CN101948257B - 含高胶凝性矿物c4a3*的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法 - Google Patents

含高胶凝性矿物c4a3*的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含高胶凝性矿物的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法，改性剂以高铝含量废渣和天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，合理设计配料矿物组成，在1250～1350℃下煅烧15～60min，制得改性剂熟料；将改性剂熟料加入石膏制得矿物含量较高的通用硅酸盐水泥改性剂。将此改性剂熟料或改性剂以适当配比掺入到通用硅酸盐水泥中代替部分熟料，发挥早强矿物
Figure DSA00000261088700013
水化快且对矿渣、粉煤灰等混合材有激发作用的特点，形成较多的钙矾石和铝胶等水化产物，调节硅酸盐水泥水化产物的种类与配比。解决了C3S与
Figure DSA00000261088700014
矿物共存温度范围窄和形成温度不相匹配的问题，保证了具有早强特性的高胶凝性矿物

Description

含高胶凝性矿物C4A3*的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及一种通用硅酸盐水泥改性剂，特别涉及含高胶凝性矿物的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用的方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
硅酸盐水泥是世界范围内在建筑材料领域使用最广泛、用量最多的胶凝材料。其熟料由四种主要矿物组成(C3S、C2S、C3A和C4AF)，煅烧温度为1450℃。C3S和C2S是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物，其水化产物主要是水化硅酸钙(C-S-H)和氢氧化钙，C3S含量高且水化较快，对水泥的强度性能起主要作用。但若提高水泥熟料中C3S矿物含量，会使生料的易烧性变差，煅烧温度升高。C3A和C4AF是熟料中的次要矿物，其水化产物主要是水化硫铝(铁)酸钙(钙矾石或AFt)。C3A水化反应迅速，水化过程放出大量的热，凝结硬化快，早期强度较高，但易使水泥急凝，应控制其含量在较低范围。关于硅酸盐水泥中4大矿物的形成和匹配关系已经进行了深入系统的研究，鉴于硅酸盐水泥熟料的矿物组成特点，其水化过程中形成的水化产物主要是水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙和少量钙矾石等，使该水泥表现出早期强度偏低，水化过程体积收缩较大等缺点。当掺入较大比例的矿渣、粉煤灰或其他工业废渣作混合材时，还可导致水泥的强度明显降低，凝结时间延长。
近年来，通过在硅酸盐水泥熟料中引入非传统硅酸盐熟料体系的高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900013
以取代C3A，获得一个新的具有高胶凝性的水泥熟料矿相体系，如：阿利特-硫铝酸盐水泥。其水泥熟料的主要矿物组成为C3S、C2S、
Figure BSA00000261088900014
和C4AF，水泥的主要强度矿物是C3S和
Figure BSA00000261088900015
水化过程中形成的水化产物除水化硅酸钙(C-S-H)和氢氧化钙外，还有较多的钙矾石，表现出早期强度较高，水化过程体积收缩较小等优点。当掺入较大比例的矿渣、粉煤灰等混合材时，水泥的强度降低幅度较小。但是C3S大量形成的温度高于1400℃，而
Figure BSA00000261088900016
矿物在1350℃以上就大量分解。二者共存温度范围过窄，熟料煅烧过程对气氛的要求较高，工业生产控制上有一定难度，所得熟料中的实际矿物组成往往难以达到设计目的要求。
发明内容
为了在硅酸盐水泥体系中引入高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900017
以改善硅酸盐水泥的性能，又避免诸如阿利特-硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程难以控制，以及熟料中的实际矿物组成难以达到设计目的要求等缺点，本发明提供一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900021
的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用的方法。
本发明采取的技术方案为：
一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900022
的通用硅酸盐水泥改性剂，其制备步骤如下：
(1)以高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，以高铝含量废渣的化学组成为依据进行配料计算，根据原料组成不同，设计
Figure BSA00000261088900023
C2S和C4AF矿物质量配比范围为
Figure BSA00000261088900024
：15～45％；C2S：40～75％；C4AF：2～20％，引入0～2％的CaF2作矿化剂(以矿物总质量为基准外加)，制备改性剂的生料配合料；
(2)将配合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于15％，于1250～1350℃煅烧15～60min，制得水泥改性剂熟料；
(3)将水泥改性剂熟料配以1～8％的石膏(以改性剂总质量为基准计算)，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％，制得水泥改性剂。
所述的高铝含量废渣为：粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾土尾矿。
所述的高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石的用量质量比为：(15～40)∶(3～10)∶(50～75)。
一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900025
的通用硅酸盐水泥改性剂，其应用方法如下：
将含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900026
的通用硅酸盐水泥改性剂熟料以占5～30％的质量比例与硅酸盐水泥熟料和石膏、矿渣以及粉煤灰等混合材共同粉磨，控制细度达到340m2/kg；或者直接将含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900027
的通用硅酸盐水泥改性剂以占5～30％的质量比例与通用硅酸盐水泥混合均匀，控制细度达到340m2/kg，制得具有快硬、早强以及补偿收缩或微膨胀性能的通用硅酸盐水泥。
本发明采用分别煅烧技术，用高铝含量废渣(主要为：粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾土尾矿等)和天然或工业副产石膏以及天然石灰石，低温烧制含
Figure BSA00000261088900028
C2S和C4AF矿物的用于提高通用硅酸盐水泥性能的改性剂。该改性剂可大量利用工业废渣且煅烧温度低，既可降低生产成本，又具有环保意义。由于改性剂含有较大比例的早强矿物
Figure BSA00000261088900029
将其以适当配比掺入到通用硅酸盐水泥中代替部分熟料，发挥早强矿物水化快且对矿渣、粉煤灰等混合材有激发作用的特点，形成较多的钙矾石和铝胶等水化产物，调节硅酸盐水泥水化产物的种类与配比，达到提高通用硅酸盐水泥性能的目的，解决了C3S与
Figure BSA00000261088900031
矿物共存温度范围窄，形成温度不相匹配的问题，保证了具有早强特性的高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900032
的有效利用。在适当的掺加范围内，可明显提高通用硅酸盐水泥的各龄期强度。对于混合材掺加量为40％的硅酸盐水泥，其3d强度可提高5～20％，28d强度提高3～10％；凝结时间缩短10～30％；体积收缩率-3.0～+1.0×10-4；替代部分硅酸盐水泥熟料，可降低生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例来说明本发明的实质。有必要在此指出的是：这些实施例仅用于证实本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900033
的通用硅酸盐水泥改性剂的制备
①以粉煤灰、天然石膏和石灰石为原料，将粉煤灰中所含Al2O3以形成最多的
Figure BSA00000261088900034
矿物为依据进行配料计算，原料的化学组成见表1。
表1计算所需原料的化学组成
  Loss   SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO   MgO   SO3   ∑
  粉煤灰   2.37   50.11   36.69   5.55   3.12   0.56    -   98.40
  矾土尾矿   13.89   40.19   43.17   1.48   0.71   0.47   99.91
  石灰石   42.77   2.12   0.33   0.24   52.79   1.43    -   99.58
  石膏   18.10   5.02   0.45   0.24   30.17   0.24   42.50   96.72
根据表1中原料的化学组成计算，得到本实施例原料质量配比为：粉煤灰27.39％；石膏5.65％；石灰石66.96％；外加上述原料质量0.5％的CaF2作矿化剂，制备成改性剂的生料配合料；
②将配合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于15％，于1320℃煅烧30min，制得熟料；
③将熟料配以6％的石膏(以改性剂总质量为基准计算)，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％，制得水泥改性剂。
(2)一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900035
的通用硅酸盐水泥改性剂的应用方法
将上述制得含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900036
的通用硅酸盐水泥改性剂熟料与硅酸盐水泥熟料以15∶85的质量比例混合，得到的混合物加入其质量5％石膏、20％矿渣和12％粉煤灰共同粉磨至细度为340m2/kg，制得改性通用硅酸盐水泥。
将改性通用硅酸盐水泥成型，标准条件下养护，3天和28天龄期强度分别为：19.8和36.7MPa；标准条件下测试水泥的凝结时间为，初凝(h:min)：2:52；终凝(h:min)：5:58；将未加改性剂的通用硅酸盐水泥成型，标准条件下养护，3天和28天龄期强度分别为：17.5和35.6MPa；标准条件下测试水泥的凝结时间为，初凝(h:min)：5:12；终凝(h:min)：7:08。
实施例2
(1)以矾土尾矿、天然石膏和石灰石为原料，将矾土尾矿中所含Al2O3以形成最多的
Figure BSA00000261088900041
矿物为依据进行配料计算。根据表1中原料的化学组成计算，得到本实施例原料配比为：矾土尾矿29.64％；石膏7.78％；石灰石62.58％；外加上述原料质量的0.5％CaF2作矿化剂，制备成改性剂的生料配合料；
②将配合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于15％，于1320℃煅烧30min，制得熟料；
③将熟料配以8％的石膏(以改性剂总质量为基准计算)，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％，制得水泥改性剂。
(2)一种含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900042
的通用硅酸盐水泥改性剂的应用方法
将含高胶凝性矿物
Figure BSA00000261088900043
的通用硅酸盐水泥改性剂与通用硅酸盐水泥以10∶90的质量比例混合均匀，控制细度达到340m2/kg，制得改性通用硅酸盐水泥。
将改性通用硅酸盐水泥成型，标准条件下养护，3天和28天龄期强度分别为：21.5和37.8MPa；标准条件下测试水泥的凝结时间为，初凝(h:min)：2:36；终凝(h:min)：5:33；将未加改性剂的通用硅酸盐水泥成型，标准条件下养护，3天和28天龄期强度分别为：17.5和35.6MPa；标准条件下测试水泥的凝结时间为，初凝(h:min)：5:12；终凝(h:min)：7:08。

Claims (2)

1.一种含高胶凝性矿物
Figure FDA00001603304300011
的通用硅酸盐水泥改性剂的制备方法，其特征是，步骤如下：
(1)以高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石的质量比为15～40：3～10：50～75，以高铝含量废渣的化学组成为依据进行配料计算，根据原料组成不同，设计
Figure FDA00001603304300012
C2S和C4AF矿物配比范围为，
Figure FDA00001603304300013
15～45％；C2S：40～75％；C4AF：2～20％，引入矿物总质量0.5％的CaF2作矿化剂，制备改性剂的生料配合料；
(2)将生料配合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于15％，于1250～1350℃煅烧15～60min，制得水泥改性剂熟料；
(3)将水泥改性剂熟料配以其质量1～8％的石膏，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％，制得水泥改性剂。
2.按照权利要求1所述的含高胶凝性矿物
Figure FDA00001603304300014
的通用硅酸盐水泥改性剂的制备方法，其特征是，所述的高铝含量废渣为：粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾土尾矿。
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