CN101337779B - 复合硅酸盐水泥外加剂及其生产方法 - Google Patents

复合硅酸盐水泥外加剂及其生产方法 Download PDF

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Abstract

复合硅酸盐水泥外加剂及其生产工艺,其特征在于:所述的复合硅酸盐水泥外加剂由无机外加剂和有机外加剂组成;其重量比为:水泥熟料20~75、无机外加剂20~75、有机外加剂1~5;所述的无机外加剂选自:粉煤灰、沸石渣、硅灰、锂渣、硫酸钙渣和煅烧磷石膏渣的复合物;所述的有机外加剂选自:甲酸钙、氟硅酸钙、乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯的复合物。掺有本发明外加剂的水泥,3天抗压强度提高10~50%;28天抗压强度提高10~30%;3天抗折强度提高5~40%;28天抗折强度提高5~20%;比表面积提高5~20%;本发明可以增加水泥产量,提高水泥强度,降低生产成本,节约资源,保护环境。

Description

复合硅酸盐水泥外加剂及其生产方法
技术领域
本发明属于建筑材料类,涉及一种复合硅酸盐水泥外加剂及其生产工艺方法。
技术背景
普通硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料,加入混合材(硅灰、粉煤灰、矿渣等)和适量石膏,磨细制成的。其中,混合材料多为工业废弃物,适当掺入可以降低成本,节约能源,保护环境,并能提高水泥的和易性等性能,但是,掺量过多,也会降低水泥的抗压强度、抗折强度等物理性能。如何在保证水泥强度和各项物理性能的条件下,通过技术手段增加水泥中混合材的比例,从而降低成本,节约能源成为一个新课题。
众所周知,在水泥中掺加某些外加剂能改善水泥中混合材的掺加量和其它性能,近年来人们通过大量的科学试验,对水泥外加剂进行不断改进,并研制出性能各异的水泥外加剂。现有的水泥外加剂的主要缺陷在于:功能单一,综合效能差。为了满足水泥技术发展的需要,利用来源丰富的工业废渣为主要原料开发出一种质优价廉的复合硅酸盐水泥外加剂,其掺加在水泥中可以激发水泥中混合材的潜在活性,促进水泥熟料强度的持续发展,改善水泥的理化性能和施工性能,从而在增加混合材比例的情况下,仍能保证并提高水泥的质量,从而达到降低成本,提高产量,节约能源的要求。这是本领域技术人员的重要研究课题。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术的缺点,提供一种复合硅酸盐水泥外加剂及其生产工艺。采用本发明的复合硅酸盐水泥外加剂,可以在增加混合材比例的情况下,保证并提高水泥的质量,达到降低成本,提高产量,节约能源的要求。
完成上述发明任务的方案是,一种复合硅酸盐水泥外加剂,其特征在于:所述的复合硅酸盐水泥外加剂由无机外加剂和有机外加剂组成;其重量比例为:水泥熟料20~75、无机外加剂20~75、有机外加剂1~5;
所述的无机外加剂选自:粉煤灰、沸石渣、硅灰、锂渣、硫酸钙渣和煅烧磷石膏渣的复合物;
所述的有机外加剂选自:甲酸钙、氟硅酸钙、乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯的复合物。
更优化和更具体地说,所述的无机外加剂由以下原料及重量比例组成:粉煤灰40~70、沸石渣15~35、硅灰3~15、锂渣3~15、硫酸钙渣3~15、煅烧磷石膏3~15;
所述的有机外加剂由以下原料及重量比例组成:甲酸钙25~45、氟硅酸钙25~45、乙二醇5~15、丙三醇5~15、聚乙烯醇5~15、丙烯酸酯5~15。
本申请推荐以下最佳比例:
所述的无机外加剂由以下原料及重量配比组成:粉煤灰40~45、沸石渣20~30、硅灰10~15、锂渣3~5、硫酸钙渣3~5、煅烧磷石膏3~5;
所述的有机外加剂由以下原料及重量配比组成:甲酸钙25~30、氟硅酸钙25~30、乙二醇10~15、丙三醇10~15、聚乙烯醇10~15、丙烯酸酯10~15。
完成本发明第二个发明任务的方案是,一种复合硅酸盐水泥外加剂的生产工艺,步骤如下,
首先,将无机外加剂按配比混合并粉磨至0.08mm孔筛筛余在5%以下的细粉;
然后将有机外加剂按配比混合并粉磨至1μm以下粒径占95%以上的细粉;
最后按比例加入水泥熟料、无机外加剂和有机外加剂粉磨至标准水泥细度的成品水泥。
本发明与背景技术相比有如下优点:本发明采用的粉煤灰、沸石渣、硅灰等为无机增强组分。将本发明所采用的上述掺合料磨细后加到水泥中,一方面矿渣微粉粒子本身填充孔隙,堵塞连通孔道,使水泥的密实性提高,同时矿渣微粉水化产生的C-S-H凝胶也使水泥的结构进一步密实;另一方面,由于矿渣取代了部分水泥熟料,对水泥中C3A(铝酸三钙)的总量有稀释作用,从而减少了钙矾石等膨胀性产物的生成,增强了水泥的抗硫酸盐侵蚀能力。此外,上述掺合料能稀释、吸附水泥孔溶液中的碱,与孔溶液中的Ca(OH)2发生火山灰反应,减少甚至消除体系中的Ca(OH)2,火山灰反应生成的低Ca/Si比产物能同时吸附和滞留孔溶液中的碱,对水泥体系起致密化作用。因此,上述掺合料具有碱集料反应抑制能力。本发明采用的锂渣、硫酸钙渣和煅烧磷石膏渣等为调节凝结时间组分。其中,锂渣中的碳酸锂有效成分会缩短水泥的水化诱导期并加速水泥水化,加快水泥凝结,具有促凝作用;硫酸钙渣中的硫酸钙有效组分和煅烧磷石膏渣加入到水泥中,由于与熟料矿物C3A形成了钙矾石,阻止了C3A与水直接反应快速生水成化铝酸钙,从而起到延缓水泥凝结的作用。上述组分的合理匹配能一定程度地调节水泥的凝结时间。本发明采用的甲酸钙、氟硅酸钙等为有机增强组分,在掺合料中起激发组分活性、改善加工性能的作用。本发明采用的乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯等为有机助磨和增强组分。在水泥生产中加入上述组分,首先,通过物理或化学吸附作用于粉磨物料颗粒表面,对水泥颗料有强分散性能,减少颗粒间的摩擦力和粘附力,使颗粒间的滑动变得容易,增加物料的流动性,从而改善磨内的粉磨环境,最终改善粉磨效果。其次,在水泥粉磨过程中能消除静电、减少过粉磨现象,有效地防止或减少附聚现象,平衡颗粒表面静电,降低表面张力和表面能,使颗粒间的静电凝聚力达到屏蔽,清除包球、糊磨等现象,提高磨机台产。再次,中和导致微裂纹再愈合和细颗粒团聚,特别是细磨阶段,起到良好的分散作用,有效地延长粉磨极限。最后,上述组分与水泥中的铝、硅、钙等发生化学反应,产生具有增强功能的中间物质,同时造成水泥中氧化物晶格缺陷,增加水泥活性从而提高水泥强度,改善水泥性能。此外,掺入上述有机外加剂进行粉磨后,水泥颗粒尺寸减小,粒径较大的颗粒明显减少,细颗粒显著增多。可能原因是:水泥颗粒在粉磨过程中受到各方应力的影响,颗粒内部的电价键断裂,致使颗粒断面两侧形成相反的电荷,不利于微细粉的分散。引入上述有机外加剂后,这些外加剂大多为强表面活性剂,会选择吸附在粉体表面屏蔽表面剩余电荷,增加细粉的稳定性,防止细粉的聚结,阻止断面重合,从而提高粉磨效率及水泥细度,提高磨机的台时产量,降低平均电耗。
实测表明:相对于基准硅酸盐水泥,掺有本发明的复合硅酸盐水泥外加剂所配制的水泥,其3天抗压强度提高了1~8MPa,相当于增长了10~50%;其28天抗压强度提高了3~10MPa,相当于增长了10~30%。其3天抗折强度提高了0.2~1.4MPa,相当于增长了5~40%;其28天抗折强度提高了0.4~1.6MPa,相当于增长了5~20%。其比表面积提高了15~70m2/kg,相当于增加了5~20%;其凝结时间范围可扩大至减少0.5小时到增加1.5小时;所生产的水泥安定性均合格。磨机的台时产量提高了3~7吨/小时,相当于提高了10~25%,由此引起的平均电耗下降了5~10%。
本发明适用于水泥加工生产过程中,利用来源丰富的工业废渣为主要原料为水泥行业提供了一种质优价廉的复合硅酸盐水泥外加剂及其生产工艺,可以增加水泥产量,提高水泥强度,降低生产成本,节约资源,保护环境。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步的论述,但实施例不应视作对本发明权利的限定。
实施例1
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料20、无机外加剂75、有机外加剂5。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰40、沸石渣35、硅灰4、锂渣15、硫酸钙渣3、煅烧磷石膏3。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙25、氟硅酸钙45、乙二醇5、丙三醇15、聚乙烯醇5、丙烯酸酯5。
实施例2
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料25、无机外加剂70、有机外加剂5。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰45、沸石渣35、硅灰5、锂渣8、硫酸钙渣5、煅烧磷石膏3。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙30、氟硅酸钙40、乙二醇10、丙三醇10、聚乙烯醇5、丙烯酸酯5。
实施例3
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料30、无机外加剂66、有机外加剂4。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰50、沸石渣15、硅灰7、锂渣10、硫酸钙渣15、煅烧磷石膏3。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙35、氟硅酸钙35、乙二醇15、丙三醇5、聚乙烯醇5、丙烯酸酯5。
实施例4
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料35、无机外加剂62、有机外加剂3。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰55、沸石渣25、硅灰3、锂渣7、硫酸钙渣3、煅烧磷石膏7。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙40、氟硅酸钙40、乙二醇10、丙三醇5、聚乙烯醇10、丙烯酸酯5。
实施例5
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料40、无机外加剂58、有机外加剂2。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰60、沸石渣20、硅灰3、锂渣9、硫酸钙渣4、煅烧磷石膏4。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙45、氟硅酸钙25、乙二醇5、丙三醇5、聚乙烯醇15、丙烯酸酯5。
实施例6
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料45、无机外加剂54、有机外加剂1。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰65、沸石渣15、硅灰5、锂渣3、硫酸钙渣5、煅烧磷石膏7。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙30、氟硅酸钙30、乙二醇10、丙三醇10、聚乙烯醇10、丙烯酸酯10。
实施例7
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料50、无机外加剂49、有机外加剂1。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰70、沸石渣15、硅灰3、锂渣3、硫酸钙渣3、煅烧磷石膏6。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙25、氟硅酸钙25、乙二醇15、丙三醇15、聚乙烯醇5、丙烯酸酯15。
实施例8
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料55、无机外加剂43、有机外加剂2。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰45、沸石渣20、硅灰3、锂渣3、硫酸钙渣4、煅烧磷石膏15。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙25、氟硅酸钙40、乙二醇10、丙三醇15、聚乙烯醇5、丙烯酸酯5。
实施例9
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料60、无机外加剂37、有机外加剂3。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰55、沸石渣15、硅灰5、锂渣7、硫酸钙渣6、煅烧磷石膏12。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙30、氟硅酸钙35、乙二醇15、丙三醇10、聚乙烯醇5、丙烯酸酯5。
实施例10
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料65、无机外加剂31、有机外加剂4。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰55、沸石渣15、硅灰5、锂渣8、硫酸钙渣9、煅烧磷石膏8。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙35、氟硅酸钙30、乙二醇15、丙三醇5、聚乙烯醇5、丙烯酸酯10。
实施例11
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料70、无机外加剂26、有机外加剂4。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰40、沸石渣15、硅灰15、锂渣12、硫酸钙渣12、煅烧磷石膏6。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙35、氟硅酸钙35、乙二醇5、丙三醇10、聚乙烯醇5、丙烯酸酯10。
实施例12
按重量份计,复合硅酸盐水泥外加剂的组分及用量是:水泥熟料75、无机外加剂20、有机外加剂5。无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰50、沸石渣15、硅灰5、锂渣3、硫酸钙渣15、煅烧磷石膏12。有机外加剂的具体组分及用量是:甲酸钙30、氟硅酸钙25、乙二醇5、丙三醇10、聚乙烯醇15、丙烯酸酯15。
实施例13,与实施例1基本相同,但其中无机外加剂的具体组分及用量是:粉煤灰40、沸石渣30、硅灰10、锂渣5、硫酸钙渣5、煅烧磷石膏5。
上述实施例生产工艺,均与本发明所述的工艺相同。首先将无机外加剂按配比混合并粉磨至0.08mm孔筛筛余在5%以下的细粉,然后分别将有机外加剂按配比混合并粉磨至1μm以下粒径占95%以上的细粉,最后按比例加入水泥熟料、无机外加剂和有机外加剂粉磨至标准水泥细度的成品水泥。
将以实施例1~12所述的复合硅酸盐水泥外加剂所配制的水泥的性能与由同种熟料和石膏所组成的硅酸盐水泥(PC,由重量比为:水泥熟料95和石膏5组成)作比较,结果如下:
表1空白及掺复合硅酸盐水泥外加剂所配制的水泥的性能
Figure S2008100224011D00091
这说明,相对于基准硅酸盐水泥,掺有复合硅酸盐水泥外加剂所配制的水泥,其3天抗压强度提高了1~8MPa,相当于增长了10~50%;其28天抗压强度提高了3~10MPa,相当于增长了10~30%。其3天抗折强度提高了0.2~1.4MPa,相当于增长了5~40%;其28天抗折强度提高了0.4~1.6MPa,相当于增长了5~20%。其比表面积提高了15~70m2/kg,相当于增加了5~20%;其凝结时间范围可扩大至减少0.5小时到增加1.5小时;所生产的水泥安定性均合格。磨机的台时产量提高了3~7吨/小时,相当于提高了10~25%,由此引起的平均电耗下降了5~10%。
此外,本发明所述的复合硅酸盐水泥外加剂同时具有无毒、无害、无氯、阻燃、无腐蚀性、无刺激性、碱含量低等特点。它适用于不同品种水泥,可以增加水泥产量,提高水泥强度,降低生产成本,节约资源,保护环境。

Claims (4)

1.一种复合硅酸盐水泥外加剂,其特征在于:所述的复合硅酸盐水泥外加剂由无机外加剂和有机外加剂组成;其重量比例比为:水泥熟料20~75、无机外加剂20~75、有机外加剂1~5;
所述的无机外加剂选自:粉煤灰、沸石渣、硅灰、锂渣、硫酸钙渣和煅烧磷石膏渣的复合物;
所述的有机外加剂选自:甲酸钙、氟硅酸钙、乙二醇、丙三醇、聚乙烯醇和丙烯酸酯的复合物;
所述的无机外加剂由以下原料及重量比例组成:粉煤灰40~70、沸石渣15~35、硅灰3~15、锂渣3~15、硫酸钙渣3~15、煅烧磷石膏3~15;
所述的有机外加剂由以下原料及重量比例组成:甲酸钙25~45、氟硅酸钙25~45、乙二醇5~15、丙三醇5~15、聚乙烯醇5~15、丙烯酸酯5~15。
2.根据权利要求1所述的复合硅酸盐水泥外加剂,其特征在于:
所述的无机外加剂由以下原料及重量配比组成:粉煤灰40~45、沸石渣20~30、硅灰10~15、锂渣3~5、硫酸钙渣3~5、煅烧磷石膏3~5;
所述的有机外加剂由以下原料及重量配比组成:甲酸钙25~30、氟硅酸钙25~30、乙二醇10~15、丙三醇10~15、聚乙烯醇10~15、丙烯酸酯10~15。
3.根据权利要求1或2所述的复合硅酸盐水泥外加剂,其特征在于:其中,所述的无机外加剂是按配比混合并粉磨至0.08mm孔筛筛余在5%以下的细粉;
所述的有机外加剂是按配比混合并粉磨至1μm以下粒径占95%以上的细粉。
4.一种权利要求1所述的复合硅酸盐水泥外加剂的生产工艺,其特征在于,步骤如下,
首先,将无机外加剂按配比混合并粉磨至0.08mm孔筛筛余在5%以下的细粉;
然后将有机外加剂按配比混合并粉磨至1μm以下粒径占95%以上的细粉;
最后按比例加入水泥熟料、无机外加剂和有机外加剂粉磨至标准水泥细度的成品水泥。
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Assignee: Maanshan Zhonghai New Materials Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing Normal University

Contract record no.: 2011320001163

Denomination of invention: Additive of composite portland cement and producing method thereof

Granted publication date: 20101110

License type: Exclusive License

Open date: 20090107

Record date: 20111122

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Granted publication date: 20101110

Termination date: 20150711

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