一种硫铝酸盐水泥基混凝土及其制备工艺
阅读说明：本技术 一种硫铝酸盐水泥基混凝土及其制备工艺 (Sulphoaluminate cement-based concrete and preparation process thereof ) 是由 何士成 陈佩圆 李进 曹可 王浩 沈文峰 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种硫铝酸盐水泥基混凝土及其制备工艺,包括以下原料的重量份组成：硫铝酸盐水泥14.076-16.565％、工业副产石膏0.828-2.484％、细沙24％、石子52％、水7.44％、缓凝剂0.014-0.017％。包括以下步骤：S1、原料按照重量份称取,先将原料中的水泥、副产石膏放入搅拌机中干搅拌,再放入细沙和石子搅拌3min至均匀；S2、将所称的抗坏血酸加入称量好的水中,搅拌使其溶解；S3、将S2所制溶液加入搅拌机中,搅拌3min至均匀；S4、搅拌结束后,装模并振捣成型,移放至养护箱养护后进行脱模,得到成品。通过使用工业副产石膏替代部分硫铝酸盐水泥,控制其使用量占混凝土总质量的0.828-2.484％,外掺微量的Vc,既可以弥补硫铝酸盐水泥基混凝土凝结时间短的问题,也可以提高混凝土的强度性能和可塑性能。(The invention discloses sulphoaluminate cement-based concrete and a preparation process thereof, wherein the sulphoaluminate cement-based concrete comprises the following raw materials in parts by weight: 14.076-16.565% of sulphoaluminate cement, 0.828-2.484% of industrial by-product gypsum, 24% of fine sand, 52% of stones, 7.44% of water and 0.014-0.017% of retarder. The method comprises the following steps: s1, weighing the raw materials in parts by weight, putting the cement and the byproduct gypsum in the raw materials into a stirrer for dry stirring, and then putting the fine sand and the stones into the stirrer for stirring for 3min to be uniform; s2, adding the weighed ascorbic acid into weighed water, and stirring to dissolve the ascorbic acid; s3, adding the solution prepared in the S2 into a stirrer, and stirring for 3min until the solution is uniform; and S4, after stirring, filling the mixture into a mold, vibrating the mixture for molding, moving the mixture into a curing box for curing, and then demolding to obtain a finished product. By using the industrial by-product gypsum to replace part of sulphoaluminate cement, controlling the use amount of the gypsum to be 0.828-2.484 percent of the total mass of the concrete, and doping a trace amount of Vc, the problem of short setting time of sulphoaluminate cement-based concrete can be solved, and the strength performance and the plasticity of the concrete can be improved.)
技术领域
本发明属于工业副产石膏高附加值处置利用领域，具体涉及一种硫铝酸盐水泥基混凝土其及制备方法。
背景技术
工业副产石膏主要包括脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、氟石膏、柠檬酸石膏以及硼石膏等。随着我国的磷肥、柠檬酸、钛白粉以及煤炭等产量达到世界第一，随之产生的工业副产石膏的排放量也达到了世界第一。这些石膏成分复杂，杂质较多，处理难度高，堆积占据土地，污染环境。随着我国环保力度的加大，工业副产石膏已经成为制约相关生产企业发展的重要障碍，甚至因工业副产石膏无法处置而导致企业处于半停产状态。可见，合理、高效利用工业副产石膏是个函待解决的问题。将工业副产石膏应用在建筑材料中是最具潜力的应用方向，可较为快速地消耗工业副产石膏，并制备结构材料，降低建筑材料成本，因而受到了学术界和工业界的高度关注和期待。工业副产石膏是以硫酸钙为主要成分的工业副产品，主要以二水石膏形式存在，大量的研究表明，若直接将工业副产石膏掺入普通硅酸盐基混凝土中，会严重延长混凝土凝结时间，降低力学强度。迄今为止，工业副产石膏在普通硅酸盐水泥基材料中的应用尚未取得突破。
为高效利用工业副产石膏，本发明在大量试验基础上，提出将工业副产石膏应用于硫铝酸盐水泥基混凝土中。试验结果表明，工业副产石膏可同时以硫铝酸盐水泥或细集料替代物的形式掺入硫铝酸盐水泥基混凝土中，在一定掺量条件下，不仅不会降低硫铝酸盐水泥基混凝土力学强度，而且还能提高其力学强度高达14％左右。本发明不仅可高效处置和高值利用工业副产石膏，降低工业副产石膏产生的环境污染和处置利用难题，而且还能降低硫铝酸盐水泥基混凝土成本，并在一定掺量条件下提高其力学强度，制备一种更加高效的复合胶凝体系。可见，本发明同时解决了工业副产石膏利用难题，并降低了硫铝酸盐水泥基混凝土成本，具有重要的经济、环境、社会和应用价值。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种硫铝酸盐水泥基混凝土其及制备方法，解决了工业副产石膏难利用难处理问题，在此基础上进一步实现了高效、大宗利用工业副产石膏的目的，具有非常广阔的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种硫铝酸盐水泥基混凝土，包括以下原料的重量份组成：硫铝酸盐水泥14.076-16.565％、工业副产石膏0.828-2.484％、细沙24％、石子52％、水7.44％、外掺缓凝剂0.014-0.017％。
进一步的，所述水泥与水的水灰比为0.45。
进一步的，所述硫铝酸盐水泥为快硬快干水泥熟料，水泥指标标号为42.5R。
进一步的，所述工业副产石膏主要成分为脱硫石膏 (CaSO4·2H2O)，性状表现为浅黄色粉末。
进一步的，所述缓凝剂为抗坏血酸(C6H8O6)，且缓凝剂用量为水泥用量的1/1000。
所述的硫铝酸盐水泥基混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照原料按照重量份称取，并将原料中的水泥、副产石膏放入搅拌机中干搅拌，至水泥与副产石膏均匀后，再放入细沙和石子搅拌3min至均匀；
S2、将所称的抗坏血酸加入称量好的水中，搅拌至其完全溶解；
S3、将S2所制备好的溶液加入搅拌机中，浆体搅拌3min至充分均匀即可；
S4、待搅拌物料结束后，转移至模具中振捣成型，随后将模具移放至养护箱养护后进行脱模，得到成品。
进一步的，所述S4步骤中养护箱养护的温度控制在22-24℃。
进一步的，所述S4步骤中养护箱养护的湿度控制在90～92％。
本发明的有益效果：
1、本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：既可以消耗掉工业副产石膏，解决其难处理问题，恢复并促进工厂正常运转；又可以降低建筑材料成本，实现工业上的废物利用，又可以减轻了工业副产石膏对空气、水体和土壤的污染，一举多得。
2、该制备方法简单，经济成本低，产率高，工业化生产前景广阔，是实现工业副产石膏有效利用的一个重要途径，达到环保绿色理念的要求。
附图说明
图1是本发明实施例1的工业副产石膏替代5％水泥情况下硫铝酸盐水泥基混凝土抗压强度数据图。
图2是本发明实施例2的工业副产石膏替代10％水泥情况下硫铝酸盐水泥基混凝土抗压强度数据图。
图3是本发明实施例3的工业副产石膏替代15％水泥情况下硫铝酸盐水泥基混凝土抗压强度数据图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种硫铝酸盐水泥基混凝土，包括硫铝酸盐水泥、工业副产石膏、沙子、石子、缓凝剂以及自来水。具体配比如表1所示，
表1
其中：细沙的细度模数为2.3，水灰比为0.45，所使用的的缓凝剂为抗坏血酸(简称Vc)。
一种硫铝酸盐水泥基混凝土的制备工艺，包括以下步骤：
S1、按照原料按照重量份称取，并将原料中的水泥、副产石膏放入搅拌机中干搅拌，至水泥与副产石膏均匀后，再放入细沙和石子搅拌3min至均匀；
S2、将所称的抗坏血酸加入称量好的水中，搅拌至其完全溶解；
S3、将S2所制备好的溶液加入搅拌机中，浆体搅拌3min至充分均匀即可；
S4、待搅拌物料结束后，转移至模具中振捣成型，随后将模具移放至养护箱养护后进行脱模，得到成品。
进一步的，所述S4步骤中养护箱养护的温度控制在22-24℃。
进一步的，所述S4步骤中养护箱养护的湿度控制在90～92％。
下表1.1为成品的抗压强度测定(单位：MPa)
表1.1
其中0％、5％分别表示工业副产石膏对硫铝酸盐水泥的替代量占比，0％Vc、0.1％Vc分别表示未使用Vc、使用了占水泥质量0.1％的 Vc。
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种硫铝酸盐水泥基混凝土，包括硫铝酸盐水泥、工业副产石膏、沙子、石子、缓凝剂以及自来水。具体配比如表2所示，
表2
项目
硫铝酸盐水泥
副产石膏
细沙
石子
缓凝剂
水
基准组1
2070
0
3000
6480
0
930
基准组2
2070
0
3000
6480
2.070
930
基准组5
1863
207
3000
6480
0
930
基准组6
1863
207
3000
6480
1.863
930
其中：细沙的细度模数为2.3，水灰比为0.45，所使用的的缓凝剂为Vc。
采用如实施例1相同的制备方法获得成品。
下表2.1为成品的抗压强度测定(单位：MPa)
表2.1
其中0％、10％分别表示工业副产石膏对硫铝酸盐水泥的替代量占比，0％Vc、0.1％Vc分别表示未使用Vc、使用了占水泥质量0.1％的Vc。
实施例3：
如图3所示，本发明提供一种硫铝酸盐水泥基混凝土，包括硫铝酸盐水泥、工业副产石膏、沙子、石子、缓凝剂以及自来水。具体配比如表3所示，
表3
项目
硫铝酸盐水泥
副产石膏
细沙
石子
缓凝剂
水
基准组1
2070
0
3000
6480
0
930
基准组2
2070
0
3000
6480
2.070
930
基准组7
1759.5
310.5
3000
6480
0
930
基准组8
1759.5
310.5
3000
6480
1.760
930
其中：细沙的细度模数为2.3，水灰比为0.45，所使用的的缓凝剂为Vc。
采用如实施例1相同的制备方法获得成品。
下表3.1为成品的抗压强度测定(单位：MPa)
表3.1
其中0％、15％分别表示工业副产石膏对硫铝酸盐水泥的替代量占比，0％Vc、0.1％Vc分别表示未使用Vc、使用了占水泥质量0.1％的Vc。
本申请中使用的碎石的性能指标应符合现行国家标准《建筑用卵石、碎石》GB/T14685中的二级要求。
若直接将工业副产石膏掺入普通硅酸盐水泥基混凝土，我们发现，当工业副产石膏替代海螺水泥成分质量的5％、10％、15％时，混凝土在龄期28天的强度仅为41.56MPa、35.67MPa、26.56Mpa，相比于普通硅酸盐基混凝土强度分别降低了15.22％、27.23％、45.82％。在此发明实例中，将工业副产石膏掺入硫铝酸盐水泥基混凝土，替代水泥成分质量同上，我们发现混凝土龄期28天的强度较常规硫铝酸盐水泥基混凝土强度分别提高了2.98％、14.46％、4.28％。
直接将工业副产石膏掺入普通硅酸盐基混凝土中，不仅会降低其混凝土强度，还会严重延长混凝土凝结时间3-6h；而对于凝结时间仅为20分钟的常规硫铝酸盐水泥基混凝土而言，在混凝土中加入脱硫石膏会提高其可塑性能。与此同时，我们在实例中配合使用了Vc，控制了混凝土凝结时间稳定在0.7-1h，保证该混凝土满足民用与商用建筑规范要求。
综上所述，本发明提供的硫铝酸盐水泥基混凝土及其制备工艺，通过使用工业副产石膏替代部分硫铝酸盐水泥，控制其使用量占混凝土总质量的0.828-2.484％，再搭配使用微量的Vc，不仅可以弥补硫铝酸盐水泥基混凝土凝结时间短的问题，还可以提高混凝土的强度性能和可塑性能。
该制备工艺操作简单，选用的材料成本及能耗均较低，变害为宝，流程清晰，适用于工业化生产。这种方法所生产的硫铝酸盐水泥基混凝土具有高强、高耐久性、高耐火性、绿色环保等优点，在混凝土材料中可以有力改善硫铝酸盐水泥基混凝土使用率低的窘境。在当今提倡环保节能的时代，此种制备硫铝酸盐水泥基混凝土正应运而生，将会大规模投入到生产当中，广泛用于民用与商用建筑。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。