CN108383403A - 一种煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料 - Google Patents

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李树森
赵丕琪
刘浩
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Abstract

本发明公开了一种煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料,该材料是由硫铝酸盐水泥熟料40~60%,工业废石膏5~10%,煅烧粘土25~35%,石灰石粉10~20%组成。本发明通过掺入大量煅烧粘土及碳酸钙粉,在保证硫铝酸盐水泥快硬、早强、低碱、高致密和抗硫酸盐侵蚀的优点的前提下,可将水泥熟料的用量减少至40~60%,且强度基本无损失,显著降低硫铝酸盐水泥生产成本。

Description

一种煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料
技术领域
本发明提供了一种新型特种水泥材料,具体涉及一种可等效替代现有硫铝酸盐水泥的煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料。
背景技术
作为上世纪70年代中国自主发明的特种水泥-硫铝酸盐水泥,具有早强高强、高抗冻性、耐蚀性、高抗渗性、干缩率低优异特点;该水泥生产工艺跟传统硅酸盐水泥相比,由于生料中石灰石配入量大大降低,用于分解CaCO3的热耗大幅降低,且CO2温室气体排放量大量减少;熟料烧成温度较低,进一步降低了水泥形成热耗,引起了人们的广泛关注。但硫铝酸盐水泥在实际工程中并未得到广泛应用,主要原因是该水泥生产需要价格昂贵的铝矾土资源,使得原料成本偏高;且硫铝酸盐本身碱度低,无法像硅酸盐水泥一样,有效激活粉煤灰和矿渣中的火山灰活性,这些活性掺合料在在水泥中的掺入量有限。因此急需找到一种有效降低硫铝酸盐水泥成本的技术。
粘土,由多种水合硅酸盐和一定量的氧化铝、碱金属氧化物和碱土金属氧化物组成,在造纸业,陶瓷和耐火材料行业广泛应用,但这些行业对于粘土的颜色和纯度要求较高,大量的“不合格”粘土被堆弃在矿场中。随着人们对于环境保护意识的逐渐增大,推进绿色发展成为社会各界关注的重点。针对这些粘土固体废弃物,人们做了大量研究。文献《粘土矿物对硫铝酸盐基高水材料的改性》提出了一种高保水速凝材料,其所用粘土的种类为未经过煅烧的膨润土(区别于专利要求的经过高温处理过的粘土类矿物),主要利用了膨润土的吸湿特性对硫铝酸盐基材料浆体保水性能的进行改善,不在强度上做严格要求。专利CN105793209A 《用于制备火山灰或潜在水硬性水泥熟料替代物的方法》提出了一种利用粘土作水泥活性掺和料的制备方法,但该专利并未对粘土种类和适用性进行详细说明,作为掺合料与水泥相互作用也并未提及,且水泥仅限于硅酸盐。目前还未出现过将高温处理过的粘土添加到硫铝酸盐水泥中的文献。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种烧粘土型硫铝酸盐水泥胶凝材料,通过掺入大量煅烧粘土及碳酸钙粉,在保证硫铝酸盐水泥快硬、早强、低碱、高致密和抗硫酸盐侵蚀的优点的前提下,可将水泥熟料的用量减少至40~60%,且强度基本无损失。由于粘土仅需在650~750℃温度下进行煅烧,煅烧温度仅为硫铝酸盐水泥煅烧温度的一半,因此本发明不仅能减少水泥熟料的用量,还可从减少能源消耗方面大大降低水泥的生产成本。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料,该新型材料组成为:硫铝酸盐水泥熟料40~60%,工业废石膏5~10%,煅烧粘土25~35%,石灰石10~20%。
将上述原料粉磨后混合均匀后,即可得烧粘土型硫铝酸盐水泥胶凝材料。其中,煅烧粘土中高岭土含量应大于40%,煅烧温度为600~900℃,最佳煅烧温度范围为650~750℃。
本发明将含高岭土的粘土经过高温煅烧处理,生成大量活性氧化铝,在水泥水化早期过程中与工业废石膏反应生成钙矾石,这部分新生成的钙矾石将与硫铝酸盐水泥矿相硫铝酸钙水化形成的钙矾石共同作用,提供该水泥早期强度。此外,煅烧粘土生成的活性氧化铝也可与掺入的石灰石粉反应,生成水化碳铝酸钙,与硫铝酸盐水泥中的硅酸二钙协同作用,提供水泥的中后期强度,改善硫铝酸盐水泥的中后期强度发展的不足。石灰石粉在本发明中不仅作为一种物理填充剂使用,而且参与水泥水化反应,赋予水泥良好的力学性能。将这种经过煅烧的粘土辅以碳酸钙粉掺加到硫铝酸盐水泥当中,在保证硫铝酸盐水泥力学性能基本不变的基础上,可大大减少水泥用量。此外,由于煅烧粘土形成的水化碳铝酸钙,可以稳定钙矾石(水化硫铝酸钙),赋予硫铝酸盐水泥更好的耐久性能。
本发明的有益效果是:本发明制备的煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料与传统硫铝酸盐水泥材料相比,其快硬、早强、低碱、高致密和抗硫酸盐侵蚀等性能基本一致,且强度也基本无损失,但水泥熟料的用量减少至40~60%,大大降低了特种水泥的生产成本,减少了能源的消耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
为了进一步验证本发明制备的烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料的性能特点,发明人设计了多组试样,具体组成见表1。
表1各组试样原料组成
所用煅烧粘土中高岭土含量为大于40%,煅烧温度为675℃。表1中所用硫铝酸盐水泥熟料为市售42.5硫铝酸盐水泥。将五组样品按表1比例混合并搅拌均匀,对每组样品的凝结时间,抗压强度,PH值和抗硫酸盐侵蚀系数进行测定,测试结果见下表2。
表2
上述结果表明,同硫铝酸盐水泥相比,掺入不同含量的煅烧粘土后,水泥凝结时间有些许延长,前期抗压略微落后,但28d强度已基本持平,同时还保持了硫铝酸盐水泥的低碱性和抗硫酸盐侵蚀性能,可以等效替代现有硫铝酸盐水泥。采用本发明的原料制备的烧粘土型硫铝酸盐水泥与采用常规方法制备的硫铝酸盐水泥相比,相同产量成本可节约25~30%,成本降低显著。

Claims (3)

1.一种煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料,其特征在于,它是由以下重量百分比的原料制成:硫铝酸盐水泥熟料40~60%,工业废石膏5~10%,煅烧粘土25~35%,石灰石粉10~20%。
2.根据权利要求1所述的煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料,其特征在于,所述的煅烧粘土中高岭土质量百分数>40%,煅烧温度范围为600~900℃。
3.根据权利要求2所述的煅烧粘土型硫铝酸盐水泥凝胶材料,其特征在于,所述煅烧温度范围为650~750℃。
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