CN107382104A - 一种利废型水利工程用水泥及其制备方法 - Google Patents

一种利废型水利工程用水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，公开了一种利废型水利工程用水泥及其制备方法，由以下重量份数的原料组成：熟料30‑50份、混合材30‑60份、超细硅微粉3‑8份、石膏5‑8份、助磨组分0.005‑0.01份、增强组分0.1‑0.5份、密实组分3‑5份、超细铁粉0.5‑1份、碘酸钠0.01‑0.02份。本发明水泥性能良好，可有效利用镍铁渣、磷渣、脱硫石膏等工业废渣，减少环境污染，具有良好的生态环保效益。

Description

一种利废型水利工程用水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利废型水利工程用水泥及其制备方法。
背景技术
水工工程是建筑工程中的一个重要门类，包括各种类型的坝体、港口、水下和地下的建筑物和构筑物。这些工程中经常需要使用大量的大体积混凝土，温降收缩引起混凝土材料的开裂是大体积混凝土面临的普遍问题，严重危害混凝土结构的耐久性和安全性。为防止大体积混凝土的开裂，人们常采用冷却混凝土原材料、加冰拌合、埋设冷却水管等传统的温控措施，以降低大体积混凝土的温升，减少温降收缩，这种措施积极有效，但耗资巨大，且影响施工进度。
发明内容
本发明提供一种利废型水利工程用水泥及其制备方法，将改善水泥性能与利用工业废渣结合起来，一方面改善水泥的性能，另一方面又能很好的减少镍铁渣等工业废渣对环境的影响。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案，一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料30-50份、混合材30-60份、超细硅微粉3-8份、石膏5-8份、助磨组分0.005-0.01份、增强组分0.1-0.5份、密实组分3-5份、超细铁粉0.5-1份、碘酸钠0.01-0.02份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材为高炉矿渣、钢渣、镍铁渣、煤矸石、石灰石、磷渣、石煤渣、粉煤灰、沸石中的两种或两种以上组成。
优选的，所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣。
所述镍铁渣为是提炼金属镍或是在镍铁合金冶炼过程中排出的废弃物经冷水水淬后形成的一种粒化炉渣。
所述磷渣是电炉法生产黄磷时排出的废渣。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏、脱硫石膏中的一种或两者的组合。
所述助磨组分为N,N-二甲基乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、四甲基氢氧化铵中的一种或一种以上。
优选的，所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙组成。
优选的，所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述密实组分为硅灰或纳米微珠。
优选的，所述密实组分为纳米微珠，是从燃煤电站排放的烟雾中收集的超细微粒，平均粒径≤1.0um。
所述超细铁粉粒度小于10um。
一种利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用球磨机粉磨至比表面积不小于330m2/kg，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
本发明矿渣、磷渣、镍铁渣中均含有硅酸三钙、硅酸二钙等矿物相，同时含有大量的玻璃体，具有较好的胶凝活性，水化热低，降低水化温升产生裂缝的风险，且磷渣具有较小的内比表面积，因而对水的物理吸附作用较小，配制混凝土时需水量小，进而可减少硬化水泥的孔隙率，有利于提高水泥石抗干缩和抗侵蚀性能；助磨组分可以降低粉体之间的静电吸附，提高粉磨效率，其中的四甲基氢氧化铵不但能显著提高水泥的粉磨效率，且具有碱性，在水泥水化时有利于矿渣、磷渣、镍铁渣中玻璃体的分解，提高水化反应活性；增强组分中各物质的配合可以增加水泥水化过程中液相的离子强度，强化水泥矿物的水化，增加强度，且能增加胶凝态物质的体积，使气孔和毛细孔封闭；超细铁粉在水利工程环境中有侵蚀介质侵入时，可与碘酸钠生成Fe2O3的膨胀源，产生微膨胀堵塞侵蚀介质的继续入侵；超细硅微粉和密实组分能够优化水泥的颗粒级配，达到最紧密堆积，其中的纳米微珠可以填充水泥粒子间的空隙、减少拌合水用量，使配制的混凝土更加密实。
本发明的有益效果
(1)本发明水泥的水化热低、密实度高、具有较高的后期强度，且具有微膨胀性能可有效防止大体积混凝土使用时的开裂问题。
(2)有效利用镍铁渣、磷渣、脱硫石膏等工业废渣，综合利用工业废渣资源，减少环境污染，具有良好的生态环保效益。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料30份、混合材60份、超细硅微粉3份、石膏8份、助磨组分0.005份、增强组分0.5份、密实组分3份、超细铁粉1份、碘酸钠0.01份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣和钢渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分由N,N-二甲基乙醇胺和甲基乙醇胺组成。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙组成。
所述密实组分为硅灰。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
实施例2
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料50份、混合材30份、超细硅微粉8份、石膏5份、助磨组分0.01份、增强组分0.1份、密实组分5份、超细铁粉0.5份、碘酸钠0.02份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由煤矸石、石灰石、磷渣、石煤渣和沸石组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为脱硫石膏。
所述助磨组分甲基二乙醇胺。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙组成。
所述密实组分为纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
实施例3
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、超细硅微粉5份、石膏6份、助磨组分0.008份、增强组分0.3份、密实组分4份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.015份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述密实组分为平均粒径≤1.0um的纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
实施例4
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料35份、混合材55份、超细硅微粉7份、石膏7份、助磨组分0.009份、增强组分0.4份、密实组分3.5份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.012份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由磷渣、石煤渣、粉煤灰组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏由天然石膏和脱硫石膏按重量比1:1组成。
所述助磨组分由甲基二乙醇胺和四甲基氢氧化铵按重量比2:1组成。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比3:1:1组成。
所述密实组分纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
实施例5
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料41份、混合材48份、超细硅微粉6份、石膏6份、助磨组分0.01份、增强组分0.25份、密实组分3.8份、超细铁粉0.7份、碘酸钠0.015份。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
对比例1
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、石膏6份、助磨组分0.008份、增强组分0.3份、密实组分4份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.015份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述密实组分为平均粒径≤1.0um的纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
对比例2
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、超细硅微粉5份、石膏6份、助磨组分0.008份、密实组分4份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.015份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述密实组分为平均粒径≤1.0um的纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
对比例3
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、超细硅微粉5份、石膏6份、助磨组分0.008份、增强组分0.3份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.015份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
对比例4
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、超细硅微粉5份、石膏6份、助磨组分0.008份、增强组分0.3份、密实组分4份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述密实组分为平均粒径≤1.0um的纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
对比例5
一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料40份、混合材50份、超细硅微粉5份、石膏6份、增强组分0.3份、密实组分4份、超细铁粉0.6份、碘酸钠0.015份。
所述熟料3d抗压强度≥18.0MPa，28d抗压强度≥45.0MPa，为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》规定的中热水泥熟料。
所述混合材由高炉矿渣、镍铁渣和磷渣组成。
所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
所述石膏为天然石膏。
所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙按重量比2:2:1组成。
所述密实组分为平均粒径≤1.0um的纳米微珠。
所述超细铁粉粒度小于10um。
上述利废型水利工程用水泥的制备方法，包括以下步骤
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用的实验磨机粉磨35min，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
性能测试
将上述实施例1-5及对比例1-3的得到的水泥参照GB/T 31289-2014《海工硅酸盐水泥》中的测试方法，进行性能测试，结果见下表1。
表1性能测试结果
应当说明的是，上述实施例仅为本发明的优选实施方式，并不用于限定本发明，依照实施例所记载的技术方案进行的修改，以及对其中部分技术特征进行等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利废型水利工程用水泥，由以下重量份数的原料组成：熟料30-50份、混合材30-60份、超细硅微粉3-8份、石膏5-8份、助磨组分0.005-0.01份、增强组分0.1-0.5份、密实组分3-5份、超细铁粉0.5-1份、碘酸钠0.01-0.02份。
2.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述混合材由高炉矿渣、钢渣、镍铁渣、煤矸石、石灰石、磷渣、石煤渣、粉煤灰、沸石中的两种或两种以上组成。
3.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述超细硅微粉是以石英为原料，经过破碎、提纯、研磨、分级等工艺加工而成的，粒径在3-10um之间。
4.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述助磨组分为N,N-二甲基乙醇胺、甲基乙醇胺、甲基二乙醇胺、四甲基氢氧化铵中的一种或一种以上。
5.根据权利要求4所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述助磨组分为四甲基氢氧化铵。
6.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述增强组分由硝酸铵、亚硝酸钠和偏硼酸钙组成。
7.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述密实组分为硅灰或纳米微珠。
8.根据权利要求1所述的利废型水利工程用水泥，其特征在于，所述超细铁粉粒度小于10um。
9.一种权利要求1-8任一所述的利废型水利工程用水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量份数称取熟料、混合材、石膏、助磨组分后，用球磨机粉磨至比表面积不小于330m2/kg，得料1。
(2)将步骤(1)所得料1与超细硅微粉、增强组分、密实组分、超细铁粉、碘酸钠混合均匀，既得所述利废型水利工程用水泥。
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