CN108609876A - 一种石灰激发海工水泥及其制备方法 - Google Patents

一种石灰激发海工水泥及其制备方法 Download PDF

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张云升
吴萌
张王田
吴志涛
刘乃东
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    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Abstract

本发明公开了一种石灰激发海工水泥及其制备方法，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分：水泥熟料10％～30％、粉煤灰15％～35％、矿粉25％～50％、硅灰2～5％、石灰5～10％、石膏5～8％；其制备方法如下：1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉；2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合和均化，得到所述的石灰激发海工水泥。与常规海工硅酸盐水泥相比，本发明公开的石灰激发海工水泥早期强度高、后期强度增进率大、抗化学侵蚀能力强、水化热低，同时还具有工业废渣利用率高、生产过程中能耗和碳排放量低等优点。

Description

一种石灰激发海工水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种石灰激发海工水泥及其制备方法，属于海工硅酸盐水泥制备 技术领域。
背景技术
各种海洋工程如琼州跨海工程、渤海跨海大桥、港珠澳大桥、南沙群岛石油钻井平台已 陆续启动或正在建设。随着中国从海洋大国向海洋强国的不断迈进，具备良好的抗海水侵蚀 的性能硅酸盐水泥需求量将不断增大。于此同时，在我国西部地区，特别是在盐湖和盐渍土 地区，普通硅酸盐水泥无法有效保障严酷环境下水泥基材料的耐久性，甚至普通钢筋混凝土 在西部严酷环境下三到五年就会遭到严重破坏。因此，我国西部盐湖和盐渍土地区混凝土工 程也需要采用高抗蚀的海工硅酸盐水泥来保障建筑物的安全使用寿命。
无论是在海洋环境还是西湖盐湖或盐渍土地区，水泥基材料破坏的主要原因 是由于基体中钢筋被锈蚀(氯盐、硫酸盐等)以及水泥硬化浆体被盐类侵蚀(硫 酸盐、碳酸盐、镁盐等)，因此采用普通硅酸盐水泥制成的水泥基材料，在这些 地区很容易侵蚀破坏；而海工硅酸盐水泥中含有大量的矿物掺和料，如粉煤灰和 矿粉等，可有效的控制和改善各种侵蚀离子如Cl-和SO4 2-的传输，同时海工硅酸 盐水泥的水化产物中C-S-H凝胶钙硅比较低，较普通硅酸盐水泥相比具有更强抗 侵蚀性。
目前已有海工硅酸盐水泥及其制备方法中，水泥或水泥熟料的掺量一般在 30％～50％，而要获得42.5强度的海工硅酸盐水泥，水泥的掺量往往在40％以上。 虽然较高的水泥掺量可以提高海工硅酸盐水泥的强度，但是会降低海工硅酸盐水 泥的抗侵蚀性能，同时也会增加海工硅酸盐水泥的水化放热总量，这对实际工程 中大体积混凝土的浇筑是非常不利的，极易导致大体积混凝土的开裂，影响和降 低建筑物的功能和寿命。而目前在低水泥熟料掺量条件下，矿物掺和料的水化和 激发效果不甚理想，导致海工硅酸盐水泥强度普遍较低，难以达到42.5的强度 要求。因此能否在低水泥熟料掺量条件下制备高强度、高抗蚀、低水化放热的海 工硅酸盐水泥是我国海洋工程建设和西部地区开发急需解决的问题。同时，水泥 熟料的生成耗能大，碳排放量大，每生产一吨的水泥就会排放出0.8～1吨的二 氧化碳，进一步降低硅酸盐水泥中的水泥掺量，提高粉煤灰、矿粉等工业废渣的 掺量，也资源节约型社会和环境友好型社会建设中的迫切需要。
发明内容
技术问题：
技术方案：本发明提供了一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照 质量百分比包括以下组分：
其中：
所述的石灰激发海工水泥的比表面积为350～500m2/kg。
所述的水泥熟料满足GB/T21372-2008中的各项要求，且其比表面积为350～500m2/kg，其3d抗压强度≥30MPa、28d抗压强度≥52.5MPa。
所述的粉煤灰满足GB/T1596-2017中的各项要求，其比表面积为350～450 m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
所述的矿粉满足GB/T18046-2008中S95及以上等级矿粉的各项要求，其比 表面积为350～450m2/kg。
所述的硅灰满足GB/T 27690-2011中的各项要求。
所述的石灰满足JC/T481-2013中HCL85及以上等级钙质消石灰的各项要求。
所述的石膏为满足GB/T5483-2008中G类、A类、M类二级及以上的石膏， 其比表面积为350～500m2/kg。
本发明还提供了一种石灰激发海工水泥的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化，得到所述的石灰激发海工水泥。
所述的球磨机球磨得到混合粉中，混合粉的比表面积350～500m2/kg。
所述的混合和均化的时间≥30min；且均化后所得的石灰激发海工水泥的比 表面积为350～500m2/kg。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1)本发明提供的石灰激发海工水泥具有优异的抗氯盐和硫酸盐侵蚀能力， 力学性能较高且水化热低，特别适合制备海洋工程和严酷环境下西部地区高抗蚀 混凝土；
2)本发明提供的石灰激发海工水泥，借鉴了粉体工程中的最紧密堆积理论， 将各种胶凝材料进行紧密堆积，加速了胶凝体系整体水化反应过程并提高了早期 强度。
3)本发明提供的石灰激发海工水泥中，石灰和石膏可充分激发矿粉和粉煤 灰潜在的胶凝性能和火山灰活性，提高了水化产物密实程度，促进了胶凝体系后 期强度发展，且增强了抗氯盐和硫酸盐侵蚀能力；
4)本发明提供的石灰激发海工水泥中，水泥熟料用量较低，矿物掺和料用 量大，其水化过程中放热量降低，非常适合制备大体积混凝土，同时其水化生产 的低钙硅比的C-S-H凝胶有效的提高胶凝材料整体抗侵蚀能力。
具体实施方式
本发明提供了一种石灰激发海工水泥及其制备方法，通过理论分析和试验设 计，利用水泥熟料、粉煤灰、矿粉，硅灰，石灰，石膏制备出高抗蚀的石灰激发 海工水泥，同时生产成本较目前市场上的海工硅酸盐水泥降低了约15％～25％。
为了便于理解本发明，下面将采用实例对本发明进行全面的描述，但是本发 明可以采用很多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施案例，提供这些 实施案例的目的是使他人对本发明的公开内容的理解更加透彻和全面。
本发明实例中采用的水泥熟料来自于南京小野田水泥公司，粉煤灰来自于南 京某热电厂，矿粉为江苏将建筑科学院提供，硅灰来自于埃肯基团材料公司，所 用石灰和石膏为市售建筑材料，各种原材料的化学组成如表1所示：
表1原材料化学组成
所述的水泥熟料满足GB/T21372-2008中的各项要求，且比表面积为350～ 500m2/kg，其3d抗压强度应≥30MPa、28d抗压强度应≥52.5MPa。
所述的粉煤灰满足GB/T1596-2017中的各项要求，其比表面积为350～450 m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
所述的矿粉满足GB/T18046-2008中S95及以上等级矿粉的各项要求，其比 表面积为350～450m2/kg。
所述的硅灰满足GB/T 27690-2011中的各项要求。
所述的石灰满足JC/T481-2013中HCL85及以上等级钙质消石灰的各项要求。
所述的石膏为满足GB/T5483-2008中G类、A类、M类二级及以上的石膏， 其比表面积为350～500m2/kg。
实施例1
一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分： 水泥熟料10％、粉煤灰20％、矿粉50％、硅灰2％、石灰10％和石膏8％。
一种石灰激发海工水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉，混合粉的 比表面积400m2/kg；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化120min，得到所述的石灰激发海工水泥。
实施例2
一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分： 水泥熟料15％、粉煤灰25％、矿粉45％、硅灰2％、石灰7％和石膏6％。
一种石灰激发海工水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉，混合粉的 比表面积350m2/kg；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化90min，得到所述的石灰激发海工水泥。
实施例3
一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分： 水泥熟料25％、粉煤灰35％、矿粉25％、硅灰3％、石灰7％和石膏5％。
一种石灰激发海工水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉，混合粉的 比表面积500m2/kg；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化50min，得到所述的石灰激发海工水泥。
实施例4
一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分： 水泥熟料25％、粉煤灰20％、矿粉40％、硅灰4％、石灰6％和石膏5％。
一种石灰激发海工水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉，混合粉的 比表面积400m2/kg；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化30min，得到所述的石灰激发海工水泥。
实施例5
一种石灰激发海工水泥，该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分： 水泥熟料30％、粉煤灰15％、矿粉40％、硅灰5％、石灰5％和石膏5％。
一种石灰激发海工水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉，混合粉的 比表面积450m2/kg；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合 和均化60min，得到所述的石灰激发海工水泥。
按照海工硅酸盐水泥规范GB/T32289-2014，测得实施例1～5制备得到的石 灰激发海工水泥(N1、N2、N3、N4、N5)基本性能，结果如表2所示：
表2实施例1～5制备得到的石灰激发海工水泥的基本性能
由表2可知，各实施例制备的石灰激发海工水泥28d强度在35MPa～50MPa， 对照海工硅酸盐水泥规范GB/T32289-2014中的强度要求(如表3)可知，N1、 N2和N3配合比满足32.5海工硅酸盐水泥强度要求，N4和N5配合比满足42.5 海工硅酸盐水泥强度要求，同时表2中各实施例制备的石灰激发海工水泥满足 GB/T32289-2014中28d氯离子侵蚀系数不大于1.5×10-12m2/s和28d抗硫酸盐 侵蚀系数Kc不低于0.99的要求；甚至该石灰激发海工水泥在硫酸盐溶液中浸泡 28d后，强度有所提高。各实施例制备的石灰激发海工水泥其余各项性能均满足 GB/T32289-2014中的要求，同时各实施例制备的石灰激发海工水泥3d放热量仅 为130J-180J，而普通硅酸盐42.5水泥3d的放热量在350J左右；因此，各实 施例制备的石灰激发海工水泥不仅满足GB/T32289-2014中的各项要求，还具有 高强度和低放热的特点。
表3 GB/T32289-2014对海工硅酸盐水泥强度要求
因此，与其他发明中所提及的海工硅酸盐水泥相比，本发明中的石灰激发海 工水泥在更低的水泥熟料用量下，采用石灰和石膏充分激发矿粉和粉煤灰潜在的 胶凝性能和火山灰活性，加速了胶凝体系水化，实现了高抗侵蚀性能和高强度等 级，且降低生产成本约15％～25％；同时由于本发明中的石灰激发海工水泥设计 和制备采用低水泥熟料用量和高矿物掺和料用量，其水化放热量明显降低，非常 适合制备海洋工程和西部严酷环境下的大体积混凝土，且本发明中利用粉煤灰和 矿渣等工业废渣大量替代水泥熟料，能够减缓水泥生产中对粘土和石灰石等不可 再生资源的过快消耗，降低水泥工业中的能耗和碳排放，减轻了工业废渣带来的 种种环境污染问题，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
以上所述实例仅表达了本发明的几种实施方式，但不能因此理解为对本发明 范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思 的基础上，还可以做出若干变形和改进，而这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石灰激发海工水泥，其特征在于：该石灰激发海工水泥按照质量百分比包括以下组分：
2.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的石灰激发海工水泥的比表面积为350～500m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的水泥熟料满足GB/T21372-2008中的各项要求，且其比表面积为350～500m2/kg，其3d抗压强度≥30MPa、28d抗压强度≥52.5MPa。
4.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的粉煤灰满足GB/T1596-2017中的各项要求，其比表面积为350～450m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
5.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的矿粉满足GB/T18046-2008中S95及以上等级矿粉的各项要求，其比表面积为350～450m2/kg。
6.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的硅灰满足GB/T27690-2011中的各项要求。
7.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的石灰满足JC/T481-2013中HCL85及以上等级钙质消石灰的各项要求。
8.如权利要求1所述的一种石灰激发海工水泥，其特征在于：所述的石膏为满足GB/T5483-2008中G类、A类、M类二级及以上的石膏，其比表面积为350～500m2/kg。
9.一种如权利要求1所述的石灰激发海工水泥的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)按比例将水泥熟料和石膏混合，之后球磨机球磨得到混合粉；
2)按比例将步骤1)得到的混合粉与粉煤灰、矿粉、硅灰、石灰进行混合和均化，得到所述的石灰激发海工水泥。
10.如权利要求8所述的一种石灰激发海工水泥的制备方法，其特征在于：所述的球磨机球磨得到混合粉中，混合粉的比表面积350～500m2/kg；所述的混合和均化的时间≥30min。
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