CN104310812B - 绿色生态水泥及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿色生态水泥及其生产方法，其包括以下重量份数的原料：水泥熟料40-50；建筑垃圾5-20；钢渣微粉20-25；复合活化剂0.06-0.08；早强剂2-5；水泥熟料采用硅酸盐水泥；建筑垃圾采用工程渣土、砖瓦碎块和混凝土块的一种或组合物与石灰石混合得到的材料；钢渣微粉采用SiO2二氧化硅、Fe2O3三氧化二铁、CaO氧化钙、MgO氧化镁。按重量份数将上述原料烘干，配料、粉磨和均化从而得到绿色生态水泥。该绿色生态水泥的生产方法，利用了更多的废弃材料，减低熟料在水泥的比重，从而大幅减低二氧化碳的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥的生产方法，尤其涉及一种低成本，节能环保的绿色生态水泥及其生产方法。
背景技术
cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，这种混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似。用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于建筑工程。1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现：要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制；用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。1796年，英国人J.帕克用泥灰岩烧制出了一种水泥，外观呈棕色，很像古罗马时代的石灰和火山灰混合物，命名为罗马水泥。因为它是采用天然泥灰岩作原料，不经配料直接烧制而成的，故又名天然水泥。具有良好的水硬性和快凝特性，特别适用于与水接触的工程。1813年，法国的土木技师毕加发现了石灰和粘土按三比一混合制成的水泥性能最好。1824年，英国建筑工人J.阿斯普丁取得了波特兰水泥的专利权。他用石灰石和粘土为原料，按一定比例配合后，在类似于烧石灰的立窑内煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因水泥硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥。它具有优良的建筑性能，在水泥史上具有划时代意义。 1907年，法国比埃利用铝矿石的铁矾土代替粘土，混合石灰岩烧制成了水泥。由于这种水泥含有大量的氧化铝，所以叫做“矾土水泥”。1871年，日本开始建造水泥厂。1877年，英国的克兰普顿发明了回转炉，并于1885年经兰萨姆改革成更好的回转炉。1889年，中国河北唐山开平煤矿附近，设立了用立窑生产的唐山“细绵土”厂。1906年在该厂的基础上建立了启新洋灰公司，年产水泥4万吨。1893年，日本远藤秀行和内海三贞二人发明了不怕海水的硅酸盐水泥。20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，如高铝水泥，特种水泥等。全世界的水泥品种已发展到100多种，2007年水泥年产量约20亿吨。中国在1952年制订了第一个全国统一标准，确定水泥生产以多品种多标号为原则，并将波特兰水泥按其所含的主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。2007年中国水泥年产量约11亿吨。
水泥无处不在，我们被水泥所包围。由于如火如荼的房地产建设，作为建筑基础用料的水泥的需求以每年超过6%的速度增长，据报道，2010年世界各国共生产了36亿吨的水泥，若将其全部倾注于美国纽约州曼哈顿岛上，将堆积成一个高达14米的巨型石柱；并且在2050年这个数据将会再提高10亿吨，那时全球水泥产量所堆积的巨石柱将会更高。可以说，水泥是世界上人类使用的仅次于水的物质。
水泥，在行业内有个代名词叫“高能耗行业”。英国《卫报》2010年公布的数据显示，每生产1吨普通水泥，就释放出近1吨二氧化碳。水泥的生产占据了世界二氧化碳排放量的5%，全球航空业二氧化碳排放量的3-4倍。
发明内容
本发明的目的是提供一种绿色生态水泥及其生产方法，利用了更多的废弃材料，减低熟料在水泥的比重，从而大幅减低二氧化碳的排放。
本发明所采用的技术方案是：
绿色生态水泥的生产方法：包括以下重量份数的原料：水泥熟料40-50份；建筑垃圾5-20份；钢渣微粉20-25份；复合活化剂0.06-0.08份；早强剂2-5份；
所述的水泥熟料是硅酸盐水泥，可以用42.5或52.5标号的硅酸盐水泥。
凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥。国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ；掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ。
硅酸盐水泥的细度采用比表面积测定仪检验，其比表面积应大于300㎡/kg，否则为不合格品。国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不早于45min，否则为不合格品；终凝时间不迟于390min，否则为不合格品。硅酸盐水泥的体积安定性经检验必须合格，否则为不合格品。硅酸盐水泥根据3d和28d的抗压强度分为三个强度等级即42.5、52.5、62.5，每个等级有两个类型即普通型与早强型（用R表示）。
硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。
所述的建筑垃圾为工程渣土、砖瓦碎块和混凝土块的一种或组合物与石灰石混合得到的材料；
所述的钢渣微粉是炼钢厂的转炉钢渣或电炉钢渣经过粉化的粉状物。钢渣粉：炼钢炉在冶炼过程中置换出来的杂质，经冷却粉化或破碎而成的粉状物含有氧化钙、氧化铝、氧化硅铁等成分。钢渣是符合YB/T022技术要求的转炉钢渣或电炉钢渣。
主要技术要求有比表面积，密度，含水率，游离钙，三氧化硫，碱度系数，活性指数，安定性；根据活性分为一级和二级。
掺入钢渣粉之后可以提高混凝土后期强度、降低水化热、减少塌落度损失，改善混凝土和易性，对防止混凝土早期收缩裂缝有显著效果；用钢渣粉做混凝土掺合料不仅可以等量取代10%-30%的水泥用量，还可以提高混凝土耐磨性，耐腐蚀性，后期强度，抗折强度，降低混凝土水化热。
钢渣作为水泥混合材早已列入国家标准，经过磨细制成钢渣微粉作为水泥混合材。钢渣微粉在比表面积为400m2/kg以上时，与矿渣粉相互使用，其活性得到充分激发；其比表面积为450m2/kg以上时，与矿渣粉相类捅，钢渣微粉产品具有良好的市场前景。
所述的复合活化剂是将硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成；其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5。由于其掺量低，不影响水泥各种性能规定值，可提高粉磨效率，水泥强度，还可提高水泥浆体的密实性，渗透性，使砂浆流动性好，粘结性强、不易收缩、不易产生裂缝。
所述的早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。掺加早强剂后可以缩短水泥的凝结时间，提高了水泥同龄期的水化程度。
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
a.干燥：建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，保证入磨水分不大于1.5％；钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量小于3％；
b.磨粉：将步骤a所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的建筑垃圾和钢渣微粉以及准备好的水泥熟料、复合活化剂和早强剂按重量份数加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，使磨粉过程的温度控制在90～120℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后经过包装，得到散装水泥。
本发明的有益效果：
1、随着建筑业的快速发展,建筑垃圾的总量迅速增加,由于建筑垃圾中的物质再利用耗能大等方面的原因,使得建筑垃圾的应用受到了局限。目前,大部分建筑垃圾的再利用途径为一般性回填和作为建筑物或道路的基础,一方面造成了资源浪费,另一方面还可能造成二次污染。本发明用建筑垃圾来生产水泥,达到保护环境、节约资源、发展低碳经济的目的；
2、本发明的绿色生态水泥的复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5，从而可以使水泥产量提高15％～30％，同时具有助磨的效果；
3、本发明绿色生态水泥的生产方法可以大幅度降低产品成本，改善工作环境，并能明显改善水泥的性能，生产工艺简单，产品可以长期储存；
4、本发明的绿色生态水泥加入了早强剂，按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1经配料、均化和粉磨的工艺过程制备而成的，能够加速水泥水化、达到提高砂浆早期强度的效果。
具体实施方式
实施例一：
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的5份建筑垃圾和20份钢渣微粉以及准备好的40份42.5硅酸盐水泥熟料、0.06复合活化剂和2份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
实施例二：
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的20份建筑垃圾和25份钢渣微粉以及准备好的50份42.5硅酸盐水泥熟料、0.08复合活化剂和5份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
实施例三：
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的13份建筑垃圾和23份钢渣微粉以及准备好的45份42.5硅酸盐水泥熟料、0.07复合活化剂和4份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
实施例四
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的17份建筑垃圾和24份钢渣微粉以及准备好的45份42.5硅酸盐水泥熟料、0.07复合活化剂和4份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
实施例五
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的17份建筑垃圾和24份钢渣微粉以及准备好的45份42.5硅酸盐水泥熟料、0.07复合活化剂和4份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
实施例六
绿色生态水泥的生产方法包括以下步骤：
将建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，入磨水分为1.48％，钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量为2.8％；将所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的17份建筑垃圾和24份钢渣微粉以及准备好的45份42.5硅酸盐水泥熟料、0.07复合活化剂和4份早强剂加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，磨粉过程的温度在116±3℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后得到绿色生态水泥。
其中复合活化剂是以硅酸钠、硫酸钠、与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成，其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
表1为建筑垃圾掺量、钢渣微粉掺量、比表面积与抗压强度的对比试验
通过表1可见，第1、2、3组数据是设定了出磨水泥强度指标，通过调整比表面积，分析不同比表面积时建筑垃圾、钢渣微粉最大掺量，经过数据分析可知：出磨水泥比表面积提高，建筑垃圾掺量、钢渣微粉掺量呈正比上升；第4、5、6组数据为设定建筑垃圾掺量、钢渣微粉掺量不变时，分析不同比表面积与强度关系，发现3天抗压强度随出磨水泥比表面积降低而相应下降。在做上述试验时应同时考虑不同参数下水泥的使用性能，如标准稠度用水量等。
表2为本发明绿色生态水泥的主要性能检测
Claims (2)
1.一种绿色生态水泥的生产方法，其特征在于：所述绿色生态水泥由以下重量份数的原料生产而成：
水泥熟料40-50份；建筑垃圾5-20份；钢渣微粉20-25份；复合活化剂0.06-0.08份；早强剂2-5份；
所述的水泥熟料是硅酸盐水泥熟料；
所述的建筑垃圾为工程渣土、砖瓦碎块和混凝土块的一种或组合物与石灰石混合得到的材料；
所述的钢渣微粉是炼钢厂的转炉钢渣或电炉钢渣经过粉化的粉状物；
所述的复合活化剂是将硅酸钠、硫酸钠与萘磺酸钠甲醛缩合物混合，加入催化剂三异丙醇胺和硫酸钙配制而成；其中硅酸钠、硫酸钠、萘磺酸钠甲醛缩合物、三异丙醇胺、硫酸钙加入的重量比为15:10:5:2:5；
其生产方法包括以下步骤：
a.干燥：建筑垃圾由皮带输送到立式烘干机烘干，保证入磨水分不大于1.5％；钢渣微粉经皮带输送机送至回转式烘干机进行烘干，烘干后钢渣经提升机送至钢渣仓储存，含水量小于3％；
b.磨粉：将步骤a所得干燥的建筑垃圾和钢渣微粉分别用水泥磨机研磨，使其通过100目筛的通过率达到95%以上，将得到的建筑垃圾和钢渣微粉以及准备好的水泥熟料、复合活化剂和早强剂按重量份数加入到水泥磨机中，向水泥磨机的内部喷射雾化水，使磨粉过程的温度控制在90～120℃，从水泥磨机磨头处出来的物料即水泥，用提升机输送入成品均化仓中，通过均化仓底部产生的空气均化后经过包装，得到散装水泥。
2.根据权利要求1所述绿色生态水泥的生产方法，其特征还在于，所述的早强剂是按照木质素、糖蜜酒精废液干粉、CaO重量比为1:1:1，经配料、均化和粉磨的工艺过程，制备而成。
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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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160518 Termination date: 20160928 |