CN107555819A - 一种高铁专用水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高铁专用水泥及其制备方法，属于水泥加工技术领域。其特征在于：重量份配比为：熟料75~85份、磷石膏3~10份、石硝3~10份、电炉渣5~15份、矿粉25~45份和助磨剂0.01~0.1份；所述矿粉为细度小于0.5mm，比表面积大于400m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量小于0.1%，游离钙小于0.1%。在制备过程中严格控制选粉机的转速为430‑470rpm，入磨物料量控制在220‑235t/h，制得的水泥比表面积在300‑350 m²/kg，3d和28d抗折强度达到4.1和6.8MPa，3d和28d抗压强度达到19.5和45.6 MPa，初凝结时间为200‑220h，终凝结时间为260‑300h。

Description

一种高铁专用水泥及其制备方法

技术领域

一种高铁专用水泥及其制备方法，属于水泥加工技术领域。

背景技术

目前，我国高速铁路主要采用的轨道结构型式为轨道平顺性高、刚度均匀性好、稳定性强的板式无砟轨道，板式无砟轨道结构主要由预制轨道板、充填层、混凝土底座或水硬性支承层、钢轨扣件等构成。国内制备高铁轨道板是通过使用早强硅酸盐水泥加早强高效聚羧酸减水剂来实现的，其早期强度、抗裂、耐久性（抗冻、抗日温差）、易养护性都是生产的难点。为了满足高速铁路的强度和耐久性，对于高速铁路用水泥提出了较高的要求，高速铁路招标中对水泥的要求：比表面积为300～350 m²/kg，3d抗折强度大于3.5MPa，28d抗折强度大于6.5 MPa，3d抗压强度大于17MPa，28d抗压强度大于42.5 MPa游离氧化钙含量小于1%，碱含量小于0.6%，SO₃含量小于3.5%。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高强度、高活性、强适应性的高铁专用水泥及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该高铁专用水泥，原材料重量份配比为：熟料75~85份、磷石膏3~10份、石硝3~10份、电炉渣5~15份、矿粉25~45份和助磨剂0.01~0.1份；所述矿粉为细度小于0.5mm，比表面积400-500m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量小于0.2%，游离钙小于0.1%。

因游离钙结构致密，水化速度慢，水化生成氢氧化钙时体积膨胀约一倍左右，使硬化水泥体产生膨胀应力，导致水泥抗拉强度下降，造成水泥安定性不良，是高铁水泥指标的一个主要因素，对于高铁对于水泥中碱含量和游离钙的要求，发明人对于水泥制备过程中常采用的原材料进行分析和检测，发现粉煤灰和炉渣的碱含量普遍偏高，其中，炉渣的碱含量大于1.5%，是高铁标准水泥中碱含量（小于0.6%）的2.5倍，而电炉渣中碱含量相对较低，一般小于0.3%，是制备高铁专用水泥的优良原材料；同时，矿粉的加入提高了水泥的活性，并一定程度上降低了水泥中碱含量和游离钙。

优选的，原材料重量份配比为：熟料80~85份、磷石膏3~7份、石硝3~7份、电炉渣5~10份、矿粉35~40份和助磨剂0.01~0.05份，通过各原料的精确配伍可以提高水泥性能并且能够保证制备的水泥稳定性较好。

所述矿粉以低碱含量、低游离钙的高炉水渣和脱硫石膏为原料制得。矿粉的掺加对于高铁专用水泥的制备极为重要，矿粉的品质直接影响水泥的活性、碱含量和游离钙含量。

所述熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为80~85：10~15：3~5：2~4，所述铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为30~45%。高速水泥中熟料的比重最大，因此熟料的品质是影响高铁水泥品质的一个主要因素，熟料的流动性、碱含量和游离钙含量影响水泥的性能，本发明中优选以Al₂O₃含量高于30%的高品质铝矾土为原料制备的熟料，在提高熟料流动度的同时，石灰石、砂岩和铜矿粉提高了水泥的强度和活性。

所述熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为81~84：10~12.5：3~4.5：2.5~4，所述铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为35~45%。

所述电炉渣的碱含量小于0.3%。

所述磷石膏中SO₃的含量为15~45%。水泥中SO₃含量过高，影响安定性，多余的SO₃在水泥硬化后继续与水和C₃A形成钙矾石，产生膨胀应力而影响水泥的安定性；同时，SO₃的含量影响水泥的凝结时间，而水泥的凝结时间在施工过程中是衡量水泥适应性能的主要因素，若水泥的凝结时间太短，则混凝土损失快，混凝土塌落度较大。水泥中SO₃大多来源于磷石膏，本发明中通过控制磷石膏中SO₃的含量调整制备的水泥中SO₃的含量，从而保证高铁水泥凝结时间延长，混凝土损失较少，塌落度较小。

优选的，所述磷石膏中SO₃的含量为24~40%。

高铁专用水泥的制备方法，其特征在于：包括一下步骤：

1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在430-470rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在220-235t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

在高铁专用水泥的制备过程中选粉机的转速控制直接影响入磨物料的粒径范围，从而影响水泥的粒径及比表面积，在本发明的制备方法中，通过严格控制选粉机的转速为430-470rpm，及同时，调整入磨物料量在220-235t/h，精确控制水泥的粒径大小，从而将水泥的比表面积控制在300-350m²/kg，复合高铁水泥的标准。

步骤1）中所述选粉机转速控制在450rpm。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明选用熟料、磷石膏、石硝、电炉渣和矿粉为主要原料，添加少量助磨剂，通过调节各原料组分的用量比，并控制添加矿粉的各指标，制得的水泥比表面积在300-350 m²/kg，3d和28d抗折强度达到4.1 MPa和6.8MPa，3d和28d抗压强度达到19.5 MPa和45.6 MPa；高品质铝矾土为原料制备的高流动性熟料增加了水泥的强度和活性，同时，低含碱量的电炉渣代替水泥中常用的炉渣，降低了水泥的碱含量。磷石膏中SO₃的含量24-40%，制得的水泥中碱含量小于0.8%，游离钙含量为小于0.1%，初凝结时间为200-220h，终凝结时间为260-300h，制得复合高铁水泥标准的高铁专用水泥，增加高端水泥产品品种，拓宽高端水泥市场。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

以下实施例和对比例选用济南凯瑞特节能科技有限公司生产的助磨剂K34。

实施例1

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、电炉渣8kg、矿粉37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38.8%；电炉渣的碱含量为0；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例2

本实施例各原料重量为：熟料75kg、磷石膏10kg、石硝10kg、电炉渣5kg、矿粉30kg和助磨剂0.05kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积450m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.08%，游离钙含量为0.1%；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38-40%；电炉渣的碱含量为0.2%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例3

本实施例各原料重量为：熟料85kg、磷石膏3kg、石硝3kg、电炉渣15kg、矿粉25kg和助磨剂0.01kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积500m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.2%，游离钙含量为0.1%；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38-40%；电炉渣的碱含量为0.1%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例4

本实施例各原料重量为：熟料80kg、磷石膏7kg、石硝7kg、电炉渣12kg、矿粉25kg和助磨剂0.05kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积400m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.01%，游离钙含量为0.1%；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38-40%；电炉渣的碱含量为0.3%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例5

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、电炉渣8kg、矿粉37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为80：15：5：2，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为40%；电炉渣的碱含量为0.3%；磷石膏中SO₃的含量为15%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例6

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、电炉渣8kg、矿粉37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为85：10：3：4，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为45%；电炉渣的碱含量为0.05%；磷石膏中SO₃的含量为45%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在450rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在230t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例7

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、电炉渣8kg、矿粉37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38.8%；电炉渣的碱含量为0.1%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在430rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在220t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

实施例8

各原料组成同实施例1。

制备方法：1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在470rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在235t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

对比例1

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、炉渣8kg、矿粉37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38.8%；电炉渣的碱含量为0.1%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

制备方法同实施例1。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

对比例2

本实施例各原料重量为：熟料83kg、磷石膏5kg、石硝5kg、炉渣8kg、粉煤灰37kg和助磨剂0.04kg；其中，矿粉为细度小于0.5mm，比表面积480m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量为0.05%，游离钙含量为0；熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为82：12：4：3，铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为38.8%；电炉渣的碱含量为0.1%；磷石膏中SO₃的含量为25%。

本实施例制得水泥的性能测试结果见表1。

表1为实施例和对比例制备的水泥性能测试结果

由表1可知，实施例1-8制得的水泥比表面积在300-350 m²/kg，3d和28d抗折强度达到4.1 MPa和6.8MPa，3d和28d抗压强度达到19.5 MPa和45.6 MPa，碱含量小于0.8%，游离钙含量为小于0.1%，初凝结时间为200-220h，终凝结时间为260-300h，符合高铁水泥标准，增加高端水泥产品品种，拓宽高端水泥市场。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高铁专用水泥，其特征在于：重量份配比为：熟料75~85份、磷石膏3~10份、石硝3~10份、电炉渣5~15份、矿粉25~45份和助磨剂0.01~0.1份；所述矿粉为细度小于0.5mm，比表面积400-500m²/kg，烧失量小于0.5%，碱含量小于0.2%，游离钙小于0.1%。

2.根据权利要求1所述的高铁专用水泥，其特征在于：重量份配比为：熟料80~85份、磷石膏3~7份、石硝3~7份、电炉渣5~10份、矿粉35~40份和助磨剂0.01~0.05份。

3.根据权利要求1所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述矿粉以低碱含量、低游离钙的高炉水渣和脱硫石膏为原料制得。

4.根据权利要求1或2任一项所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为80~85：10~15：3~5：2~4，所述铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为30~45%。

5.根据权利要求4任一项所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述熟料以石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉为原料烧制而成，石灰石、砂岩、铝矾土和铜矿粉的用量比为81~84：10~12.5：3~4.5：2.5~4，所述铝矾土中Al₂O₃所占的质量百分为35~45%。

6.根据权利要求1或2任一项所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述电炉渣的碱含量小于0.3%。

7.根据权利要求1或2任一项所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述磷石膏中SO₃的含量为15~45%。

8.根据权利要求7任一项所述的高铁专用水泥，其特征在于：所述磷石膏中SO₃的含量为24~40%。

9.权利要求1-7任一项所述的高铁专用水泥的制备方法，其特征在于：包括一下步骤：

1）将熟料、磷石膏、石硝、电炉渣通过计量皮带称按设定配比下料入配料皮带，输送到称重仓，稳流后进入辊压机挤压，挤压后的物料通过提升机进入选粉机，选粉机转速控制在430-470rpm；

2）经过选粉机后合格的物料进入磨机进行粉磨，在入磨时加入助磨剂，入磨物料量控制在220-235t/h；

3）成品出磨后在空气斜槽中加入矿粉，混匀得高铁专用水泥。

10.根据权利要求9所述的高铁专用水泥的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述选粉机转速控制在450rpm。