CN103435279B - 一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥及其制备方法。本发明的掺钛矿渣超硫酸盐水泥的各组分按重量份数计为：20～50份粒化高炉矿渣，20～50份钛矿渣，10～30份复合激发剂；所述的复合激发剂是由10～25份碱性激发剂、60～80份硫酸盐激发剂、3～15份铝酸盐激发剂组成；所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥通过如下方法制备得到：（1）称取各组分原料，混合均匀；（2）将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。本发明制备得到的掺钛矿渣超硫酸盐水泥符合GB/T175-2007对普通水泥的物理性能和力学性能的要求。

Description

一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及掺钛矿渣超硫酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
随着我国节能减排和环境保护政策的实施，发展低碳、绿色复合胶凝材料日益成为建筑材料领域的重要发展趋势。
钛矿渣是一种含钛量高、活性差的酸性矿渣，是以钒钛矿石为原料，在冶炼生铁过程中排出的熔渣经水淬冷却的粒块状废渣，其TiO2含量一般大于10%，活性Al2O3通常在5%以内，TiO2在钛渣中以钙钛矿存在，水化活性很差。钛矿渣大量的堆放已对生态环境的可持续发展形成了严峻的挑战，对我国国民经济的持续、稳定、健康发展是一个大的障碍。
因此，提高钛矿渣在土木工程材料中的利用率，部分或全部的使用钛矿渣取代现有常用矿物掺合料粒化高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等，对于复合胶凝材料在土木工程材料中的推广应用具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种掺钛矿渣的超硫酸盐水泥及其制备方法。
一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥，它由粒化高炉矿渣、钛矿渣和复合激发剂组成，各组分按重量份数计为：粒化高炉矿渣20～50份，钛矿渣20～50份，复合激发剂10～30份；所述复合激发剂由碱性激发剂、硫酸盐激发剂和铝酸盐激发剂组成；所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥通过如下方法制备得到：（1）配料：按配方计量称重粒化高炉矿渣，钛矿渣，及复合激发剂，混合均匀；（2）将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。
上述方案中，所述复合激发剂的各组分按重量份数计为：10～25份碱性激发剂，60～80份硫酸盐激发剂，3～15份铝酸盐激发剂。
上述方案中，所述硫酸盐激发剂为工业副产石膏，至少一种选自脱硫石膏、磷石膏、或氟石膏。
上述方案中，所述碱性激发剂至少一种选自水泥熟料、氢氧化钙、或硅酸钠。
上述方案中，所述铝酸盐激发剂至少一种选自铝矾土、高铝水泥、或铝酸钠。
上述方案中，所述铝酸盐激发剂中Al2O3含量在50wt%以上。
上述掺钛矿渣超硫酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：（1）配料：按配方计量称重原料：20～50份粒化高炉矿渣，20～50份钛矿渣，及10～30份复合激发剂，混合均匀；（2）将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，即得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。
本发明中，比表面积的测试方法为：根据GB8074-87标准的规定，采用勃氏透气比表面积仪测量超硫酸盐水泥的比表面积。
本发明所述掺钛矿渣的超硫酸盐水泥中，钛矿渣与粒化高炉矿渣中的硅铝氧化物成分在复合激发剂的作用下，生成大量水化产物，如图1（28d水化产物形貌图）和图2（90d水化产物形貌图）所示：大量针状及柱状钙矾石，彼此间团簇生长；纤维状及片状的水化硅酸钙与钙矾石互相交织在一起；随着龄期的增长，水化产物日益增多，水化结构体系更加致密。
本发明所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，是通过将各组分按组分配比混合后，经过400～500℃低温煅烧1～2小时制备得到，其优越性在于：1）硫酸盐激发剂中含有较大量的P2O5、F-等酸性杂质，经过400～500℃低温煅烧1～2小时后，这些酸性杂质或分解成气体或部分转变为惰性的、稳定的难溶性磷酸类化合物，可以有效的减少酸性杂质对超硫酸盐水泥水化硬化进程的影响，促进早期强度的发展；2）煅烧后，各组分的比表面积增大，结构更加疏松，具有更高的活性和水硬性；3）同时在加热过程中硫酸盐激发剂的晶格得到了重新排列而变得不稳定，遇水后的溶解度更大，在水化初期就为水化硫铝酸钙的形成较快较多地提供了Ca2+联接SO4 2-，促进了早期一次水化产物的形成和强度的提高；4）随着水化的进行，硫酸盐激发剂中SO4 2-不断溶出，并与碱性激发剂水化产生的水化产物Ca(OH)2共同对粒化高炉矿渣和钛矿渣起复合激发作用，形成二次水化产物填充空隙，水化硬化体系孔径分布更小，累计孔径更低（如图1、图2和图3所示），因此采用本发明所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥的制备方法，直接影响到超硫酸盐水泥水化初期生成的数量、结晶形态及其稳定性，有利于超硫酸盐水泥强度的发展。
本发明的掺钛矿渣超硫酸盐水泥的制备过程中，优选采用比表面积≥400m2/kg，具有更高的力学性能和更低的粉磨能耗。本发明选用工业副产石膏作为硫酸盐激发剂，可以进一步的提高工业废渣利用率。
本发明的有益效果：
（1）本发明以钛矿渣为原料，钛矿渣的来源丰富，原材料成本低；
（2）本发明制备工艺简单，制备得到的掺钛矿渣超硫酸盐水泥符合GB/T175-2007对普通水泥要求的物理性能和良好的力学性能；
（3）本发明的原材料中，钛矿渣和工业副产石膏属于工业废渣，对工业废渣的再利用，创造经济价值的同时，又节能环保。
附图说明
图1为掺钛矿渣超硫酸盐水泥28d水化产物形貌图。
图2为掺钛矿渣超硫酸盐水泥90d水化产物形貌图。
图3为90天龄期水泥浆体孔分布曲线（SSC-1为未经过煅烧的超硫酸盐水泥，SSC-2为经过煅烧的超硫酸盐水泥），其中（a）为两种水泥系统孔分布微分曲线，(b)为两种水泥体系累积孔体积分布曲线。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
实施例1～6
实施例1～6中，掺钛矿渣超硫酸盐水泥的各组分配方见表1，表1中，所述钛矿渣的TiO2含量为13wt%，Al2O3含量为2wt%左右，所述复合激发剂的各组分配方见表3，表3中，所述铝酸盐激发剂的Al2O3含量在50wt%以上。
掺钛矿渣超硫酸盐水泥的制备方法的具体工艺参数见表2，具体操作步骤为为：（1）配料：按配方计量称重粒化高炉矿渣、钛矿渣、及复合激发剂，混合均匀；（2）将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，即得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。
表1 掺钛矿渣的超硫酸盐水泥各组分配比（重量份数）
实施例 粒化高炉矿渣 钛矿渣 复合激发剂
1 20 50 30
2 40 42 18
3 43 40 17
4 47 33 20
5 45 45 10
6 50 20 30
表2 掺钛矿渣的超硫酸盐水泥的制备工艺
实施例 煅烧温度 煅烧时间 粉磨后的比表面积积
1 500℃ 1小时 440m2/kg
2 480℃ 1.2小时 470m2/kg
3 460℃ 1.4小时 450m2/kg
4 450℃ 1.6小时 480m2/kg
5 430℃ 1.8小时 510m2/kg
6 400℃ 2小时 500m2/kg
表3 复合激发剂各组分配比（重量份数）
实施例1～6制备得到的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，按照GB/T1346-2001和GB/T17671-1999进行水泥胶砂试块成型及其基本物理性能检测，检测结果如表4、表5所示。
表4 掺钛矿渣超硫酸盐水泥的物理性能
表5 掺钛矿渣的超硫酸盐水泥力学性能/MPa
实施例 3天 抗折/抗压 7天 抗折/抗压 28天 抗折/抗压
1 5.8/17.8 6.0/26.7 7.8/43.8
2 4.9/19.6 5.5/26.4 9.0/44.8
3 5.0/18.7 6.6/28.1 8.2/45.0
4 4.8/18.6 8.3/34.5 9.1/50.1
5 5.0/17.4 7.9/31.0 10.0/46.4
6 5.0/20.6 6.3/31.4 9.1/49.5
表4、表5的结果表明，实施例1～6制备得到的掺钛矿渣超硫酸盐水泥均符合GB/T175-2007中对42.5强度等级普通硅酸盐水泥的物理性能要求和力学性能要求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于它由粒化高炉矿渣、钛矿渣和复合激发剂组成，各组分按重量份数计为：粒化高炉矿渣20～50份，钛矿渣20～50份，复合激发剂10～30份；所述复合激发剂由碱性激发剂、硫酸盐激发剂和铝酸盐激发剂组成；所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥通过如下方法制备得到：(1)配料：按配方计量称重粒化高炉矿渣，钛矿渣，及复合激发剂，混合均匀；(2)将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。
2.根据权利要求1中所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于所述复合激发剂的各组分按重量份数计为：碱性激发剂10～25份，硫酸盐激发剂60～80份、铝酸盐激发剂3～15份。
3.根据权利要求1或2所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于所述硫酸盐激发剂至少一种选自脱硫石膏、磷石膏、或氟石膏。
4.根据权利要求1或2所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于所述碱性激发剂至少一种选自水泥熟料、氢氧化钙、或硅酸钠。
5.根据权利要求1或2所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于所述铝酸盐激发剂至少一种选自铝矾土、高铝水泥、或铝酸钠。
6.根据权利要求1或2所述的掺钛矿渣超硫酸盐水泥，其特征在于所述铝酸盐激发剂的Al2O3含量在50wt％以上。
7.权利要求1或2所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配料：按配方计量称重20～50份粒化高炉矿渣，20～50份钛矿渣，及10～30份复合激发剂，混合均匀；(2)将混匀后的原料放入400～500℃的条件下煅烧1～2小时，冷却后，共同粉磨至比表面积≥400m2/kg，得到所述掺钛矿渣超硫酸盐水泥。
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