CN105948544A - 一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法，所述缓凝硅酸盐水泥按重量百分数计算，由52‑58%硅酸盐水泥熟料，22.2‑25.5%混合渣，14.8‑17.5%微硅粉以及5%石膏组成。其制备方法是将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨制得。本发明所述缓凝硅酸盐水泥通过减少硅酸盐水泥熟料使用量，有效降低生产水泥的配料成本，减少了二氧化碳的排放量，同时磷渣和微硅粉的加入又弥补了因硅酸盐水泥熟料减少而导致的后期强度降低的问题。克服了现有技术中公开的使用其它物料而导致的凝结时间延长而强度降低，或强度增加而凝结时间较短的问题，所得缓凝硅酸盐水泥初凝时间显著延长，后期强度显著提高。

Description

一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法，具体涉及一种掺有微硅粉和磷渣的缓凝硅酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

水泥是在建筑工程中用来稳定砂砾（包括砾石土）、碎石，是一项不可或缺的工程基础材料。在一些特殊施工条件下，也需要水泥有一些相应的特定的性能，如大体积混凝土、长距离运输、夏季高温施工等条件下，由于施工拌料、铺平、压实时间较长，必须要延长水泥初凝时间，因此根据施工时间要求初凝时间在300min左右，终凝时间不大于600min。目前缓凝硅酸盐水泥生产过程中一般有两种方法：1、加缓凝剂，采用如葡萄糖、白糖、柠檬酸钠等混凝土外加剂，调节水泥凝结时间；2、用磷石膏做缓凝石膏使用。上述两种方法均存在延长了初凝时间，却降低了水泥的强度，特别是水泥的28天抗压强度降至35.0MPa，有的甚至更低，而正常普通硅酸盐水泥32.5级28天抗压强度则需要求不低于32.5MPa（参照GB175-2007）。

工业微硅粉是工业硅及硅铁合金冶炼生产过程中产生环保收尘灰，其主要成分为无定型二氧化硅，还含有Ca、Fe、Mg、Na、Mn 等氧化物杂质。大多数工业硅及硅铁合金生产企业将微硅粉直接排入大气，不但污染周边环境，对人体造成极大伤害，同时也造成巨大的经济损失。工业微硅粉具有超微粒的特性、且经过前处理后呈表面光滑的微球，是一种优质的水泥掺合料。球形微硅粉的添加，可以改善和提高水泥材料的物化性能，如在水泥生产中配料，可显著提高水泥的抗压强度。

磷渣在我国是一种有利用潜力的工业废渣，是用磷矿石制取黄磷后排出的工业副产物，每生产1t的黄磷会产出8~10t的磷渣，磷渣的堆积会占用大量的土地，并且经雨水淋溶后，其溶出的磷、氟等也会对地表和地下水等造成污染。磷渣可广泛应用于水泥基材料中，具有水化热低、耐久性好及后期强度高等特点，但只掺有磷渣的水泥基材料，虽然可延长凝结时间，但也同时存在早期强度低、和干燥收缩性大等的问题。

现有中国专利文献1《一种磷渣超硫酸盐水泥及其制备方法》（专利号ZL201210408576. 2），现有中国专利申请文献2《一种硅废石水泥混合材》（专利申请号201410520857.6）分别公开了使用磷渣制备磷渣超硫酸盐水泥，以及采用微硅粉制备水泥混合材，但所得水泥仍然存在早期强度较低或凝结时间短的问题。因此，如何制备出既具有较长的初凝时间，同时具有较好的后期强度的缓凝硅酸盐水泥，是缓凝硅酸盐水泥生产中亟待解决的一大难题。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种缓凝硅酸盐水泥，充分利用工业废料微硅粉和磷渣，在有效延长水泥的初凝时间的同时，显著增加水泥后期强度。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是采用一种缓凝硅酸盐水泥，所述缓凝硅酸盐水泥包含以下组分，各组分含量按重量百分数计：

硅酸盐水泥熟料 52~58%

混合渣 22.2~25.8%

微硅粉 14.8~17.2%

石膏 5%

所述微硅粉指标要求如下，SiO₂：75-99%，Al₂O₃：0.8%-1.2%，Fe₂O₃：0.6-1.2%，MgO：0.6-0.8%，CaO：0.2-0.4%，Na₂O：1.1-1.5%，平均pH值为7.0。

优选的，所述混合渣包括磷渣、钒钛渣、锌渣。

所述磷渣指标要求如下， SiO₂：30-43%，Al₂O₃：2-5 %，Fe₂O₃：0.5-3.0%，P₂O₅：0.8-2.5%，CaO：47-52%，Na₂O：1.1-1.5%，F：2.5-3%。

优选的，所述混合渣的配比如下，磷渣：钒钛渣：锌渣为9.5-10.5%:2.0-3.0%:2.0-3.0%。

优选的，所述混合渣的配比如下，磷渣：钒钛渣：锌渣为10%:2.5%:2.5%。

进一步地，本发明所述的缓凝硅酸盐水泥，是采用以下方法步骤制得：

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明将水泥硅酸盐水泥熟料、微硅粉、磷渣、石膏有效组合，制备了所述初凝时间显著延长，后期强度显著提高的缓凝硅酸盐水泥。本发明采用工业废料微硅粉和磷渣通过一定配比应用与于水泥生产中，其初凝/终凝时间分别达292/485min， 3天及28天抗压/抗折强度分别达到23.0/5.0MPa， 50.3/9.0MPa，对比现有技术中公开的初凝/终凝时间为150/210min，3天及28天的抗压/抗折强度分别为21.4/6.1MPA，53.4/9.8MPa的水泥，本发明所得缓凝硅酸盐水泥在强度相当时，初凝、终凝时间显著延长。而对比现有技术中公开的初凝/终凝时间为205/306min，3天及28天的抗压/抗折强度分别为17.1/3.8MPa，43.1/10.1MPa的水泥，本发明所得缓凝硅酸盐水泥在凝结时间及后期强度上均有显著提升。本发明克服了现有技术中公开的掺加其它物料生产的初凝时间延长而强度降低或强度增加而凝结时间减短的问题。本发明所制备的缓凝硅酸盐水泥有效克服了在大体积混凝土、长距离运输、夏季高温施工等条件下，出现的混凝土凝结时间短的问题。另外，本发明通过使用磷渣和微硅粉，有效减少了水泥硅酸盐水泥熟料的使用量，降低了生产水泥的配料成本，并减少了二氧化碳的排放量。而微硅粉因其主要组成是碳化硅玻璃微珠，表面光滑，颗粒细，质地致密，内比表面积小，对水的吸附力小，流动性好，在球磨机中起到了“滚珠轴承”作用，起到了助磨作用，因硅酸盐水泥熟料掺入量的减少，整体“易磨性”提高，具有使台时产量大幅度提高特殊的形态效应；同时在水泥水化过程中与二次产物氢氧化钙结合促使形成更多的C-S-H胶凝材料增加了其水硬性。经粉磨后的微硅粉填充于水泥水化物的孔隙中,大大降低了水泥浆体的孔隙率，导致孔径微细化和粒径细小化，还具有显著地改善硬化体的孔结构和界面特性的活性效应。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

原料选取要求，各组分按重量百分数计：

微硅粉指标要求如下，SiO₂：75-99%，Al₂O₃：0.8%-1.2%，Fe₂O₃：0.6-1.2%，MgO：0.6-0.8%，CaO：0.2-0.4%，Na₂O：1.1-1.5%，平均pH值为7.0。

磷渣指标要求如下，SiO₂：30-43%，Al₂O₃：2-5 %，Fe₂O₃：0.5-3.0%，P₂O₅：0.8-2.5%，CaO：47-52%，Na₂O：1.1-1.5%，F：2.5-3%。

实施例1

按以下重量百分数称取各物质：

硅酸盐水泥熟料 58%

混合渣 22.2%

微硅粉 14.8%

石膏 5%

磷渣：钒钛渣：锌渣为9.5%:3.0%:2.5%

并通过以下方法制备实施例1

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

实施例2

按以下重量百分数称取各物质：

硅酸盐水泥熟料 55%

混合渣 24%

微硅粉 16%

石膏 5%

磷渣：钒钛渣：锌渣为10%:2.0%:3.0%

并通过以下方法制备实施例2

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

实施例3

按以下重量百分数称取各物质：

硅酸盐水泥熟料 52%

混合渣 25.5%

微硅粉 17.2%

石膏 5%

磷渣：钒钛渣：锌渣为9.5%:2.5%:3.0%

并通过以下方法制备实施例3

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

实施例4

按以下重量百分数称取各物质：

硅酸盐水泥熟料 53%

混合渣 25.2%

微硅粉 16.8%

石膏 5%

磷渣：钒钛渣：锌渣为10%:2.5%:2.5%

并通过以下方法制备实施例4

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

实施例5

按以下重量百分数称取各物质：

硅酸盐水泥熟料 52%

混合渣 25.8%

微硅粉 17.2%

石膏 5%

磷渣：钒钛渣：锌渣为9.8%:2.2%:3.0%

并通过以下方法制备实施例5

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。

将上述实施例1~5所得的硅酸盐缓凝水泥，应用于大体积（实体尺寸≥20m³）、长距离运输（30~100公里）、夏季高温施工（地面温度≤70℃），并按照国标规定制备净浆和胶砂式件，分别测试各实施例的初凝和终凝时间，以及3天和28天强度，所的结果见表2，表1为GB175-2007对32.5级硅酸盐水泥的物理及力学性能要求。

表1 GB175-2007对32.5级硅酸盐水泥的物理及力学性能要求

表2 本发明实施例1~5的缓凝硅酸盐水泥物理性能以及早期、后期力学性能

如表1所示，实施例1~5所述缓凝硅酸盐水泥，力学性能及物理性能均符合国标要求。其中实施例3及实施例5中所得缓凝硅酸盐水泥，其初凝/终凝时间分别达292/485min，301/418min，3天抗压/抗折强度分别达到23.0/5.0MPa，17.0/3.9MPa ，28天抗压/抗折强度分别达到50.3/9.0MPa，42.1/8.2MPa，对比现有技术1中公开的最佳实施例的技术效果初凝/终凝时间为150/210min，3天及28天的抗压/抗折强度分别为21.4/6.1MPa，53.4/9.8MPa，本发明所得缓凝硅酸盐水泥在强度相当时，初凝、终凝时间显著延长，而对比现有技术2中公开的最佳实施例的技术效果，其初凝/终凝时间为205/306min，3天及28天的抗压/抗折强度分别为17.1/3.8MPa，43.1/10.1MPa，本发明所得缓凝硅酸盐水泥在凝结时间及后期强度上均有显著提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种缓凝硅酸盐水泥，其特征在于所述缓凝硅酸盐水泥包含以下组分，各组分按重量百分数计：

硅酸盐水泥熟料 52-58%

混合渣 22.2-25.5%

微硅粉 14.8-17.5%

石膏 5%。

2.根据权利要求1所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于，所述微硅粉指标要求如下，各组分按重量百分数计，SiO₂：75-99%，Al₂O₃：0.8%-1.2%，Fe₂O₃：0.6-1.2%，MgO：0.6-0.8%，CaO：0.2-0.4%，Na₂O：1.1-1.5%，平均pH值为7.0。

3.根据权利要求1所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于，所述混合渣包含如下配比的原料，各组分按重量百分数计：

磷渣 9.5-10.5%

钒钛渣 2.0-3.0%

锌渣 2.0-3.0%。

4.根据权利要求3所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于，所述磷渣指标要求如下：各组分按重量百分数计，SiO₂：30-43%，Al₂O₃：2-5 %，Fe₂O₃：0.5-3.0%，P₂O₅：0.8-2.5%，CaO：47-52%，Na₂O：1.1-1.5%，F：2.5-3%。

5.根据权利要求1所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于，所述缓凝硅酸盐水泥包含如下配比的原料，各组分按重量百分数计：

硅酸盐水泥熟料 58%

混合渣 22.2%

微硅粉 14.8%

石膏 5%。

6.根据权利要求3所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于，所述混合渣包含如下配比的原料，各组分按重量百分数计：

磷渣 10%

钒钛渣 2.5%

锌渣 2.5%。

7.根据权利要求1所述的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于采用以下方法步骤制得：

A：将磷渣、钒钛渣、锌渣按比例预混得混合渣a；

B：将混合渣a、硅酸盐水泥熟料、微硅粉、石膏混合粉磨得所述缓凝硅酸盐水泥。