CN101525217B - 环保无熟料水泥和其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保无熟料水泥和其干粉砂浆及其制备方法。该环保无熟料水泥，包括矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：a)矿渣60～92份；b)电石渣5～25份；c)石膏2～10份；d)助剂1～20份；所述助剂为硅微粉、硅灰、白炭黑、硫酸盐、碳酸盐、硫铝酸盐或其中任意2种或3种以上的混合物，最好为硅微粉和硅灰的混合物。该发明的原材料来源广泛、成本低，所制得的无熟料水泥性能达到GB/T175-2007规定的矿渣硅酸盐水泥PS32.5的各项指标，无熟料干粉砂浆满足江苏省工程建设标准-预拌砂浆技术规程(DGJ32/J13-2005)中规定的各项性能指标。

Description

环保无熟料水泥和其制备方法

技术领域

本发明涉及无熟料水泥领域，特别涉及利用工业废渣为主要原材料制造生产环保型无熟料水泥及其干粉砂浆和混凝土。

背景技术

据申请人了解，中国专利CN1033505C涉及一种钢渣矿渣早强无熟料水泥，该专利公开了以钢渣和高炉矿渣为主要组成材料，加入一定量的铝硅酸钾(钠)玻璃体作激发剂，共同研磨而制得，具有一定的应用价值，但该专利的主要激发剂一铝硅酸钾(钠)是自制，根据其专利说明书，该激发剂制备时要将原料经过950～1250℃的高温煅烧熔融处理，其制备工艺复杂，消耗大量的能量，同时容易形成二次污染，其推广价值不高。

中国专利CN1405108A公开了一种环保型无熟料水泥及其制备方法，其主要利用矿渣、石膏、氢氧化钠、消石灰、明矾、石灰石、早强剂等材料制备出水泥，该水泥所含组份与配比为：高炉矿渣60～90份、石膏5～20份、氢氧化钠0～3份、消石灰0～3份、明矾0～2份、石灰石0～5份、早强剂0～3份，虽然该文献报道其生产的水泥性能能够达到相关国家标准，但该专利仍然存在以下不足：

(1)根据其专利申请说明书可知，该申请专利主要是利用矿渣和石膏作为主要原材料制备水泥，石膏的作用是激发矿渣。而申请人对石膏的激发作用进行了研究，结果表明，石膏对矿渣的激发作用不明显；同时加入过量石膏反而会导致水泥性能的突变或变异，并最终导致材料产生严重的龟裂现象。

(2)该专利还利用价格昂贵、来源有限且易潮解变质的氢氧化钠作为辅助激发剂，导致这种无熟料水泥的生产成本较高，且不易存储；即使能实现产业化，氢氧化钠的来源又存在问题。

(3)该专利中还用到了消石灰作为辅助激发剂，但申请人经过研究试验发现其激发效果不佳。

中国专利CN101037308A公开了一种无熟料水泥的制备方法及其制备的混凝土，其利用工业废料如矿渣或粉煤灰、硫酸盐激发剂和少量的缓凝剂制备水泥及混凝土，混凝土可配制成C10～C100等级的混凝土。其用到的缓凝剂为重铬酸盐化合物，具有严重的污染性。

此外，申请号为CN02139776.7的中国专利公开了一种利用电石渣与粉煤灰和外加剂混合，经粉磨筛分制得生态建筑胶结料，然后再根据设计部门要求配制成不同等级(M2.5～M10.0)砌筑砂浆和抹灰砂浆，从而制得一种环保砌筑水泥。该专利主要利用电石渣和粉煤灰生产电石渣砌筑水泥，但其获得的强度有限，只能配制M2.5～M10的砌筑砂浆，因而大大限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种原材料来源广泛的环保无熟料水泥，该水泥可以达到矿渣硅酸盐水泥PS32.5的各项性能指标。

为实现本发明第一发明目的，申请人采用的技术方案为：一种环保无熟料水泥，包括粒化高炉矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：

a)粒化高炉矿渣    60～92份；

b)电石渣          5～25份；

c)石膏            2～10份；

d)助剂            1～20份。

在上述环保无熟料水泥中，所述粒化高炉矿渣是本发明的主要原材料之一，其主要成分为CaO和SiO₂，其在配方中所起的作用主要是发生水化反应，生成胶凝材料，但其本身水化程度不高，需要无熟料水泥中的其它组分的激发。

在上述环保无熟料水泥中，所述电石渣是也本发明的主要原材料之一，其主要成分为Ca(OH)₂，其在配方中所起的作用主要是与矿渣进行激发反应。

在上述环保无熟料水泥中，所述石膏包括天然石膏和脱硫石膏，由于脱硫石膏为工业废弃物，因此优选脱硫石膏。石膏的其主要成分为CaSO₄，其在配方中只是起激发作用，能够提高胶凝材料的早期强度。

在上述环保无熟料水泥中，所述助剂为硅微粉、硅灰、白炭黑、硫酸盐、碳酸盐、硫铝酸盐或其中任意2种或3种以上的混合物。

硫酸盐如硫酸钠、硫酸钾等；碳酸盐如碳酸钙等；硫铝酸盐如硫铝酸钠、硫铝酸钾等。

由于硅灰和硅微粉的激发效果较好，所以生产时，优先选用硅灰或硅微粉，或两者的混合物。最好是选用硅灰和硅微粉的混合物，如果要兼顾成本的话，则可多用一些硅灰，少用一些硅微粉。

其中，所述硅微粉的粒度范围约在200～500目之间，是由熔融石英经磨细而成，其主要成分为活性SiO₂，是本发明配方中的辅助激发剂，以进一步激发矿渣活性，同时也和电石渣粉发生反应，提升水泥的后期强度。

所述硅灰的主要成分也是活性SiO₂，是冶炼硅铁合金和工业硅时产生的SiO₂和Si气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝而形成的一种超细硅质粉体材料，属于工业废渣，在本发明中所起的作用与硅微粉一样，也是作为一种辅助激发剂，能够提升水泥的后期强度；

在上述环保无熟料水泥中，为进一步降低成本，所述助剂还可以进一步减少用量，可以为1-10份。

一种环保无熟料水泥的干粉砂浆，其改进之处在于采用本发明权利要求1的环保无熟料水泥。

一种环保无熟料水泥的混凝土，其改进之处在于采用本发明权利要求1所述的环保无熟料水泥，再加上0.5～1.5份的减水剂或早强剂。其中所述减水剂最好为RC系列减水剂。

用本发明的无熟料水泥可以按现行干粉砂浆标准(DGJ 32/J13-2005)配制各种强度级别的干粉砂浆。用本发明的无熟料水泥再加上适量的减水剂或早强剂，就能制得所需的各种强度级别的混凝土。

当上述环保无熟料水泥用于混凝土配制时，所加减水剂或早强剂的质量份数为0.5～1.5份。其主要功能是改善无熟料水泥在配制使用时的和易性，也就是流动性，改善施工性能，同时还可以进一步提高无熟料水泥、砂浆及混凝土的早期强度。所述减水剂或早强剂为水泥、砂浆或混凝土所用的减水剂或早强剂，早强剂如硫酸盐早强剂等，减水剂如萘系减水剂或RC系列减水剂等，优先使用RC系列减水剂。

矿渣经过烘干、粉磨至比表面积不小于420m²/kg，最好粉磨至比表面积在420～550m²/kg之间，磨至这样的细度范围能够兼顾矿渣的反应活性和生产成本。如果矿渣的细度低于420m²/kg，则矿渣的反应活性不够，如果矿渣的细度过高，则又会增加生产和制造成本。

电石渣烘干后粉磨，并用0.08mm的方孔筛过筛，以达到普通水泥所要求的细度。

一种如权利要求1所述的无熟料水泥的制备方法，依次包括如下步骤：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面不小于420m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、粉碎、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按配比混合均匀；即可制得无熟料水泥。

有益效果

本发明以矿渣、电石渣为主要原材料，同时辅配适量的石膏和硅微粉或硅灰等一些助剂来制备环保型无熟料水泥及其干粉砂浆和混凝土；与现有技术相比，具有以下明显的优点：

本发明采用的粒化高炉矿渣、电石渣这2种主要原材料均来源于工业废渣，成本低，原料来源广泛，完全可以实现产业化生产；

其次，本发明是利用电石渣为主要激发剂来激发矿渣，利用硅微粉(200目～500目)或硅灰等一些助剂为辅助激发剂进一步激发矿渣，提高其后期强度；

正是由于本发明采用的各组分在功能上起到了相互补充的协同作用，而且各组分的配比合适，因此，本发明的无熟料水泥达到了矿渣硅酸盐水泥PS32.5的各项性能指标。

尤其当本发明的助剂选用硅微粉或硅灰或其两者的混合物时，由于硅微粉或硅灰不仅和电石渣中的Ca(OH)₂进一步发生反应，生成C-H-S水化硅酸钙胶体，进一步增加无熟料水泥胶凝材料的强度，而且硅微粉、硅灰还可以填充无熟料水泥胶凝材料中的缝隙，使其进一步密实。因此，能够获得性能更加优异的无熟料水泥。

而现有技术中的高炉矿渣有的采用经高温煅烧熔融处理制得的铝硅酸钾(钠)激发，有的采用液体水玻璃激发，同时还需配合重铬酸钾，显然这些激发剂存在制造工艺复杂，生产成本高，同时还会带来二次污染等缺点，尤其是重铬酸钾，还有可能对人体造成伤害。

而本申请选用本来就是工业废渣的电石渣作为粒化高炉矿渣的主要激发剂，明显具有成本低、原料来源广泛的优势。

同时，由于本发明的无熟料水泥已达到GB/T175-2007规定的矿渣硅酸盐水泥PS32.5的各项指标，因此，本发明的无熟料水泥还可以用来配制各种强度级别的干粉砂浆，包括砌筑砂浆、抹面砂浆和地面砂浆，适用范围更广。

此外，与公开号为CN1405108A的专利申请比较，本发明的无熟料水泥由于所加石膏的量比较适中，其性能更稳定；同时由于无须使用氢氧化钠等既昂贵、来源又少且又不易储存的辅助激发剂，因此，所配制的水泥还具有相对成本较低，储存方便等优点，且所用原材料的种类较少，生产工艺相对更简单，更有利于产业化实施。

除此之外，本发明还具有以下优点：

①目前传统水泥的生产，不仅成本高，而且在煅烧过程产生大量的有害气体，污染环境，采用本发明的无熟料水泥可以减少污染，同时利用了大量的工业废渣，减少了冶铁工业对环境产生的污染，实现了“变废为宝”。

②无熟料干粉砂浆的制备，比普通传统水泥生产的粉砂浆成本低，便于推广，对推进建筑行业使用干粉砂浆将起到积极的促进作用。

③本发明主要原材料均采用工业废渣，成本低，来源广泛。

④本发明生产工艺简单，便于操作管理，有利于产业化实施。

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明本发明，但并不限于这些实施例。除非另有说明，实施例中的各组分的重量均以质量份数表示，单位为克。本发明采用的原材料包括：粒化高炉矿渣、电石渣、硅微粉、硅灰、石膏、减水剂(或早强剂)。其中粒化高炉矿渣来取自于宝钢集团和常州市中天钢铁集团；电石渣取自于常州新东化工集团；硅微粉购自于常州邵阳天堂助剂化工有限公司，规格：200～500目；天然石膏或脱硫石膏来自于常州前黄水泥厂；减水剂是用RC系列减水剂，购自于甘肃利鑫源硅粉有限公司。

表1配方组成

配方	矿渣	电石渣	石膏	硅微粉	硅灰	硫酸铝钾	减水剂
								1#	68	19	5	1	7	0	1
2#	75	12	5	0.5	7.5	0	1
								3#	80	7	7	0.5	5	0.5	1
4#	85	6	3	0.5	5	1	1

实施例1：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面积为420m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按表1中的1#配方，但不包括减水剂，进行配料，并混合均匀；即可制得无熟料水泥。

将该无熟料水泥与标准胶砂进行混和、成型和养护；养护好的试件按GB/T17671-1999规定的方法及要求进行性能检测，检测结果见表2。

实施例2：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面积为450m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按表1中的2#配方，但不包括减水剂，进行配料，并混合均匀；即可制得无熟料水泥。

将该无熟料水泥与标准胶砂进行混和、成型和养护；养护好的试件按GB/T17671-1999规定的方法及要求进行性能检测。检测结果见表2。

实施例3：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面积为480m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按表1中的3#配方，但不包括减水剂，进行配料，并混合均匀；即可制得无熟料水泥。

将该无熟料水泥与标准胶砂进行混和、成型和养护；养护好的试件按GB/T17671-1999规定的方法及要求进行性能检测。检测结果见表2。

实施例4：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面积为520m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按表1中的4#配方，但不包括减水剂，进行配料，并混合均匀；即可制得无熟料水泥。

将该无熟料水泥与标准胶砂进行混和、成型和养护；养护好的试件按GB/T17671-1999规定的方法及要求进行性能检测。检测结果见表2。

表2本发明无熟料水泥的各项性能

由此可见，本发明所制得的无熟料水泥性能达到国标规定的矿渣硅酸盐水泥PS32.5的各项指标。配制的无熟料水泥干粉砂浆经检测，满足江苏省工程建设标准-预拌砂浆技术规程(DGJ32/J13-2005)中规定的各项性能指标。表3为采用表1中的2#配方的无熟料水泥配制的干粉砌筑砂浆的性能。

表3本发明无熟料水泥的干粉砂浆的各项性能

Claims (9)

1.一种环保无熟料水泥，其特征在于包括粒化高炉矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：

a)粒化高炉矿渣  68份；

b)电石渣        19份；

c)石膏          5份；

d)助剂          8份；所述助剂为硅灰、硅微粉的混合物，其中硅灰7份，硅微粉1份。

2.一种环保无熟料水泥，其特征在于包括粒化高炉矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：

a)粒化高炉矿渣  75份；

b)电石渣        12份；

c)石膏          5份；

d)助剂          8份；所述助剂为硅灰、硅微粉的混合物，其中硅灰7.5份，硅微粉0.5份。

3.一种环保无熟料水泥，其特征在于包括粒化高炉矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：

a)粒化高炉矿渣  80份；

b)电石渣        7份；

c)石膏          7份；

d)助剂          6份；所述助剂为硅灰、硅微粉和硫酸铝钾的混合物，其中硅灰5份，硅微粉0.5份，硫酸铝钾0.5份。

4.一种环保无熟料水泥，其特征在于包括粒化高炉矿渣、电石渣、石膏和助剂，按质量份数计，所述各组分的含量如下：

a)粒化高炉矿渣  85份；

b)电石渣        6份；

c)石膏          3份；

d)助剂          6.5份；所述助剂为硅灰、硅微粉和硫酸铝钾的混合物，其中硅灰5份，硅微粉0.5份，硫酸铝钾1份。

5.根据权利要求1～4之一所述的环保无熟料水泥，其特征在于：所述粒化高炉矿渣的比表面积不小于420m²/kg。

6.根据权利要求5所述的环保无熟料水泥，其特征在于：所述粒化高炉矿渣的比表面积为420-550m²/kg。

7.根据权利要求1～4之一所述的环保无熟料水泥，其特征在于：所述电石渣达到普通水泥的细度。

8.根据权利要求1～4之一所述的环保无熟料水泥的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：

a)将粒化高炉矿渣烘干并粉碎、研磨，制得比表面不小于420m²/kg的矿渣粉；

b)将电石渣烘干、粉碎、研磨，并用0.08mm筛过筛制得电石渣粉；

c)将步骤a)制得的矿渣粉和步骤b)制得的电石渣粉和石膏及助剂按配比混合均匀；即可制得无熟料水泥。

9.根据权利要求8所述的环保无熟料水泥的制备方法，其特征在于所述高炉矿渣烘干并粉碎、研磨至比表面积为420-550m²/kg。