一种抗碳化的碱式硫酸镁水泥及其制备方法
【专利说明】一种抗碳化的碱式硫酸镁水泥及其制备方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及胶凝材料领域，具体是涉及一种抗碳化的碱式硫酸镁水泥及其制备方 法。 【【背景技术】】
[0002] 硫氧镁水泥与氯氧镁水泥都可以称为镁水泥，具有质量轻、防火、凝结快、隔声、绝 热等特点。硫氧镁水泥与氯氧镁水泥相比，其主要的优点是抗温性能好，对钢筋腐蚀性能差 的特点。硫氧镁水泥一个致命的缺点是其强度比氯氧镁水泥要低，甚至低于硅酸盐水泥，这 也是限制了硫氧镁水泥大规模应用的主要原因。
[0003] 硫氧镁水泥是一种由硫酸镁溶液拌合轻烧氧化镁MgO粉制备成的无机胶凝材料。 水泥材料的强度与其水化产物的种类、水化产物的相对含量以及水泥的微观结构密切相 关，硫氧镁水泥也不例外。Beaudoin通过分析硫氧镁水泥的孔隙率与硬度的关系，认为其孔 隙率高是造成强度低的主要原因，同时研宄还指出，如果能够保证硫氧镁水泥与氯氧镁水 泥的具有相同的孔隙率，则硫氧镁水泥的力学强度将接近氯氧镁水泥。采用较小的水灰比 制备硫氧镁水泥，其强度仍然会远低于氯氧镁水泥。因此，决定硫氧镁水泥强度的主要原因 应归结于其水化过程及其水化产物的种类和含量。
[0004] 按照Cole报道，MgO~MgS04~H20三元体系所配制的硫氧镁水泥衆体中可以出 现4种碱式硫氧镁，即5Mg(0H)2 .MgS04 .3H20(5 .1 .3相）、3Mg(0H)2 .MgS04 .81120(3 .1 *8 相）、Mg(OH) 2?2MgS04?3H20(I?2?3相）和Mg(OH) 2?MgS04?5H20(I?I?5相），其中 只有3，1，8相在35°C下为稳定相。Urwrong研宄了MgO~H2S04~H20三元体系相图后， 认为在室温下除了出现3?1? 8相，还有MgS04?nH20(n=7、6、1)、Mg(0H)2和MgO,还会 出现亚稳态的1?1?5相和MgS04?4H20,并指出如果开始的原料为MgO和硫酸镁或硫酸镁 溶液，在室温下不可能制备3? 1? 8相含量超过50%的硬化水泥浆体。
[0005] 目前，缺乏一种性能优异的抗碳化的碱式硫酸镁水泥及其制备方法。 【
【发明内容】
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[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种性能优异的抗碳化的碱式硫酸镁水泥及 其制备方法。
[0007] 为了实现上述目的，本发明通过根据下技术方案实现：本发明的一种抗碳化的碱 式硫酸镁水泥，所述抗碳化的碱式硫酸镁水泥由下述质量百分数的组分组成：
[0008]
[0009] 进一步地，所述氧化镁是指煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料、盐湖卤水提取碳 酸锂工艺过程中所产生的副产品氧化镁粉末材料中的任何一种或两种的组合。
[0010] 进一步地，所述氧化镁由以下质量百分数的组分组成：
[0011]
[0012]更进一步地，所述矿渣由以下质量百分数的组分组成：二氧化硅35. 50%，三氧化 二铝12. 29 %，三氧化二铁2. 45 %，氧化钙36. 68 %，氧化镁10. 60 %，三氧化硫0. 65 %，氧化 钠1. 25%，氧化钾0. 58%。
[0013] 进一步地，所述硅灰由以下质量百分数的组分组成：二氧化硅92.00%，三氧化二 错1. 00 %，氧化1? 0. 50 %，氧化镁1. 50 %，三氧化硫0. 50 %，三氧化二铁2. 00 %，氧化钠 L30%，氧化钾L20%。
[0014] 本发明的制备所述的抗碳化的碱式硫酸镁水泥的方法，包括如下步骤：（1)按配 比称取上述比例的各组分，氧化镁40~55%，七水硫酸镁20~25%，工业废渣粉10~ 20%，白矿渣5~9%，矿物掺合料3~8%，脱硫石膏2~4%，矿渣6~8%，秸杆2~4%， 硅灰1~3%，调凝剂1~3% ;
[0015] (2)将七水硫酸镁配置成溶液；
[0016] (3)然后将氧化镁和脱硫石膏投入搅拌机中，最后再将工业废渣粉、白矿渣、矿物 掺合料、矿渣、硅灰、秸杆与七水硫酸镁溶液投入搅拌机中，搅拌均匀成浆体，加入调凝剂即 制得抗碳化的碱式硫酸镁水泥。
[0017] 进一步地，在步骤（3)中，所述氧化镁在温度为950~980°C下进行煅烧、磨细得到 粉末，粉末细度为100~300目，筛余率为6%。
[0018]进一步地，在步骤（3)中，搅拌速度为1500~2000r/min。
[0019]有益效果：本发明在硫氧镁水泥中掺加合适的外加剂之后形成了一种新的碱式 硫酸镁相，并且产生了与传统硫氧镁水泥完全不同的性能和特征的抗碳化的碱式硫酸镁水 泥，其主要水化产物是高强度517晶须，属于一种晶须自形成、高强、高韧性、高压折比、抗 碳化、抗盐卤、抗水热、抗海水、抗冲击、抗疲劳、抗碳化、防钢筋锈蚀、高耐久、长寿命的新型 特种水泥。
[0020] 本发明的优点如下：
[0021] (1)抗碳化的碱式硫酸镁水泥的强度高于硫氧镁水泥的主要原因是其水化完全， 且致密的微观结构中含有大量针状。抗碳化的碱式硫酸镁水泥合成了纯的碱式硫酸镁新 相，形貌为针杆状晶体，在Topas4. 2软件中采用模拟退火法解析出5Mg(0H)2WgSCM*7H20 为单斜晶体，所属空间群为C121，晶胞参数为：a=15. 14A、b=6. 3lA、c=10.26A、e= 103. 98〇,晶体密度为I. 87g/cm3。该晶体是由Mg2-0八面体为骨架，S042-、H20和OH-为填 充离子（或分子）的层状结构。
[0022] (2)传统硫氧镁水泥净浆试件泡水28d后开裂、奔溃，原因是低活性MgO水化产生 结晶应力，破坏水泥结构。抗碳化的碱式硫酸镁水泥具有更加优异的抗水性能，无矿物掺合 料时，抗碳化的碱式硫酸镁水泥净浆试件泡水180d的软化系数可达0. 85以上。掺加粉煤 灰的抗碳化的碱式硫酸镁水泥的抗水性能可进一步提高，泡水180d软化系数可达0. 98。原 因在于外加剂延缓了MgO在水中水化的速度，削弱了MgO水化产生的结晶应力，且强度相对 本发明的溶解度较低。
[0023] (3)掺加矿渣的抗碳化的碱式硫酸镁水泥在80°C下水热处理14d不出现开裂。浸 泡卤水8个月，抗碳化的碱式硫酸镁水泥强度不降反升。抗碳化的碱式硫酸镁水泥在加速 碳化环境中，不出现碳化现象。抗碳化的碱式硫酸镁水泥中钢筋锈蚀程度远低于在氯氧镁 水泥中的情况。抗碳化的碱式硫酸镁水泥中钢筋的早期锈蚀速率高于硅酸盐水泥，后期逐 渐降低，甚至会低于硅酸盐水泥中的钢筋锈蚀速率。掺加少量亚硝酸盐阻锈剂时，抗碳化的 碱式硫酸镁水泥中钢筋几乎不锈蚀。
[0024] (4)本发明中掺杂了秸杆粉末，有利于改善本发明的韧性，提高本发明的强度。 【【附图说明】】
[0025] 图1为传统的硫氧镁水泥的水化30d的微观结构SEM形貌图；
[0026] 图2为本发明抗碳化的碱式硫酸镁水泥30d的SEM形貌图；
[0027] 图3为普通硅酸盐水泥配制的C80高性能混凝土30d的SEM形貌图。 【【具体实施方式】】
[0028] 以下通过实施例进一步阐述本发明，这些实施例仅用于举例说明的目的，并没有 限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。
[0029] 实施例1
[0030] 如图1和图2所示，图1为传统的硫氧镁水泥的水化30d的微观结构SEM形貌图； 图2为本发明抗碳化的碱式硫酸镁水泥30d的SEM形貌图；采用工业原料制备的抗碳化的 碱式硫酸镁水泥，水化产物为5 ? 1 ? 7晶须。
[0031] 可见，传统硫氧镁水泥的水化结构主要由大量的片状Mg(0H)2晶体构成，且结构 疏松，孔隙较多。抗碳化的碱式硫酸镁水泥水化后的微观结构由空间分布比较均匀的大量 针杆状5?1?7晶须组成，结构致密，既存在Mg(OH) 2凝胶相、又存在针杆状5?1?7晶须 晶体，两者相互交织成连续的三维空间结构网络。
[0032] 如图3所示，为普通硅酸盐水泥配制的C80高性能混凝土 30d的SEM形貌图。抗 碳化的碱式硫酸镁水泥水化后的微观结构与普通硅酸盐水泥的水化微观结构非常相似。
[0033] 本发明的一种抗碳化的碱式硫酸镁水泥，所述抗碳化的碱式硫酸镁水泥由下述质 量百分数的组分组成：
[0034]
[0035] 所述氧化镁是指煅烧菱镁矿制成的氧化镁粉末材料、盐湖卤水提取碳酸锂工艺过 程中所产生的副产品氧化镁粉末材料中的任何一种或两种的组合。
[0036] 所述氧化镁由以下质量百分数的组分组成：
[0037]
[0038] 所述矿渣由以下质量百分数的组分组成：二氧化硅35. 50 %，三氧化二铝 12. 29 %，三氧化二铁2. 45 %，氧化钙36. 68 %，氧化镁10. 60 %，三氧化硫0. 65 %，氧化钠 L25%，氧化钾 0? 58%。
[0039]所述硅灰由以下质量百分数的组分组成：二氧化硅92. 00%，三氧化二铝1. 00%，氧化1? 0. 50 %，氧化镁1. 50 %，三氧化硫
[0040] 0.50%，三氧化二铁 2.00%，氧化钠 1.30%，氧化钾 1.20%。
[0041]本发明的制备所述的抗碳化的碱式硫酸镁水泥的方法，包括如下步骤：（1)按配 比称取上述比例的各组分，氧化镁40~55 %，七水硫酸镁20 %，工业废渣粉10 %，白矿渣 5 %，矿物掺合料3 %，脱硫石膏2 %，矿