CN105384365A - 一种耐酸性水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐酸性水泥，属于建筑材料技术领域。所述水泥包括以下按重量份计的原料：水泥熟料10～40份，钛矿渣20～40份，高岭土5～30份，石膏2～5份，消石灰2～8份，碱性激发剂2～4份。本发明的水泥具有耐酸性腐蚀性能好，制备成本低，环保的优点。

Description

一种耐酸性水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种耐酸性水泥及其制备方法。
背景技术
随着我国经济、城市化进程快速发展，城市污水的排放量急剧上升，其占有废水百分率为50%以上，产生的排放量达到300亿吨。而水泥制品结构物受到环境腐蚀的危害也越来越大，各国在修复和防护中均投入了大量的财力、物力。因此，城市污水对排水管道腐蚀已然成为市政工程中一个较为突出的问题。
为了解决水泥制品结构物的防腐蚀问题，国内外学者针对钢筋、碳酸、硫酸盐等腐蚀进行了大量研究。一致认为，水泥制品结构物是经过一个很复杂的物理的、物理化学的过程得到，其腐蚀原因是由多种原因综合交替进行的。根据不同腐蚀原理，混凝土的腐蚀可分为溶解型和结晶膨胀型两大类。同样的，对于污水对水泥构筑物的腐蚀也是一个及其复杂的物理化学过程，一方面污水中含有大量的无机物、有机物及极易于微生物生长的营养物质；另一方面，温度、湿度、液体流速、干湿交替及时间等环境变量的作用，这些均会造成严重的破坏。在解决水泥制品腐蚀的问题过程中，存在的现有技术如新型耐酸水泥及其应用，《化工建设工程》，第26卷第6期，该文献公开的水泥通过硅酸钠、氟硅酸钠反应后生成硅酸凝胶，再通过缩合过程形成结构稳定的聚合体，从而实现耐酸碱的目的。但硅酸钠的价格昂贵，实际工程中，应用很少。
又如国家知识产权局于2009年10月14日公开的公开号为CN101555105，名称为“一种抗腐蚀、不收缩的固井水泥及其制备方法”的发明专利，该专利公开的抗腐蚀、不收缩的固井水泥，由60～90份的熟料、1～4份的膨胀剂与10～30份的粒化高炉矿渣制成的；所述熟料按照质量份数由50～60份的硅酸三钙、16～20份的硅酸二钙、9～12份的铁铝酸四钙与4～10份的石膏组成。
该专利的水泥针对一般的井下水具有一定的抗腐蚀性以及抗渗能力，但其抗污水腐蚀能力不够强，不能满足城市污水对排水管道的要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种新的耐酸性水泥，通过选择稳定性好的钛矿渣作为骨料，并通过选用特定比例的普通硅酸盐水泥熟料、高岭土、石膏、消石灰、碱激发剂，实现降低水化后的产物PH值，使其降至12以下，改变水化产物的构成，以及提高水泥机体密度的目的，从而提高水泥的耐酸性腐蚀的能力。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种耐酸性水泥，其特征在于：包括以下按重量份计的原料：水泥熟料10～40份，钛矿渣20～40份，高岭土5～30份，石膏2～5份，消石灰2～8份，碱性激发剂2～4份。
为了更好地实现本发明，所述水泥熟料为PO42.5水泥熟料。
所述钛矿渣中TiO2的含量＞20%，比表面积＞400m2/kg。
所述高岭土为白色高岭土，其中细度＜2μm的粉料占90%以上，其活性更高。
进一步地，所述高岭土为在600～800℃下煅烧2～4h后获得的烧制高岭土，其密度为2.54～2.60g/cm3；所述烧制高岭土中SiO2的含量＞42.4%，Al2O3的含量＞36%。
所述石膏为硬石膏、二水石膏中的至少一种。
所述消石灰中CaO含量＞73%，以保证石灰的纯度，使其充分与高岭土反应。
所述碱性激发剂为NaOH、水玻璃、Na2SO4中的一种。
本发明的另一个目的是提供本发明所述的耐酸性水泥的制备方法，其特征在于：所述方法具体为：将按重量份称取的水泥熟料、钛矿渣、高岭土、石膏、消石灰、碱性激发剂后，混合研磨即可；所述研磨至终点时，粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，以保证使用时，胶凝材料充分反应。
本发明的有益效果：
（1）水泥的碱度极高，易受腐蚀；本发明通过特定的原料以及原料的配比组合设计，其中钛矿渣：一是钛矿渣中具有潜在活性的富钙相、富硅相，被石膏、石灰和碱激发剂所释放出来的硫酸根离子、氢氧根离子充分激发，参与水化反应，生成大量C-S-H凝胶，大大地减少Ca(OH)2生成量，降低水泥基体的PH值，有效的减小了水泥基体的水溶解和酸碱中和反应导致的腐蚀；二是在钛矿渣中含40～50%的钙钛矿，其具有极好地稳定性，很难被酸性物质所侵蚀；从而使本发明的水泥具有有效缓解酸溶液等腐蚀性物质对建筑腐蚀，大大延长工程寿命的有益效果。
另外，本发明的耐酸性水泥制备成本低，在生产过程中，二氧化碳和氮化合物的排放量少，以及充分利用钛矿渣，缓解其带来的土地紧缺的问题均给社会带来了极大的效益。
（2）本发明的水泥熟料为PO42.5水泥熟料，该水泥熟料特定比例的高活性钙质、硅质才材料，保证前期抗压强度要求的同时，又能减少熟料使用量，有利于水泥行业的节能环保，从而有效降低成本，提高企业经济效益。
（3）本发明的矿渣中TiO2的含量＞20%，比表面积＞400m2/kg根据国家标准掺入水泥矿渣比表面积需大于350m2/kg，相比较而言，采用比表面积大于400m2/kg的矿渣不仅有利于矿渣的活化性能，还能增加水泥制品的致密度。
（4）本发明的高岭土为在600～800℃下煅烧2～4h后获得的烧制高岭土，其密度为2.54～2.60g/cm3；所述烧制高岭土中SiO2的含量＞42.4%，Al2O3的＞36%，该烧制高岭土活性最好，在保证了优质的抗腐蚀性能的同时，有效的增加水泥的早期强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料10份、矿渣40份、烧制高岭土30份、石膏5份、消石灰5份、碱激发剂4份。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例2
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料20份、矿渣40份、烧制高岭土30份、石膏5份、消石灰4份、碱激发剂3份。
本实施例中，水泥熟料为PO42.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例3
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料25份、矿渣35份、烧制高岭土30份、硬石膏3份、消石灰3份、碱激发剂3份。
本实施例中，水泥熟料为PO52.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上；高岭土为在800℃下煅烧2h后获得的烧制高岭土。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例4
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料30份、矿渣35份、烧制高岭土25份、二水石膏5份、消石灰3份、碱激发剂2份，本实施例的碱性激发剂为NaOH。
本实施例中，水泥熟料为PO52.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上；高岭土为在750℃下煅烧3h后获得的烧制高岭土；消石灰中CaO含量＞73%。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例5
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料40份、矿渣40份、烧制高岭土10份、硬石膏5份、消石灰5份、碱激发剂2份，本实施例的碱性激发剂为水玻璃。
本实施例中，水泥熟料为PO42.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上；高岭土为在600℃下煅烧4h后获得的烧制高岭土；消石灰中CaO含量＞73%。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例6
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料35份、矿渣20份、烧制高岭土5份、硬石膏2份、消石灰2份、碱激发剂3份，本实施例的碱性激发剂为Na2SO4。
本实施例中，水泥熟料为PO42.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上；高岭土为在600℃下煅烧2h后获得的烧制高岭土；消石灰中CaO含量＞73%。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
实施例7
一种耐酸性水泥，包括以下按重量份计的原料：水泥熟料40份、矿渣30份、烧制高岭土18份、二水石膏3份、消石灰8份、碱激发剂2.5份，本实施例的碱性激发剂为Na2SO4。
本实施例中，水泥熟料为PO42.5；钛矿渣的比表面积＞400m2/kg；高岭土为白色，高岭土中细度＜2μm的粉料占90%以上；高岭土为在800℃下煅烧4h后获得的烧制高岭土；消石灰中CaO含量＞73%。
将按上述重量份称取的各原料，充分混合后，进行研磨，研磨后的粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%，然后将本实施例的粉料按水灰比为0.4，混合搅拌后制成40mm*40mm*160mm砂浆试件，检索数据见表1。
将上述实施例1～7中的砂浆试件与普通硅酸盐水泥制成的砂浆进行检测，对比数据如下表1：
表1
说明：上述表1中的腐蚀后的抗压强度和质量是将试件放入PH值为2的酸性溶液中，浸泡60天后检测得到的数据；从上表可以看出，经酸性腐蚀后，本发明的耐酸性水泥与普通硅酸盐水泥相比，本发明的水泥的质量损失率和抗压强度损失率均低于普通硅酸盐水泥，从而具有延长建筑的使用寿命，降低工程成本的优点。

Claims (9)

1.一种耐酸性水泥，其特征在于：包括以下按重量份计的原料：水泥熟料10～40份，钛矿渣20～40份，高岭土5～30份，石膏2～5份，消石灰2～8份，碱性激发剂2～4份。
2.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述水泥熟料为PO42.5水泥熟料。
3.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述钛矿渣中TiO2的含量＞20%，比表面积＞400m2/kg。
4.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述高岭土为白色高岭土，其中细度＜2μm的粉料占90%以上。
5.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述高岭土为在600～800℃下煅烧2～4h后获得的烧制高岭土，其密度为2.54～2.60g/cm3；所述烧制高岭土中SiO2的含量＞42.4%，Al2O3的含量＞36%。
6.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述石膏为硬石膏、二水石膏中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述消石灰中CaO含量＞73%。
8.如权利要求1所述的一种耐酸性水泥，其特征在于：所述碱性激发剂为NaOH、水玻璃、Na2SO4中的一种。
9.如权利要求1～8任一项所述的一种耐酸性水泥的制备方法，其特征在于：具体为：将按重量份称取的水泥熟料、钛矿渣、高岭土、石膏、消石灰、碱性激发剂后，混合研磨即可；研磨至终点时，粉料粒径为80μm方孔筛的筛余量≤8%。
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