CN102092973A

CN102092973A - 一种粉煤灰水泥及其制备方法

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Publication number: CN102092973A
Application number: CN2010105930653A
Authority: CN
Inventors: 潘志华; 李绍彬
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明涉及一种粉煤灰水泥，其组分及各组分所占的质量百分比为：粉煤灰30-40％，硅酸盐水泥熟料53-65％，二水石膏2-5％，激发剂0.5-2.0％。将上述各组分材料按比例配合，混匀即可制成本发明所指的粉煤灰水泥。使用本发明的粉煤灰水泥具有早期强度高、安定性好的优点。其中粉煤灰的利用一方面节约了占地，另一方面也避免了环境污染。此外，提高粉煤灰在水泥中的掺量在很大的程度上降低了水泥制备成本。

Description

一种粉煤灰水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种水泥组成物的设计及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种粉煤灰水泥组成物的设计及其制备方法，属于建筑材料领域。

背景技术

我国基础设施建设的大规模迅猛发展需要大量通用类水泥，而水泥产业本身高能耗、高资源消耗、高环境污染的特点使其正在面临巨大的不可持续性挑战和冲击，寻求高效利用各类工业废渣作为天然资源的替代品制造水泥是缓解或减轻需求和挑战之间矛盾的有效和可行的途径。工业废渣的利用不仅可以减缓天然资源的消耗，而且还可以消除废渣本身造成的对环境的污染。

粉煤灰是火力发电厂煤粉锅炉排出的粉状煤灰，是工业固体废弃物中比较常见的一种。目前我国火力发电行业每年排放粉煤灰超过2亿吨，但利用率仅为年排放量的30％-40％。随着发电厂、城市供热工程的增加，粉煤灰的排放量也必将继续保持增多趋势。据估计到2020年，我国粉煤灰的年排放量将达到现在的3倍左右，再加上目前我国已有20亿吨粉煤灰累计堆存量，总的堆存量将会达到30多亿吨。如此大量的粉煤灰如不加合理处理和利用不仅会占用大量农田，而且会造成地下水、空气的污染，破坏生态平衡。因此，开展粉煤灰综合利用技术的开发显得十分重要。

我国现行水泥国家标准GB1344-1999《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》规定粉煤灰水泥中粉煤灰掺量为20％～40％。但实际生产中通常只能掺到20-25％左右，即便如此粉煤灰水泥依然存在早期强度偏低的性能问题。因此，如何在保证其水泥性能的前提下提高粉煤灰的掺量，或在粉煤灰掺量保持一定的前提下保证粉煤灰水泥高的早期强度发展速度，便成为粉煤灰水泥组成物设计中一个很重要的关键技术问题。

中国专利88102201.2介绍的一种粉煤灰水泥中粉煤灰掺量为20％～40％，但是，需要加入氢氟酸无水石膏，这种做法对环境有害。专利CN1554611A介绍了一种磷酸粉煤灰水泥(粉煤灰掺量为50％-80％)，但是，生产过程复杂，应用具有局限性，仅限于快速修补工程等。专利CN101172801A介绍的一种粉煤灰水泥中粉煤灰掺入量为40％～60％，但是，石膏的煅烧以及混合料粉磨耗能多，粉煤灰掺量超过水泥国家标准规定上限，水泥中引入过多的硫酸根离子和氯离子对水泥混凝土的长期耐久性造成潜在危害。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题而提出一种新的粉煤灰水泥，本发明的另一目的还提出了上述粉煤灰水泥的制备方法。

本发明的具体技术方案为：一种粉煤灰水泥，其组分及各组分所占的质量百分比分别为：粉煤灰30-40％，硅酸盐水泥熟料53-65％，二水石膏2-5％，激发剂0.5-2.0％。

优选所述的激发剂为Ca(OH)₂、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、Fe(OH)₃、Cu(OH)₂、三乙醇胺、Na₂SO₄或KAl(SO₄)₂中的一种或几种的组合。

本发明还提供了上述的粉煤灰水泥的制备方法，其具体步骤为：将石膏按比例与熟料共同粉磨到预定的比表面积，激发剂按比例与粉煤灰共同粉磨到预定的比表面积，然后再将含石膏的熟料与含激发剂的粉煤灰按比例混合均匀，即制得粉煤灰水泥。

优选上述的粉煤灰和激发剂经球磨机磨细至比表面积为350～650m²/kg；水泥熟料和石膏经球磨机磨细至比表面积为300-450m²/kg。

本发明所述的石膏优选为天然二水石膏，所述的水泥熟料优选为52.5硅酸盐水泥熟料；所述的粉煤灰优选为II级粉煤灰或I级粉煤灰。

有益效果：

本发明的粉煤灰水泥除了具有一股粉煤灰水泥具有的污染小、低水化热、抗碱-集料反应、抗硫酸盐侵蚀、抗干缩、安定性好等优良特性外，还解决了早期强度低，凝结时间长的问题，并且后期强度依然很高，尤其是本发明所用激发剂中不含硫酸盐、氯离子等物质有效地避免了水泥及其混凝土长期耐久性潜在不稳定性。同时因为粉煤灰掺量大，大幅度降低成本，所以对于大规模利用粉煤灰废弃物、降低水泥生产能耗和成本具有重要工程实际意义。把粉煤灰的用量由通常的25％的水平提高到30％-40％，相应地减少熟料用量，从而大幅降低成本，水泥早期强度高，稳定性好。

具体实施方式

以下以实施例的方式进一步说明本发明的效果：

实施例中使用的原材料如下：1)粉煤灰：II级粉煤灰，原灰比表面积为250m²/kg；2)水泥熟料：52.5硅酸盐水泥熟料 3)石膏：天然二水石膏，系化学试剂；

实施例1

按以下配合比(质量计量)制备粉煤灰水泥样品：

水泥熟料∶粉煤灰∶天然二水石膏∶激发剂＝64∶30∶4.5∶1.5；水泥熟料比表面积控制为320m²/kg，原灰与激发剂共同粉磨比表面积控制为450m²/kg；激发剂为Al(OH)₃、KAl(SO₄)₂、三乙醇胺(质量比4.0∶0.95∶0.05)；

按照GB1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》分别测定水泥凝结时间和砂浆强度，测定结果如下：

通过实施例1与未掺加激发剂的同粉煤灰掺量的空白样对比，可以发现，本发明粉煤灰水泥凝结时间明显缩短，水泥早期强度无论抗折还是抗压强度都大幅提高，其中抗折强度提高33.3％，抗压强度提高36.5％。

实施例2

按以下配合比(质量计量)制备粉煤灰水泥样品：

水泥熟料∶粉煤灰∶天然二水石膏∶激发剂＝58∶35∶5.3∶1.7；水泥熟料比表面积控制为350m²/kg，原灰与激发剂共同粉磨比表面积控制为550m²/kg；激发剂为Al(OH)₃、Na₂SO₄(质量比1∶1)；

按照GB1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》分别测定水泥凝结时间和砂浆强度，测定结果如下：

通过实施例2与未掺加激发剂的同粉煤灰掺量的空白样对比，可以发现，本发明粉煤灰水泥凝结时间明显缩短，水泥早期强度无论抗折还是抗压强度都大幅提高，其中抗折强度提高23.5％、抗压强度提高29.8％。

实施例3

按以下配合比(质量计量)制备粉煤灰水泥样品：

水泥熟料∶粉煤灰∶天然二水石膏∶激发剂＝54∶40∶4.0∶2.0；水泥熟料比表面积控制为370m²/kg，原灰与激发剂共同粉磨比表面积控制为650m²/kg；激发剂为Al(OH)₃、Ca(OH)₂、Na₂SO₄(质量比3∶1∶1)；

通过实施例3与未掺加激发剂的同粉煤灰掺量的空白样对比，可以明显的发现，本发明粉煤灰水泥凝结时间明显缩短，水泥早期强度无论抗折还是抗压强度都大幅提高，其中抗压强度提高29.8％。

本发明的粉煤灰水泥除了具有一股粉煤灰水泥具有的污染小、低水化热、抗碱-集料反应，还具有抗硫酸盐侵蚀、安定性好等优良特性。

抗冻融循环性能：将试样在20±2℃的水浴中养护，将养护至28d的砂浆试样放入冰箱中负20℃冻12小时后，放入20℃水中解冻。如此往复30次，测其抗折强度和抗压强度。

下表分别给出实施例1、2、3抗冻融循环实验性能测试结果。

抗冻融循环性能

由上表可以发现，经过30次的抗冻融循环实验，实施例1、2、3粉煤灰水泥砂浆样品无论抗折强度还是抗压强度都没有降低。

抗硫酸盐侵蚀性能：将试样在20±2℃的水浴中养护，将养护至28d的砂浆试样放入10％(按质量百分比)的NaSO₄溶液，28d后测其抗折强度和抗压强度。

下表分别给出实施例1、2、3抗硫酸盐侵蚀实验性能测试结果。

抗硫酸盐侵蚀性能

由上表可以发现，经过30d的硫酸盐溶液浸泡，实施例1、2、3粉煤灰水泥砂浆样品无论抗折强度还是抗压强度都没有降低，反而大幅度提高。

Claims

1.一种粉煤灰水泥，其组分及各组分所占的质量百分比分别为：粉煤灰30-40％，硅酸盐水泥熟料53-65％，二水石膏2-5％，激发剂0.5-2.0％。

2.根据权利要求1所述的粉煤灰水泥，其特征在于所述的激发剂为Ca(OH)₂、Al(OH)₃、Mg(OH)₂、Fe(OH)₃、Cu(OH)₂、三乙醇胺、Na₂SO₄或KAl(SO₄)₂中的一种或几种的组合。

3.一种制备如权利要求1所述的粉煤灰水泥的方法，其具体步骤为：将石膏按比例与熟料共同粉磨到预定的比表面积，激发剂按比例与粉煤灰共同粉磨到预定的比表面积，然后再将含石膏的熟料与含激发剂的粉煤灰按比例混合均匀，即制得粉煤灰水泥。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的粉煤灰和激发剂经球磨机磨细至比表面积为350～650m²/kg；水泥熟料和石膏经球磨机磨细至比表面积为300-450m²/kg。