CN102730996A - 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法 - Google Patents

一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102730996A
CN102730996A CN2012102384134A CN201210238413A CN102730996A CN 102730996 A CN102730996 A CN 102730996A CN 2012102384134 A CN2012102384134 A CN 2012102384134A CN 201210238413 A CN201210238413 A CN 201210238413A CN 102730996 A CN102730996 A CN 102730996A
Authority
CN
China
Prior art keywords
raw material
cement
preparation
alkali
single component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102384134A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102730996B (zh
Inventor
彭美勋
王正红
董颖艳
易亚
王玲
卢爱军
陈勇
申少华
肖秋国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Science and Technology
Original Assignee
Hunan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University of Science and Technology filed Critical Hunan University of Science and Technology
Priority to CN201210238413.4A priority Critical patent/CN102730996B/zh
Publication of CN102730996A publication Critical patent/CN102730996A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102730996B publication Critical patent/CN102730996B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y02P40/121—Energy efficiency measures, e.g. improving or optimising the production methods

Abstract

本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法。本发明的技术要点是，由含SiO2、Al2O3及CaO的原料1与含Na2O的原料2按比例混合，该比例应使混合物料在≥1100℃下的煅烧产物的各组分的质量占总质量的百分比分别是：Al2O3为8～25%，SiO2为24～55%，CaO为10～55%，Na2O+0.658K2O为6～25%。混合物在950～1200℃煅烧1.5～3h后磨细即得到水泥粉。水泥粉加水混合成浆后在50～80℃养护2～3天即得强度良好的水泥净浆试块；继续常温养护则强度持续增长。本发明大幅度扩展了碱激发水泥的原料范围，水泥存贮、运输与使用均更方便，并可望提高水泥的胶凝活性及降低成本。

Description

一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法
技术领域
本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法。
背景技术
2011年我国水泥产量达20.63亿吨，其中绝大部分是硅酸盐水泥。硅酸盐水泥煅烧温度达1450℃，能耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，且消耗大量的优质石灰岩资源，应逐渐限制与减少其使用。水泥的发展趋势要求其原料来源广、高废物利用、低能耗、低资源消耗、低污染、低碳排放且耐久性和耐腐蚀性好。最近研究比较活跃的碱激发水泥是由强碱盐的水溶液与活性固体氧化物粉末组成的双组分水泥，根据胶凝机理的差别主要有碱矿渣水泥和地聚物水泥两个基本类型。碱矿渣水泥的典型组元为R-M-A-S，其固体粉末为水淬高炉矿渣磨细粉。前苏联的应用实践和蒲心诚等在国内的研究都证明，碱矿渣水泥具有高强、快硬、抗渗、耐久、耐蚀、低碳排放和对集料要求低等明显优于硅酸盐水泥的性能。从组成比较，碱矿渣水泥的需碱量以Na2O计约为5%左右，为地聚物水泥需碱量的1/2-1/3，需铝量也更低；其组成比更接近地壳，原料更加丰富；而其常温养护的早期强度上升快，后期强度持续升高，最终强度也很高，常温养护90天的抗压强度达到160MPa，故该类水泥的潜在优势明显。但矿渣是在炼铁高炉中1400-1600℃高温熔融后水淬冷却获得的，人造矿渣能耗高，而炼铁副产矿渣产量不能满足水泥需求，且其组成随炼铁的需要而变化，当大掺量加入制备碱矿渣水泥时会使水泥性质不稳定(注：R-一价碱金属氧化物，M-二价碱土金属氧化物，A-Al2O3，S-SiO2，C-CaO,H-H2O,N-Na2O)。
发明内容
本发明的第一个目的在于克服上述碱矿渣水泥的不足，提供一种在化学成分与矿渣类似的原料中加入R组分，在低于矿渣熔融的温度下煅烧得到单组分碱激发R-M-A-S水泥的制备方法。
本发明方法包括如下顺序的步骤：
（1）准备原料1和原料2：原料1为含SiO2、Al2O3和CaO的物质，为玻璃体，或者为一种矿物或几种矿物的混合物，要求是需磨细到粒度为200目筛余物的质量比≦10%；原料2是在煅烧条件下能分解出游离的碱金属氧化物的物质；
（2）生料配料：将原料1与原料2按一定的比例混合；
（3）生料煅烧：将步骤（2）所得混合物在950℃～1200℃保温煅烧1.5～3小时后，将煅烧产物趁热迅速从高温炉中取出快速冷却至室温；将冷却所得熟料重新磨细即得到单组分碱激发水泥，水泥粉细度要求为200目筛余物的质量比≦10%。
更进一步的要求是，步骤（1）中所述原料1的组成成分满足：其在1100℃烧灼至恒重后，Al2O3+SiO2+CaO的质量≧烧后总质量的85%，并且，总质量的35%≧Al2O3的质量≧总质量的5%。
所述原料1优选为硅铝质粘土原料与钙质原料混合而成。
步骤（1）中所述原料2优选为水溶性碳酸钠或氢氧化钠。
步骤（2）中，所述原料1与原料2的混合比例应满足：使混合后的物料在1100℃及以上的温度下煅烧至恒重后，产物的各组分的质量占总质量的百分比分别是：Al2O3为8～25%，SiO2为24～55%，CaO为10～55%，Na2O+0.658K2O为6～25%。
步骤（2）中，原料1与原料2的混合方式是以一起研磨的方式混合均匀；或者，研磨后的原料1的粉末与溶解在水中的原料2进行固液混合，搅拌达到混合均匀；其中，优选为第二种混合方式。
步骤（3）中，当原料1中的钙质以游离的CaO和或Ca(OH)2的形式存在时，煅烧温度可低至950℃；当原料1中的钙质以CaCO3的形式存在时煅烧温度需≧1100℃。
本发明的第二个目的是提供上述单组分碱激发R-M-A-S水泥的使用方法，具体为水泥净浆试块制备与养护方法：将上述步骤（3）所得水泥粉以一定的水灰比掺入干净的水混合均匀，水灰比为0.25～0.4，在满足可振动密实的条件下尽量取低值；将混合好的浆体移入模具中成形并振动密实，接着在50～80℃保湿养护2～3天得到水泥净浆试块，在常温保湿的条件下继续养护可进一步提高试块的强度。
为了改善单组份碱激发水泥的性能，还可以在上述水泥粉与水的混合物料中加入各种集料和惰性增强料。
本发明大幅度扩展了碱激发水泥的原料范围，各种含铝硅酸盐矿物均可作为该种碱激发水泥的硅铝质原料，而易于磨细与活化的粘土质岩石更成为水泥的首选原料。本发明的单组分碱激发水泥与双组分碱矿渣水泥相比，不仅存贮、运输与使用均更方便，且其成分更易于控制，故性能将更加稳定。
本发明还具有重大的潜力，一方面，可期望制备的水泥有更高的胶凝活性。在单组分N-C-A-S系统中，由于常见粘土中各种共生矿物及惰性石英均可在煅烧时转变成活性碱铝硅酸盐，从而实际上提高了粘土的胶凝活性，使所制备的熟料的水化胶凝性能得到提高。另一方面，本发明可望降低成本。单组分N-C-A-S水泥的煅烧温度低于矿渣与硅酸盐水泥。且煅烧时生成可溶性的碱铝硅酸盐，与水作用时铝硅酸盐碱溶液溶解活性非晶相与玻璃体而凝胶，不需要再加入水玻璃。天然粘土岩中多含有一定量的碱金属元素，如以粘土矿物为主要组成矿物的页岩中Na2O+K2O的平均含量达4.5%，若按碱矿渣水泥的需碱量5%计算，以页岩作为原料制备单组分碱激发水泥几乎不需外加工业碱。此三者均将使制备成本与能耗较碱矿渣水泥进一步大幅度降低。
具体实施方式
下面结合具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。本发明实施例中所用设备为常规设备，所用原料为常规原料。
本发明实施例中的原料1分别由三种含硅铝氧化物的原料萍乡高岭土、宁乡高岭土及临澧膨润土与钙质原料混合而得。前者的化学组成如表1所示；钙质原料为含Ca(OH)2达93%的熟石灰或含CaCO3达97%的双飞粉。原料2有99%NaOH和99%Na2CO3两种。原料2溶于水配成液浆与已球磨至粒径为200目筛余小于总质量的10%的原料粉1均匀混合成泥浆状，然后在950～1200℃的温度下煅烧1.5～3小时得到熟料，再将迅速冷却后的熟料粉球磨至细度为200目筛余占总质量的比例为10%的熟料粉。将熟料粉与水混合在水泥净浆搅拌机中搅拌2～5分钟后，浇注到40×40×40mm3的钢模中成型。振动密实后在≧90%的湿度和50～80℃的温度下养护2～3天制得单组份碱激发水泥净浆试块。各实例配方和工艺参数详见表2，各对应实例试块的抗压强度和软化系数等性能数据详见表3。
表2与表3表明所制得的单组份碱激发水泥的2天抗压强度与3天抗压强度相接近。继续常温养护，强度持续增长。28天最大强度达52.7MPa，水泥净浆试块的软化系数在0.67～1.39之间，平均为0.9，可见，本发明水泥有良好的耐水性和综合性能，具有很好的应用潜力。
表1三种硅铝质粘土的化学组成  单位：wt%
  粘土类型   CaO   MgO   SiO2   Al2O3   Fe2O3   K2O   Na2O   L.O.I
  萍乡高岭土   0.32   0.10   70.11   19.07   1.03   4.29   0.33   4.80
  宁乡高岭土   0.09   0.05   54.88   37.00   0.58   1.87   0.45   5.05
  临澧膨润土   4.79   1.26   49.79   18.33   6.12   1.18   1.34   16.72
表2单组分碱激发水泥生料配方、化学组成及煅烧制度一览表
Figure BDA00001872817800051
表3单组分碱激发水泥净浆试块的抗压强度及软化系数*
Figure BDA00001872817800061
*养护制度均为80℃保湿养护3天后再标养至28天（80℃×3天+20℃×25天），软化系数指经3天养护后的试块再在20℃的水中浸泡1天的抗压强度与3天抗压强度之比；
1该组试块的加温养护温度为50℃，即其养护制度为50℃×3天+20℃×25天；
2试组试块的加温养护温度为60℃，即其养护制度为60℃×3天+20℃×25天。
表2与表3表明所制得的单组份碱激发水泥的2天抗压强度与3天抗压强度相接近。继续常温养护，强度持续增长。28天最大抗压强度达52.7MPa，水泥净浆试块的软化系数在0.67～1.39之间，平均为0.9，可见，本发明水泥有良好的耐水性和综合性能，具有很好的应用潜力。

Claims (9)

1.一种单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
（1）准备原料1和原料2：原料1为含SiO2、Al2O3和CaO的物质，为玻璃体，或者为一种矿物或几种矿物的混合物，要求是需磨细到粒度为200目筛余物的质量比≦10%；原料2是在煅烧条件下能分解出游离的碱金属氧化物的物质；
（2）生料配料：将原料1与原料2按一定的比例混合；
（3）生料煅烧：将步骤（2）所得混合物在950℃～1200℃保温煅烧1.5～3小时后，将煅烧产物趁热迅速从高温炉中取出快速冷却至室温；将冷却所得熟料重新磨细即得到单组分碱激发水泥，水泥粉细度要求为200目筛余物的质量比≦10%。
2.根据权利要求1所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述原料1的组成成分满足：其在1100℃烧灼至恒重后，Al2O3+SiO2+CaO的质量≧烧后总质量的85%，并且，总质量的35%≧Al2O3的质量≧总质量的5%。
3.根据权利要求2所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述原料1优选为硅铝质粘土与钙质原料混合而成。
4.根据权利要求1所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述原料2优选为水溶性碳酸钠或氢氧化钠。
5.根据权利要求1所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述原料1与原料2的混合比例应满足：使混合后的物料在1100℃及以上的温度下煅烧至恒重后，产物的各组分的质量占总质量的百分比分别是：Al2O3为8～25%，SiO2为24～55%，CaO为10～55%，Na2O+0.658K2O为6～25%。
6.根据权利要求1所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，原料1与原料2的混合方式是以一起研磨的方式混合均匀；或者，研磨后的原料1的粉末与溶解在水中的原料2进行固液混合，搅拌达到混合均匀；其中，优选为第二种混合方式。
7.根据权利要求1所述的单组分碱激发水泥的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，当原料1中的钙质以游离的CaO和或Ca(OH)2的形式存在时，煅烧温度可低至950℃；当原料1中的钙质以CaCO3的形式存在时煅烧温度需≧1100℃。
8.一种如权利要求1所述单组分碱激发水泥的使用方法，其特征在于具体为水泥净浆试块制备与养护方法：将步骤（3）所得水泥粉以一定的水灰比掺入干净的水混合均匀，水灰比为0.25～0.4，在满足可振动密实的条件下尽量取低值；将混合好的浆体移入模具中成形并振动密实，接着在50～80℃保湿养护2～3天得到水泥净浆试块，在常温保湿的条件下继续养护可进一步提高试块的强度。
9.根据权利要求8所述的单组分碱激发水泥的使用方法，其特征在于：在所述水泥粉与水的混合物料中加入各种集料和惰性增强料。
CN201210238413.4A 2012-07-11 2012-07-11 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法 Active CN102730996B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210238413.4A CN102730996B (zh) 2012-07-11 2012-07-11 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210238413.4A CN102730996B (zh) 2012-07-11 2012-07-11 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102730996A true CN102730996A (zh) 2012-10-17
CN102730996B CN102730996B (zh) 2014-06-18

Family

ID=46987394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210238413.4A Active CN102730996B (zh) 2012-07-11 2012-07-11 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102730996B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102875041A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 湖南科技大学 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN103332879A (zh) * 2013-07-25 2013-10-02 湖南科技大学 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
CN103755192A (zh) * 2014-01-22 2014-04-30 湖南科技大学 一种高强高性能混凝土用矿物外加剂的制备方法
CN103755173A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 湖南科技大学 一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法
CN104446040A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 湖南科技大学 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
CN106431038A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 海南大学 一种掺绿泥的碱激发水泥及其制备方法
CN108409171A (zh) * 2018-05-30 2018-08-17 福州大学 一种单组分碱激发粉煤灰水泥
CN110372240A (zh) * 2019-06-13 2019-10-25 湖南科技大学 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
CN110451827A (zh) * 2019-06-13 2019-11-15 湖南科技大学 一种蒸养碱激发水泥的制备和使用方法
CN111943541A (zh) * 2020-08-12 2020-11-17 中国一冶集团有限公司 一种利用高岭土的碱激发水泥制备方法
CN111995354A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 武汉大学 强化飞灰基地聚合物及其制备方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111574082B (zh) * 2020-05-15 2022-03-01 三明学院 一种单组分地聚物水泥制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515579A (zh) * 2011-12-08 2012-06-27 湖南科技大学 一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102515579A (zh) * 2011-12-08 2012-06-27 湖南科技大学 一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102875041A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 湖南科技大学 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN102875041B (zh) * 2012-10-25 2014-04-16 湖南科技大学 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN103332879A (zh) * 2013-07-25 2013-10-02 湖南科技大学 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
CN103332879B (zh) * 2013-07-25 2014-11-19 湖南科技大学 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
CN103755173A (zh) * 2014-01-17 2014-04-30 湖南科技大学 一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法
CN103755173B (zh) * 2014-01-17 2015-08-26 湖南科技大学 一种利用风化凝灰岩制备无熟料水泥的方法
CN103755192A (zh) * 2014-01-22 2014-04-30 湖南科技大学 一种高强高性能混凝土用矿物外加剂的制备方法
CN104446040A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 湖南科技大学 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
CN106431038A (zh) * 2016-09-28 2017-02-22 海南大学 一种掺绿泥的碱激发水泥及其制备方法
CN106431038B (zh) * 2016-09-28 2018-10-12 海南大学 一种掺绿泥的碱激发水泥及其制备方法
CN108409171A (zh) * 2018-05-30 2018-08-17 福州大学 一种单组分碱激发粉煤灰水泥
CN110372240A (zh) * 2019-06-13 2019-10-25 湖南科技大学 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
CN110451827A (zh) * 2019-06-13 2019-11-15 湖南科技大学 一种蒸养碱激发水泥的制备和使用方法
CN110372240B (zh) * 2019-06-13 2021-08-10 湖南湘楚先路环保科技有限责任公司 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
CN111943541A (zh) * 2020-08-12 2020-11-17 中国一冶集团有限公司 一种利用高岭土的碱激发水泥制备方法
CN111995354A (zh) * 2020-08-31 2020-11-27 武汉大学 强化飞灰基地聚合物及其制备方法
CN111995354B (zh) * 2020-08-31 2021-10-22 武汉大学 强化飞灰基地聚合物及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102730996B (zh) 2014-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102730996B (zh) 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法
CN102875041B (zh) 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN102701656B (zh) 偏高岭土基地聚合物泡沫混凝土及其制备方法
CN103332879B (zh) 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
CN102126838B (zh) 利用锂云母提锂渣制备轻质建材陶粒的方法
CN102515579B (zh) 一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法
CN102826771B (zh) 一种煤矸石活化物和新型无熟料胶凝材料及其制备方法
CN108892401B (zh) 一种磷石膏煅烧贝利特硫铝酸盐水泥熟料的方法及水泥熟料
CN102515801A (zh) 玻璃窑炉用硅砖
CN104446040B (zh) 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
CN103435281A (zh) 一种水泥熟料及其制备工艺
CN101768005A (zh) 高铝轻质隔热耐火砖及其制备方法
CN110372240A (zh) 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
CN103193431A (zh) 石英尾砂蒸压加气混凝土砌块及其制备方法
CN105254193A (zh) 一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法
CN111320400A (zh) 一种钙铝组分高温重构制备高胶凝活性钢渣的方法及应用
CN101700672A (zh) 一种采用铝土矿选尾矿制备仿石地板砖的方法
CN108178536A (zh) 一种分步煅烧煤气化渣制备少熟料水泥的方法
CN102491658B (zh) 一种利用膨润土制备地质聚合材料的方法
CN102965077A (zh) 一种粉体矿粉添加剂
CN104529323A (zh) 一种用普通硅酸盐水泥制备全重矿渣集料的耐热混凝土
CN102303975A (zh) 超低气孔率耐火砖及其制备方法
CN1331752C (zh) 一种高钙型铝酸钙的生产方法
CN100450949C (zh) 碱矿渣粉煤灰无机聚合物胶凝材料及制造方法
CN105152567A (zh) 一种立磨用矿渣助磨剂

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant