CN102557566A - 一种复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法 - Google Patents

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高育欣
余保英
林喜华
徐芬莲
杨仕海
王斌
刘霞
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Abstract

本发明公开一种复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法，通过碱性中和剂对工业副产石膏进行适当改性，有效消除工业副产石膏中的有害成分尤其是酸性杂质等对水泥体系的不利影响；将天然石膏与改性副产石膏按适当的比例复合，制备成复合改性石膏；在此基础上，将复合改性石膏与少量水泥熟料、适量矿渣及其它各种工业废渣(包括锂渣、锰渣、尾矿粉等)复合，充分激发废渣的潜在活性，制备一种CO2排放量仅为传统硅酸盐水泥的10-15％，能耗仅为传统硅酸盐水泥20％左右，工业副产石膏与工业废渣利用率在45％以上，且可达到42.5甚至52.5强度等级要求的复合改性石膏型高性能生态水泥。

Description

一种复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，确切地说是指一种复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法。
背景技术
水泥作为我国建筑业的基础原材料之一，在国民经济建设中具有举足轻重的地位。然而，传统硅酸盐水泥工业中面临的高排放、高能耗、高污染等问题，严重地影响着水泥乃至建筑行业的可持续发展，在其生产及使用过程中存在着以下几个方面的问题：
(1)在矿物掺合料利用方面主要集中在数量有限的矿渣、粉煤灰等极少的原材料，对锂渣、锰渣、尾矿粉等工业废渣的利用率极低；
(2)传统硅酸盐水泥主要使用天然二水石膏、天然硬石膏等，对工业副产石膏(脱硫石膏、氟石膏、磷石膏等)的利用还基本未涉及，未能较好地解决工业副产石膏大量堆存、占用土地及有害物质容易对周边环境造成污染的问题；
(3)目前建筑行业内在提高矿物掺合料的用量时，往往通过掺入化学添加剂等成本昂贵的材料来激发矿物掺合料潜在活性，成本难以控制的同时，也会导致使用此类水泥制备的混凝土存在抗冻性差、表面起灰等耐久性问题。
总之，传统硅酸盐水泥能耗及成本较高，污染严重，工业废渣及副产石膏的掺入少，难以实现建筑材料的多元化发展和固体废弃物较高的回收利用率。
因此，积极推进建筑材料的多元化发展，提高废渣的利用率，实现工业副产石膏的二次利用，制备低环境负荷型、绿色高性能胶凝材料来代替传统硅酸盐水泥才是水泥行业未来的发展之路。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法，在保证水泥强度及混凝土耐久性的同时，积极推进建筑胶凝材料多元化发展，具有良好的环保效益。
为了解决以上的技术问题，本发明提供的复合改性石膏型高性能生态水泥，包括复合改性石膏、水泥熟料、矿渣、工业废渣，其中各组分的配方为：
Figure BDA0000128247590000021
以上组成比例按重量计。
优选地，所述工业废渣为锂渣、锰渣或尾矿粉等的单一组分或多元复合组分。
优选地，所述复合改性石膏为天然石膏和改性副产石膏的复合产品，包括碱性中和剂、工业副产石膏以及天然石膏，其中各组分的配方为：
碱性中和剂          3％-15％
工业副产石膏        75％-95％
天然石膏            1％-15％
以上组成比例按重量计。
优选地，所述碱性中和剂的碱性组分含量90％以上，其澄清水溶液的PH值在12.5左右。
优选地，所述复合改性石膏为碱性中和剂与游离水含量15-20％的工业副产石膏拌匀、陈化24-48h后烘干，按上述比例与天然石膏混合而成。
优选地，所述复合改性石膏的PH值在7-8之间。
优选地，所述水泥熟料控制水泥体系水化硬化过程中碱度(碱度：100g该水泥中加入900ml水，振荡或搅拌2h后，溶液迅速过滤，所得的该溶液中游离CaO的浓度)低于0.015mol/L。
优选地，所述复合改性石膏与所述水泥熟料共同作用，使水泥体系水化硬化过程中PH值保持在10-12之间。
另外，本发明还提供一种所述的复合改性石膏型高性能生态水泥的制备方法，将各原材料按配方计量之后加入到球磨机中混合粉磨至比表面积400-450m2/kg之间时，制备符合42.5强度等级要求的高性能生态水泥，或者将各原材料按配方计量之后加入到球磨机中混合粉磨至比表面积500m2/kg以上时，制备符合52.5强度等级要求的高性能生态水泥。
与现有技术相比，本发明提供的复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法，通过碱性中和剂对工业副产石膏进行适当改性，有效消除工业副产石膏中的有害物质尤其是酸性杂质等对水泥体系的不利影响；将天然石膏与改性副产石膏按适当的比例复合，制备成复合改性石膏；在此基础上，将复合改性石膏与少量水泥熟料、适量矿渣及其它各种工业废渣(包括锂渣、锰渣、尾矿粉等)复合，充分激发废渣的潜在活性，制备一种CO2排放量仅为传统硅酸盐水泥的10-15％，能耗仅为传统硅酸盐水泥20％左右，工业副产石膏与工业废渣利用率在45％以上，且符合42.5及52.5强度等级要求的复合改性石膏型高性能生态水泥。
附图说明
图1为本发明中复合改性石膏型高性能生态水泥制备方法的工艺流程图；
图2为本发明中复合改性石膏制备过程的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供的复合改性石膏型高性能生态水泥，包括复合改性石膏、水泥熟料、矿渣、工业废渣。将以上各原材料按配方计量之后，加入到球磨机中混合粉磨至一定比表面积，制得复合改性石膏型高性能生态水泥。具体流程见图1-图2，图1为本发明中复合改性石膏型高性能生态水泥制备方法的工艺流程图；图2为本发明中复合改性石膏制备过程的工艺流程图。具体配方见表1-表2，表1为本发明复合改性石膏型高性能生态水泥的配方；表2为复合改性石膏的配方。
表1复合改性石膏型高性能生态水泥配方
表2复合改性石膏配方
Figure BDA0000128247590000042
Figure BDA0000128247590000051
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
表3复合改性石膏型高性能生态水泥配方
Figure BDA0000128247590000052
表4复合改性石膏配方
Figure BDA0000128247590000053
使用本发明实施例1-7配方的复合改性石膏型高性能生态水泥比表面积以及各龄期力学性能如下：
表5复合改性石膏型高性能生态水泥比表面积及各龄期力学性能
Figure BDA0000128247590000054
Figure BDA0000128247590000061
实施例1：
该实施例配方编号为1-a，按表3中配方1的比例计量称量，其中复合改性石膏按表4中的配方a制备，然后投入球磨机中混合粉磨至比表面积450m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对42.5水泥强度等级要求。
实施例2：
配方同实施例1，不同之处是将各成分投入球磨机中混合粉磨至比表面积540m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对52.5水泥强度等级要求。此外，该水泥具有低的水化热及优良的抗硫酸盐侵蚀性能，可用于大体积混凝土，及混凝土预制构件的制备。
实施例3：
该实施例配方编号为2-b，按表3中配方2的比例计量称量，其中复合改性石膏按表4中的配方b制备，投入球磨机中混合粉磨至比表面积420m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对42.5水泥强度等级的要求。同样地，该水泥具有低的水化热及优良的抗硫酸盐侵蚀性能，可用于大体积混凝土的配制，及混凝土预制构件的制备。
实施例4：
该实施例配方编号为3-b，按表3中配方3的比例计量称量，其中复合改性石膏按表4中的配方b制备，然后在球磨机中混合粉磨至比表面积410m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对42.5强度等级的要求。同样该水泥具有低的水化热及优良的抗硫酸盐侵蚀性能，可用于大体积混凝土的配制，及混凝土预制构件的成型。
实施例5：
该实施例配方编号为4-c，按表3中配方4的比例计量称量，其中复合改性石膏按表4中的配方c制备，同样在球磨机中混合粉磨至比表面积430m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对42.5强度等级的要求。
实施例6：
配方同实施例5，不同之处是将各成分投入球磨机中混合粉磨至比表面积520m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对52.5水泥强度等级要求。同样该水泥具有低的水化热及优良的抗硫酸盐侵蚀性能，可用于大体积混凝土及混凝土预制构件的制备。
实施例7：
该实施例配方编号为5-a，按表3中配方5的比例计量称量，其中复合改性石膏按表4中的配方a制备，然后在球磨机中混合粉磨至比表面积410m2/kg，由表5可见，该水泥符合国标对42.5强度等级的要求。同样该水泥具有低的水化热及优良的抗硫酸盐侵蚀性能，可用于大体积混凝土及混凝土预制构件的制备。
所述的工业废渣为锂渣、锰渣或尾矿粉等的单一组分或多元复合组分，工业废渣大量取代水泥熟料，提高工业废渣的利用率，工业副产石膏与工业废渣利用率在45％以上。
复合改性石膏制备方法：碱性中和剂与游离水含量15-20％的工业副产石膏拌匀、陈化24-48h后烘干，按上述比例与天然石膏混合而成。
所述的复合改性石膏中的碱性中和剂的碱性组分含量90％以上，其澄清水溶液的PH值在12.5左右，可明显降低工业副产石膏中有害物质尤其是酸性杂质对体系的危害，实现复合改性石膏的PH值在7-8之间。
复合改性石膏与水泥熟料共同作用，使水泥体系水化硬化过程中PH值保持在10-12之间。
另外，本发明还提供一种的复合改性石膏型高性能生态水泥的制备方法，将各原材料按配方计量之后，加入到球磨机中混合粉磨至比表面积在400-450m2/kg之间时，制备符合42.5强度等级要求的高性能生态水泥；或者，粉磨至比表面积500m2/kg以上时，制备符合52.5强度等级要求的高性能生态水泥。
与现有技术相比，本发明提供的复合改性石膏型高性能生态水泥及其制备方法，通过碱性中和剂对工业副产石膏进行适当改性，有效消除工业副产石膏中的有害物质尤其是酸性杂质等对水泥体系的不利影响；将天然石膏与改性副产石膏按适当的比例复合，制备成复合改性石膏；在此基础上，将复合改性石膏与少量水泥熟料、适量矿渣及其它各种工业废渣(包括锂渣、锰渣、尾矿粉等)复合，充分激发废渣的潜在活性，制备一种CO2排放量仅为传统硅酸盐水泥的10-15％，能耗仅为传统硅酸盐水泥20％左右，工业副产石膏与工业废渣利用率在45％以上，且符合42.5及52.5强度等级要求的复合改性石膏型高性能生态水泥。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，包括复合改性石膏、水泥熟料、矿渣、工业废渣，其中各组分的配方为：
Figure FDA0000128247580000011
以上组成比例按重量计。
2.根据权利要求1所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述工业废渣为锂渣、锰渣或尾矿粉等的单一组分或多元复合组分。
3.根据权利要求1所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述复合改性石膏为天然石膏和改性副产石膏的复合产品，包括碱性中和剂、工业副产石膏以及天然石膏，其中各组分的配方为：
碱性中和剂              3％-15％
工业副产石膏            75％-95％
天然石膏                1％-15％
以上组成比例按重量计。
4.根据权利要求3所述的碱性中和剂，其特征在于所述碱性中和剂的碱性组分含量90％以上，其澄清水溶液的PH值在12.5左右。
5.根据权利要求3所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述复合改性石膏为碱性中和剂与游离水含量15-20％的工业副产石膏拌匀、陈化24-48h后烘干，按上述比例与天然石膏混合而成。
6.根据权利要求3所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述复合改性石膏的PH值在7-8之间。
7.根据权利要求1所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述水泥熟料控制水泥体系水化硬化过程中碱度低于0.015mol/L。
8.根据权利要求1所述的复合改性石膏型高性能生态水泥，其特征在于，所述复合改性石膏与所述水泥熟料共同作用，使水泥体系水化硬化过程中PH值保持在10-12之间。
9.一种权利要求1至8中任一项所述的复合改性石膏型高性能生态水泥的制备方法，其特征在于，将各原材料按配方计量之后加入到球磨机中混合粉磨至比表面积400-450m2/kg之间时，制备符合42.5强度等级要求的高性能生态水泥。
10.一种权利要求1至8中任一项所述的复合改性石膏型高性能生态水泥的制备方法，其特征在于，将各原材料按配方计量之后加入到球磨机中混合粉磨至比表面积500m2/kg以上时，制备符合52.5强度等级要求的高性能生态水泥。
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