CN107188444A - 一种辅助性胶凝材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种辅助性胶凝材料，还涉及该辅助性胶凝材料的制备方法和用途。该辅助性胶凝材料的制备方法为（1）将白云岩破碎；（2）将破碎后的白云岩粒料堆积后放入煅烧设备中进行煅烧并保温，煅烧温度为800℃—900℃，所述的保温时间为1h—2h；（3）取出煅烧产物冷却，磨制成粉末。该辅助性胶凝材料在砂浆或混凝土制备中等质量替代10%—30%的水泥用量。该辅助性胶凝材料大大节省了水泥用量，带来了巨大的经济效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种辅助性胶凝材料，还涉及该辅助性胶凝材料的制备方法和用途。
背景技术
现今辅助胶凝材料广泛应用于水泥混凝土领域中，一些作为混合材用于制备混合硅酸盐水泥，另一些作为掺合料直接加入混凝土中，主要目的是为了改善混凝土的工作性能以及降低水泥用量。混凝土掺合料主要有工业固体废弃物和天然矿物两大类，例如粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰和石灰石粉等。但随着施工工艺和设计水平的不断进步，混凝土构造物的单体规模越来越大，水泥基材料内部的温度和水分的变化引起的大体积混凝土开裂的工程事故也随之不断增多，但上述的常规掺合料并不能有效地解决水泥基材料的收缩开裂问题。
目前解决水泥基材料收缩开裂常用的措施是使用膨胀水泥或直接添加具有膨胀性能的外加剂，常用的有钙矾石、氧化钙和氧化镁膨胀剂等。但钙矾石和氧化钙具有水化需水量大、水化产物物理化学性质不稳定、膨胀过程不可调控的缺点，而氧化镁膨胀剂需水量虽然相对较少，目前氧化镁膨胀剂主要用于解决大体积混凝土的温降收缩，在普通民用建筑中应用较少，并不能有效地补偿水泥基材料的早期的收缩但在制备过程中，较高的温度下，膨胀性能难以控制，后期不能对浆体收缩起到补偿作用。并且这些外加剂在混凝土总质量中占比很少，不能减小水泥用量，达不到节能环保的目的。这些缺陷制约了膨胀剂在大体积混凝土的应用，因此有必要寻找一种新的辅助胶凝材料，使其既能减少水泥用量，又具有收缩补偿作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可减少水泥用量又兼具收缩补偿作用的环保型辅助性胶凝材料，为了实现上述目的，本发明利用煅烧后的白云岩粉末水化后产生的微膨胀弥补水泥的收缩。针对现有膨胀水泥和水泥膨胀剂的膨胀率难以控制、后期膨胀不稳定等缺陷，通过合理调控煅烧温度和保温时间，制备防收缩性能优越的辅助性胶凝材料。轻烧后的白云岩具有活性，水化后产生膨胀，能够有效防止水泥基材料的收缩且提高了其早期强度，同时替代水泥能有效减少水泥生产带来的环境污染，具有节能减排和环境保护的作用。
本发明所采取的方案为：一种辅助性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将白云岩破碎；(2)将破碎后的白云岩粒料堆积后放入煅烧设备中进行煅烧并保温，煅烧温度为800℃±5—900℃±5，所述的保温时间为1h±2min—2h±2min；(3)取出煅烧产物冷却，磨制成粉末。作为一种优选方式，所述的煅烧温度为850℃，所述的保温时间为2h。
为了保证所采取白云岩的纯度，所述的白云岩主要成分及质量含量为：MgO>20％，CaO>30％，SiO2<0.3％，Al2O3<0.7％，Fe2O3<0.4％，杂质<2％。
为了保证煅烧效果，优选的，破碎后的白云岩需通过5mm5mm的筛进行筛选，将筛余继续破碎，直至全部通过55mm的筛。
为了保证煅烧后白云岩的活性，必须严格控制煅烧温度和保温时间，温度和保温时间过低，活性小甚至没有活性，不具备膨胀性；温度和保温时间过高，活性太高，膨胀量太大且易引起安定性不良的问题。优选的煅烧温度为850℃，保温时间为2小时。
煅烧的升温过程为缓慢升温，作为一种优选方式，煅烧的升温速率为5─6℃/min，保温过程完成后，将煅烧产物取出并急冷，优选为采用大功率风扇吹风冷却至室温，转速为2000-2500转/分钟。
为了保证白云岩粉末在作为水泥掺合料时的水化效果，需要保证白云岩粉末的粒度，作为一种优选，步骤(3)中白云岩粉磨后使用0.16mm筛进行筛选，筛余质量小于等于10％。
本发明还公开了采用上述方法制备的辅助性胶凝材料。
优选的该材料为包含CaCO3、MgO和CaO的混合物。
优选的，混合物中MgO质量含量为15.3％—39.2％，CaO的质量含量为5—52.6％。
本发明还公开了上述辅助性胶凝材料在作为水泥掺合料中的应用，该辅助性胶凝材料在砂浆或混凝土制备中替代10％—30％的水泥用量。
优选的，辅助性胶凝材料替代水泥量为10％-20％。
本发明所产生的有益效果：
1、本发明采用天然白云岩为主要原料，煅烧温度低，耗能较少。同时原料资源丰富易得，成本低、效益高、加工制造工艺简单。
2、煅烧白云岩水化需水量少，不影响水泥水化，水化产物稳定。MgO和CaO遇水反应发生膨胀，能够弥补水泥产生的体积收缩，同时膨胀率易控制，180d膨胀率控制在0.05％以内,后期不产生安定性不良的问题。
3、白云岩在不同煅烧温度下的产物和活性不一样，白云岩在800℃时就已经完全分解，800℃和850℃时的煅烧产物为MgO和CaCO3的混合物。白云岩在900℃时分解出CaO，此温度下的产物为CaO和MgO的混合物。采取不同煅烧温度和不同保温时间可以得到不同膨胀率和不同稳定时间的辅助性胶凝材料，以适应不同工程对膨胀值和稳定时间的要求。
4、煅烧白云岩可以大幅减小水泥的使用，最大替代率可达30％,降低成本的同时减小了环境污染。
5、白云岩粉末由于煅烧温度和保温时间的不同，膨胀达到稳定的时间为60d—120d，其180天膨胀率为0.0068％—0.0412％，可根据实际需要生产具备不同活性的辅助性胶凝材料。
附图说明
图1不同温度和保温时间煅烧的辅助性胶凝材料所制备砂浆的XRD图
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步详细的描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在下面的实施例和对比例中通过测量砂浆试块在相应养护龄期的膨胀率和强度来评价白云岩粉末作为膨胀性掺合料的性能。
实施例1
试验所用的白云岩取自自安徽和县，杂质含量很低，为1.22％，主要成分如表1所示。水泥为江南小野田水泥有限公司生产的P·II 52.5硅酸盐水泥，物理性能如表2所示。砂是细度模数为2.1的河砂。
表1
| 原料 | w(MgO) | w(CaO) | w(SiO2) | w(Al2O3) | w(Fe2O3) | 烧失量 | 总和 |
| 白云岩 | 21.01 | 30.39 | 0.21 | 0.61 | 0.39 | 46.17 | 98.78 |
表2
按照以下方法制备辅助性胶凝材料即白云岩粉末a)开采白云岩，并将其冲洗、烘干和破碎；破碎后的白云岩通过5mm的筛进行筛选，将筛余继续破碎，直至全部通过5mm的筛；
b)将破碎后的白云岩粒料自然堆积于匣钵里，放入煅烧设备中进行煅烧并保温；煅烧设备可以为电阻炉、沸腾炉、转炉中的一种或多种，升温速率为5─6℃/min，煅烧温度为800℃，保温时间为1h。
c)取出煅烧产物冷却，球磨制成粉末，冷却方式为空气急冷，采用大功率风扇吹风冷却至室温，转速为2000-2500转/分钟，冷却后放入球磨机中球磨1h后，并使用0.16mm筛进行筛选，筛余质量要求小于等于10％。
实施例2
煅烧温度为800℃，保温时间为2h，其余方法与实施例1相同。
实施例3
煅烧温度为850℃，保温时间为1h，其余方法与实施例1相同。
实施例4
煅烧温度为850℃，保温时间为2h，其余方法与实施例1相同。
实施例5
煅烧温度为900℃，保温时间为1h，其余方法与实施例1相同。
实施例6
煅烧温度为900℃，保温时间为2h，其余方法与实施例1相同。
按照上述方法制备的辅助性胶凝材料比表面积和MgO、CaO的含量见表3，混合物的比表面积为9.01m2/g—11.72m2/g，混合物中MgO含量为15.3％—39.2％，CaO的含量为0—52.6％。
表3
| 样品 | 比表面积/m2·g-1 | w(f-MgO)/％ | w(f-CaO)/％ |
| 实施例1 | 9.01 | 15.3 | 0.0 |
| 实施例2 | 9.06 | 20.3 | 0.0 |
| 实施例3 | 9.13 | 24.9 | 0.0 |
| 实施例4 | 9.40 | 29.1 | 9.8 |
| 实施例5 | 10.94 | 31.3 | 24.8 |
| 实施例6 | 11.72 | 39.2 | 52.6 |
将所得辅助性胶凝材料作为掺合料等质量替代水泥，水泥替换量为10％、20％或30％，按照胶砂比(胶凝材料与沙比例)1:3，水胶比(掺合水与胶凝材料的比)0.5制成40mm×40mm×160mm的水泥砂浆试块，并测量砂浆试块在不同龄期的膨胀率，膨胀率结果见表4。
由于辅助性胶凝材料中含有氧化钙，砂浆试块不易成型，因而按照水胶比0.6，胶砂比1:3制成40mm×40mm×160mm的水泥砂浆试块，并测量砂浆试块在不同龄期的强度，不同实施例不同水泥替代量下的砂浆试块强度见表5。
将所得辅助性胶凝材料作为掺合料等质量替代水泥，水泥替换量为10％、20％或30％，按照胶砂比(胶凝材料与沙比例)1:3，水胶比(掺合水与胶凝材料的比)0.5制备砂浆，所得砂浆的标准稠度用水量见表6。白云岩会略增大水泥的标准稠度用水量，白云岩掺量越大水泥的标准稠度用水量越大。
对比例1
水泥替换量为0，即不添加白云岩粉末的砂浆。
表4
表5
表6
从表4中看出以白云岩粉末作为矿物掺合料的胶凝材料制备的砂浆试块均表现出膨胀，而对比例1试块产生收缩，说明白云岩粉末可补偿水泥收缩且膨胀相对稳定。从表5中各实施例中强度相对对比例中不掺白云岩粉末的试块强度没有明显降低，且满足《JGJT98-2010砌筑砂浆配合比设计规程》中对于高强度等级砂浆M30的要求。尤其实施例513中试块强度反而较对比例1中试块强度略高，说明白云岩粉末可在保证试块强度的同时兼具补偿收缩的作用，且水泥替换量可达30％，大大节省了水泥用量，带来了巨大的经济效果。图1为掺30％850℃-2h、900℃-1h和900℃-2h白云岩的水泥浆体水养3d的XRD图。由可知，水养3d的水泥浆体中均未发现f-CaO的衍射峰，说明800-900℃下煅烧制备的f-CaO具备较高的活性，在3d之内就完全水化，安定性良好。
Claims (10)
1.一种辅助性胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将白云岩破碎；(2)将破碎后的白云岩粒料堆积后放入煅烧设备中进行煅烧并保温，煅烧温度为800℃—900℃，所述的保温时间为1h—2h；(3)取出煅烧产物冷却，磨制成粉末。
2.根据权利要求1所述的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述的白云岩主要成分及质量含量为：MgO>20％，CaO>30％，SiO2<0.3％，Al2O3<0.7％，Fe2O3<0.4％，杂质<2％。
3.根据权利要求1所述的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于：破碎后的白云岩粒径小于5mm。
4.根据权利要求1所述的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于：煅烧的升温速率为5─66℃/min，所述的冷却方式为空气急冷。
5.根据权利要求1所述的辅助性胶凝材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中粉磨后使用0.16mm筛进行筛选，筛余质量小于等于10％。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的方法制备的辅助性胶凝材料。
7.根据权利要求6所述的辅助性胶凝材料，其特征在于：煅烧后的白云岩粉末为包含CaCO3、MgO和CaO的混合物。
8.根据权利要求7所述的辅助性胶凝材料，其特征在于：所述的混合物中MgO质量含量为15.3％—39.2％，CaO的质量含量为5—52.6％。
9.一种权利要求6-8任一项所述的辅助性胶凝材料在作为水泥掺合料的用途，其特征在于：在砂浆或混凝土制备中等质量替代10％—30％的水泥用量。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于：辅助性胶凝材料替代水泥量为10％-20％。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1175559A (zh) * | 1995-04-21 | 1998-03-11 | 王剑波 | 微膨胀、防水、抗裂彩色水泥 |
| CN102060454A (zh) * | 2010-11-22 | 2011-05-18 | 内蒙古祥响新型建材开发有限责任公司 | 一种轻烧白云石水泥 |
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-
2017
- 2017-05-27 CN CN201710396939.8A patent/CN107188444B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1175559A (zh) * | 1995-04-21 | 1998-03-11 | 王剑波 | 微膨胀、防水、抗裂彩色水泥 |
| CN102060454A (zh) * | 2010-11-22 | 2011-05-18 | 内蒙古祥响新型建材开发有限责任公司 | 一种轻烧白云石水泥 |
| CN103396026A (zh) * | 2013-07-17 | 2013-11-20 | 吉林建筑大学 | 白云石复合掺合料的制备方法及新应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 谢晓丽等: "轻烧白云石对硅酸盐水泥性能的影响研究", 《中国非金属矿工业导刊》 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112499999A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-03-16 | 南京工业大学 | 一种新型水泥熟料、水泥熟料制备方法和抗收缩开裂低热硅酸盐水泥 |
| CN112499999B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-08-02 | 南京工业大学 | 一种水泥熟料、水泥熟料制备方法和抗收缩开裂低热硅酸盐水泥 |
| CN112608044A (zh) * | 2020-11-21 | 2021-04-06 | 湖北京兰水泥集团有限公司 | 水泥窑协同处置污染土壤混合材及其制备方法和应用 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107188444B (zh) | 2019-06-25 |
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