CN101580348A - 大掺量粉煤灰水泥及其制备方法 - Google Patents

大掺量粉煤灰水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大掺量粉煤灰水泥，包括粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂。本发明还提供一种大掺量粉煤灰水泥的制备方法，包括：将粉煤灰烘干磨细；将赤泥烘干后和水泥熟料混磨；将石灰和石膏破碎；将外加剂配制成溶液；取粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥。本发明不仅解决粉煤灰和赤泥排放量大的问题，而且可以提供一种粉煤灰比例较大、生产过程简单、成本低、强度高、稳定性好且少熟料的粉煤灰水泥。

Description

大掺量粉煤灰水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥及其制备方法，尤其涉及一种大掺量粉煤灰水泥以及制备方法。
背景技术
现在随着可持续发展战略的实施，水泥工业的资源、能源、环境问题成为制约其发展的主要因素。少用硅酸盐水泥熟料，尽量多利用工业废渣来生产水泥，是一项具有环保意义和经济价值的课题。
粉煤灰是现在排放量和堆放量最大的工业废渣之一，在我国的利用率不到40％，剩余的只能依靠大面积的堆场堆放，不但对环境造成污染，还占用了大量的土地资源。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0吨～2.0吨赤泥。我国作为世界第四大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨，大量的赤泥不能被充分利用，和粉煤灰一样，只能依靠大面积的堆场堆放，不仅占用了大量的土地资源，还对环境造成了污染。
申请号为CN20061011420.3的专利申请介绍的高掺量粉煤灰水泥及制备方法中，以粉煤灰和水泥熟料为主要原料，分别磨细处理后，加上少量石膏及适量减水剂和激发剂，再进行混合球磨处理制成的，但是该专利申请中混合石膏需要在700℃～900℃的条件下煅烧2小时，这增加了能耗。专利号为CN02132606.1的专利介绍的大掺量粉煤灰生产复合水泥的方法中，首先生产粉煤灰聚合料，将原料入磨，磨制超细粉状；将熟料破碎，予粉磨入仓粉磨成产品，但是该专利中水泥熟料的掺量为45％～55％，这对水泥熟料的需求较大，相应的增加了生产成本。
发明内容
本发明针对以上的技术问题，提供一种大掺量粉煤灰水泥及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大掺量粉煤灰水泥，按质量百分比计包括50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂。
本发明的有益效果是：不仅解决粉煤灰和赤泥排放量大的问题，而且可以提供一种粉煤灰比例较大、生产过程简单、成本低、强度高、稳定性好且少熟料的粉煤灰水泥。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述外加剂包括减水剂和助磨剂。
进一步，所述减水剂和助磨剂的质量比为1∶2～1∶5。
进一步，所述减水剂为高效减水剂NF-2、AF高效减水剂或TG型缓凝减水剂http://www.lxsanyuan.com/docc/tg.htm；所述助磨剂为三乙醇胺、醋酸胺或乙二醇。
进一步，所述大掺量粉煤灰水泥的粒度为0.045毫米方孔筛筛余小于30％。
本发明还提供一种解决上述技术问题的技术方案如下：一种大掺量粉煤灰水泥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰烘干磨细；
步骤二、将赤泥烘干后和水泥熟料混磨；
步骤三、将石灰和石膏破碎；
步骤四、将外加剂配制成溶液；
步骤五、按质量百分比取50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥。
进一步，所述步骤一中将粉煤灰烘干至水分小于2％，细磨至粒度为0.08毫米方孔筛筛余为2％～3％。
进一步，所述步骤二中将赤泥烘干至水分小于2％，然后和水泥熟料一起混磨至粒度小于25毫米。
进一步，所述步骤三中将石灰和石膏破碎至粒度小于25毫米。
进一步，所述步骤四中外加剂配制成质量百分比浓度为70％～80％的溶液。
附图说明
图1为本发明大掺量粉煤灰水泥制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明大掺量粉煤灰水泥制备方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤10、将粉煤灰烘干磨细。
将粉煤灰烘干至水分小于2％，细磨至粒度为0.08毫米方孔筛筛余为2％～3％。本发明的粉煤灰采用准格尔国华电厂外排粉煤灰，其化学成分如表1所示。
表1准格尔国华电厂外排粉煤灰的化学成分
  物样   烧矢量(％)   SiO2(％)   Al2O3(％)  Fe2O3(％)   CaO(％)   SO3(％)
  粉煤灰   6.99   37.19   54.17  3.49   1.34   0.05
步骤20、将赤泥烘干后和水泥熟料混磨。
赤泥中的硅钙渣具有水化热低、抗水性好、后期强度高的优点，并且在水化早期对水泥的抗折强度有很大的贡献，可以使本发明大掺量粉煤灰水泥的性能有很大的提高。将赤泥烘干至水分小于2％，然后和水泥熟料一起混磨至粒度小于25毫米。本发明所用赤泥是制铝工业提取氧化铝时的副产品。
本发明的赤泥采用准格尔粉煤灰煤矸石研发中心的中试溶出的赤泥，其化学成分如表2所示。
表2准格尔粉煤灰煤矸石研发中心的中试溶出的赤泥的化学成分
Figure A20091030351200062
步骤30、将石灰和石膏破碎。
将石灰和石膏破碎至粒度小于25毫米。
步骤40、将外加剂配制成溶液。
所述外加剂包括减水剂和助磨剂，减水剂和助磨剂的质量比为1∶2～1∶5。外加剂在使用前需要配制成质量百分比浓度为70％～80％的溶液。
所述减水剂为高效减水剂NF-2、AF高效减水剂或TG型缓凝减水剂http://www.lxsanyuan.com/docc/tg.htm。本实施例优选的减水剂为高效减水剂NF-2，即β-奈磺酸盐与甲醛的缩合物，其可以降低水泥需水量，提高水泥的强度和其他性能。所述AF高效减水剂主要成分是聚烷基芳基磺酸钠。所述TG型缓凝减水剂http://www.lxsanyuan.com/docc/tg.htm属于一种高分子材料，而且其成份并不是单一的。所述助磨剂为三乙醇胺、醋酸胺或乙二醇。本实施例优选的助磨剂为三乙醇胺，三乙醇胺具有早强作用，它能加快钙矾石的生成，因而对水泥早期强度发展有利。
可以理解，本发明大掺量粉煤灰水泥制备方法中步骤10～步骤40的先后顺序不限于此，只要保证在执行步骤50之前，制备大掺量粉煤灰水泥的各种原料准备好即可。
步骤50、按质量百分比取50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥。
本发明的水泥熟料采用蒙西水泥厂的水泥，石膏采用工业副产石膏，符合GB5483-85中规定的A类二级(含)以上标准。
本发明的大掺量粉煤灰水泥按质量百分比计包括50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂。所述大掺量粉煤灰水泥的粒度为0.045毫米方孔筛筛余小于30％即可打包装袋。
所述步骤50中按质量百分比计取各原料的成分，是指按粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂的总质量百分比计取各原料的成分。
本发明的大掺量粉煤灰水泥是通过水泥熟料和赤泥中的硅钙渣共同来激发粉煤灰的活性，并提供早期强度的。
按国家标准GB175-2007(矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥)规定的检测方法检测本发明大掺量粉煤灰水泥在如表3所示化学成分不同时的性能，如表4所示。
当粉煤灰掺量分别为50％、53％、55％，水泥熟料的掺量分别为15％、12％、10％，赤泥掺量固定为22％，石灰掺量固定为10％，石膏掺量固定为2.9％，外加剂掺量固定为0.1％时，可以制得42.5R标号的粉煤灰硅酸盐水泥，其具体性能为：初凝时间为60分钟～68分钟，终凝时间为110分钟～145分钟；3天、7天、28天的抗压强度分别为：18.5兆帕～21.2兆帕、28.7兆帕～31.5兆帕、44.1兆帕～47.3兆帕；3天、7天、28天的抗折强度分别为：4.0兆帕～4.2兆帕、5.1兆帕～5.5兆帕、6.8兆帕～7.2兆帕(见C10、C11、C12组)。
当粉煤灰掺量为50％，水泥熟料掺量为15％，赤泥掺量为25％，石灰掺量为6％，石膏掺量为3.84％，外加剂掺量为0.16％时，可以制得42.5R标号的粉煤灰硅酸盐水泥，其具体性能为：初凝时间为58分钟，终凝时间为100分钟；3天、7天、28天的抗压强度分别为：21.5兆帕、32.4兆帕、47.5兆帕；3天、7天、28天的抗折强度分别为：4.3兆帕、5.7兆帕、7.3兆帕(见C20组)。
当粉煤灰掺量为60％，水泥熟料掺量为10％，赤泥掺量为15.94％，石灰掺量为10％，石膏掺量为4％，外加剂掺量为0.06％时，可以制得42.5R标号的粉煤灰硅酸盐水泥，其具体性能为：初凝时间为70分钟，终凝时间为160分钟；3天、7天、28天的抗压强度分别为：17.2兆帕、27.3兆帕、43.6兆帕；3天、7天、28天的抗折强度分别为：3.8兆帕、4.8兆帕、6.7兆帕(见C25组)。
表3本发明具有不同化学成分的大掺量粉煤灰水泥
  试验编号   粉煤灰(％)   赤泥(％)   石灰(％)   石膏(％)  水泥熟料(％)   外加剂(％)   对应水泥标号
  C10   50   22   10   2.9  15   0.1   42.5R
  C11   53   22   10   2.9  12   0.1   42.5R
  C12   55   22   10   2.9  10   0.1   42.5R
  C20   50   25   6   3.84  15   0.16   42.5R
  C25   60   15.94   10   4  10   0.06   42.5R
表4本发明具有不同化学成分的大掺量粉煤灰水泥的性能
Figure A20091030351200081
利用本发明制备的大掺量粉煤灰水泥其初凝时间为58分钟～70分钟，终凝时间为100分钟～160分钟；其3天、7天、28天的抗压强度分别为17.2兆帕～21.5兆帕、27.3兆帕～32.4兆帕、43.6兆帕～47.3兆帕，其3天、7天、28天的抗折强度分别为3.8兆帕～4.3兆帕、4.8兆帕～5.7兆帕、6.7兆帕～7.3兆帕，而其三个月的抗压强度可达52兆帕；其各项性能都符合GB175-2007中42.5R标号粉煤灰硅酸盐水泥的要求，其成本比普通硅酸盐水泥低，能耗也少，而且生产过程简单，在有粉煤灰资源的地方可以大规模推广使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种大掺量粉煤灰水泥，其特征在于：按质量百分比计包括50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂。
2.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于：所述外加剂包括减水剂和助磨剂。
3.根据权利要求2所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于：所述减水剂和助磨剂的质量比为1∶2～1∶5。
4.根据权利要求2或3所述的大量粉煤灰水泥，其特征在于：所述减水剂为高效减水剂NF-2、AF高效减水剂或TG型缓凝减水剂；所述助磨剂为三乙醇胺、醋酸胺或乙二醇。
5.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于：所述大掺量粉煤灰水泥的粒度为0.045毫米方孔筛筛余小于30％。
6.一种大掺量粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将粉煤灰烘干磨细；
步骤二、将赤泥烘干后和水泥熟料混磨；
步骤三、将石灰和石膏破碎；
步骤四、将外加剂配制成溶液；
步骤五、按质量百分比取50％～60％的粉煤灰、15％～25％的赤泥、5％～10％的石灰、10％～15％的水泥熟料、2％～4％的石膏和0.06％～0.15％的外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥。
7.根据权利要求6所述的大掺量粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤一中将粉煤灰烘干至水分小于2％，细磨至粒度为0.08毫米方孔筛筛余为2％～3％。
8.根据权利要求6所述的大掺量粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤二中将赤泥烘干至水分小于2％，然后和水泥熟料一起混磨至粒度小于25毫米。
9.根据权利要求6所述的大掺量粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤三中将石灰和石膏破碎至粒度小于25毫米。
10.根据权利要求6所述的大掺量粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于：所述步骤四中外加剂配制成质量百分比浓度为70％～80％的溶液。
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