CN1021905C - 道路用水泥 - Google Patents

Abstract

本发明是一种铺筑高级道路用的水泥及其制造方法。

在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃系统中引入F^-，SO₃ ^-离子，在回转窑上煅烧出来的一种水泥，这种水泥根据配方范围及加入混合材数量的不同，其28天抗折强度分别为7.25、8.25、9.25MPa，最高达10MPa，相应的水泥耐磨系数分别为1.0%，0.8%，0.5%，最低达0.2%，耐腐蚀，耐气候性能好，且制造过程比普通水泥节能10～20%，增产5～15%。

Description

本发明是一种铺筑高级道路用的水泥

公路路面在自然条件下经受冷热干湿的交替影响，并经受上百吨重车辆的动荷载的频繁作用，对水泥和混凝土的抗折、抗压强度以及抗摩擦，抗干缩，抗气候影响性能要求很高，尤其用于高速公路，飞机场等地方，要求更严格，是目前急待解决的难题，对此种问题国内外都尚未得到理想的解决方案。

目前国内外对道路水泥的质量要求可参阅以下性能要求：（表见文后）

耐磨性：水泥耐磨性是以磨耗率来表示，对道路水泥磨耗率的要求比一般水泥要严格，一般要求1.0%以下。

干缩性：作为道路用水泥，其干缩率愈小愈好，以减小路面裂缝。

因道路水泥熟料的矿物组成明显不同于普通熟料，在回转窑上煅烧时出现窑皮难挂、易掉、熟料结块大，烧成带短，窑内煅烧状态变化大等现象，给生产带来一定困难，因此，用回转窑生产道路水泥，窑的产量要降低5～10%，烧成带耐火砖寿命要缩短。

目前国内采用机立窑烧道路水泥，由于立窑条件所限，水泥产质量远不能满足高速公路的要求。

本发明的任务是设计一种与传统道路水泥矿物组成完全不同的道路水泥组成，其生产方法也与传统的道路水泥不同，从而解决了以回转窑生产道路水泥所难解决的问题，并能降低烧成温度，节省能源，还可掺加混合材降低成本，其性能还要优于同类产品，可以生产普通硅酸盐水泥增产5～15%。

本发明是在CaO-SiO₂-Fe₂O₃-Al₂O₃系统中引入F^-，SO₃离子，并对F^-、SO₃、Al₂O₃等关键成分进行综合控制，配成生料，采用回转窑或立波尔窑生产，在1250℃～1350℃的温度下煅烧，控制窑中气氛为氧化气氛，煅烧成具有下列化学成分的水泥熟料：

CaO＝60～65%

SiO₂＝18～20%

Al₂O₃＝6.5～9.0%

Fe₂O₃＝2.5～4.5%

SO₃＝3.5～6.5%

F^-＝0.1～0.4%

其矿组成如下：C₃S＝40～68%

C₂S＝6～30%

C₄A₃S＝5～18%

C₄AF＝8～15%;

烧成熟料容重为1300±50克/立升，游离石灰控制在1.5%以下;磨制水泥时可加入10～40%的混合材，粉磨细度为比表面积大于3500cm²/克，石膏加入量控制M量为1.0～3.5，根据混合材加入量的多少，可以磨制成各种不同标号的道路水泥。

本发明高级道路水泥与以往水泥相比，化学成分属于高铝，低铁，低钙型道路水泥，矿物组成中引入了C₄A₃S的矿物，避免了矿物组成中出现C₃A，而SO₃也结合在矿物中变成无害成分，从而降低水泥的水化热，增加早强和耐磨性，增加抵抗硫酸盐侵蚀的性能，抗折强度提高，不收缩，而煅烧温度却比普通水泥降低100℃～150℃。

本发明所用钙质原料为石灰石，硅质原料为粘土，页岩，煤矸石，低品位矾土、以及少量铁粉，石膏、萤石或含氟工业废渣等，将上述原料按控制成分范围配成生料，使符合下述率值的要求范围：

KH＝0.85～0.98

P＝1.8～2.8

n＝1.5～2.5

$\mathrm{KH\; =}\frac{C_{总}{\mathrm{-\; f\; ·\; CaO\; -\; 0.55A\; -\; 1.05F\; -\; 1.48F}}^{-}{\mathrm{-\; 0.7S}}^{-}}{\mathrm{2.8\; \times \; S}}$

C_总-代表熟料中CaO重量百分数

熟料的煅烧是在干、湿法回转窑或立波尔窑中进行，采取大风、大料、薄料、快转，氧化气氛的烧成原则，控制煅烧温度为1250℃～1350℃熟料立升重为1300±50克/立升，游离氧化钙小于1.5%，窑内废气中CO＜1%。

烧成的熟料加石膏和混合材共同粉磨，制成不同标号的道路水泥，当混合材加入量为10～40%时，石膏加入量控制M值在1.0～3.5之间，石膏加入量按下式计算：

$\mathrm{G\; =\; 0.13\; M}\frac{\mathrm{1.99\; \times \; (A\; -\; 0.64F\; )}}{{\mathrm{SO}}_3}\%$

式中：G为石膏加入量

M代表所配水泥中SO₃/C₄A₃ S的克分子比

SO₃代表石膏中SO₃百分数

A代表熟料中Al₂O₃百分数

F代表熟料中Fe₂O₃百分数

水泥粉磨细度控制在比表面＞3500cm²/克

以下为生产控制中需要说明的问题

1.为获得理想矿物组成的熟料，必需严格控制F^-，SO₃，Al₂O₃，Fe₂O₃的含量，若F^-小于控制范围，则无法降低C₃S形成温度，导致矿物组成中的C₃S含量减少、水泥强度降低，反之，F^-大于控制范围，易生成C₁₁A₇CaF，导致水泥凝结太快，若SO₃＜3.5，且Al₂O₃＜5.5%则C₄A₃ S量少，不但早期强度不够，而且抗折、耐磨韧性等均降低，反之，如SO₃＞6.5%，Al₂O₃＞9%则C₄A₃S含量过高，C₃S会偏低，导致早期强度虽较高，但后期强度增长不大，Fe₂O₃含量起着调节矿物组成和改善水泥质量的重要作用，在Al₂O₃含量高的情况下，Fe₂O₃的加入量也要高;Fe₂O₃可以吸收Al₂O₃防止过量C₄A₃ S矿物的形成，另一方面有利于C₄AF矿物的形成，提高了耐磨性，但加入量不得过高，否则就会造成窑内结圈。

2.煅烧温度控制在1250℃～1350℃的范围，如温度过低则fCaO过高，C₃S不易形成;如温度过高已形成的C₄A₃S会在高温下再分解，而且SO₃会挥发;还原气氛重，料层厚，物料停留时间长也会使SO₃挥发和水泥质量不稳定。

3.石膏加入量计算式中M的取值也很重要，M值过小则达不到所需强度，过大则容易引起水泥和混凝土膨胀。

本发明不同标号的高级道路水泥，可用于高级公路路面施工工程及一般道路路面工程，以及要求耐磨性能好、抗折强度高，受气候影响小的广场、机场;飞机跑道等工程;本发明产品所具备的优点如下：

1.熟料烧成温度低，易磨性能好，节能15～20%。

2.熟料产量高，台时产量提高5～15%。

3.水泥抗折强度高，防止局部下沉，冲击等造成的裂纹和损坏，尤其是道路接缝处的损坏。

4.水泥耐磨系数小于1.0%，最低达0.2%，可延长路面、跑道、广场等的使用周期。

5.抗冻性能好，抗冻循环200次，强度下降低。

6.制造此种水泥使用原料广泛，可用废渣配料，且可用工业废渣作混合材，对水泥强度影响不大。

7.生产成本低，与普通水泥比较，具有显著的经济效益。（表见文后）

实施例：（表见文后）

将上述化学成份的生料采用φ1.6/1.35×30米的中空干法窑煅烧，控制物料温度1250～1350℃之间，熟料立升重1300±50克/立升，fCaO＜1.5%窑内气氛CO＜1%。采用大风、大料、薄料、快转的条件煅烧。（表见文后）

将以上实施例所取得的性能与现有的道路水泥性能对比（参看数1和表5，表6），本发明高级道路水泥的性能，远远超过现有道路水泥的标准要求，尤其是道路水泥最需要的抗折强度和耐磨性能;该水泥的动凝时间比其他道路水泥要短一些≥1∶10小时，比普通硅酸盐水泥要长一些，这对道路施工时间已经足够，而且稍微早凝一些，可以早期发挥强度，以加速施工速度。

表1    水泥混凝土性能

国    水泥    水泥抗折强度MPa    水泥抗压强度MPa    混凝土强度

初凝    一级公路    二级公路

别    （小时）    3天    7天    28天    3天    7天    28天

抗折/抗压    抗折/抗压

日本    ≥2    ＞5.9

≥2    51.5    4.4/29.4    3.9/24.5

苏联＊

≥1.5

罗马尼亚    ≥2    3.5    5.0    6.5    15    25    40

中国    ≥1.5    4.1    5.3    7.1    22.5    33.3    51.5    4.4/29.4    3.3/24.5

＊    30℃以上为1.5小时    以下为2小时

表2    生料成份

生料分析成份（%）

loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO F^-SO₃∑

本发明1    33.08    11.52    4.32    2.28    42.91    0.49    0.19    3.20    97.99

本发明2    32.76    11.06    4.87    1.87    42.37    0.60    0.18    3.55    97.26

本发明3    34.27    12.60    4.05    1.45    41.45    0.65    0.16    3.45    98.08

对比1    35.96    12.35    2.51    3.00    44.00    1.18    /    /    99.00

表3    熟料成份

熟料化学分析成份（%）

编号

loss SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO fCaO F^-SO₃∑

本发明1    0.54    18.10    7.8    3.85    62.17    0.85    1.50    0.48    4.8    100.09

本发明2    0.52    18.86    8.06    3.01    62.26    0.85    1.68    0.31    4.32    99.87

本发明3    0.54    18.86    8.70    3.55    60.13    0.85    2.03    0.47    4.79    99.92

对比1    0.48    20.68    4～5    ＞5.5    65.89    1.28    1.68    /    /

表4    熟料率值及矿物组成

熟料率值    矿物组成（%）

编号

KH n P C₃S C₂S C₄A₃ SC₄AF

本发明1    0.952    1.554    2.026    58.87    7.78    10.61    11.70

本发明2    0.937    1.704    2.678    58.12    10.21    13.47    9.15

本发明3    0.862    1.539    2.45    41.99    22.38    15.39    10.79

对比1 0.98 ＞1.70 ＜1.0 62.79 10.81 C₃A＜5.5 ＞16

Claims (1)

1、一种道路用水泥熟料，其特征是：该水泥熟料的矿物组成及化学成分(重量百分比)如下：

[1]矿物组成：

C₃S=40～68%

C₂S= 6～30%

C₄A₃S=5～18%

C₄AF=8～15%；

[2]化学成分：

CaO=60～65%

SiO₂=18～20%

Al₂O₃=6.5～9.0%

Fe₂O₃=2.5～4.5%

SO₂=3.5～6.5%

F^-=0.1～0.4%

[3]熟料容重为1250～1350克/立升；

[4]游离氧化钙为fCaO＜1.5%。