CN108585575A - 水泥缓凝剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥缓凝剂，由以下重量份数的原料制备而成，磷石膏50‑90份；脱硫灰6‑47份；矿粉1‑3份；石灰石粉0‑3份；所述矿粉的比表面积≥500m²/Kg。上述水泥缓凝剂通过简单的手段实现了脱硫灰和磷石膏的综合处理，变废为宝，节能环保，并且经济适用，成本低廉。减轻企业因脱硫灰、磷石膏利用率低带来的占地堆积和环境污染两难问题，又为水泥生产企业提供了合格的水泥缓凝剂，具有非常广阔的应用前景。

Description

水泥缓凝剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别是涉及水泥缓凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

脱硫灰是浮法玻璃厂采用脱硫工艺后所排放的工业废渣，通常含有较多的二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，少量的氢氧化钙和亚硫酸钙，pH＝10-13，因其成分中含有亚硫酸钙，用作水泥缓凝剂时，易引起水泥、混凝土后期体积膨胀，强度下降，严重的甚至会导致开裂。因此，目前在水泥混凝土中无法直接用脱硫灰替代天然石膏或脱硫石膏作为水泥缓凝剂。产生脱硫灰废渣的工厂因缺乏有效的技术，对脱硫灰的处理一般采取堆存、填埋或废弃等方法，由此产生了严重的资源浪费和二次污染等问题。

国家专利CN103803828A公开一种用于水泥和混凝土的脱硫灰改性处理方法，利用氧化剂二氧化锰和醋酸对脱硫灰进行改性，这种方法的改性成本较高。

磷石膏是磷酸生产过程中产生的固体废渣，一般呈灰白、灰黄、浅绿色粉状，pH＝2-5，主要成分是硫酸钙，还含有氟、有机磷等腐蚀性物质，由于磷石膏中含有一定量的有机磷，用作为水泥缓凝剂时，会大大延缓水泥的凝结时间，严重影响现场施工作业进度。我国2010年以来每年排放磷石膏约4000-7000万吨，累计堆存量超过了2亿吨，长期以来，磷石膏没有得到良好的应用，目前综合利用率仅10％左右。

国家专利CN105347714A公开利用赤泥对新鲜磷石膏进行改性，制备磷石膏水泥缓凝剂，但是这种方法用到了含氧化铁较多的赤泥，对缓凝剂的外观颜色产生影响。且赤泥主要矿物为文石和方解石，含量为60％～65％，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱，成分复杂，对水泥的安定性也会造成一定影响。

国家专利CN101654941B公开了一种高强度免蒸砖及其制备方法，原料包括未磨水渣、重矿渣、粉煤灰、工业副产石膏、活性激发剂和水。将各原料混合后静置陈化制得免蒸砖。虽然原料包括脱硫灰和磷石膏，但是两者混合起不到调节凝结时间的作用，不能用与制备水泥缓凝剂。

发明内容

基于此，本发明提供一种水泥缓凝剂，以脱硫灰和磷石膏为主要原料，附以特定比表面积的砂粉混合后，具有较好的缓凝效果，实现变废为宝，节能环保，并且经济适用，成本低廉。

具体技术方案为：

一种水泥缓凝剂，由以下重量份数的原料制备而成：

所述矿粉的比表面积≥500m²/Kg。

在其中一个实施例中，所述矿粉由高炉矿渣经粉磨制备而得。

在其中一个实施例中，所述矿粉的比表面积为500m²/Kg-1000m²/Kg。

在其中一个实施例中，所述石灰石粉的重量份数为1-2份。

在其中一个实施例中，所述石灰石粉的比表面积≥500m²/Kg，所述石灰石粉中碳酸钙的含量≥50％。

在其中一个实施例中，所述石灰石粉的比表面积为500m²/Kg-800m²/Kg，所述碳酸钙的含量为60％-90％。

在其中一个实施例中，所述水泥缓凝剂由以下重量份数的原料制备而成：

在其中一个实施例中，所述水泥缓凝剂由以下重量份数的原料制备而成：

本发明还提供一种水泥缓凝剂的制备方法。

具体技术方案为：

一种水泥缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

将所述脱硫灰、磷石膏、矿粉和石灰石粉混合，雾化喷水，得混合物；

将所述混合物堆置陈化，即得。

在其中一个实施例中，所述混合物的含水量为5％-10％。

在其中一个实施例中，所述陈化的时间为24h-48h。

在其中一个实施例中，所述陈化的时间为24h-36h。

在其中一个实施例中，所述陈化的温度＜100℃。

本发明还提供一种水泥，其原料包括有上述水泥缓凝剂。

在其中一个实施例中，所述水泥包括有以下重量份数的原料：

上述水泥缓凝剂3-5份、水泥熟料75-85份、石灰石7-8份和高硅8-9份。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

上述水泥缓凝剂，以碱性的脱硫灰和酸性的磷石膏为主要原料，并加入少量比表面积较高、粒径较小的矿粉，制备了成本低、安定性好的水泥缓凝剂。各原料混合陈化过程中，比表面积较高的矿粉与磷石膏形成水化产物，水化产物可充分吸收磷石膏中的氟、磷等延长水泥终凝时间、降低早期强度的杂质；同时，陈化过程中，磷石膏提供的酸性的条件，有利于陈化过程中发生氧化反应，将脱硫灰中的亚硫酸钙催化氧化成硫酸钙，避免亚硫酸钙对后期水泥强度的影响；脱硫灰中氢氧化钙还能中和磷石膏中的有机磷，进一步减少有机磷对凝结时间的影响，提高施工现场的作业进度。通过上述原料混合陈化制备的水泥缓凝剂，既解决了脱硫灰作为水泥缓凝剂造成的后期强度不足，存在开裂风险的问题，又解决了磷石膏作为水泥缓凝剂终凝时间过长、早期强度不高的问题，相对于现有技术对脱硫灰和磷石膏的改性，上述水泥缓凝剂成本低，安定性好。进一步地，石灰石具有填充效应和微集料效应，加入后，可提高缓凝剂的强度。

上述水泥缓凝剂制备时，只需将各原料混合，进行简单陈化即可，无需进行热处理的工序，避免热处理工艺造成的环境污染。同时，无需加入其它改性剂，通过简单的手段实现了脱硫灰和磷石膏的综合处理，变废为宝，节能环保，并且经济适用，成本低廉。减轻企业因脱硫灰、磷石膏利用率低带来的占地堆积和环境污染两难问题，又为水泥生产企业提供了合格的水泥缓凝剂，具有非常广阔的应用前景。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下结合具体实施例对本发明的水泥缓凝剂及其制备方法作进一步详细的说明。

以下具体实施方式中所有原料均来源于市售。

磷石膏是来源于广西鹿寨磷肥厂副产的磷石膏。

脱硫灰是来源于南宁浮法玻璃厂副产的脱硫灰。

矿粉由高炉矿渣粉磨制备而得，比表面积≥500m²/Kg。

实施例1

本实施例提供一种水泥缓凝剂及其制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取50％的磷石膏、49％的脱硫灰、1％的矿粉和0％的石灰石粉。其中，矿粉的比表面积为510m²/Kg。

步骤2、将上述原料混合，雾化喷水，使混合物的含水量为5％。

步骤3、将上述混合物置于陈化池中，在密闭环境下陈化24h，陈化过程中的温度范围为50-80℃，得到水泥缓凝剂。

实施例2-6

参照实施例1中水泥缓凝剂的制备方法，按照表1中的各原料的质量百分数，制备实施例2-6和对比例1-3的水泥缓凝剂。

表1

表1中，矿渣为未经过粉磨的高炉矿渣。比表面积为100m²/Kg。

石灰石粉中，碳酸钙的含量为85％，比表面积为600m²/Kg。

粉煤灰的比表面积为800m²/Kg。

实施例7

取实施例1-6和对比例1-4的水泥缓凝剂，分别将以上水泥缓凝剂与水泥熟料、石灰石和高硅混合粉磨，各原料的百分含量如表2所示，制备与实施例1-6和对比例1-4水泥缓凝剂相对应的水泥。

表2

实施例8

对上述制得的水泥进行性能测试。方法如下：

稠度、凝结时间、安定性的测试方法参照标准GB/T 1346—2011。

抗折/抗压强度的测试方法参照GB/T 17671—1999。

测试结果如表3所示。

表3

由表3可以看出，实施例1-6水泥安定性好，凝结时间适中，满足正常生产及施工需要，力学性能优异。对比例3使用粉煤灰替换矿粉，制备的水泥缓凝剂凝结时间偏长，强度略低，难以满足正常施工需要。说明粉煤灰并不能促进脱硫灰和磷石膏协同增效，制备性能优异的水泥缓凝剂。对比例4使用比表面积较小，未经粉末的高炉矿渣，也不能有效减少水泥的凝结时间。说明选择合适比表面积的矿粉的对脱硫灰和磷石膏发挥优异的缓凝效果具有重要意义。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水泥缓凝剂，其特征在于，所述水泥缓凝剂由以下重量份数的原料制备而成：

所述矿粉的比表面积≥500m²/Kg。

2.根据权利要求1所述的水泥缓凝剂，其特征在于，所述矿粉的比表面积为500m²/Kg-1000m²/Kg。

3.根据权利要求1所述的水泥缓凝剂，其特征在于，所述石灰石粉的重量份数为1-2份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的水泥缓凝剂，其特征在于，所述石灰石粉的比表面积≥500m²/Kg，所述石灰石粉中碳酸钙的含量≥50％。

5.根据权利要求1-3任一项所述的水泥缓凝剂，其特征在于，所述水泥缓凝剂由以下重量份数的原料制备而成：

6.一种权利要求1-5任一项所述的水泥缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述脱硫灰、磷石膏、矿粉和石灰石粉混合，雾化喷水，得混合物；

将所述混合物堆置陈化，即得。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混合物的含水量为5％-10％。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为24h-48h。

9.一种水泥，其特征在于，其原料包括权利要求1-5任一项所述的水泥缓凝剂。

10.根据权利要求9所述的水泥，其特征在于，包括有以下重量份数的原料：

权利要求1-5任一项所述的水泥缓凝剂3-5份、水泥熟料75-85份、石灰石7-8份和高硅8-9份。