[发明专利]一种核壳结构硫铝酸钙的制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种核壳结构硫铝酸钙的制备方法及其应用，属于建筑材料技术领域。该方法利用硼在高温煅烧过程中促使晶体硫铝酸钙颗粒表面产生非晶薄膜，形成核壳结构，该方法的具体操作步骤如下：S1、生料制备：将干燥后的硫酸钙、氧化铝、氧化钙、含硼物质混合，得到生料，粉磨得粉状生料，硫酸钙、氧化铝、氧化钙的摩尔比为1:3:3，粉状生料中氧化硼的质量分数为0.5～6.0％；S2、生料压成料饼后煅烧，冷却至室温即可制得具有核壳结构硫铝酸钙，其中非晶相薄膜(壳)含量在1.3％～13.9％。本发明通过制备具有核壳结构的硫铝酸钙，稳定改变其水化性质，进而满足不同应用场景的性能要求，拓宽硫铝酸钙系列胶凝材料的使用范围。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种核壳结构硫铝酸钙制备方法及其应用。

背景技术

硫铝酸钙又称为K型膨胀剂，水化反应不仅极为迅速，而且水化后的体积增大，在加快胶凝材料早期强度发展以及补偿硬化浆体体积收缩方面获得了广泛应用，例如无收缩快硬硅酸盐水泥、自流平砂浆、膨胀混凝土等。然而，硫铝酸钙水化较快，容易导致浆体流动性经时损失较大，有时甚至无法为现场施工保证充裕的成型时间，常需利用缓凝剂对硫铝酸钙的凝结时间进行调整，以推迟主要水化反应的发生。

缓凝剂主要在硫铝酸钙水化过程中加入，常见的柠檬酸、葡萄糖酸钠等主要通过络合和吸附作用，阻碍硫铝酸钙水化产物的生长达到缓凝的效果，但效果不显著。硼酸、硼砂等含硼缓凝剂则通过阻碍矿物溶解和生成产物来延迟水化，但效果不稳定，有时缓凝效果较好，有时会严重缓凝。公开号为：CN101318784A的专利公开了一种采用硼酸盐(重量比为0.005％～0.5％)提高硫铝酸盐水泥(含硫铝酸钙)强度的外加剂，浆体凝结时间缩短了数分钟。桂雨等人研究则表明当硼砂质量百分比仅为0.3％时，硫铝酸盐水泥的初凝和终凝时间分别延长200分钟左右(桂雨等，硼砂对硫铝酸盐水泥水化行为的影响研究，硅酸盐通报,2016)。含硼缓凝剂加入量稍多可能会造成严重缓凝，因此有时需复配促凝剂锂盐、硫酸铝等。

2015年12月，天津水泥工业设计研究院申请了名为“全部利用工业废渣煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法”，公开号为：CN105314902A，采用混合料质量百分比为0.5％～1.0％的硼酸优化煅烧后的贝利特晶型结构，浆体凝结时间正常。2017年，同济大学吴梦雪等人利用硼、钠复掺(硼或钠对贝利特的摩尔比为0.1和0.2)实现了对贝利特-硫铝酸钙水泥中贝利特矿物的活化，浆体早期强度提高(吴梦雪等，贝利特-硫铝酸钙水泥制备及贝利特掺硼活化，同济大学学报,2017)。以上研究均采用极少量硼对贝利特硫铝酸钙中的贝利特晶型进行调控，而对应水泥浆体总体性能变化不大。

我国每年产生的含硼废弃物高达数百万吨，但利用率不到30％，大量堆积的含硼废弃物对环境造成了严重污染，而如何持续、大量、稳定处理含硼废弃物成为亟待处理的难题。含硼废弃物在胶凝材料水化硬化过程中使用量极少，因为其存在适应性和掺量控制的难题，极易导致相关胶凝材料的性能波动，而煅烧过程中加入的少量硼对含硫铝酸钙水泥的水化性能影响较小。考虑硫铝酸钙矿物的水化性能需要一种稳定的方法进行调控，且我国存在大量可作为助熔剂的含硼废弃物亟待处理的现状，本发明设计一种核壳结构硫铝酸钙制备方法，通过在煅烧过程中加入较多含硼物质形成独特的核壳结构，实现对硫铝酸钙水化性质的转变。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种核壳结构硫铝酸钙制备方法，可解决现有缓凝剂作用效果波动性较大的难题。

本发明提供了一种核壳结构硫铝酸钙的制备方法，采用含硼物质促使硫铝酸钙晶体表面在煅烧过程中产生非晶相薄膜，形成核壳结构，该方法包括以下步骤：

S1、生料制备：将干燥后的硫酸钙、氧化铝、氧化钙、含硼物质混合，得到生料，粉磨后制得粉状生料，所述硫酸钙、氧化铝、氧化钙的摩尔比为1:3:3，所述粉状生料中氧化硼的质量分数为0.5～6.0％；