本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种高致密水泥基材料及其制备方法。
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：本发明
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中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。硅酸盐水泥是由以硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙为主的硅酸盐水泥熟料，辅以适量石膏和粉煤灰、粒化高炉矿渣等混合材磨细制成的水硬性胶凝材料，是全世界用量最大的胶凝材料。例如，专利文献200610025969.x公开了一种高致密度硅酸钙板，其采用水泥、粉煤灰、石英砂、纤维素纤维、硅灰石、高岭土、矾土、云母为原料经打浆、贮浆、放浆、抄取、成型、加压、常压蒸养、脱模、压蒸、砂磨制成成品，这种硅酸钙板具有致密度高、握钉力高、强度大等特点。专利文献201710760339.5公开了一种高致密硅酸钙板及其制备方法，是由以下重量份的原料制得的：膨润土10-15份、改性剂0.1-0.5份、水泥150-200份、粉煤灰200-250份、硅灰10-20份、纤维1.5-4份。该发明的硅酸钙板孔隙率低、致密度高、油漆使用量降低40-50％，显著降低成本。事实上，硅酸盐水泥水化是一个复杂的物理、化学过程，在该过程中不仅会生成大量水化产物，如c-s-h和氢氧化钙等，还伴随着体积微收缩等，使最终得到的混凝土是一种气-液-固的三相共存体，这样共存体不仅结构致密度差，而且还有易溶性矿物氢氧化钙的存在，从而导致硅酸盐水泥硬化浆体抗侵蚀性和抗冻性差；因此，需要开拓新方法进一步改善硅酸盐水泥的结构致密度。技术实现要素：针对上述存在的问题，本发明提供一种高致密水泥基材料及其制备方法。本发明提出的水泥基材料能够改善和弥补硅酸盐水泥水化体积微收缩的不足，显著改善硅酸盐水泥的结构致密度。为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：本发明的第一目的：提供一种高致密水泥基材料，按重量份计，其包括固态组分和液态组分，且所述固态组分和液态组分分开存放；其中，所述固态组分包括：水泥100-120份、硫硅酸钙20-40份、绢云母粉10-25份、葡萄糖酸钠5-10份、阴离子型表面活性剂5-15份、醋酸钠1-5份、氢氧化铝10-18份；所述液态组分为15-38份水。进一步地，所述固态组分的存在形式包括：每一种固态成分单独存在，或者，将其中的任意两种或两种以上的固态组分混合。所述阴离子型表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。本发明所制备的硫硅酸钙为微晶态细粉，在水中极易团聚，但其能与葡萄糖酸钠分子链上的羟基和表面高活性的十二烷基苯磺酸钠发生交联作用，从而改善硫硅酸钙的分散性。优选地，所述高致密水泥基材料由以下重量份的组分构成：110份水泥、30份硫硅酸钙、20份超细绢云母粉、8份葡萄糖酸钠、10份十二烷基苯磺酸钠、3份醋酸钠、15份氢氧化铝和25份水。试验显示：当各组分含量处在上述特定值时，对水泥基材料的抗压强度和致密度改善更为明显。可选地，所述水泥包括硅酸盐水泥等。进一步地，所述硫硅酸钙是以微晶形态存在，其制备方法为：(a)将cao:sio2:caso4按照质量摩尔比为4-6:2:1的比例混合均匀，然后置于1100-1150℃的温度下煅烧30-80分钟，取出后水淬10-30秒；(b)将水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，再直接放入1200-1250℃的高温炉膛煅烧30-80分钟，取出后再次水淬冷却10-30秒；(c)将再次水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，即得以微晶形态存在的硫硅酸钙。本发明的第二目的，是提供所述高致密水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将醋酸钠溶解于水中，再加入氢氧化铝，并边加边搅拌，得物料a；(2)将硫硅酸钙、葡萄糖酸钠和阴离子型表面活性剂混合，搅拌后加入物料a，搅拌均匀，静置，得物料b；(3)将超细绢云母粉加入水中，搅拌，得物料c；然后依次向物料c中加入物料b、水泥，搅拌，即得高致密水泥基材料。进一步地，步骤(1)中，所述水的添加比例为5-18份，剩余的水全部用于步骤(3)中物料c的制备。进一步地，步骤(1)、(2)中，所述搅拌的时间均为30-90秒；步骤(2)中，所述静置时间为3-6分钟。本发明的第三目的，是提供所述高致密水泥基材料及其制备方法在建筑领域中的应用。本发明提供的水泥基材料具有优异的结构致密度，能够显著缓解因结构致密度差和易溶性矿物氢氧化钙的存在而导致的硅酸盐水泥硬化浆体抗侵蚀性和抗冻性差的问题，非常适于建筑领域中各种建筑材料的制备。与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：(1)本发明采用硫硅酸钙与氢氧化铝之间的协同作用，使硫硅酸钙在铝胶(即水化氧化铝，一般为微晶态的氢氧化铝)的激发下水化生成含有32个结晶水的钙矾石，该水化是体积微膨胀的过程，能改善和弥补硅酸盐水泥水化体积微收缩的不足，进而改善硅酸盐水泥的结构致密度。(2)本发明通过改变硫硅酸钙的存在形态来调控其粒径和水化活性，从而控制硫硅酸钙与铝胶的反应速率，既防止由于反应过快导致其水化产物包裹硅酸三钙，降低硅酸三钙的反应量和反应速率，最终降低混凝土的早期强度，又防止反应过慢导致所生成的钙矾石对硬化体结构产生膨胀应力，在内部形成微裂纹。(3)本发明利用超细绢云母的层状结构吸收部分拌合水，减少水泥硬化体中由自由水的存在所形成孔隙，并且层间水能为硫硅酸钙水化和钙矾石的生成提供必须的反应水，从而有效调控硫硅酸钙的水化反应速率，改善硅酸盐水泥的结构致密度。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如前文所述，硅酸盐水泥水化是一个复杂的物理、化学过程，在该过程中不仅会生成大量水化产物，还伴随着体积微收缩等，使最终得到的混凝土是一种气-液-固的三相共存体，这样共存体不仅结构致密度差，而且还有易溶性矿物氢氧化钙的存在，从而导致硅酸盐水泥硬化浆体抗侵蚀性和抗冻性差。因此，本发明提出一种高致密水泥基材料及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。需要说明的是，下列实施例中，所述硅酸盐水泥的强度等级为42.5，购自济南世纪创新水泥有限公司。实施例11、一种高致密硅酸盐水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将1份醋酸钠溶解于5份水中，再加入10份氢氧化铝，并边加边搅拌30秒，得物料a；(2)将20份硫硅酸钙、5份葡萄糖酸钠和15份十二烷基苯磺酸钠混合后搅拌30秒，再加入物料a搅拌均匀，静置3分钟；得物料b；(3)将25份超细绢云母粉和10份水混合后搅拌均匀，得物料c；然后先物料c中依次加入物料b、100份硅酸盐水泥，搅拌均匀，得到高致密硅酸盐水泥基材料。所述硫硅酸钙以微晶形态存在，其制备方法包括如下步骤：(a)将cao:sio2:caso4按照质量摩尔比为4:2:1的比例混合均匀，然后直接放入1100℃的高温炉膛煅烧80分钟，取出后水淬冷却10秒；(b)将水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，再直接放入1200℃的高温炉膛煅烧80分钟，取出后再次水淬冷却10秒；(c)将再次水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，得到以微晶存在的硫硅酸钙。实施例21、一种高致密硅酸盐水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将5份醋酸钠溶解于18份水中，再加入18份氢氧化铝，并边加边搅拌90秒，得物料a；(2)将40份硫硅酸钙、10份葡萄糖酸钠和5份十二烷基苯磺酸钠混合后搅拌90秒，再加入物料a搅拌均匀，静置6分钟；得物料b；(3)将10份超细绢云母粉和20份水混合后搅拌均匀，得物料c；然后先物料c中依次加入物料b、120份硅酸盐水泥，搅拌均匀，得到高致密硅酸盐水泥基材料。所述硫硅酸钙以微晶形态存在，其制备方法包括如下步骤：(a)将cao:sio2:caso4按照质量摩尔比为6:2:1的比例混合均匀，然后直接放入1150℃的高温炉膛煅烧30分钟，取出后水淬冷却30秒；(b)将水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，再直接放入1250℃的高温炉膛煅烧30分钟，取出后再次水淬冷却30秒；(c)将再次水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，得到以微晶存在的硫硅酸钙。实施例31、一种高致密硅酸盐水泥基材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将3份醋酸钠溶解于10份水中，再加入15份氢氧化铝，并边加边搅拌60秒，得物料a；(2)将30份硫硅酸钙、8份葡萄糖酸钠和10份十二烷基苯磺酸钠混合后搅拌45秒，再加入物料a搅拌均匀，静置5分钟；得物料b；(3)将20份超细绢云母粉和15份水混合后搅拌均匀，得物料c；然后先物料c中依次加入物料b、110份硅酸盐水泥，搅拌均匀，得到高致密硅酸盐水泥基材料。所述硫硅酸钙以微晶形态存在，其制备方法包括如下步骤：(a)将cao:sio2:caso4按照质量摩尔比为5:2:1的比例混合均匀，然后直接放入1120℃的高温炉膛煅烧50分钟，取出后水淬冷却20秒；(b)将水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，再直接放入1230℃的高温炉膛煅烧40分钟，取出后再次水淬冷却25秒；(c)将再次水淬后的产物粉磨至200目筛子筛余小于2％，得到以微晶存在的硫硅酸钙。实验例1一种高致密水泥基材料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(1)中不加入氢氧化铝，以验证硫硅酸钙在氢氧化铝的激发下发生的水化反应对硅酸盐水泥的结构致密度的影响。实验例2一种高致密水泥基材料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(2)中不加入硫硅酸钙，以验证硫硅酸钙在氢氧化铝的激发下发生的水化反应对硅酸盐水泥的结构致密度的影响。实验例3一种高致密水泥基材料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(2)中的硫硅酸钙为市售的普通硫硅酸钙粉，并不是采用实施例1所述的方法制备的微晶形态存在的硫硅酸钙，以验证硫硅酸钙的存在形态对硫硅酸钙与铝胶的反应速率的影响对硅酸盐水泥混凝土早期强度的影响。实验例4一种高致密水泥基材料的制备方法，同实施例1，区别在于：步骤(3)中不加入超细绢云母，以验证绢云母的层状结构的存在形态对硅酸盐水泥的结构致密度的影响。实验例5一种高致密水泥基材料的制备方法，同实施例1，区别在于：省略步骤(2)，以验证葡萄糖酸钠和十二烷基苯磺酸钠对所制备的硫硅酸钙的影响进而对得到的硅酸盐水泥的性能的影响。性能测试：根据按《混凝土强度检验评定标准》(gb/t50107—2010)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(gb/t50082-2009)对实施例1-3以及实验例1-5得到的高致密水泥基材料制作的混凝土试块进行抗压强(28天)度和孔隙率测试，结果如表1所示。表1实施例1实施例2实施例3实验例1实验例2实验例3实验例4试验例5抗压强度/mpa67.869.176.843.648.235.656.350.5孔隙率/％15.918.712.928.533.428.330.624.1从表1中测试结果可以看出，相对于实施例1，实验例1和2中得到硅酸盐水泥的结构致密度大幅度降低；这说明硫硅酸钙与氢氧化铝之间同时存在时能够改善硅酸盐水泥的结构致密度。进一步分析发现：这是由于硫硅酸钙在氢氧化铝的激发下水化生成含有32个结晶水的钙矾石，该水化是体积微膨胀的过程，其能够有效改善和弥补硅酸盐水泥水化体积微收缩的不足，进而改善硅酸盐水泥的结构致密度。而实验例3中得到硅酸盐水泥的早期强度大幅度降低，且结构致密度也出现了一定程度的降低，这说明硫硅酸钙的存在形态能够显著影响硅酸盐水泥的早期强度；进一步研究发现：这是由于微晶形态存在的硫硅酸钙能够有效控制硫硅酸钙与铝胶的反应速率，既能防止由于反应过快导致其水化产物包裹硅酸三钙，降低硅酸三钙的反应量和反应速率，最终降低混凝土的早期强度的问题，又能防止反应过慢导致所生成的钙矾石对硬化体结构产生膨胀应力，在内部形成微裂纹的问题。而实验例4中得到硅酸盐水泥的构致密度同样出现了大幅度降低，这也说明了超细绢云母的的加入能够有效改善硅酸盐水泥的结构致密度；进一步研究发现，这是由于超细绢云母具有的层状结构吸收部分拌合水，能够减少水泥硬化体中由自由水的存在所形成孔隙，并且层间水能为硫硅酸钙水化和钙矾石的生成提供必须的反应水，从而有效调控硫硅酸钙的水化反应速率，改善了硅酸盐水泥的结构致密度。另外，从试验例5的测试结果可以看出，在未添加葡萄糖酸钠和十二烷基苯磺酸钠时，得到硅酸盐水泥的构致密度和强度均低于实施例1，研究后发现：尽管本发明制备的硫硅酸钙能够与氢氧化铝等组分之间产生良好的协同作用提高硅酸盐水泥的性能，然而，前提是硫硅酸钙要能够均匀分散在制备的硅酸盐水泥，因为本发明制备的这种硫硅酸钙为微晶态细粉，其在水中极易团聚，从而导致硫硅酸钙只能局部改善硅酸盐水泥的性能，结果就是硅酸盐水泥的整体性能分布不均一，为克服上述问题，本发明发现这种微晶态的硫硅酸钙能与葡萄糖酸钠分子链上的羟基和表面高活性的十二烷基苯磺酸钠发生交联作用，从而改善硫硅酸钙的分散性，进而很好地克服了上述问题，稳定地改善了硅酸盐水泥的相关性能。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12