CN105347707A - 抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法。该水泥由熟料与石膏组成，水泥熟料与石膏的重量比为：96.5:3.5-94.5:5.5；该水泥的矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％。本发明的水泥具有良好的抗侵蚀性能，能有效防御海水对混凝土工程的侵蚀；干缩较小，具有良好的抗裂性能，可以提高海洋工程的服役寿命；早期强度较高，比现有的低热硅酸盐水泥更有利于缩短混凝土工程的拆模周期及加快工程进度。

Description

抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水泥，特别是涉及一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
跨海大桥、港口码头、岛礁建设、海底隧道、海上石油钻井平台等海洋混凝土工程近年来发展非常迅速，目前我国近期规划和在建的跨海大桥就有10座之多。众所周知海水中含有大量的氯离子、硫酸根等侵蚀离子，容易对海洋工程混凝土产生侵蚀作用，因此海洋工程混凝土对水泥的抗侵蚀性能要求较高；同时海洋工程一般都是大体积混凝土，对水泥的抗裂性提出较高要求。
现有的海工水泥或海工混凝土用胶凝材料均是采用水泥加混合材的方式制备。这种制备方法由于混合材通常来源不同、品质不同，很大程度影响海工水泥或胶凝材料的质量稳定性，进而影响海洋工程的耐久性及长期安全运行。
现有技术提出一种高贝利特水泥熟料，其矿物组成为(重量百分比)：硅酸二钙(C2S)：40％-70％，硅酸三钙(C3S)：10％-40％，铝酸三钙(C3A)：2％-8％，铁铝酸四钙(C4AF)：10％-25％。该水泥熟料的制备是在普通硅酸盐水泥生产的生料配制中加入一定量的石膏、重晶石、黄矿石、芒硝、铜尾矿、铅锌尾矿、稀土金属尾矿等烧成外加剂烧制而成。但是，这种低热硅酸盐水泥熟料中C2S含量较高，导致水泥的早期强度较低，对混凝土工程的拆模周期及工程进度影响较大。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法，所要解决的技术问题是使其具有良好的抗侵蚀性能并具有较高的早期强度，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥包括水泥熟料与石膏,所述的水泥熟料与石膏的重量比为：96.5:3.5-94.5:5.5；其中，所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其中所述的水泥熟料是通过对生料的研磨和煅烧得到的，所述的生料按重量百分含量计包括：钙质原料：57.09％-79.96％，选自石灰石、方解石、石灰岩中的一种或一种以上的组合；硅质原料：6.00％-12.15％，选自硅石、页岩、砂岩中的一种或一种以上的组合；铁质原料：0％-4.32％，为铜尾矿和/或铁粉；铝质原料：4.97％-15.52％，为铝尾矿石和/或铝矾土；镁质原料：0％-26.35％，为白云石和/或高镁石灰石。
优选的，前述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其中所述的石膏，为天然石膏和/或脱硫石膏。
优选的，前述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其中所述的钙质原料为石灰石，所述的硅质原料为硅石，所述的铁质原料为铜尾矿，所述的铝质原料为铝尾矿石，所述的镁质原料为高镁石灰石；所述的石膏为天然石膏。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法包括：
1)取钙质原料、硅质原料和铝质原料，可选的镁质原料、可选的铁质原料共同进行粉磨，得到水泥生料；
2)将水泥生料在1350℃-1500℃煅烧30min-90min，得到水泥熟料，所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％；
3)对水泥熟料进行冷却；
4)将冷却后的水泥熟料与石膏按重量比为96.5:3.5-94.5:5.5的比例混合，共同粉磨，得到抗侵蚀低钙硅酸盐水泥。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其中所述的水泥生料按重量百分含量计，包括：钙质原料：57.09％-79.96％，选自石灰石、方解石、石灰岩中的一种或一种以上的组合；硅质原料：6.00％-12.15％，选自硅石、页岩、砂岩中的一种或一种以上的组合；铁质原料：0％-4.32％，为铜尾矿和/或铁粉；铝质原料：4.97％-15.52％，为铝尾矿石和/或铝矾土；镁质原料：0％-26.35％，为白云石和/或高镁石灰石。
优选的，前述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其中所述的步骤2)中的煅烧温度控制在1400℃-1450℃，煅烧时间控制在30min-60min。
借由上述技术方案，本发明抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法至少具有下列优点：
(1)按照JC/T1086-2008的试验方法，本发明的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的氯离子扩散系数为0.84×10-12m2/s-0.96×10-12m2/s；按照GB/T749-2008的试验方法，本发明的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥抗侵蚀系数为1.05-1.22。该水泥具有良好的抗侵蚀性能，能有效防御海水对混凝土工程的侵蚀。
(2)按照JC/T603-2004的试验方法，本发明的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的28天干缩率为0.022％-0.047％，干缩较小，具有良好的抗裂性能，有助于提高海洋工程的服役寿命。
(3)按照GB/T17671-1999的实验方法，本发明的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的3天强度＞18MPa，该水泥的早期强度较高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法其具体实施方式及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征或特点可由任何合适形式组合。
本发明的实施例提出一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，包括水泥熟料和石膏，其中水泥熟料与石膏的重量比为：96.5:3.5-94.5:5.5；所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％。所述的水泥熟料是通过对生料的研磨和煅烧得到的，所述的生料按重量百分含量计，包括：钙质原料：57.09％-79.96％，选自石灰石、方解石、石灰岩中的一种或一种以上的组合，优选所述的钙质原料为石灰石；硅质原料：6.00％-12.15％，选自硅石、页岩、砂岩中的一种或一种以上的组合，优选所述的硅质原料为硅石；铁质原料：0％-4.32％，为铜尾矿和/或铁粉，优选所述的铁质原料为铜尾矿；铝质原料：4.97％-15.52％，为铝尾矿石和/或铝矾土，优选所述的铝质原料为铝尾矿石；镁质原料：0％-26.35％，为白云石和/或高镁石灰石，优选所述的镁质原料为高镁石灰石。所述的石膏，为天然石膏和/或脱硫石膏,优选所述的石膏为天然石膏。上述实施例所述水泥的氯离子扩散系数为0.84×10-12m2/s-0.96×10-12m2/s，抗侵蚀系数为1.05-1.22；28天干缩率为0.022％-0.047％；三天强度＞18MPa。
上述实例中，所述水泥生料各原料的化学成分如表1所示：
表1各原料的化学成分(质量百分含量％)
“Loss”表示烧失量；
“∑”表示前列几项化学成分的总和，不足100％的余量为少量的碱性物质或原料中的其他杂质。
根据上述实施例，本发明提出以下抗侵蚀低钙硅酸盐水泥实例1-6，其水泥生料的原料组成如表2所示。
表2抗侵蚀低钙硅酸盐水泥实例1-6水泥生料的原料组成(重量百分含量)
根据上述实施例，本发明提出以下抗侵蚀低钙硅酸盐水泥实例1-6的制备工艺参数及矿物组成表3所示。
表3抗侵蚀低钙硅酸盐水泥实例1-6水泥熟料的制备工艺参数及矿物组成含量
本发明的实施例还提出一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
1)取钙质原料、硅质原料和铝质原料，可选的镁质原料、可选的铁质原料共同进行粉磨，得到水泥生料；具体的，所述的水泥生料的原料如表1所示，各水泥生料原料的选择如表2所示。
2)将水泥生料在1350℃-1500℃煅烧30min-90min，得到水泥熟料，所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％；具体的，所述水泥熟料组成如表3所示。
3)对水泥熟料进行冷却；
4)将冷却后的水泥熟料与石膏按重量比为96.5:3.5-94.5:5.5的比例混合，共同粉磨，得到抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，具体的，所述抗侵蚀低钙硅酸盐水泥中熟料与石膏的重量比如表3所示。
分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》、GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》、JC/T1086-2008《水泥氯离子扩散系数检验方法》、GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》和JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》的要求对实例1-6制备的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥进行水泥胶砂强度、水化热、抗氯离子扩散性能、抗硫酸盐侵蚀性能和水泥干缩性能试验。结果如表4所示。
本发明抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的氯离子扩散系数为0.84×10-12m2/s-0.96×10-12m2/s，抗侵蚀系数为1.05-1.22，具有良好的抗侵蚀性能，能有效防御海水对混凝土工程的侵蚀；其28天干缩率为0.022％-0.047％，干缩较小，具有良好的抗裂性能，有助于提高海洋工程的服役寿命。
表4实例1-6抗侵蚀低钙硅酸盐水泥相关性能检测结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其特征在于：其包括水泥熟料与石膏,所述的水泥熟料与石膏的重量比为：96.5:3.5-94.5:5.5；
其中，所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：
C3S：35.03％-49.51％，
C2S：25.13％-39.00％，
C3A：0.21％-8.84％，
C4AF：8.2％-19.2％,
MgO：1.71％-9.24％。
2.根据权利要求1所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其特征在于，所述的水泥熟料是通过对生料的研磨和煅烧得到的，所述的生料按重量百分含量计，包括：
钙质原料：57.09％-79.96％，选自石灰石、方解石、石灰岩中的一种或一种以上的组合；
硅质原料：6.00％-12.15％，选自硅石、页岩、砂岩中的一种或一种以上的组合；
铁质原料：0％-4.32％，为铜尾矿和/或铁粉；
铝质原料：4.97％-15.52％，为铝尾矿石和/或铝矾土；
镁质原料：0％-26.35％，为白云石和/或高镁石灰石。
3.根据权利要求1所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其特征在于，所述的石膏，为天然石膏和/或脱硫石膏。
4.根据权利要求2和3所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其特征在于，所述的钙质原料为石灰石，所述的硅质原料为硅石，所述的铁质原料为铜尾矿，所述的铝质原料为铝尾矿石，所述的镁质原料为高镁石灰石；所述的石膏为天然石膏。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥，其特征在于，所述水泥的氯离子扩散系数为0.84×10-12m2/s-0.96×10-12m2/s，抗侵蚀系数为1.05-1.22；28天干缩率为0.022％-0.047％；三天强度＞18MPa。
6.一种抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括：
1)取钙质原料、硅质原料和铝质原料，可选的镁质原料、可选的铁质原料共同进行粉磨，得到水泥生料；
2)将水泥生料在1350℃-1500℃煅烧30min-90min，得到水泥熟料，所述的水泥熟料矿物组成为(重量百分比)：C3S：35.03％-49.51％，C2S：25.13％-39.00％，C3A：0.21％-8.84％，C4AF：8.2％-19.2％,MgO：1.71％-9.24％；
3)对水泥熟料进行冷却；
4)将冷却后的水泥熟料与石膏按重量比为96.5:3.5-94.5:5.5的比例混合，共同粉磨，得到抗侵蚀低钙硅酸盐水泥。
7.根据权利要求6所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，所述的水泥生料按重量百分含量计，包括：
钙质原料：57.09％-79.96％，选自石灰石、方解石、石灰岩中的一种或一种以上的组合；
硅质原料：6.00％-12.15％，选自硅石、页岩、砂岩中的一种或一种以上的组合；
铁质原料：0％-4.32％，为铜尾矿和/或铁粉；
铝质原料：4.97％-15.52％，为铝尾矿石和/或铝矾土；
镁质原料：0％-26.35％，为白云石和/或高镁石灰石。
8.根据权利要求6或7所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，步骤2)中的煅烧温度控制在1400℃-1450℃，煅烧时间控制在30min-60min。
9.根据权利要求6或7所述的抗侵蚀低钙硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：所述水泥的氯离子扩散系数为0.84×10-12m2/s-0.96×10-12m2/s，抗侵蚀系数为1.05-1.22；28天干缩率为0.022％-0.047％；三天强度＞18MPa。
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