[发明专利]一种特种水泥及其制备方法

说明书

本发明涉及特种水泥技术领域，尤其涉及一种新型的抗碱‑硅酸反应的水泥及其制备方法。一种特种水泥，包括重量百分数的以下组分：硅酸盐水泥熟料，稻壳灰，盐湖提锂副产镁渣。其制备方法：盐湖提锂副产镁渣经过球磨、筛分、水洗、沉淀、过滤和干燥得到其粉末与其他组分按比例混合即制得本发明特种水泥。本发明的优点：水泥制备、施工工艺简单、具有抗碱硅酸反应能力、防止活性硅质集料受碱集料膨胀破坏、不影响混凝土的工程力学性能，适用于所有现场浇筑和预制混凝土；可提高混凝土的耐久性、工程质量，并延长其使用寿命以及减少维护费用。

技术领域

本发明涉及特种水泥技术领域，尤其涉及一种新型的抗碱-硅酸反应的水泥及其制备方法。

背景技术

碱-硅酸反应（Alkali-Aggregate Reaction，简称AAR）是混凝土中的游离碱金属离子（Na+、K+等）与活性硅质骨料之间发生的一种膨胀性反应，是导致混凝土耐久性下降的主要原因，一旦发生则难以阻止，更不易治理，被称为混凝土的“癌症”；

现有水泥品种主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥一以及其他特种水泥。大量使用于混凝土的是硅酸盐水泥，而其中的普通硅酸盐水泥中虽然掺有一定混合材，但是掺量不足以防止碱-硅酸反应。矿渣硅酸盐水泥中的矿渣对抑制碱-硅酸反应效果不显著。粉煤灰硅酸盐水泥若将粉煤灰掺量大到足以抑制碱-硅酸反应的程度，则必然早强性能不良，不能满足工程施工进度要求。其他少数特种水泥虽然有抗碱-硅酸反应性能，但是价格昂贵，无法大量使用于普通混凝土工程。加之现有技术在使用过程中需要外加粉煤灰或者锂盐等抑制剂，造成工艺复杂，会降低混凝土的耐久性；

盐湖提锂副产镁渣为盐湖卤水提取碳酸锂工艺过程中所产生的副产粉末材料，成分主要包括碳酸锂、氢氧化镁、碳酸钙、氯化钠等，其具体成分依据所采用的工艺而有所变化，但是其主体成分是类似的。

发明内容

基于上述问题，本发明通过利用盐湖提锂副产镁渣中氢氧化镁和碳酸锂的混合物发挥协同作用能有效抑制碱-硅酸反应的特点，制备一种能确保混凝土使用活性硅质骨料时，不发生碱-硅酸反应破坏的新品种水泥。

研究表明，掺加少量的含碱金属锂的盐类对碱-硅酸反应（简称ASR）具有一定抑制作用，其原理为：与Na+ ( K+) 相比，Li+具有更小的离子半径，更高的电荷密度，由此引起Li-Si 较Na-Si和K-Si有更强的离子结合力，导致Li+取代Na+( K+) 优先形成了非膨胀性的反应产物硅酸锂凝胶L-S-H，这些更致密的产物包裹在集料周围，阻止了Na+ (K+) 对集料的进一步侵蚀。

实验发现，长龄期（60天）时含锂镁渣的膨胀率（0.21%），碳酸锂膨胀率（0.39%），说明含锂镁渣的抑制效果优于纯的碳酸锂，进一步分析Mg2+（离子半径86）和Li+（离子半径90）的离子半径。发现Mg2+和Li+具有相似的离子半径，结合我们的膨胀率实验结果，得出Mg2+也能抑制混凝土 ASR膨胀，或者说Mg2+和Li+共存时的抑制效果优于单独的Li+，即氢氧化镁和碳酸锂一起使用时的抑制效果优于纯的碳酸锂。

一种特种水泥，其中，包括重量百分数的以下组分：硅酸盐水泥熟料65～75%，稻壳灰0～20%，盐湖提锂副产镁渣15～35%。

其中，所述的盐湖提锂副产镁渣为氢氧化镁和碳酸锂的混合物；其中，所述的硅酸盐水泥熟料为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙中的一种或多种。

本发明的一种特种水泥的制备方法，包括以下步骤：

（1）盐湖提锂副产镁渣经过球磨、筛分、水洗、沉淀、过滤和干燥，除去对混凝土耐久性有害得钠离子和氯离子，得到300目以下的粉末备用。

（2）将步骤（1）处理好的盐湖提锂镁渣与硅酸盐水泥熟料和稻壳灰按比例混合即制得能抑制混凝土碱-硅酸反应的特种水泥。