一种磷渣基高活性C-S-H凝胶及其制备方法和应用

摘要

本发明提供一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶及其制备方法和应用。按质量百分数计，本发明通过将25‑40％磷渣、8‑12％废弃玻璃粉、5‑10％氢氧化钠、0.1‑0.5％分散剂、剩余为水放入配备升温装置的湿磨机中，使得研磨过程温度为40‑60℃，研磨60‑80分钟，过滤，得到磷渣基高活性C‑S‑H凝胶浆料。本发明的高活性CSH凝胶外掺用量在2‑8％可以显著降低水泥的凝结时间，增强水泥基材料的早期力学性能，不影响后期强度的发展。

权利要求

1.一种磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）称取制备磷渣基高活性CSH凝胶的原材料，按质量百分数计，制备所述高活性CSH凝胶的原材料包括25‑40%磷渣、8‑12%废弃玻璃粉、5‑10%氢氧化钠、分散剂0.1‑0.5%，剩余为水；

2）将所述磷渣、所述废弃玻璃粉、所述水、所述分散剂和所述氢氧化钠混合均匀放入湿磨机中，湿磨机带有加热装置；

3）开启湿磨机，打开加热装置，使得研磨过程温度保持在40‑60°C，研磨60‑80分钟，过滤研磨体，得到磷渣基高活性CSH凝胶浆料；

步骤1）中所述磷渣和所述废弃玻璃粉的颗粒细度为200目，所述废弃玻璃粉中Na2O含量大于15%。

2.根据权利要求1所述的磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述分散剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述磷渣基高活性CSH凝胶浆料的中值粒径350‑550 nm。

4.一种磷渣基高活性CSH凝胶，其特征在于，所述磷渣基高活性CSH凝胶由权利要求1至

3任一项所述的磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法制得。

5.权利要求4所述的高活性CSH凝胶在水泥基材料中的应用，其特征在于，所述高活性CSH凝胶的掺量为所述水泥基材料中胶凝材料用量的2‑8%。

说明书

一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土外加剂技术领域，特别涉及一种磷渣基高活性C‑S‑H凝 胶及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 纳米CSH凝胶晶种优良的免蒸养早强特性，成为引领混凝土制品行业新发 展的变革性技术。但因原材料来源、工艺技术等问题，水热合成的C‑S‑H凝胶 纳米晶种市场价格高昂(折算粉体价格约2‑3万元/吨)，制约了推广与应用。 以固废为原材料，制备高活性CSH，契合固废附加值利用与构件免蒸早强的双 重迫切需求，同时降低碳排放。

[0003] 磷渣是一种水淬渣，其化学成份为：CaO 47‑52％、SiO2 40‑43％、P2O5 0.8‑2.5％、Al2O3 2‑5％、Fe2O3 0.8‑3.0％、F 2.5‑3％，潜在矿物相为假硅灰石、枪 晶石及少量的磷灰石。其结构90％左右为玻璃体。电炉法制取黄磷时，每生产1 吨黄磷，副产磷渣8‑10吨。根据有关统计资料分析，在20世纪90年代中期， 世界电炉法黄磷生产能力总量大约107.8‑130.0万吨/年，据此计算，副产磷渣达 1078—1300万吨//年，大量的磷渣必将对环境造成严重污染。因此，根据磷渣的 理化特性，研究其资源化利用问题，意义重大。

[0004] 废玻璃是一种生活垃圾，它既给人们的生产和生活带来了不便，又对环境 造成了污染，占用了宝贵的土地资源，增加了环境负荷。大量废弃玻璃如何处 理实现它的价值，得到广泛关注。目前将玻璃粉作为胶凝材料替代部分水泥在 混凝土中使用，不仅解决了城市废弃玻璃堆积处理问题，还能减少水泥的使用 量，避免更多的自然资源开采，并减少水泥生产过程中的有害气体排放，对环 境的改善有极大的促进作用。本发明利用废弃玻璃粉、磷渣为原材料制备高活 性CSH凝胶，为废弃玻璃粉和磷渣资源化利用进一步提供了理论和技术依据。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明旨在提供一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的制备方法，以 解决磷渣、废弃玻璃粉的资源化利用，以及市场售价高昂CSH粉体外加剂的问 题。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0007] 一种磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0008] 1)称取制备磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的原材料，按质量百分数计，制备所 述高活性CSH凝胶的原材料包括25‑40％磷渣、8‑12％废弃玻璃粉、5‑10％氢氧 化钠、分散剂0.1‑0.5％，剩余为水；

[0009] 2)将所述磷渣、所述废弃玻璃粉、所述水、所述分散剂和所述氢氧化钠混 合均匀放入湿磨机中，湿磨机带有加热装置；

[0010] 3)开启湿磨机，打开加热装置，使得研磨过程温度保持在40‑60℃，研磨 60‑80分钟，过滤研磨体，得到磷渣基高活性C‑S‑H凝胶浆料。

[0011] 可选地，步骤1)中所述磷渣和所述废弃玻璃粉的颗粒细度为200目，所述 废弃玻璃粉中Na2O含量大于15％。

[0012] 可选地，步骤1)中所述分散剂为三乙醇胺、三异丙醇胺、十二烷基硫酸钠 中的一种或多种。

[0013] 可选地，步骤3)中所述含高活性CSH凝胶的磷渣基浆料的中值粒径350‑550 nm。

[0014] 本发明的第二目的在于提供一种磷渣基高活性CSH凝胶，该磷渣基高活性 CSH凝胶由上述磷渣基高活性CSH凝胶的制备方法制得。

[0015] 本发明的第三目的在于提供一种上述高活性CSH凝胶在水泥基材料中的应 用，在该应用中，所述高活性CSH凝胶的掺量为所述水泥基材料中胶凝材料用 量的2‑8％。

[0016] 相对于现有技术，本发明所述的磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的制备方法具有 以下优势：

[0017] 1、本发明利用磷渣制备高活性CSH凝胶，无需经过烘干粉末处理，可以 直接用于水泥混凝土中。

[0018] 2、本发明的高活性CSH凝胶，原材料主要是工业固废磷渣和废弃玻璃粉， 可大大提高工业固废磷渣和废弃玻璃粉的资源化利用，符合国家建材行业发展 政策。

[0019] 3、本发明的高活性CSH凝胶显著降低水泥的凝结时间，增强水泥基材料 的早期力学性能，不影响后期强度的发展。

具体实施方式

[0020] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。

[0021] 下面将结合实施例来详细说明本发明。

[0022] 实施例1

[0023] 一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0024] 1)称取制备磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的原材料，按质量百分数计，制备高 活性CSH凝胶的原材料由25份磷渣、10份废弃玻璃粉、8份氢氧化钠、分散 剂0.1份、56.9份水组成，其中，磷渣和废弃玻璃粉的颗粒细度为200目，废弃 玻璃粉中Na2O含量大于15％；

[0025] 2)将磷渣、废弃玻璃粉、水、分散剂和氢氧化钠混合均匀放入湿磨机中， 湿磨机带有加热装置；

[0026] 3)设置好参数，开启湿磨机，打开加热装置，使得研磨过程温度保持在40℃， 研磨时间为60分钟，过滤研磨体，得到中值粒径为550nm的磷渣基高活性C‑S‑H 凝胶浆料。

[0027] 按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)，对照组： 称取450g水泥，ISO标准砂1350g，水胶比0.5成型水泥砂浆；实验组：称取 450g水泥，ISO标准砂1350g，外掺2％磷渣基高活性C‑S‑H凝胶浆料，水胶 比与对照组保持一致。测定1d、3d、28d龄期的抗压强度。凝结时间按照 GB/T1346‑2011测定。具体结果如表1所示。

[0028] 表1

[0029]

[0030] 由表1结果可以看出，利用磷渣制备的高活性CSH凝胶可以缩短凝结时间， 提高早期强度。

[0031] 实施例2

[0032] 一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0033] 1)称取制备磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的原材料，按质量百分数计，制备高 活性CSH凝胶的原材料由35份磷渣、8份废弃玻璃粉、10份氢氧化钠、分散 剂0.3份、46.7份水组成，其中，磷渣和废弃玻璃粉的颗粒细度为200目，废弃 玻璃粉中Na2O含量大于15％；

[0034] 2)将磷渣、废弃玻璃粉、水、分散剂和氢氧化钠混合均匀放入湿磨机中， 湿磨机带有加热装置；

[0035] 3)设置好参数，开启湿磨机，打开加热装置，使得研磨过程温度保持在50℃， 研磨时间为70分钟，过滤研磨体，得到中值粒径为450nm的磷渣基高活性C‑S‑H 凝胶浆料。

[0036] 按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)，对照组： 称取450g水泥，ISO标准砂1350g，水胶比0.5成型水泥砂浆；实验组：称取 450g水泥，ISO标准砂1350g，外掺4％磷渣基高活性C‑S‑H凝胶浆料，水胶 比与对照组保持一致。测定1d、3d、28d龄期的抗压强度。凝结时间按照 GB/T1346‑2011测定。具体结果如表2所示。

[0037] 表2

[0038]

[0039] 由表2结果可以看出，利用磷渣制备的高活性CSH凝胶可以缩短凝结时间， 提高早期强度。

[0040] 实施例3

[0041] 一种磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的制备方法，包括以下步骤：

[0042] 1)称取制备磷渣基高活性C‑S‑H凝胶的原材料，按质量百分数计，制备高 活性CSH凝胶的原材料由45份磷渣、12份废弃玻璃粉、10份氢氧化钠、分 散剂0.5份、36.5份水组成，其中，磷渣和废弃玻璃粉的颗粒细度为200目，废 弃玻璃粉中Na2O含量大于15％；

[0043] 2)将磷渣、废弃玻璃粉、水、分散剂和氢氧化钠混合均匀放入湿磨机中， 湿磨机带有加热装置；

[0044] 3)设置好参数，开启湿磨机，打开加热装置，使得研磨过程温度保持在60℃， 研磨时间为80分钟，过滤研磨体，得到中值粒径为300nm的磷渣基高活性C‑S‑H 凝胶浆料。

[0045] 按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)，对照组： 称取450g水泥，ISO标准砂1350g，水胶比0.5成型水泥砂浆；实验组：称取 450g水泥，ISO标准砂1350g，外掺8％磷渣基高活性C‑S‑H凝胶浆料，水胶 比与对照组保持一致。测定1d、3d、28d龄期的抗压强度。凝结时间按照 GB/T1346‑2011测定。具体结果如表3所示。

[0046] 表3

[0047]

[0048] 由表3结果可以看出，利用磷渣制备的高活性CSH凝胶可以缩短凝结时间， 提高早期强度。

[0049] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。