制方法與實(shí)施例1相同。

砂漿試件的性能測(cè)試結(jié)果見表3。

表3

表3說明：摻入本實(shí)施例增強(qiáng)劑相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，砂漿試件各齡期的抗壓強(qiáng)度都得到了提升。摻入本實(shí)施案例增強(qiáng)劑時(shí)，1d、3d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到32.2mpa、41.0mpa和52.6mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了27.78％、20.59％和19.55％.

砂漿試件28d壓折比測(cè)試結(jié)果見表4。

表4

表4說明：相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，采用本實(shí)施例增強(qiáng)劑28d壓折比最多能從5.71降低到5.34，說明在硫鋁酸鹽水泥中添加增強(qiáng)劑后，硬化水泥砂漿的韌性得到了改善。

實(shí)施例3

采用與實(shí)施例1相似的方法制備活性纖維質(zhì)硫鋁酸鹽水泥砂漿增強(qiáng)劑，不同之處在于步驟3)煅燒溫度為600℃。

將上述制得的增強(qiáng)劑分別按水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1％，2％，3％摻量取代硫鋁酸鹽水泥，選取標(biāo)準(zhǔn)沙，按水灰比為0.5得到摻量1％，2％，3％的砂漿試件。。

基準(zhǔn)樣配制方法與實(shí)施例1相同。

砂漿試件的性能測(cè)試結(jié)果見表5。

表5

表5說明：摻入本實(shí)施例增強(qiáng)劑相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，砂漿試件各齡期的抗壓強(qiáng)度都得到了提升。摻入本實(shí)施案例增強(qiáng)劑時(shí)，1d、3d和28d抗折強(qiáng)度最多可以達(dá)到30.5mpa、37.5mpa和50.5mpa，較基準(zhǔn)樣分別提升了21.03％、10.29％和14.77％。

砂漿試件28d壓折比測(cè)試結(jié)果見表6。

表6

表6說明：相對(duì)于基準(zhǔn)樣而言，采用本實(shí)施例增強(qiáng)劑28d壓折比最多能從5.71降低到5.40，說明在硫鋁酸鹽水泥中添加增強(qiáng)劑后，硬化水泥砂漿的韌性得到了改善。

如圖1所示為本發(fā)明制備的基準(zhǔn)樣及實(shí)施例1、2、3砂漿試件(增強(qiáng)劑摻量為2％)的抗壓強(qiáng)度對(duì)比圖，可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)樣，加入本實(shí)施例制備的增強(qiáng)劑后，砂漿試件的1d，3d，28d抗壓強(qiáng)度有一定提高。