CN106587674A - 一种硅酸盐水泥及其制备方法与应用 - Google Patents

一种硅酸盐水泥及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于水泥制备领域，具体涉及一种硅酸盐水泥及其制备方法与应用。所述的硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：硅酸盐水泥熟料45～60份；硅灰5～8份；粉煤灰15～20份；铜渣3～5份；锆渣3～5份；锂渣4～6份；膨胀珍珠岩4～6份；石膏2～4份；生石灰1～3份。本发明工艺简单，原料易得，采用大量工业废渣，降低了生产成本，极大地节省了不可再生资源，减少了工业废渣对环境的污染，制得的水泥水化热低，抗硫酸盐侵蚀效果显著、强度高、保温、抗冻融效果好。

Description

一种硅酸盐水泥及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于水泥制备领域，具体涉及一种硅酸盐水泥及其制备方法与应用。
背景技术
水泥(cement)是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好地硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。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5000年前的中国秦安大地湾人，他们铺设了类似现代水泥的地面。后来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，水泥作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
在水泥的发展过程中，为了满足现代化建设工程和施工新技术的要求，水泥的品种不断增加，中国已研制出上千种特种水泥和专用水泥。从产量和用途来看，硅酸盐系列通用水泥(即波特兰水泥)在中国混凝土建筑中占有重要地位。
通用硅酸盐水泥是指以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏、及混合材料制成的水硬性胶凝材料。通用硅酸盐水泥是用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥，占水泥总产量的98％左右。通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥PI、普通硅酸盐水泥PO、矿渣硅酸盐水泥PS、火山灰质硅酸盐水泥PP、粉煤灰硅酸盐水泥PF以及复合硅酸盐水泥PC。这六种水泥都是以硅酸盐水泥熟料为主要成分，以石膏为调凝剂，不同品种之间的差别主要在于掺加混合材的种类、数量不同。这六种水泥有着基本一致的共性，同时又由于混合材料的特性，致使不同品种水泥在性能上有较大的差异。目前，中国水泥的产品结构是以普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和硅酸盐水泥为主，这三种水泥的产量占中国水泥产量的92～95％。
发明内容
为了克服现有技术的不足与缺点，本发明的首要目的在于提供一种硅酸盐水泥。
本发明的另一目的在于提供上述硅酸盐水泥的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述硅酸盐水泥的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥，优选包含如下按质量份计的组分：
所述的石膏优选为脱硫石膏；
所述的铜渣为铜冶炼过程中，熔融态铜渣经水淬急冷成菱角状或玻璃体粒状渣；
所述的锆渣为以锆英石为原料生产氧氯化锆的工业废渣；
所述的锂渣为硫酸法生产碳酸锂过程中产生的废渣；
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将硅酸盐水泥熟料、硅灰、石膏和生石灰混合，粉磨，得到粉磨产物1；
(2)将粉煤灰、铜渣、锆渣、锂渣、膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥；
步骤(1)中所述的粉磨产物1的平均粒径优选不超过100μm；
步骤(1)中所述的粉磨产物1的平均粒径进一步优选为不超过30μm；
步骤(2)中所述的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积优选不小于320m2/kg，0.08mm筛余量不大于5％；
步骤(2)中所述的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积进一步优选为400～500m2/kg，0.08mm筛余量不大于3％；
所述的硅酸盐水泥在建筑领域中的应用；
本发明的原理：
首先，本发明提供的硅酸盐水泥，是在传统的硅酸盐水泥熟料的基础上，加入粉煤灰和多种工业废渣(铜渣、锆渣和锂渣)。其中，粉煤灰主要由硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所组成，其化学成分以SiO2和Al2O3为主，其火山灰活性较难激发出来。铜渣内部结构基本上是玻璃体，结构致密、硬而脆，主要化学成分为SiO2、CaO、MgO、Al2O3，此外还有大量的铁和少量锌，其火山灰性能较低。锆渣的主要成分为SiO2及少量残余的ZrO2，其中，锆渣中的SiO2是通过化学反应形成并沉积下来的，其粒度达到亚微米级，是典型的非晶态物质，具备较好的活性。锂渣的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3等，其中，SiO2、Al2O3绝大多数以无定形的SiO2、Al2O3形式存在，具有较高的火山灰活性以及较强的吸附性和粘结性。本发明以水泥熟料、石膏和生石灰为复合激发剂，与粉煤灰和工业废渣中的活性SiO2和Al2O3作用，可显著激发粉煤灰、铜渣、锆渣和锂渣的活性，使得其活性得到最大程度的发挥。
第二，本发明中硅灰、粉煤灰以及多种工业废渣(铜渣、锆渣和锂渣)的掺合，产生复合效应，可以大幅度降低水泥水化热，并能提高抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀效果。
第三，铜渣、锆渣和锂渣的掺合，不仅有利于废弃物的重新利用，而且，铜渣、锆渣和锂渣含有富含多种杂质离子和离子团，而且能够显著提高水泥的前期强度。
第四，本发明通过添加粉煤灰、锂渣和膨胀珍珠岩，使制得的水泥具有较好的保温、抗冻融效果。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明采用水泥熟料、石膏和生石灰为复合激发剂，科学配比，极大的激发了粉煤灰、铜渣、锆渣和锂渣的活性。
(2)本发明制得的水泥水化热低，抗硫酸盐侵蚀效果显著、强度高、保温、抗冻融效果好。
(3)本发明采用大量工业废渣，降低了生产成本，极大地节省了不可再生资源，减少了工业废渣对环境的污染。
(4)本发明工艺简单，原料易得，成本低廉，适合水泥工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
硅酸盐水泥熟料购自冀东水泥厂；硅灰购自郑州市金顺耐材有限公司；
粉煤灰购自广西南宁电厂；铜渣为铜冶炼过程中，熔融态铜渣经水淬急冷成菱角状或玻璃体粒状渣，购自江西某炼铜厂；锆渣为以锆英石为原料生产氧氯化锆的工业废渣，购自江苏宜兴新兴锆业有限公司；锂渣为硫酸法生产碳酸锂过程中产生的废渣，购自江西赣锋锂业有限公司；
实施例1
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将50质量份的硅酸盐水泥熟料、7质量份的硅灰、3质量份的脱硫石膏和2质量份的生石灰混合，粉磨至平均粒径为30μm，得到粉磨产物1；
(2)将18质量份的粉煤灰、4质量份的铜渣、4质量份的锆渣、5质量份的锂渣、5质量份的膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；其中，粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为450m2/kg，0.08mm筛余量为3％；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
实施例2
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将45质量份的硅酸盐水泥熟料、8质量份的硅灰、4质量份的脱硫石膏和3质量份的生石灰混合，粉磨至平均粒径为50μm，得到粉磨产物1；
(2)将20质量份的粉煤灰、3质量份的铜渣、3质量份的锆渣、6质量份的锂渣、4质量份的膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；其中，粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为400m2/kg，0.08mm筛余量为2％；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
实施例3
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将60质量份的硅酸盐水泥熟料、5质量份的硅灰、2质量份的脱硫石膏和1质量份的生石灰混合，粉磨至平均粒径为70μm，得到粉磨产物1；
(2)将15质量份的粉煤灰、5质量份的铜渣、5质量份的锆渣、4质量份的锂渣、6质量份的膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；其中，粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为500m2/kg，0.08mm筛余量为2.3％；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
对比实施例1
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将50质量份的硅酸盐水泥熟料、7质量份的硅灰和5质量份的脱硫石膏混合，粉磨至平均粒径为30μm，得到粉磨产物1；
(2)将18质量份的粉煤灰、4质量份的铜渣、4质量份的锆渣、5质量份的锂渣、5质量份的膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；其中，粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为450m2/kg，0.08mm筛余量为3％；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
对比实施例2
一种硅酸盐水泥，包含如下按质量份计的组分：
所述的硅酸盐水泥的制备方法，包含如下步骤：
(1)将50质量份的硅酸盐水泥熟料、3质量份的脱硫石膏和2质量份的生石灰混合，粉磨至平均粒径为30μm，得到粉磨产物1；
(2)将18质量份的粉煤灰、4质量份的铜渣、5质量份的膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；其中，粉煤灰粉末、铜渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为450m2/kg，0.08mm筛余量为3％；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
效果实施例
按照GB/T 749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》测定实施例1～3以及对比实施例1～2制得的硅酸盐水泥的抗蚀系数；
按照GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》测定实施例1～3以及对比实施例1～2制得的硅酸盐水泥7天水化热；
按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)法》分析制备水泥试块，养护至3天、28天龄期，测试水泥的强度性能。
表1实施例1～3以及对比实施例1～2制得的硅酸盐水泥性能分析
从表1可以看出，与对比实施例1(缺少激发剂生石灰)相比，实施例1～3制得的硅酸盐水泥具有更高的抗压强度和抗腐蚀性能；与对比实施例2相比，工业废渣的复配使用，具有更好的复合效应，实施例1～3制得的硅酸盐水泥抗侵蚀能力强、早期强度高，而且具有低水化热的特点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种硅酸盐水泥，其特征在于包含如下按质量份计的组分：
2.根据权利要求1所述的硅酸盐水泥，其特征在于包含如下按质量份计的组分：
3.根据权利要求1或2所述的硅酸盐水泥，其特征在于：
所述的石膏为脱硫石膏。
4.权利要求1～3任一项所述的硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)将硅酸盐水泥熟料、硅灰、石膏和生石灰混合，粉磨，得到粉磨产物1；
(2)将粉煤灰、铜渣、锆渣、锂渣、膨胀珍珠岩分别粉磨，得到粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末；
(3)将步骤(1)制得的粉磨产物1、步骤(2)制得的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末混合，得到硅酸盐水泥。
5.根据权利要求4所述的硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的粉磨产物1的平均粒径不超过100μm。
6.根据权利要求5所述的硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的粉磨产物1的平均粒径不超过30μm。
7.根据权利要求4所述的硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积不小于320m2/kg，0.08mm筛余量不大于5％。
8.根据权利要求7所述的硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：
步骤(2)中所述的粉煤灰粉末、铜渣粉末、锆渣粉末、锂渣粉末和膨胀珍珠岩粉末的比表面积为400～500m2/kg，0.08mm筛余量不大于3％。
9.权利要求1～3任一项所述的硅酸盐水泥在建筑领域中的应用。
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