CN102875041B - 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法 - Google Patents

一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种常温养护单组份碱激发水泥的低温煅烧制备方法。本发明的主要步骤是，首先将含硅铝氧化物的原料与碱性激发剂混合均匀，再将所得混合物在650℃~950℃保温煅烧2~3小时得熟料，将所得熟料与石灰和石膏按比例混合均匀并磨细至粒度为200目筛余物的质量比≦10%，即得水泥粉料；该粉料在加水混合后即可在常温下硬化。本发明利用含硅铝氧化物的原料加碱在远低于硅酸盐水泥熟料的煅烧温度（1450℃）下能制备出有足够强度的单组份碱激发水泥，方法简单，原料易得，且其早强性能好。本发明明显提高了碱激发水泥的使用便利性，且为进一步优化其性能，降低其制备成本提供了发展潜力。

Description

一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
技术领域
本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种常温养护单组分碱激发水泥的低温煅烧制备方法。
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。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，其中尤以典型组元为Na2O-Ca(Mg)O-Al2O3-SiO2的碱矿渣水泥最具性价比。前苏联的应用实践和国内的研究都证明，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。而其化学组成比硅酸盐水泥更接近地壳，所以其主要原料更加丰富廉价。但碱矿渣以炼铁副产品为原料，成分和性能不稳定，而以工业碱和水玻璃为激发剂更使其成本偏高而难以与硅酸盐水泥竞争。
为搞高碱激发水泥的性价比，专利201110405630.3与201110405626.7提出用加碱直接煅烧粘土的方法制备单组份地聚物水泥，专利201210238413.4则用加碱煅烧粘土与石灰石的办法制备单组份碱激发水泥以进一步降低制备成本。但这些专利所制备的碱激发水泥均需在高于室温的条件下养护才能硬化，使用不方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法，本发明方法不仅煅烧温度低，且制备的水泥只需要常温养护。
本发明方法包括如下顺序的步骤：
（1）将含硅铝氧化物的原料与碱性激发剂混合均匀，其混合物中固相的粒度为200目筛余物的质量比≦10%；其中，含硅铝氧化物的原料或者是玻璃体，或者是一种或几种矿物的混合物，满足：其在1000℃烧灼后的剩余质量中，Al2O3+SiO2≧80%，且40%≧Al2O3≧20%；碱性激发剂是NaOH和/或Na2CO3，其加量需满足碱性激发剂中Na2O与硅铝氧化物原料中Al2O3+SiO2的质量比为0.16～0.42；
（2）将步骤（1）所得混合物在650℃~950℃保温煅烧2~3小时得熟料；
（3）将步骤（2）所得熟料与石灰和石膏按比例混合均匀并磨细至粒度为200目筛余物的质量比≦10%，即得水泥粉料；该粉料在加水混合后即可在常温下硬化。
更具体地说，步骤（3）所述石灰包括工业生石灰、熟石灰及工业副产石灰；所述石膏包括天然石膏、硬石膏、建筑石膏及工业副产石膏；石灰掺量为：按含CaO的质量计算为熟料的11~30%；石膏掺量为：按含CaSO4的质量计算为熟料的7～67%。
本发明利用含硅铝氧化物的原料加碱在远低于硅酸盐水泥熟料的煅烧温度（1450℃）下能制备出有足够强度的单组分碱激发水泥，方法简单，原料易得，且其早强性能好。本发明明显提高了碱激发水泥的使用便利性，且为进一步优化其性能，降低其制备成本提供了发展潜力。
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。
本发明实施例中所用三种含硅铝氧化物的原料分别为宁乡高岭土、萍乡高岭土和临澧膨润土等三种粘土，其化学组成如表1所示。所用碱性激发剂均为分析纯的NaOH和无水Na2CO3。将NaOH或无水Na2CO3与上述粘土一起球磨至粒度为200目筛余小于总质量的10%，然后在650~950℃的温度下煅烧2~4小时得到熟料，再将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。将熟料粉与已达到相同细度的石灰和石膏在混粒机中混合5分钟以达到均匀便制成水泥粉。其中石灰为含Ca(OH)2达93%（质量比）的熟石灰，石膏为含CaSO4·2H2O为90%（质量比）的天然石膏。将水泥粉以0.28～0.55的水灰比加水混合，在水泥净浆搅拌机中搅拌2~3分钟后，浇注到40×40×40mm3的钢模中成型并振动密实。振动密实后在湿度≧90%和温度为20℃的条件下标准养护到不同龄期后拭干表面测其抗压强度。各实例的有关配方和工艺参数及对应试块的抗压强度详见表2。
表1三种硅铝氧化物原料的化学组成  单位：wt%
Figure 2012104108586A00800011
表2  低温煅烧常温养护单组分碱激发水泥实例的制备工艺参数及强度
Figure 2012104108586A00800021
*括号内的日期指本数据检测时对应的实际龄期。
由表2可知，此种水泥净浆试块常温养护3天的抗压强度在4~32.9MPa之间，变化范围较大，但大多有10MPa以上的3天抗压强度，说明其早强性能总体较好；其28天抗压强度在12.4~37.2MPa之间，其最大抗压强度对应的纯碱加量为粘土的27%，在所列实例中是加碱量相对偏低的。

Claims (1)

1.一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤： 
（1）将含硅铝氧化物的原料与碱性激发剂混合均匀，其混合物中固相的粒度为200目筛余物的质量比≦10%；其中，含硅铝氧化物的原料或者是玻璃体，或者是一种或几种矿物的混合物，满足：其在1000℃烧灼后的剩余质量中， Al2O3+SiO2≧80%，且40%≧Al2O3≧20%；碱性激发剂是NaOH和/或Na2CO3，其加量需满足碱性激发剂中Na2O与硅铝氧化物原料中Al2O3+SiO2的质量比为0.16～0.42； 
（2）将步骤（1）所得混合物在650℃≦煅烧温度＜950℃的条件下保温煅烧2～3小时得熟料； 
（3）将步骤（2）所得熟料与石灰和石膏按比例混合均匀并磨细至粒度为200目筛余物的质量比≦10%，即得水泥粉料；该粉料在加水混合后即可在常温下硬化； 
其中，步骤（3）所述石灰包括工业生石灰、熟石灰及工业副产石灰；所述石膏包括天然石膏、硬石膏、建筑石膏及工业副产石膏；石灰掺量为：按含CaO的质量计算为熟料的11～30%；石膏掺量为：按含CaSO4的质量计算为熟料的7～67%。 
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