CN104446040B - 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法。由含硅铝氧化物的原料与白云石纯碱等混合球磨制得生料粉，其配料比满足(CaO+MgO)/SiO2摩尔比为1.0-2.1,(Na2O+K2O)/SiO2摩尔比为0.3-0.7，在1100℃煅烧2～3h后得熟料。在100份熟料中加入10-30份矿渣，5-15份熟石灰和10-60份石膏混匀磨细即得水泥。本发明制备的水泥具有高早强性，特别是具有良好的后期强度，明显优于现有技术，长期养护不开裂，解决了现有水泥后期容易开裂破坏的问题；其原料易得，特别是廉价原料占有比例高，有效降低了生产成本；制备方法简单，使用便利，养护方便，具有良好的应用价值。

Description

一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
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复合单组份碱激发水泥的制备方法。
背景技术
我国是全世界水泥产量最高的国家，2013年水泥产量达24.3亿吨，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份水泥，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主要原料，成分和性能不稳定，且以工业碱和水玻璃为激发剂使其成本偏高而难以与硅酸盐水泥竞争。
为提高碱激发水泥的性价比，专利ZL201110405630.3与ZL201110405626.7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ZL201210238413.4用加碱煅烧粘土与钙镁碳酸盐的办法制备单组份碱激发水泥以降低制备成本，专利ZL201210410858.6则进一步发明了一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥，但后者仍存在常温养护强度较低且后期容易开裂破坏的缺陷。
发明内容
为了进一步提高水泥的强度性能、并降低其后期开裂破坏风险，本发明提出一种常温养护的复合单组份碱激发水泥的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种常温养护的复合单组份碱激发水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料准备原料1为含SiO2、Al2O3的原料，满足：1100℃烧灼至恒重后的剩余质量中，Al2O3+SiO2≥85％，且45％≥Al2O3≥10％；原料2为白云石，其化学式为CaMg(CO3)2；原料3为纯碱，其化学式为Na2CO3；原料4为矿渣粉，即炼铁高炉排出的水淬废渣；原料5为熟石灰，其化学成分为Ca(OH)2；原料6为石膏，其化学式为CaSO4·2H2O；各种原料均研磨至粒度为200目筛余物的质量比≤10％。
(2)生料配料将上述原料1、2与3按比例均匀混合成生料粉，各原料的混合比例满足：(CaO+MgO)与SiO2的摩尔比为1.0-2.1，(Na2O+K2O)与SiO2的摩尔比为0.3-0.7；
(3)熟料制备将步骤(2)所述生料粉在1080-1120℃下保温煅烧1.5～3小时后得熟料；
(4)复合水泥制备将熟料与原料4、5与6按比例混合,其中原料4、5及6与熟料的质量比分别为：0.10-0.30、0.05-0.15和0.1-0.6，将混合物研磨至200目筛余物的质量比≤10％即得复合水泥粉，该粉料在加水混合后即可在常温下硬化。
进一步，所述的各原料可先分别研磨后再混合均匀或先混合均匀再一起研磨。
进一步，所述含SiO2、Al2O3的原料1为玻璃体和或一种或几种矿物的混合物，优选为高岭土或膨润土，高岭土更具体为高品位的富高岭土或低品位的贫高岭土。
进一步，所述石膏为天然石膏、硬石膏、建筑石膏或工业副产石膏。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备的水泥具有高早强性，特别是具有良好的后期强度，明显优于现有技术，长期养护不开裂，解决了ZL201210410858.6所发明水泥后期强度较低且容易开裂破坏的技术问题。
(2)本发明的原料易得，特别是廉价原料占有比例高，有效降低了生产成本。
(3)本发明的方法简单，使用便利，养护方便，具有良好的应用价值。
具体实施方式
下面通过具体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高品位的富高岭土、低品位的贫高岭土和含铁较高化学组成较复杂的膨润土等三种粘土，其化学组成如表1所示。所用碱性激发剂均为分析纯的无水Na2CO3。将上述三种粘土分别与Na2CO3和市售的白云石粉一起球磨至粒径为200目筛余小于总质量的10％，然后在1100℃的温度下煅烧2～3小时，速冷后得到熟料，再将熟料粉球磨至粒径为200目筛余物占总质量的比例≤10％的熟料粉。将熟料粉与已达到相同细度的矿渣粉、熟石灰粉及石膏粉按比例在混料机中混合5分钟，达到均匀便制成水泥粉。其中石灰为含Ca(OH)2达93％(质量比)市售熟石灰粉，石膏为含CaSO4·2H2O为90％(质量比)的天然石膏。将水泥粉以0.40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，再在湿度≥90％和温度为20℃的标准条件下养护不同时间后测其抗压强度。各实例的有关配方和工艺参数及相应净浆试块的抗压强度
详见表2。
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6.4～28.2MPa之间，变化范围较大，但多数有10MPa以上的3天抗压强度，说明其早强性能较好；其28天抗压强度在14.3～47.7MPa之间，最大抗压强度比专利ZL201210410858.6的32.9MPa高1/3以上，而且前者长期养护也未见开裂破坏。考虑到前者中加入的廉价掺和料达到熟料质量的60％甚至更多，可大大降低水泥的成本，所以该种水泥的性价比明显高于专利ZL201210410858.6所发明的水泥，有更大的应用价值。
表1三种硅铝氧化物原料的化学组成单位：wt％
表2水泥实例的制备工艺参数及其净浆试块抗压强度一览表
a:MO＝CaO+MgO,b:R2O＝Na2O+K2O,c:表中所列含量均为按纯物质计算的含量，由于含有杂质，实际加量按杂质含量校正，高于表内加量。

Claims (6)

1.一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)原料准备：原料1为含SiO2、Al2O3的原料，满足：1100℃烧灼至恒重后的剩余质量中，Al2O3+SiO2≧85％，且45％≧Al2O3≧10％；原料2为白云石；原料3为纯碱；原料4为矿渣粉，即炼铁高炉排出的水淬废渣；原料5为熟石灰；原料6为石膏，各种原料均研磨至粒度为200目筛余物的质量比≤10％；
(2)生料配料：将步聚(1)所述原料1、2与3按比例均匀混合成生料粉，各原料的混合比例满足：(CaO+MgO)/SiO2摩尔比为1.0-2.1,(Na2O+K2O)/SiO2摩尔比为0.3-0.7；
(3)熟料制备：将步骤(2)所述生料粉在1080-1120℃下保温煅烧1.5～3小时后得熟料；
(4)复合水泥制备：将熟料与原料4、5与6按比例混合，其中原料4、5及6与熟料的质量比分别为：0.10-0.30、0.05-0.15和0.1-0.6，将混合物研磨至200目筛余物的质量比≤10％即得复合水泥。
2.根据权利要求1所述的常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述的各原料先分别研磨后再混合均匀或先混合均匀再一起研磨。
3.根据权利要求1或2所述的常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述含SiO2、Al2O3的原料1为玻璃体和/或一种或几种矿物的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述含SiO2、Al2O3的原料1为高岭土或膨润土。
5.根据权利要求4所述的常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述高岭土为高品位的富高岭土或低品位的贫高岭土。
6.根据权利要求1或2所述的常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法，其特征在于：所述石膏为天然石膏、硬石膏、建筑石膏或工业副产石膏。
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