CN101885589A - 复合硫酸盐水泥 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合硫酸盐水泥，其特征在于以矿渣、石膏、铝硅酸盐废渣、水泥熟料为基本原料，以石灰、石灰石、明矾石、沸石中的一种或几种为辅助原料，各组分的重量组成为：矿渣40-80份，石膏5-20份，铝硅酸盐废渣10-30份，水泥熟料3-8份；辅助材料共计0-10份。本发明具有高强、低热、不收缩或微膨胀的特点，非常适合于大坝、承台、混凝土路面、海工工程等大体积混凝土的施工；该水泥没有游离的氢氧化钙，具有优异的抗硫酸盐腐蚀的性能，极低的碱度可以根治碱集料反应，对于横跨盐碱地的公路和铁路工程的耐久性具有重要意义；该水泥的抗渗性很好，在海水中强度和抗渗性持续增长，且由于矿渣中的三氧化二铝可与氯离子反应形成Fridel盐，可以有效阻止钢筋锈蚀。

Description

复合硫酸盐水泥
技术领域
本发明涉及一种复合硫酸盐水泥，属于建筑材料技术领域。
背景技术
目前通用的硅酸盐系列水泥由1824年发明的硅酸盐水泥演化而来，系以石灰石、粘土等原料，设计适当的率值和成分，经“两磨一烧”工艺加工而成，是目前最大宗的水硬性胶凝材料。
近200年来，硅酸盐水泥的化学成分及矿物组成基本没有变化，水泥工业的技术进步主要体现在生产工艺上。
长期以来，硅酸盐水泥以性能稳定、生产工艺成熟等优点而广泛应用，但同时它的一些缺点也严重影响了工程质量，如硅酸盐水泥在水化过程中会产生热胀冷缩、湿涨干缩和化学收缩，因此常引起收缩裂纹；硅酸盐水泥富含氢氧化钙，易受到硫酸盐腐蚀；硅酸盐水泥呈强碱性，易引起碱集料反应等。
复合硫酸盐水泥以5％-8％的硅酸盐水泥熟料、40-80％的高炉矿渣、10-30％的煤矸石和粉煤灰，以及5-20％左右的石膏为原料经粉磨制成，其中高炉矿渣是钢铁工业排放的废渣，煤矸石和粉煤灰是煤炭开采及燃烧环节产生的工业废弃物，石膏可以使用各种工业副产品，如电厂的脱硫石膏、磷肥厂的磷石膏、氟化工的氟石膏等，通过变废为宝，可产生显著的经济效益和节能减排降耗的效果。
目前我国关于复合硫酸盐水泥的文献尚不多见，但近期有三项发明专利中对类似技术进行了介绍，在专利CN101386478：矿渣硫酸盐水泥及其制备方法中，申请人采用矿渣、石膏、石灰石和外加剂原料混合制备矿渣硫酸盐水泥，其成分以矿渣、石灰石和石膏为主，外加剂主要成分是硅酸盐水泥熟料、石灰、钢渣、氢氧化钙、强碱、强碱盐中的任意一种或任意二种以上的混合。但就申请人的实施方案来看，12组配比中只有2组达到了32.5和33.6MPa，难以满足工程构件对强度的要求。
专利号为200810197940.9镍铬铁合金渣超硫酸盐水泥及其制备方法中，申请人以镍铬铁合金渣20～60％，矿渣和/或粉煤灰20～60％，硫酸盐激活剂5～25％，水泥熟料或氢氧化钙1～10％，碱性激活剂0.05～3％制备了镍铬铁合金渣超硫酸盐水泥。使镍铬铁合金渣、矿渣、粉煤灰变废为宝，利于环境保护，降低成本，而且工艺简单、实用。发明的实施案例中给出了5个配方，28d强度最高的配方4中，矿渣的掺量达到59.3％，镍铬铁合金渣为20％，发明仍以矿渣为主要胶材，混合材主要是镍铬铁合金渣和/或粉煤灰。
专利200810197941.3：钢渣超硫酸盐水泥及其制备方法中，以钢渣20～80％，矿渣和/或粉煤灰5～65％，硫酸盐激活剂5～25％，水泥熟料或氢氧化钙1～10％，碱性激活剂0.05～3％制备了钢渣超硫酸盐水泥，但就强度而言，其提供的6组配方中，只有配方4强度达到了43.8MPa，其矿渣掺量也为59.3％，其它5个方案只能配制32.5强度等级的水泥，且没有3d强度的数据。
由此可见，该水泥早期强度低、对温度和湿度依赖性强等缺点尚未克服。本发明旨在通过外加剂技术，解决上述问题，更好为工程建设服务。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有显著节能降耗减排效果，成本低廉的低碳建材，能克服传统硅酸盐系列水泥水化热高、易开裂、不利于环保和资源循环利用缺陷的复合硫酸盐水泥。其技术方案为：
一种复合硫酸盐水泥，其特征在于以矿渣、石膏、铝硅酸盐废渣、水泥熟料为基本原料，以石灰、石灰石、明矾石、沸石中的一种或几种为辅助原料，各组分的重量组成为：矿渣40-80份，石膏5-20份，铝硅酸盐废渣10-30份，水泥熟料3-8份；辅助材料共计0-10份。
所述的复合硫酸盐水泥，铝硅酸盐废渣采用煤矸石、粉煤灰的一种或混合物，石膏采用天然石膏，或者是磷石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏的一种或几种的任意组合。
所述的复合硫酸盐水泥，煤矸石采用自燃后的煤矸石，粉煤灰采用电厂排放的二级或一级粉煤灰。
所述的复合硫酸盐水泥，矿渣是高炉炼铁或冶炼粗钢的粒化高炉矿渣。
所述的复合硫酸盐水泥，辅助原料采用中性的弱酸强碱盐，如硅酸盐、碳酸盐或磷酸盐，辅助材料中的石灰系生石灰或消石灰，明矾石和沸石均使用天然材料。
本发明的工作原理为：在水化机理上，复合硫酸盐水泥的水化与硅酸盐系列水泥的水化有着本质的区别：后者是高温煅烧而成，水泥熟料矿物具有很高的水化活性，可以在pH值为7-14的广泛范围内持续水化，而前者的适宜水化条件是pH值在10.8-12.5之间，这是水化时钙矾石的形成条件。钙矾石是水泥水化时，活性氧化铝与石膏反应形成的三硫型水化硫铝酸钙，形成时要求水泥浆的pH值在10.8-12.5之间，最好在11.8附近，而且钙矾石要在溶液中通过溶解-沉淀机理形成纤维状晶体才能改善超硫水泥的性能，因此控制碱度、保证水化用水量是复合硫酸盐水泥诸多优异性能得以发挥的前提。复合水泥中使用5％-8％的硅酸盐水泥，可使pH值稳定在12.0左右，基本满足纤维状钙矾石的形成条件，通过在水泥水化体系中引入具有缓冲溶液性质的激发剂，辅以碱金属离子吸附剂，可以使水泥浆的碱度得到有效控制，在原位形成钙矾石晶须，实现纤维增强。
本发明与现有技术相比，其优点是：
1、复合硫酸盐水泥具有高强、低热、不收缩或微膨胀的特点，非常适合于大坝、承台、混凝土路面、海工工程等大体积混凝土的施工；该水泥没有游离的氢氧化钙，具有优异的抗硫酸盐腐蚀的性能，极低的碱度可以根治碱集料反应，对于横跨盐碱地的公路和铁路工程的耐久性具有重要意义；该水泥的抗渗性很好，在海水中强度和抗渗性持续增长，且由于矿渣中的三氧化二铝可与氯离子反应形成Fridel盐，可以使用部分海砂配制混凝土且有效阻止海水中氯离子渗透引起的钢筋锈蚀。
2、经优化改性的复合硫酸盐水泥，具有优良的力学性能和耐久性能，按完全相同的配比进行标准试验，其3天强度与P.O42.5相近，28天强度比P.O42.5高20％，养护条件得当时，60天、180强度的增长幅度也比基准水泥高许多。
3、在我国发展复合硫酸盐水泥具有原料来源广泛、生产工艺成熟、产品性能优异、节能降耗减排降耗效果显著等优点，如能解决超硫水泥早期强度低、养护要求严格、低温施工强度下降明显及表面起砂等问题，该水泥将具有广阔的发展前景。
具体实施方式
为更好理解本发明的内容，下面结合实例加以阐述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
将矿渣及氟石膏分别粉磨至比表面积为450m2/kg、300m2/kg，按表1配比与P.O42.5水泥和一级粉煤灰混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，将试件分别标准养护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
Figure BSA00000177804900041
实施例2：
将矿渣、煤矸石及氟石膏分别粉磨至比表面积为450m2/kg、350m2/kg、300m2/kg，按表2配比与P.O42.5水泥和混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，标养试件护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
Figure BSA00000177804900042
实施例3：
将矿渣、炉渣及氟石膏分别粉磨至比表面积为450m2/kg、350m2/kg、300m2/kg，按表3配比与P.O42.5水泥和混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，标养试件护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
Figure BSA00000177804900043
实施例4：
将矿渣、煤矸石、炉渣及氟石膏分别粉磨至比表面积为450m2/kg、350m2/kg、350m2/kg、300m2/kg，按表4配比与P.O42.5水泥和一级粉煤灰混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，标养试件护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
Figure BSA00000177804900051
实施例5：
将矿渣、煤矸石、炉渣分别粉磨至比表面积为450m2/kg、350m2/kg、300m2/kg，按表5配比与P.O42.5水泥、脱硫石膏粉和一级粉煤灰混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，标养试件护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
Figure BSA00000177804900052
实施例6：
将矿渣、煤矸石、炉渣分别粉磨至比表面积为450m2/kg、350m2/kg、300m2/kg，按表6配比与P.O42.5水泥、柠檬石膏粉和一级粉煤灰混合均匀，依据GB175-2008标准进行胶砂实验，标养试件护到3d、7d、28d时测量其抗压和抗折强度。
附录：上述材料的化学成分分析
Figure BSA00000177804900061

Claims (5)

1.一种复合硫酸盐水泥，其特征在于以矿渣、石膏、铝硅酸盐废渣、水泥熟料为基本原料，以石灰、石灰石、明矾石、沸石中的一种或几种为辅助原料，各组分的重量组成为：矿渣40-80份，石膏5-20份，铝硅酸盐废渣10-30份，水泥熟料3-8份；辅助材料共计0-10份。
2.如权利要求1所述的复合硫酸盐水泥，其特征在于：铝硅酸盐废渣采用煤矸石、粉煤灰、炉渣的一种或混合物，石膏采用天然石膏，或者是磷石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏的一种或几种的任意组合。
3.如权利要求2所述的复合硫酸盐水泥，其特征在于：煤矸石采用自燃后的煤矸石，粉煤灰采用电厂排放的二级或一级粉煤灰。
4.如权利要求1所述的复合硫酸盐水泥，其特征在于：矿渣是高炉炼铁或冶炼粗钢的粒化高炉矿渣。
5.如权利要求1所述的复合硫酸盐水泥，其特征在于：辅助原料采用中性的弱酸强碱盐，如硅酸盐、碳酸盐或磷酸盐，辅助材料中的石灰系生石灰或消石灰，明矾石和沸石均使用天然材料。
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