本發(fā)明涉及礦渣水泥基材料，具體涉及一種早強型低碳礦渣水泥基材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)和使用是全球二氧化碳（co2）排放的主要來源之一。在水泥生產(chǎn)過程中，co2的排放主要來自兩個方面：一是碳酸鹽原料在煅燒過程中的分解，二是化石燃料的燃燒。為了應(yīng)對全球氣候變化，減少水泥工業(yè)中的co2排放成為了一個重要途徑。

3、礦渣水泥，尤其是礦渣硅酸鹽水泥，因其凝結(jié)時間穩(wěn)定、強度穩(wěn)定、水化熱低等優(yōu)點，在建筑和工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，低碳礦渣水泥的早期水化程度相對較低，導(dǎo)致其早期強度較低。這主要是因為礦渣水泥的水化反應(yīng)速度較慢，需要更長時間來發(fā)展其強度。此外，礦渣水泥的水化還受到環(huán)境溫度、濕度以及水泥顆粒細度等因素的影響，這些因素都會影響礦渣水泥早期強度的發(fā)展。

4、礦渣水泥的早期強度發(fā)展不足會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)在初期承載能力不足，影響工程的安全性和可靠性。此外，還會由于需要更長的時間來等待礦渣水泥進行水化反應(yīng)提高強度而導(dǎo)致施工進度的延遲。因此，提高礦渣水泥早期的水化程度，進而提高其早期強度顯得十分重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述的問題，本發(fā)明提供一種早強型低碳礦渣水泥基材料及其制備方法與應(yīng)用，其能夠有效提高礦渣水泥的早期水化程度，顯著提高了早期強度。具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所示。

2、在本發(fā)明的第一方面，公開一種早強型低碳礦渣水泥基材料，其原料包括如下組分：礦渣粉60~80重量份、石膏粉15~30重量份、水泥3~10重量份、水化促進劑1~5重量份、拌和水。其中：所述水化促進劑由碘酸羥銅cu(io3)2·3cu(oh)2和磷酸二氫鋁（al(h2po4)3）按質(zhì)量比0.08~0.13：1形成。所述拌和水與礦渣、石膏、水泥總質(zhì)量的比值為0.4~0.6：1。

3、進一步地，所述礦渣粉中主要組分（以氧化物形式表示）的質(zhì)量比為cao：sio2：al2o3：mgo：fe2o3：so3：tio2=32~36：25~40：15~20：5~10：0.1~0.5：2~3：1~2。

4、進一步地，所述礦渣粉由細度400~500目、500~600目、600~700目、700~800目的粉末級配而成?？蛇x地，所述400~500目、500~600目、600~700目、700~800目的粉末的質(zhì)量比=15~20：53~60：10~20：7~10。上述的礦渣粉能夠充分發(fā)揮微集料效應(yīng)，使所述水泥基材料結(jié)構(gòu)更加致密，有助于提升其強度和耐久性。

5、進一步地，所述水泥包括硅酸鹽水泥、基準(zhǔn)水泥、硫鋁酸鹽水泥、高貝利特硫鋁酸鹽水泥等中的至少一種。

6、進一步地，所述石膏粉包括無水石膏和二水石膏?？蛇x地，所述無水石膏和二水石膏的質(zhì)量比為0.3~0.6：1。上述的復(fù)合石膏能在水泥中發(fā)生堿反應(yīng)形成穩(wěn)定的硫酸鈣改善水泥的抗堿集料反應(yīng)，將其對力學(xué)性能帶來的不利影響。

7、進一步地，所述早強型低碳礦渣水泥基材料中還包括骨料?？蛇x地，所述骨料與礦渣、石膏、水泥總質(zhì)量的比值為2.5~3.5：1。

8、進一步地，所述早強型低碳礦渣水泥基材料中還包括聚羧酸減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺減水劑中的至少一種?？蛇x地，所述減水劑與礦渣、石膏、水泥總質(zhì)量的比為0.003~0.005：1。

9、在本發(fā)明的第二方面，公開一種所述早強型低碳礦渣水泥基材料的制備方法，包括如下步驟：

10、（1）將所述水化促進劑加到拌和水中攪拌均勻，得到的混合液備用。

11、（2）將所述礦渣、石膏、水泥混合均勻得到三元膠凝材料。然后加入所述混合液混合均勻，即得所述早強型低碳礦渣水泥基材料。

12、進一步地，步驟（2）中，還包括在所述三元膠凝材料中加入上述的骨料和減水劑的步驟。完成后再加入所述混合液。

13、在本發(fā)明的第三方面，公開所述早強型低碳礦渣水泥基材料在建筑工程、橋梁工程、道路工程、機場跑道、路緣石、防撞墻、固碳磚等中的應(yīng)用。

14、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下方面的有益效果：

15、正如前文所述，礦渣水泥雖然具有更低的碳排放，但這種水泥材料的早期水化程度低，進而導(dǎo)致早期強度較低。為此，本發(fā)明的礦渣水泥基材料中加入了以碘酸羥銅和磷酸二氫鋁形成的水化促進劑，其顯著提高了礦渣水泥的早期水化程度，使水泥早期強度得到了明顯提高。這是由于：

16、（1）所述碘酸羥銅和磷酸二氫鋁在拌合水的參與下進行雙置換絡(luò)合反應(yīng)（cu2++2io3?+al3++3po43?→cu(io3)2+al(po4)3）。一方面，絡(luò)合產(chǎn)物的形成調(diào)節(jié)了水泥體系的堿度，加速所述礦粉溶解，溶解出的硅鋁相與石膏反應(yīng)形成aft和c-s-h凝膠，這些產(chǎn)物能夠顯著提升礦渣水泥基材料的早期強度。另一方面，形成的絡(luò)合物填充在礦渣水泥體系的水化產(chǎn)物層中，降低了水化產(chǎn)物的層孔隙，從而提高了水化產(chǎn)物的密實性，促進了水泥強度的提升。

17、（2）所述水化促進劑中的碘酸羥銅呈堿性，其有助于提高所述石膏的溶解，溶解的石膏與礦渣中的硅鋁相反應(yīng)生成aft和c-s-h凝膠，這些產(chǎn)物同樣有助于早期強度的提升。同時，所述磷酸二氫鋁中的鋁離子還可以促進所述水泥中c2s和c3s的水化，從而促進水泥的早期水化程度，形成更多的c-s-h凝膠，提高礦渣水泥基材料的早期強度。同時，所述磷酸二氫鋁中的磷酸根還能夠與c-s-h凝膠中的硅酸根和鈣離子反應(yīng)形磷酸鹽類化合物，使所述c-s-h凝膠的結(jié)構(gòu)更加致密，從而使礦渣水泥基材料的全齡期強度和耐久性得到提升。另外，所述水化促進劑中磷酸二氫鋁提供的磷酸根還能夠與所述礦渣粉水化反應(yīng)釋放的鈣離子反應(yīng)形成磷酸鈣。同時所述磷酸根還能夠與未水化的礦渣、水泥熟料反應(yīng)形成新的含磷化合物，使所述礦渣、水泥的水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)更加致密，也有助于礦渣水泥基材料全齡期強度和耐久性的提升。

18、綜上，本發(fā)明的礦渣水泥基材料不僅克服了早期水化程度低導(dǎo)致早期強度較低的問題，而且這種水泥基材料相對于硅酸鹽水泥有效降低了co2排放。同時，所述礦渣、石膏等工業(yè)固廢的利用有助于降低其堆放造成的環(huán)境污染。

技術(shù)特征：

1.一種早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，包括如下組分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，以氧化物形式表示，所述礦渣粉中主要組分的質(zhì)量比為cao：sio2：al2o3：mgo：fe2o3：so3：tio2=32~36：25~40：15~20：5~10：0.1~0.5：2~3：1~2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，所述礦渣粉由細度400~500目、500~600目、600~700目、700~800目的粉末級配而成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，所述400~500目、500~600目、600~700目、700~800目的粉末的質(zhì)量比=15~20：53~60：10~20：7~10。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，所述水泥包括硅酸鹽水泥、基準(zhǔn)水泥、硫鋁酸鹽水泥、高貝利特硫鋁酸鹽水泥中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，所述石膏粉包括無水石膏和二水石膏；或者，所述無水石膏和二水石膏的質(zhì)量比為0.3~0.6：1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，還包括骨料；或者，所述骨料與礦渣、石膏、水泥總質(zhì)量的比值為2.5~3.5：1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，其特征在于，所述早強型低碳礦渣水泥基材料中還包括聚羧酸減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺減水劑中的至少一種；

9.權(quán)利要求1~8任一項所述的早強型低碳礦渣水泥基材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.權(quán)利要求1~8任一項所述的早強型低碳礦渣水泥基材料，或者權(quán)利要求9所述的制備方法得到的早強型低碳礦渣水泥基材料在建筑工程、橋梁工程、道路工程、機場跑道、路緣石、防撞墻、固碳磚中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及礦渣水泥基材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開一種早強型低碳礦渣水泥基材料及其制備方法與應(yīng)用。所述水泥基材料包括如下組分：礦渣粉60~80重量份、石膏粉15~30重量份、水泥3~10重量份、水化促進劑1~5重量份、拌和水。所述水化促進劑由碘酸羥銅和磷酸二氫鋁按照質(zhì)量比0.08~0.13：1形成。所述拌和水與礦渣、石膏、水泥總質(zhì)量的比值為0.4~0.6：1。本發(fā)明以碘酸羥銅和磷酸二氫鋁組成的水化促進劑有效促進了低碳礦渣水泥的早期水化程度，從而提高了早期強度，同時保證了水泥的中后期強度不會明顯降低。

技術(shù)研發(fā)人員：黃永波,武文浩,于糧,李振,朱江,杜鵬,王金邦
受保護的技術(shù)使用者：濟南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6