本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种富硅镁质镍渣抗冻水泥及其制备方法。
背景技术：
在低温寒冷地区，混凝土受到破坏主要原因是冻融破坏，冻融破坏的根本因素是混凝土含有孔和水溶液。由于存在孔隙中的液体结冰产生膨胀，导致内部产生微裂纹损伤，在多次冻融循环作用下损伤会逐步累积扩展，最终导致混凝土内部疏松产生开裂。我国科学家根据不同孔径对混凝土性能的影响，把混凝土中的孔分为无害孔级(<200å)、少害孔级(200å-500å)、有害孔级(500å-2000å)和多害孔级(>2000å)，并认为增加500å以下的孔，减少1000å以上的孔，可显著提高混凝土的抗冻性等性能。因此，提高混凝土的抗冻性的主要途径之一是减少有害孔的数量。此外，通过加入引气剂，在混凝土中形成一定量不连通的气泡，缓解结冰时膨胀应力，可在一定程度上提高其抗冻性，这方面的研究有较多的文献与专利报道，如发明专利《一种抗冻性混凝土及其制备方法》[cn103482932a]。再者，在水泥中加入一定量的可溶盐，利用盐溶液具有较低的冰点，亦可在一定程度上提高抗冻性，如发明专利申请《一种抗冻性能优异的混凝土》公开文本[cn104529269a]。或者，在混凝土中加入一定量的有机聚合物微球，亦可提高抗冻性，在该方面有相当量的文献与专利报道，如us7288147b2。但是，已有的报道均未能显著的增加无害孔的数量和减少混凝土的含水量，因此，未能从根本上寻找到提高混凝土抗冻性的方法。
富硅镁质镍渣是在冶炼金属镍过程中产生的一种废渣，其产量极大，生产1t镍约产生30~50t镍渣，它的化学组分包括sio2、al2o3、mgo、fe2o3、cao等，富硅镁质镍渣中sio2、mgo含量高，两者总和可达80%，这种镍渣的主要矿物组成为斜顽辉石2(mg，fe)o·2(sio2)，并含有少量的顽辉石mgsio3和铁镁橄榄(mg·fe)2sio4石【刘甜甜,郭伟,蒋金海.镍渣制备多孔堇青石陶瓷的研究[j].中国陶瓷,2017(02):72-76】，镍渣的水化活性很低，在镍渣粉中添加cao、sio2和高岭土，可在一定程度提高其水化活性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种富硅镁质镍渣抗冻水泥及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种富硅镁质镍渣抗冻水泥，包括如下组分：普通硅酸盐水泥、含富硅镁质镍渣掺合料、二水石膏粉，所述普通硅酸盐水泥、含富硅镁质镍渣掺合料、二水石膏粉质量百分比分别为70-90%、10-30%、1-5%。
所述含富硅镁质镍渣掺合料包括石灰、富硅镁质镍渣，所述石灰、富硅镁质镍渣质量百分比分别为10-30%、70-90%。
优选的，所述含富硅镁质镍渣掺合料中石灰、富硅镁质镍渣的质量百分比分别为25%、75%；所述富硅镁质镍渣抗冻水泥中普通硅酸盐水泥、含富硅镁质镍渣掺合料、二水石膏粉质量百分比分别为70%、29%、1%。
一种富硅镁质镍渣抗冻水泥的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，石灰-富硅镁质镍渣混合料的制备：将质量百分比10-30%的石灰、70-90%的富硅镁质镍渣，共同粉磨至通过孔径为0.05-0.1mm的第一方孔筛，筛余小于5%，制得石灰-富硅镁质镍渣混合料；
步骤二，含富硅镁质镍渣掺合料的制备：将石灰-富硅镁质镍渣混合料加入质量百分比10-30%的水，搅拌均匀后，在50-90℃反应釜中反应2-6h，干燥后磨细至通过0.05-0.1mm的第二方孔筛，筛余小于10%，所得产物为含富硅镁质镍渣掺合料；
步骤三，富硅镁质镍渣抗冻水泥制备：将质量比10-30%的富硅镁质镍渣掺合料，质量比70-90%的普通硅酸盐水泥，以及质量比1-5%的二水石膏粉，混合均匀，即获得富硅镁质镍渣抗冻水泥。
所述步骤一中第一方形筛孔径为0.08mm，筛余小于3%。
所述步骤二中第二方形筛孔径为0.08mm，筛余小于8%。
本发明的有益效果是：
本发明利用石灰激发作用，使富硅镁质镍渣具有一定的水化活性，利用激发后富硅镁质镍渣掺合料的水化活性仍低于硅酸盐水泥，使硅酸盐水泥与富硅镁质镍渣掺合料具有水化速率差，并利用富硅镁质镍渣中镁质组分生成mg(oh)2过程中发生体积增加，从而显著减少混凝土的有害孔数量，进而提高其抗冻性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明的一种富硅镁质镍渣抗冻水泥，包括如下组分：普通硅酸盐水泥、含富硅镁质镍渣掺合料、二水石膏粉，所述普通硅酸盐水泥、含富硅镁质镍渣掺合料、二水石膏粉质量百分比分别为70-90%、10-30%、1-5%。
所述含富硅镁质镍渣掺合料包括石灰、富硅镁质镍渣，所述石灰、富硅镁质镍渣质量百分比分别为10-30%、70-90%。
一种富硅镁质镍渣抗冻水泥的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，石灰-富硅镁质镍渣混合料的制备：将质量百分比10-30%的石灰、70-90%的富硅镁质镍渣，共同粉磨至通过孔径为0.08mm的第一方孔筛，筛余小于3%，制得石灰-富硅镁质镍渣混合料；利用石灰激发作用，使富硅镁质镍渣具有一定的水化活性
步骤二，含富硅镁质镍渣掺合料的制备：将石灰-富硅镁质镍渣混合料加入质量百分比10-30%的水，搅拌均匀后，在50-90℃反应釜中反应2-6h，干燥后磨细至通过0.08mm的第二方孔筛，筛余小于8%，所得产物为含富硅镁质镍渣掺合料；
步骤三，富硅镁质镍渣抗冻水泥制备：将质量比10-30%的富硅镁质镍渣掺合料，质量比70-90%的普通硅酸盐水泥，以及质量比1-5%的二水石膏粉，混合均匀，即获得富硅镁质镍渣抗冻水泥。
富硅镁质镍渣的主要化学成分为sio2、mgo，它主要矿物组成为斜顽辉石2(mgfe)o·2(sio2)，并含有少量的顽辉石mgsio3和铁镁橄榄(mg·fe)2sio4石，它们在常温下与水反应的速度极低，属无水硬性废料。
本发明石灰作为碱性激发剂，在一定温度下通过水热作用，破坏镍渣主要矿物的结构，使其具有一定水化活性，制得水泥掺合料，然后与一定量的硅酸盐水泥混合，制成水泥。由于这种掺合料水化活性低于硅酸盐水泥，所以在水化后期（即硅酸盐水泥组分已经经水化产生了一定的刚性结构以后），这种掺合料开始发生水化反应，其中的镁质组分生成mg(oh)2，由于在含镁矿物生成mg(oh)2过程中发生体积增加，它填充在硬化水泥孔隙中，减少了有害孔的数量，所以可显著提高水泥的抗冻性。
为了测试本发明的富硅镁质镍渣抗冻水泥的性能，设计如下试验：
步骤一：制备七种不同质量百分比的石灰-富硅镁质镍渣混合料，分成七个试验组，分别按照本发明的方法制备成石灰-富硅镁质镍渣混合料，但各组石灰-富硅镁质镍渣的质量比不同，具体如下表1石灰-富硅镁质镍渣混合料组分。
表1石灰-富硅镁质镍渣混合料组分（质量百分比%）
步骤二：将步骤一中七种混合料加工成含富硅镁质镍渣掺合料，控制不同的混合料在不同的反应温度、反应时间下进行反应。具体如下表2含富硅镁质镍渣掺合料反应环境。
表2含富硅镁质镍渣掺合料反应环境
步骤三：分别使用步骤二中的七种掺合料加工成七种富硅镁质镍渣抗冻水泥制备，控制富硅镁质镍渣掺合料、普通硅酸盐水泥、二水石膏粉的质量百分比不同，具体如下表3。
表3富硅镁质镍渣抗冻水泥组分
步骤四：分别使用步骤四中制得的七种不同组分的抗冻水泥，分别按照《gb/t17671-1999水泥胶砂强度试验》制作试块，并采用《gb/t4111-2013混凝土砌块和砖试验方法》对其进行抗冻性能的实验，测试冻融循环300次后试样的质量损失率及抗压强度损失率。
测试结果如下表4冻融循环300次试块抗冻性。
表4冻融循环300次试块抗冻性
从上述试验可以看出，第一组试验使用的石灰、富硅镁质镍渣混合比例分别25%、75%，通过60℃、2h的反应制得的富硅镁质镍渣掺合料，混合1%的二水石膏粉、70%的普通硅酸盐水泥，制备的抗冻水泥试块，在冻融循环300次试验测试中，质量损失和抗压强度损失最小，抗冻性能最好。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。