一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂及其应用

摘要

本发明公开了一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂及其应用，特点是由以下原料及其重量份数组成：柠檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和硫酸铝10～30份；或者柠檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和氢氧化锂4～15，其中复合调凝剂中柠檬酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.2～0.4%，葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.8～1.2%，硫酸铝在硫铝酸盐水泥中的掺量为1～3%；或者复合调凝剂中柠檬酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.2～0.4%，葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.8～1.2%，氢氧化锂在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.4～1.5%，优点是有效控制硫铝酸盐水泥凝结时间，改善其工作性能。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料生产领域，尤其是涉及一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合 调凝剂及其应用。

背景技术

硫铝酸盐水泥主要是以无水硫（铁）铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥。 其采用品位较低的矾土、石灰石和石膏为原料，烧制成以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主 要矿物组成的熟料，外掺适量二水石膏磨细而成。配制的混凝土强度高、可在低温下浇 注，具有一定的微膨胀性。硫铝酸盐水泥具有早期高强度、高抗渗和高抗冻等基本特性， 并可通过调节石膏掺量来调整其膨胀性能，但硫铝酸盐水泥的矿物组分决定了它凝结比 较快，给施工作业带来不便，这也在一定程度上限制了其在工程领域的推广和利用。

目前，针对硫铝酸盐水泥缓凝剂和促凝剂的研究很多，杨克锐等人[延缓硫铝酸盐 水泥凝结的研究[J],硅酸盐学报,2002,30(2):155-160.]以硼砂和硫酸铝为主要成分 研制了新型硫铝酸盐水泥缓凝剂，认为只要合理控制缓凝剂中硼砂与硫酸铝的比例,在 一定的加入量范围内可保证水泥适度缓凝,对强度也无不利影响。杜鹏等[改性硼酸延 缓硫铝酸盐水泥的凝结[J].济南大学学报(自然科学版)2011,25(2):115-118.]的研 究指出复掺硼酸和硫酸铝可以延缓硫铝酸盐水泥的凝结时间，但单掺硫酸铝会对硫酸铝 水泥的凝结具有促进作用。叶正茂等[硫铝酸盐水泥基防渗堵漏材料凝结时间调控机制 的研究,硅酸盐通报[J],2005,4:58-61,65.]研究表明了在硫铝酸盐熟料中加入适量的硫酸 铝能改变硫铝酸盐水泥熟料的早期水化进程，从而缩短水泥浆体的凝结时间。综合以上 可以看出，现有的关于硫铝酸盐水泥调凝剂的研究均集中在具有缓凝作用和促凝作用外 加剂的单掺效果以及缓凝剂和促凝剂的复合掺加效果，目前，国内外均没有公开任何关 于多种缓凝剂与促凝剂复合掺加对硫铝酸盐水泥工作性能和早期力学的改善作用的相 关研究报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效控制硫铝酸盐水泥凝结时间，并改 善其工作性能和力学性能的复合调凝剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的 复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和 硫酸铝10～30份；或者柠檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和氢氧化锂4～15。

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠 檬酸钠2份、葡萄糖酸钠10份和硫酸铝20份。

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠 檬酸钠2份、葡萄糖酸钠10份和氢氧化锂10。

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂的应用，所述的复合调凝剂中柠檬酸 钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.2%～0.4%，葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为 0.8%～1.2%，硫酸铝在硫铝酸盐水泥中的掺量为1～3%；或者所述的复合调凝剂中柠檬 酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.2%～0.4%，葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为 0.8%～1.2%，氢氧化锂在硫铝酸盐水泥中的掺量为0.4%～1.5%。

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂的应用，所述的柠檬酸钠在硫铝酸盐 水泥中的掺量为0.2%，所述的葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为1%，所述的硫酸铝 在硫铝酸盐水泥中的掺量为2%。

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂的应用，所述的柠檬酸钠在硫铝酸盐 水泥中的掺量为0.2%，所述的葡萄糖酸钠在硫铝酸盐水泥中的掺量为1%，所述的氢氧化 锂在硫铝酸盐水泥中的掺量为1%。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明首次公开了一种改善硫铝酸盐水泥工 作性能的复合调凝剂及其应用，复掺组合柠檬酸钠和葡萄糖酸钠体系，不仅可以很好地 延长硫铝酸盐水泥的初凝时间，而且还可以大大提高硫铝酸盐水泥的工作性能。其中， 复掺0.2%柠檬酸钠和复掺1%葡萄糖酸钠的二相体系综合效果最好；硫酸铝以1～3%的掺 加比例或者氢氧化锂以0.4～1.5%的掺加比例与0.2%掺量柠檬酸钠和1%掺量葡萄糖酸钠 进行混掺所配制的三相体系可以按施工要求合理有效的控制硫铝酸盐水泥的初凝时间， 大大改善其工作性能，并对水泥早期强度无不利影响。

综上所述，本发明一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂及其应用，不仅可 以有效控制硫铝酸盐水泥凝结时间，同时能改善其工作性能和力学性能。

附图说明

图1为柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复配对硫铝酸盐水泥初凝时间的影响；

图2为柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复配对硫铝酸盐水泥流动性的影响；

图3为复掺0.2%柠檬酸钠和不同比例葡萄糖酸钠对硫铝酸盐水泥早期强度的影响；

图4为复掺0.4%柠檬酸钠和不同比例葡萄糖酸钠对硫铝酸盐水泥早期强度的影响；

图5为复掺0.2%柠檬酸钠、1%葡萄糖酸钠和不同比例硫酸铝对硫铝酸盐水泥初凝时 间、流动性的影响；

图6为复掺0.2%柠檬酸钠、1%葡萄糖酸钠和不同比例硫酸铝对硫铝酸盐水泥早期强 度的影响；

图7为复掺0.2%柠檬酸钠、1%葡萄糖酸钠和不同比例氢氧化锂对硫铝酸盐水泥初凝 时间、流动性的影响；

图8为复掺0.2%柠檬酸钠、1%葡萄糖酸钠和不同比例氢氧化锂对硫铝酸盐水泥早期 强度的影响。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠 檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和硫酸铝10～30份。

实施例2

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成： 柠檬酸钠2～4份、葡萄糖酸钠8～12份和氢氧化锂4～15。

实施例3

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠 檬酸钠2份、葡萄糖酸钠10份和硫酸铝20份。

实施例4

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂，由以下原料及其重量份数组成：柠 檬酸钠2份、葡萄糖酸钠10份和氢氧锂10。

实施例5

一种改善硫铝酸盐水泥工作性能的复合调凝剂的应用

1、试验原材料

52.5级快硬硫铝酸盐水泥，其化学成分见表1。其中外加剂葡萄糖酸钠，柠檬酸钠、 硫酸铝及氢氧化锂均为分析纯样品。

表1快硬硫铝酸盐水泥的化学成分(质量百分数%)

2、试验方法

(1)选定效果较好的两种缓凝剂，以不同的复合掺加比例掺加到硫铝酸盐水泥中， 拌制成水泥浆体，按照GB/T1346-2011中凝结时间测定方法测定浆体初终凝时间，并依 据GB/T8077-2000中水泥净浆流动度检测方法测定浆体的净浆流动度。之后，成型尺寸 为40mm×40mm×160mm的棱柱体试件，拆模后进行标准养护，并测定其早期力学性能。

(2)按照方案（1）在快硬硫铝酸盐水泥中分别掺加不同比例的葡萄糖酸钠和柠檬酸 钠，测定浆体的各种性能，并确定其最佳复掺比例。

(3)将硫酸铝和氢氧化锂分别以一定比例掺加到方案（2）所确定的复合缓凝剂中， 按方案（1）步骤进行复合调凝剂对硫铝酸盐水泥各项性能的测定。

3、试验结果分析

3.1柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复掺对硫铝酸盐水泥的影响

根据单掺硼砂、葡萄糖酸钠及柠檬酸钠对硫铝酸盐水泥各项性能的影响效果，选择 葡萄糖酸钠和柠檬酸钠以不同复合掺加比例配制复合调凝剂。硫铝酸盐水泥与水以5:3 比例混合后，掺加不同掺量的复合调凝剂。复合调凝剂对硫铝酸盐水泥的初凝时间和流 动性的影响见图1（柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复配对硫铝酸盐水泥初凝时间的影响）、图2 （柠檬酸钠和葡萄糖酸钠复配对硫铝酸盐水泥流动性的影响）、图3（复掺0.2%柠檬酸 钠和0～2.5%葡萄糖酸钠对硫铝酸盐水泥早期强度的影响）和图4（复掺0.4%柠檬酸钠和 0～2.5%葡萄糖酸钠对硫铝酸盐水泥早期强度的影响）。

由图1和图2可以看出：复掺柠檬酸钠和葡萄糖酸钠对硫铝酸盐水泥具有很明显的缓 凝效果，且在一定范围内，其缓凝效果与柠檬酸钠和葡萄糖酸钠的掺量均成正比。而且 复掺体系可以大大提高硫铝酸盐水泥的净浆流动度，很好地改善其工作性能。

从图3和图4可以看出，葡萄糖酸钠的掺量低于1%时，柠檬酸钠和葡萄糖酸钠的复合 体系对硫铝酸盐水泥浆体的早期抗压强度无不利影响；而葡萄糖酸钠掺量大于1%之后， 复合体系的掺入明显降低了硫铝酸盐水泥浆体的早期强度，因此葡萄糖酸钠的掺量可选 取0.8-1.2%的范围。

综合以上结果可以确定，在综合考虑性能与成本的条件下0.2%掺量的柠檬酸钠和 1%掺量的葡萄糖酸钠的复合配制的复合调凝剂缓凝效果最好。

3.2柠檬酸钠、葡萄糖酸钠及硫酸铝混掺的影响

为了能够灵活控制快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间，适应各种施工要求条件，同时也 为了防止以上复合缓凝剂对硫铝酸盐水泥出现过缓凝现象，因此在葡萄糖酸钠(1%掺量) 和柠檬酸钠(0.2%掺量)复掺体系中，掺加不同比例的促凝剂硫酸铝配制成复合调凝剂， 然后分别研究其对硫铝酸盐水泥浆体凝结时间、工作性能及力学性能的影响规律，具体 结果见图5、图6所示。

由图5和图6可知：在葡萄糖酸钠与柠檬酸钠组成的复配缓凝剂中加入适当比例的硫 酸铝后，可以对硫铝酸盐水泥起到较好的促凝作用，而且当硫酸铝掺入比例在3%左右 时，其促凝效果最好。因此，硫酸铝以1～3%（包括1%、2%、3%）的掺加比例与0.2% 掺量的柠檬酸钠和1%掺量的葡萄糖酸钠进行混掺所配制的调凝剂体系可以按施工要求 合理有效的控制其初凝时间。同时，以上三相混掺体系可以大大促进了硫铝酸盐水泥浆 体的流动性能。

3.3柠檬酸钠、葡萄糖酸钠及氢氧化锂混掺对硫铝酸盐水泥的影响

在1%掺量的葡萄糖酸钠和0.2%掺量的柠檬酸钠复掺体系中，再掺加不同比例的氢氧 化锂配制成三相复合调凝剂，然后分别研究其对硫铝酸盐水泥浆体凝结时间、工作性能 及力学性能的影响规律，具体影响结果见图7、图8所示。

从图7和图8可以看出，氢氧化锂在混掺体系中起到了很好的促凝作用，氢氧化锂掺 量在0.4%左右时，已有明显的效果，而当其掺量在1.5%左右时，促凝效果最好。其次， 这种混掺组合对硫铝酸盐水泥浆体的早期强度并无明显的负面影响，而其工作性能流动 性也具有很好地改善。

3.4实验结果

复掺组合柠檬酸钠和葡萄糖酸钠体系，不仅可以很好地延长硫铝酸盐水泥的初凝时 间，而且还可以大大提高硫铝酸盐水泥的工作性能。其中，掺加0.2%柠檬酸钠和1%葡萄 糖酸钠的硫铝酸盐水泥的二相体系综合效果最好。

硫酸铝以1～3%的掺加比例与0.2%掺量柠檬酸钠和1%掺量葡萄糖酸钠进行混掺所配 制的三相体系可以按施工要求合理有效的控制硫铝酸盐水泥的初凝时间，改善其工作性 能。

氢氧化锂掺量在0.4～1.5%的掺加比例与0.2%掺量柠檬酸钠和1%掺量葡萄糖酸钠进 行混掺所配制的三相体系，便可以有效控制硫铝酸盐水泥的初凝时间、大大改善其工作 性能，并对水泥早期强度无不利影响。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的 普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发 明的保护范围。