CN101318784B - 提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其制品强度的方法。该方法是在该种水泥、或该种水泥熟料、或用该种水泥或水泥熟料配制的混凝土中掺加了硼酸盐、或掺加了含有与硼酸盐等同重量组份三氧化二硼的矿石粉或外加剂。所添加的硼酸盐折合成对应三氧化二硼的重量是混合配比中的水泥或水泥熟料重量的0.5％-0.01％。

Description

提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法 

技术领域

本发明属于一种提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法。特别是适合于硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥以及熟料性能的改进。 

技术背景 

硫(铁)铝酸盐水泥是近代得到推广和应用的水泥新品种，行业内把硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥以及它们派生的其它水泥品种通称为第三系列水泥。该系列水泥的矿物组成特征是含有大量的硫铝酸钙矿物。以此与其它系列水泥相区别。虽然第三系列水泥的具有早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点，但仍面临者进一步的提高和改进，以适应日益提高的高水准建筑产品的需要。 

按GB 20472-2006硫铝酸盐水泥水泥标准生产的42.5级硫铝酸盐水泥抗压强度一天可达到30MPa。但6小时抗压强度只能达到20MPa以下，因而使得混凝土制品的脱模时间大大延长，为了提高设备的工作效率和混凝土的产品质量，不得不采用了蒸汽养护措施，从而导致成本的增加和能源的大量消耗。为了减少蒸汽养护的消耗，采用了早强剂，但效果并不特别显著。增加早强剂虽然可以减少蒸汽养护的消耗，但混凝土的初凝时间会缩短、流动性会变坏、后期强度会受到影响，最终牺牲了产品的质量，这是很多场合下是得不偿失的。按GB 20472-2006硫铝酸盐水泥水泥标准生产的硫率酸盐水泥，最高强度标号为72.5级，其28天抗压强度指标为 72.5MPa，加富裕标号和标准偏差，最高也就是80MPa，距离日益增长的现代工业建设需要仍然有着相当大的差距。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其制品强度的方法。也就是一种提高硫铝酸盐水泥、熟料，或者是铁铝酸盐水泥、熟料，以及利用它们作原料制成的混凝土制品的强度的方法。 

通过长期对硫铝酸盐水泥的及其外加剂的研究发现，虽然第三系列水泥的具有早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等一系列的优势，但仍然存在着很大的改进空间。特别是发现许多普通的工业原料对其重要技术指标存在着显著的影响。这就对进一步提高第三系列水泥、熟料以及用它们制作的混凝土制品技术性能提供了思路。 

本发明的目的是进一步提高这一类水泥、水泥熟料和用其配伍的混凝土制品的强度。问题的关键是采用什么的外加剂能最终提高强度指标，但又不影响其它的主要技术指标。 

现有的水泥理论中记载中的硼砂Na₂B₃O₇是水泥缓凝剂。本发明人参照发明创造学的逆向思维理论，从硼砂入手以硼酸盐为目标，进行了长期的实验探索。最终证实了本发明的核心思想：一种提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其制品强度的方法，关键在于在该种水泥、或该种水泥熟料、或用该类水泥或水泥熟料配制的混凝土中掺加了硼酸盐，或掺加了含有与硼酸盐等同重量组份三氧化二硼的矿石粉或外加剂。 

下面是本发明部分实验数据记录，掺加与不掺加硼酸盐的硫铝酸盐水 泥性能对比 

1、对应下面具体实施方式中的实施例1 

2、对应下面具体实施方式中的实施例3 

3对应下面体实施方式中的实施例8 

4对应具体实施方式中的实施例11 

5对应下面具体实施方式中的实施例14说明降低熟料用量的效果 

本发明可以带来以下重大的技术效果：在水泥生产中，通过使用本方法的试生产证明，在减少水泥熟料20％以上，仍可使所生产水泥满足GB20472-2006标准的系列性能要求。从而可大幅度降低水泥生产成本。由于在生产水泥强度大幅度提高，还可以大量掺加粉煤灰，或尾矿砂，或工业废石膏等大量工业废渣。掺加量可达到30％以上，符合国家节能利废政策和可持续发展的战略。 

反复实验证明，本方法可使硫铝酸盐水泥或熟料的抗压强度六小时即可达到40MPa以上。可生产出28天抗压强度高达100MPa高强度的水泥熟料或水泥，该水泥抗折强度亦有较大提高，为我国发展高强度高性能建筑材料或混凝土提供了途径。 

通过使用本方法，可以使常规生产的硫铝酸盐水泥抗压强度六小时达到30MPa以上，而且28天强度提高10MPa以上。将其用于混凝土制品的生产，免除蒸汽养护，节省能源，减少污染，也可降低水泥制品的生产成本，如仍采用蒸汽养护，则可成倍提高水泥制品的生产效率；也可利用本方法制作混凝土修补/堵漏剂/和各种建筑工程抢修、抢建材料。 

应用本方法可以十分有效的利用硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥配制出高强度的混凝土，而且早期强度的提高的同时对流动度也有很大提高，克服了加掺单一早强剂引发的矛盾，从根本上改善了混凝土的工作性能，提高了水泥制品的质量。 

具体实施方式

提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法，关键在于在该种水泥、或该种水泥熟料、或用该种水泥或水泥熟料配制的混凝 土中掺加了硼酸盐、或掺加了含有与硼酸盐等同重量组份三氧化二硼的矿石粉或外加剂。 

本方法中掺加的硼酸盐是硼酸钠、或是硼酸钾、或是硼酸铵、或是硼酸锂。 

实验证明了多种硼酸盐的有效性。所以，在本方法中起到关键作用的成分是硼酸盐中的三氧化二硼等效含量与配比中的水泥或水泥熟料重量百分比。 

所添加的硼酸盐折合成对应三氧化二硼的重量是混合配比中的水泥或水泥熟料重量的0.5％-0.01％。请参考下面的实施例： 

表中数据为应用本方法时，所掺入的硼酸盐折合成三氧化二硼与水泥或熟料的配比重量的百分比： 

实施例	硼酸钠	硼酸钾	硼酸锂	硼酸铵
					1	0.005％
2	0.05％
						0.2％
4	0.5％
					5		0.005％
6		0.07％
					7		0.21％
8		0.5％
					9			0.005％
10			0.08％
					11			0.22％
12			0.5％

13				0.005％
					14				0.09％
15				0.23％
					16				0.5％

在加入硼酸钠时是使用无水硼砂Na₂B₄O₇，或五水硼砂Na₂B₄O₇。5H₂O，或 十水硼砂Na₂B₄O₇·10H₂O，硼酸钠的加入重量以B₂O₃计为该种水泥或水泥熟料重量的0.5％-0.05％。 

具体的应用中所掺加的硼酸盐能用结构中具有等重量有效B₂O₃的偏硼酸钠、或偏硼酸锂、或焦硼酸钠、或过硼酸钠、或氟硼酸钠替代。 

使用本方法时所掺加的硼酸盐是在水泥熟料粉磨工序中加入的。 

使用本方法时所掺加的硼酸盐是在水泥配比粉磨工序中加入的。 

使用本方法时所掺加的硼酸盐是在用该类水泥或水泥熟料配制的混凝土阶段直接加入的，或直接使用加入了硼酸盐的水泥或水泥熟料配制混凝土。 

使用本方法时所掺加的硼酸盐是通过组分中包含有等效重量B₂O₃的外加剂中或填加剂实现的。 

使用本方法时所说的所用的无水硼砂Na₂B₄O₇，或五水硼砂Na₂B₄O₇。5H₂O，或十水硼砂Na₂B₄O₇.10H₂O可由相同分子结构形式下的硼酸钾、硼酸铵、或硼酸锂替代。 

使用本方法时所用的硼酸钠、硼酸钾、硼酸铵、硼酸锂均为水溶性硼酸盐。如果天然的矿石中含混有水溶性硼酸盐，就可以通过水泥或熟料在应用时的水化反应过程获得改性所需的、必要的B₂O₃起到应有的作用。因为真正起到作用的有效成分仅仅为该类水泥或熟料重量的万分之几到千分之几，比例很少。所以，在掺加众多的硼酸盐矿粉时，例如加入硼酸镁矿石粉时，硼酸镁虽然不溶于水，但它的矿石粉中混有一定量的可溶性硼酸盐，或说具备足量的三氧化二硼，因而可以包括在本方法的应用之中。 

Claims (4)

1.一种提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法，其特征在于在该种水泥、或用该种水泥配制的混凝土中掺加了硼酸盐、或掺加了含有与硼酸盐等同重量组份三氧化二硼的矿石粉，在该方法中掺加的硼酸盐是硼酸钠、或是硼酸钾、或是硼酸铵、或是硼酸锂，在加入硼酸钠时是使用无水硼砂Na₂B₄O₇，或五水硼砂Na₂B₄O₇·5H₂O，或十水硼砂Na₂B₄O₇·10H₂O，所添加的硼酸盐折合成相应三氧化二硼的重量是混合配比中的水泥重量的0.5％-0.005％。

2.根据权利要求1所说的提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法，其特征在于所掺加的硼酸盐用具有等重量有效B₂O₃的偏硼酸钠、或偏硼酸锂、或焦硼酸钠、或过硼酸钠、或氟硼酸钠替代。

3.根据权利要求1所说的提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法，其特征在于所掺加的硼酸盐在水泥配比粉磨工序中加入的。

4.根据权利要求1所说的提高以无水硫铝酸钙为主要矿物的水泥及其混凝土强度的方法，其特征在于所掺加的硼酸盐在用该类水泥配制的混凝土时直接加入的，或直接使用加入了硼酸盐的水泥配制混凝土。