CN108623196A - 一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥及其制备方法。本发明的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，按重量份数包括以下组分：水泥熟料10‑40份，粉煤灰1‑35份，矿粉20‑45份，石灰3‑10份，石膏3‑7份，激发剂1‑4份。按比例将水泥熟料和石膏混合和进行共同粉末，待达到细度要求后，将其与粉煤灰、矿渣、石灰、激发剂进行混合和均化。利用本方法制备出的复合硅酸盐水泥具有水泥熟料用量少，生产过程碳排放量和能耗低，早期强度高，后期强度增进率大等优点。

Description

一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥及其制备方法，硅酸盐水泥制备技术领域。
背景技术：
我国是世界水泥生产大国，2017年中国水泥产量为23.2亿吨，约占全世界水泥产量的60％。然而，水泥生产是高能耗高污染产业，这主要是因为水泥生产过程中需要高温煅烧(约1450℃)。因此，每生产一吨的水泥的会排放0.8-1吨的CO2，消耗约5500MJ的能量。同时水泥生产过程带来的粉尘及噪音污染也会对生态环境产生负面影响。而且目前水泥生产会消耗大量的高品位的石灰石和黏土，对不可再生自然资源的过渡消耗日益严重。与此同时，矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石、赤泥等工业固体废弃物仍未得到充分利用。以粉煤灰为例，目前我国的粉煤灰年排放量约为6亿吨，然而其利用率仅有70％，大量的粉煤灰仍只能采用集中堆放的形式进行处理，占用了大量土地资源并带来严重的粉尘污染。目前最为有效的利用这些工业废弃物的方法就是将这些工业废弃物作为辅助胶凝材料掺入水泥基材料当中，这不仅提高了工业废弃物的利用率，还可以改善水泥基材料的性能。
我国硅酸盐水泥标准GB175-2007中规定，含有硅酸盐水泥及两种或两种以上的混合材料制备的水泥即称为复合硅酸盐水泥，因此该种水泥较普通硅酸盐水泥相比具有较低的能耗的碳排放。但目前我国复合硅酸盐水泥中的水泥或水泥熟料的掺量普遍在40-70％(质量分数，下同)，这主要是由于在水泥中作为混合材的工业废弃物其活性普遍较低，在低水泥熟料掺量条件下，复合硅酸水泥中的混合材无法得到充分激发和水化，难以满足水泥的强度要求。因此现有复合硅酸盐水泥制备方法及其专利中水泥熟料掺量仍相对较高且生产工艺较为复杂，同时往往需要较高掺量的化学激发剂，难以进一步实现低能耗和低碳排放的要求。因此新型低碳低能耗的水泥急需研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥及其制备方法，与目前市场上的常规复合硅酸盐水泥相比，该新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥碳排放量耗降低了约60-70％，生产能耗降低了约50-60％。同时生产成本较目前市场上的常规复合硅酸盐水泥降低了约30％-40％，较好的解决了以上问题。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，按重量份数包括以下组分：
水泥熟料5-25份，
粉煤灰20-35份，
矿粉30-50份，
石灰6-12份，
石膏5-9份，
激发剂1-4份。
所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，所述的水泥熟料的粒度需满足比表面积350-500m2/kg，且硅酸盐水泥熟料3d抗压强度应大于等于30MPa，硅酸盐水泥熟料28d抗压强度应大于等于52.5MPa。
所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，所述的粉煤灰粒度需满足比表面积350-450m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，所述的矿粉粒度需满足比表面积350-450m2/kg。
所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，所述的石膏需满足比表面积350-500m2/kg。
上述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥的制备方法，该方法为：水泥熟料及石膏采用球磨机共同粉磨至比表面积350-500m2/kg；加入粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰采用混料机进行混合和均化，其时间不得少于30min.均化后所得新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥比表面积为350-500m2/kg。
有益效果：
本发明在低水泥熟料掺量和高掺量工业废渣条件下，采用石灰作为激发剂，利用工业废渣的火山灰活性，在水化过程中生成低钙硅比的C-(A)-S-H凝胶和钙矾石，提高了基体的微结构密实程度，最终提高了水泥的抗压强度。由于该水泥水化产物中凝胶钙含量较低，因该水泥还具有较好的抗侵蚀性能。同时石灰在生产过程中其碳排放较水泥熟料低20-30％，且该新型水泥掺入了60-75％的工业废渣，大大降低的其整体的能耗及碳排放。利用本专利制备出符合要求的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，可满足我国资源节约型社会和环境友好型社会建设中的迫切需要。
利用本发明技术方案制备的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥具有优异的力学性能和抗侵蚀性能，特别适合制备有耐蚀需要的各类海工混凝土。
本发明中的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，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。同时该水泥中的石灰、石膏及化学激发剂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，且提高了该水泥抗氯盐和硫酸盐侵蚀能力。同时由于该复合硅酸盐水泥中水泥熟料用量较低且工业废渣用量大，其水化过程中放热量降低，非常适合制备大体积混凝土。
具体实施方式
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。
本实例中采用的水泥熟料来自于南京小野田水泥公司，满足GB/T21372-2008中的各项要求，其粒度需采用球磨机粉磨至350-500m2/kg，且硅酸盐水泥熟料3d抗压强度应大于等于30MPa,硅酸盐水泥熟料28d抗压强度应大于等于52.5MPa。
本实例中采用的粉煤灰来自南京某热电厂，满足GB/T1596-2017中的II级及以上粉煤灰各项要求，其粒度需满足350-450m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
本实例中采用的矿粉为江苏将建筑科学院提供，满足GB/T18046-2008中S95及以上等级矿粉的各项要求，其其粒度需满足350-450m2/kg。
本实例中所用石灰为市售建筑材料，满足JC/T481-2013中HCL85及以上等级钙质消石灰的各项要求。
本实例中所用石膏为市售建筑材料，满足GB/T5483-2008中G类、A类、M类二级及以上的石膏，并采用球磨机粉磨至比表面积350-500m2/kg。
本实例中所用激发剂为工业级硫酸钠和氢氧化钠组成，质量比为3比1。
各种原材料的化学组成如表1所示。
表1原材料化学组成
按照表2中新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥配合比，首先将水泥熟料及石膏采用球磨机共同粉磨至比表面积4002/kg，然后加入粉煤灰、矿渣、硅灰、石灰及化学激发剂，采用混料机混合和均化60min，均化后即可得到新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥。按照国家通用硅酸盐水泥规范GB175-2007测得各组配比基本性能如表2所示。
表1新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥配合比
由表2和表3可知，该石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥的各项性能满足国家硅酸盐水泥的各项标准，同时还具有能耗低、碳排放量低及生产成本低等诸多优点。
表2新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥基本性能
表3GB175-2007对复合硅酸盐水泥强度要求
因此，与其他发明中所提及的普通硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥相比，本发明中的新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥在更低的水泥熟料用量下，采用石灰、石膏及化学激发剂复合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，实现了制备高掺量工业废渣复合硅酸盐水泥。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，减轻了工业废渣带来的种种环境污染问题，实现了水泥生产过程的低能耗和低碳排放，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专利范围的现在。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 (7)

1.一种石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，按重量份数包括以下组分：
水泥熟料 5-25份，
粉煤灰 20-35份，
矿粉 30-50份，
石灰 6-12份，
石膏 5-9份，
激发剂 1-4份。
2.根据权利要求1所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，所述的水泥熟料的粒度需满足比表面积350-500m2/kg，且硅酸盐水泥熟料3d抗压强度应大于等于30MPa，硅酸盐水泥熟料28d抗压强度应大于等于52.5MPa。
3.根据权利要求1所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，所述的粉煤灰粒度需满足比表面积350-450m2/kg，且烧失量≤8％，活性指数≥70％。
4.根据权利要求1所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，所述的矿粉粒度需满足比表面积350-450m2/kg。
5.根据权利要求1所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥，其特征在于，所述的石膏需满足比表面积350-500m2/kg。
6.一种权利要求1-5任一项所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥的制备方法，其特征在于，该方法为：首先，按比例将水泥熟料和石膏混合和进行共同粉末，待达到细度要求后，将其与粉煤灰、矿渣、石灰、激发剂进行混合和均化。
7.根据权利要求6所述的石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥的制备方法，其特征在于，所述粉末和均化工业参数为：水泥熟料及石膏共同粉磨至比表面积350-500m2/kg；加入粉煤灰、矿渣、石灰、激发剂进行混合和均化的时间不得少于30min，均化后所得新型石灰激发大掺量工业废渣低碳水泥比表面积为350-500m2/kg。
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