CN109095854A - 一种缓凝水泥混合料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缓凝水泥混合料及其制备工艺，涉及水泥生产技术领域，解决因水泥中的缓凝成分配合效果不佳导致水泥在后期制备成混凝土时的缓凝效果不佳的问题。一种缓凝水泥混合料，包括如下重量份数的组分：水泥熟料50～65份；粉煤灰15～28份；矿粉8～12份；氟石膏3～5份；气凝胶2.2～4份；混合缓凝剂2～3份；聚乙烯醇0.8～2份。本发明所制得的缓凝水泥混合料在后期浇筑成的混凝土不易快速凝结，并具有良好的缓凝效果，且其制备工艺步骤简单、操作方便，采用该工艺得到的缓凝水泥混合料具有均匀的颗粒大小，有利于提高混凝土的密实度，使混凝土的强度得到提高。

Description

一种缓凝水泥混合料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及水泥生产技术领域，更具体地说，它涉及一种缓凝水泥混合料及其制备工艺。

背景技术

水泥是指粉状水硬性无机胶凝材料。其在加水搅拌后能成浆体，并能在空气中硬化或者在水中更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。早期石灰与火山灰的混合物与现代的石灰火山灰水泥很相似，用它胶结碎石制成的混凝土，硬化后不但强度较高，而且还能抵抗淡水或含盐水的侵蚀。

在公开号为CN106316175A的中国发明专利中公开了一种微膨胀混凝硅酸盐水泥，其包括以下质量百分比的各个组分：硅酸盐水泥熟料：10％～70％，工业废渣：20％～80％，石膏：9％～15％，有机缓凝材料：0.03％～1.0％，各组分之和为100％；其中，所述的石膏中的SO3重量占所述微膨胀缓凝硅酸盐水泥的4.0％～8.0％。

上述专利中，水泥以石膏和有机缓凝剂为缓凝材料，有机缓凝材料为碳水化合物有机缓凝材料、羟基羧酸有机缓凝材料、可溶硼酸盐、磷酸盐中的一种，且石膏和有机缓凝剂为缓凝材料仅仅是各自单独起到缓凝的效果，导致水泥在后期制备成混凝土时的缓凝效果不佳，因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中因水泥中的缓凝成分配合效果不佳导致水泥在后期制备成混凝土时的缓凝效果不佳的问题，本发明的目的一在于提供一种缓凝水泥混合料，通过加入气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇，以解决上述技术问题，本发明所制得的缓凝水泥混合料在后期浇筑成的混凝土不易快速凝结，并具有良好的缓凝效果。

为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：

一种缓凝水泥混合料，包括如下重量份数的组分：

水泥熟料50～65份；

粉煤灰15～28份；

矿粉8～12份；

氟石膏3～5份；

气凝胶2.2～4份；

混合缓凝剂2～3份；

聚乙烯醇0.8～2份。

通过采用上述技术方案，水泥熟料是以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，并按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品，其主要化学成分为氧化钙、二氧化硅和少量的氧化铝和氧化铁。添加粉煤灰节约了大量的水泥和细骨料，当缓凝水泥混合料在后期浇筑成混凝土时减少了用水量，而矿粉是一种高活性粉料，是优质的混凝土掺合料和水泥混合材，可有效提高混凝土的抗压强度。

氟石膏是一种用硫酸与氟石制取氟化氢的副产品，主要为无水硫酸钙，且硫酸钙含量一般较高，可达到80％～90％，氟石膏会在水泥颗粒表面形成保护膜，阻滞水泥颗粒的水化反应，从而起到缓凝作用。氟石膏相比其他石膏稳定性更好，化学活性更高，相应的，所配复合水泥的强度也就更高，且氟石膏中一般残留有3％～8％未反应的萤石，与水泥熟料具有良好的结合效果，使缓凝水泥混合料在后期制备呈混凝土时具有良好的缓凝效果。

气凝胶是一种多孔状,类似海绵结构的硅元素固体,孔内99.8％的空间都是气体,密度较小,质地非常坚固且耐用，并具有良好的吸水和一定的储水效果，使缓凝水泥混合料在后期浇筑成混凝土时不易快速凝结。同时，聚乙烯醇是一种良好的增稠剂，有利于提高混凝土的强度，且混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在气凝胶的孔径中，使气凝胶和混合缓凝剂起到良好的协同效果，提高了气凝胶整体的吸水和储水效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果。

进一步优选为，所述混合缓凝剂选用有机膦酸盐和无机磷酸盐按一定比例复配用作缓凝剂。

通过采用上述技术方案，有机膦酸盐和无机磷酸盐按一定比例进行混合，可以起到良好的复配效果，当缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时，无机磷酸盐的加入会影响Ca(OH)₂、C-S-H析出成核及C-A-S-H的形成过程，进而延迟了水泥的凝结硬化。有机膦酸盐中的羟基在水泥水化产物的碱性介质中与游离的Ca²⁺生成不稳定的络合物，在水化初期控制了液相中的Ca²⁺的浓度，产生缓凝作用。有机膦酸盐和无机磷酸盐的复配极大的提高了缓凝水泥混合料在使用过程后的缓凝效果。

进一步优选为，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为3～7份的糖钙粉剂。

通过采用上述技术方案，糖钙粉剂中的主要成分是糖酸钙，具有较强的固液表面活性，因此能吸附在水泥熟料颗粒表面形成溶剂化吸附层，阻碍水泥熟料颗粒的接触和凝聚，从而破坏了缓凝水泥混合料的絮凝结构，使缓凝水泥混合料的初期水化过程中含有多个羟基，对水泥的初期水化有较强的抑制作用，提高了缓凝水泥混合料在使用过程后的缓凝效果。同时，且糖钙粉剂可以使混凝土中的游离水增多，提高了混凝土的流动性。

进一步优选为，所述糖钙粉剂的制备工艺包括以下步骤：

步骤a，将相应重量份数的废糖蜜置于烧瓶中，用盐酸调节废糖蜜的pH值为4.0～4.5；

步骤b，在烧瓶中加入相应重量份数的乙醇，并在烧瓶上安装冷凝管，在沸水浴上加热回流15～20min，得到提取液；

步骤c，用已经干燥的干滤纸对上上述提取液进行过滤，得到滤液；

步骤d，将滤液通过减压蒸馏得到固体物，并将固体物放置于烘箱中进行干燥；

步骤e，将干燥后的固体物放入相应质量份数的石灰水中，通过喷雾干燥得到糖钙粉剂。

通过采用上述技术方案，废糖蜜是制糖工业的副产品，主要含有胶体组份和非胶体组份，通过蒸馏提取可以得到废糖蜜的非胶体组份，非胶体组份含有蔗糖、葡萄糖和果糖等，加入石灰水中，可以得到蔗糖钙、葡萄糖钙和果糖钙等，这些物质为亲水物质，当缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时，它们能够吸附在水泥颗粒表面而形成亲水的吸附稳定层，并改变缓凝水泥混合料水化产物的网状结构，使水化产物的活性降低，从而起到缓凝的作用。

进一步优选为，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为1.6～2.3份的氟硅酸镁。

通过采用上述技术方案，氟硅酸镁用作混凝土的硬化剂、防水剂和缓凝剂，当缓凝水泥混合料在制备成混凝土时，氟硅酸镁能在水泥熟料的固液界面吸附，改变了水泥颗粒表面的的亲水性，形成一层可抑制水泥水化的缓凝剂膜层，从而导致混凝土凝结的时间延长。

进一步优选为，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为1.5～2.5份的膨胀珍珠岩粉末。

通过采用上述技术方案，膨胀珍珠岩粉末的颗粒内部是蜂窝状结构，且其表面是开放孔，具有良好的吸水和储水效果，使缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时不易快速凝结。同时，混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在膨胀珍珠岩的孔径中，使膨胀珍珠岩、水凝胶和混合缓凝剂起到良好的组合和配合效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果。

进一步优选为，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为0.7～1.4份的聚丙烯酰胺。

通过采用上述技术方案，当缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时，聚丙烯酰胺对混凝土起到的作用是增稠，随着其掺量增加，标准稠度需水量大幅增加，就凝结时间而言，在水泥水化的初期，聚合物吸附包裹在水泥颗粒表面，聚合物分子以及聚合物成膜阻碍了水和水泥熟料在混凝土中的扩散，对混凝土起到了良好的缓凝效果，且由于聚丙烯酰胺具有增稠作用，使混凝土在固化后具有良好的密实度，能够提高混凝土整体的结构强度。

本发明的目的二在于提供一种缓凝水泥混合料的制备工艺，采用该方法制备的缓凝水泥混合料颗粒具有良好的粒径大小，使缓凝水泥混合料在使用后具有良好的缓凝效果。

为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：

步骤一，将相应重量份数的水泥熟料、粉煤灰、矿粉和氟石膏放入混料桶内进行混料，搅拌速度为700～1100rpm，搅拌时间为40～50min，得到基础混料；

步骤二，将相应重量份数的气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇进行混合搅拌，搅拌速度为400～800rpm，搅拌时间为30～50min，得到组合母料；

步骤三，将上述基础混料和组合母料进行混合搅拌均匀，搅拌速度为800～1200rpm，搅拌时间为60～80min，得到水泥粗料；

步骤四，将上述水泥粗料通过输送带输送到辊压机内，并在相互挤压的压辊作用下进行粉碎处理，得到缓凝水泥混合料；

步骤五，将上述水泥粗料放入高速离心筛中进行筛料，得到精制的缓凝水泥混合料和粗制的缓凝水泥混合料，且将粗制的缓凝水泥混合料重新放入辊压机内进行粉碎，全部得到精制的缓凝水泥混合料；

步骤六，将精制的缓凝水泥混合料放入带有钢球的磨机中进行打磨，转速为15～20rpm，打磨时间为60～70min；

步骤七，将精制的缓凝水泥混合料放入水泥存储罐内进行储存或经由水泥包装装置打包后输送到水泥存储罐内进行储存。

通过采用上述技术方案，先将水泥熟料、粉煤灰、矿粉和氟石膏充分混合，得到基础混料，气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇混合搅拌，得到组合母料，最后将基础混料和组合母料进行混合均匀，混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在气凝胶的孔径中，使气凝胶和混合缓凝剂起到良好的协同效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果。同时，对水泥粗料进行筛选和打磨磨，有利于使水泥混合料具有均匀的颗粒大小，且有利于提高混凝土的密实度，使混凝体的强度大大提高。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过加入气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇，当缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时，混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在气凝胶的孔径中，使气凝胶和混合缓凝剂起到良好的协同效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果；

(2)优选的，加入糖钙粉剂，提高了缓凝水泥混合料在使用过程后的缓凝效果，且使缓凝水泥混合料的初期水化过程中含有多个羟基，对水泥的初期水化有较强的抑制作用。同时，糖钙粉剂可以使混凝土中的游离水增多，提高了混凝土的流动性；

(3)优选的，加入膨胀珍珠岩粉末，膨胀珍珠岩粉末的颗粒内部是蜂窝状结构，且其表面是开放孔，具有良好的吸水和储水效果，使缓凝水泥混合料在后期制备成混凝土时不易快速凝结。同时，混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在膨胀珍珠岩的孔径中，使膨胀珍珠岩、水凝胶和混合缓凝剂起到良好的组合和配合效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种缓凝水泥混合料，各组分及其相应的重量份数如表1所示，并通过如下步骤制备获得：

步骤一，将相应重量份数的水泥熟料、粉煤灰、矿粉和氟石膏放入混料桶内进行混料，搅拌速度为1100rpm，搅拌时间为40min，得到基础混料；

步骤二，将相应重量份数的气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇进行混合搅拌，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为30min，得到组合母料；

步骤三，将上述基础混料和组合母料进行混合搅拌均匀，搅拌速度为800rpm，搅拌时间为60min，得到水泥粗料；

步骤四，将上述水泥粗料通过输送带输送到辊压机内，并在相互挤压的压辊作用下进行粉碎处理，得到缓凝水泥混合料；

步骤五，将上述水泥粗料放入高速离心筛中进行筛料，得到精制的缓凝水泥混合料和粗制的缓凝水泥混合料，且将粗制的缓凝水泥混合料重新放入辊压机内进行粉碎，全部得到精制的缓凝水泥混合料；

步骤六，将精制的缓凝水泥混合料放入带有钢球的磨机中进行打磨，转速为15rpm，打磨时间为60min；

步骤七，将精制的缓凝水泥混合料放入水泥存储罐内进行储存或经由水泥包装装置打包后输送到水泥存储罐内进行储存。

注：上述步骤中混合缓凝剂选用磷酸乙酯和焦磷酸钠按重量份数为2:3的比例混合而得。

实施例2-8：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，各组分及其相应的重量份数如表1所示。

表1实施例1-8中各组分及其重量份数

实施例9：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，混合缓凝剂选用磷酸甲酯和三聚磷酸钠按重量份数为1:1的比例混合而得。

实施例10：一种缓凝水泥混合料，与实施例9的不同之处在于，步骤二具体包括，将相应重量份数为2.2份的气凝胶、2份的混合缓凝剂和0.8份的聚乙烯醇进行混合搅拌，并加入质量份数为3份的糖钙粉剂，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为30min，得到组合母料，且糖钙粉剂的制备工艺包括以下步骤：

步骤a，将相应重量份数的废糖蜜置于烧瓶中，用盐酸调节废糖蜜的pH值为4.5；

步骤b，在烧瓶中加入相应重量份数的乙醇，并在烧瓶上安装冷凝管，在沸水浴上加热回流20min，得到提取液；

步骤c，用已经干燥的干滤纸对上述提取液进行过滤，得到滤液；

步骤d，将滤液通过减压蒸馏得到固体物，并将固体物放置于烘箱中进行干燥；

步骤e，将干燥后的固体物放入相应质量份数的石灰水中，通过喷雾干燥得到糖钙粉剂。

实施例11：一种缓凝水泥混合料，与实施例10的不同之处在于，糖钙粉剂的重量份数为5份。

实施例12：一种缓凝水泥混合料，与实施例10的不同之处在于，糖钙粉剂的重量份数为7份。

实施例13：一种缓凝水泥混合料，与实施例12的不同之处在于，步骤二具体包括，将相应重量份数为2.2份的气凝胶、2份的混合缓凝剂和0.8份的聚乙烯醇进行混合搅拌，并加入质量份数为3份的糖钙粉剂和2.3份的氟硅酸镁，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为30min，得到组合母料。

实施例14：一种缓凝水泥混合料，与实施例13的不同之处在于，氟硅酸镁的重量份数为1.9份。

实施例15：一种缓凝水泥混合料，与实施例13的不同之处在于，氟硅酸镁的重量份数为1.6份。

实施例16：一种缓凝水泥混合料，与实施例15的不同之处在于，步骤二具体包括，将相应重量份数为2.2份的气凝胶、2份的混合缓凝剂和0.8份的聚乙烯醇进行混合搅拌，并加入质量份数为3份的糖钙粉剂、2.3份的氟硅酸镁和1.5份的膨胀珍珠岩粉末，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为30min，得到组合母料。

实施例17：一种缓凝水泥混合料，与实施例16的不同之处在于，膨胀珍珠岩粉末的重量份数为2份。

实施例18：一种缓凝水泥混合料，与实施例16的不同之处在于，膨胀珍珠岩粉末的重量份数为2.5份。

实施例19：一种缓凝水泥混合料，与实施例18的不同之处在于，步骤二具体包括，将相应重量份数为2.2份的气凝胶、2份的混合缓凝剂和0.8份的聚乙烯醇进行混合搅拌，并加入质量份数为3份的糖钙粉剂、2.3份的氟硅酸镁、1.5份的膨胀珍珠岩粉末和0.7份的聚丙烯酰胺，搅拌速度为400rpm，搅拌时间为30min，得到组合母料。

实施例20：一种缓凝水泥混合料，与实施例19的不同之处在于，聚丙烯酰胺的重量份数为1.1份。

实施例21：一种缓凝水泥混合料，与实施例19的不同之处在于，聚丙烯酰胺的重量份数为1.4份。

对比例1：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，其组份中不含有气凝胶。

对比例2：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，其组份中不含有混合缓凝剂。

对比例3：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，其组份中不含有聚乙烯醇。

对比例4：一种缓凝水泥混合料，与实施例1的不同之处在于，其组份中不含有气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇。

对比例5：采用公开号为CN108218266A的中国发明专利中的实施例一获得的缓凝水泥混合料。

试验一细度测试

试验样品：采用实施例1-21中获得的缓凝水泥混合料作为试验样品1-21，采用对比例1-5中获得的缓凝水泥混合料作为对照样品1-5。

试验方法：将试验样品1-21和对照样品1-5按照GB/T1345-2005《水泥细度检验方法》制作标准试样，各取1标准试样50g,采用水泥试验筛选用负压筛法，分别测量在1.5分钟、2分钟、3分钟、4分钟、5分钟时水泥混合料的筛余量。

试验结果：试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果如表2所示。

表2试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果

由表2可知，由试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果对照可得，本发明所得到的缓凝水泥混合料相对于现有的缓凝水泥混合料具有良好均匀的水泥细度，且在工艺生产中，将缓凝水泥粗料放入高速离心筛中进行筛料，得到精制的缓凝水泥混合料和粗制的缓凝水泥混合料，且将粗制的缓凝水泥混合料重新放入辊压机内进行粉碎，并将精制的缓凝水泥混合料放入带有钢球的磨机中进行打磨，有利于使得到的水泥混合料具有均匀的颗粒大小，提高产品的品质。

试验二凝结时间测试

试验样品：采用实施例1-21中获得的缓凝水泥混合料作为试验样品1-21，采用对比例1-5中获得的缓凝水泥混合料作为对照样品1-5。

试验方法：将试验样品1-21和对照样品1-5按照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》制作标准试样，并测定试样的初凝时间和终凝时间，记录数据。

试验结果：试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果如表3所示。

表3试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果

由表3可知，由试验样品1-21和对照样品1-5的测试结果对照可得，本发明所得到的缓凝水泥混合料，其初凝时间不小于425min，终凝时间不大于600min，符合相关规定。且混合缓凝剂可以通过聚乙烯醇粘附在气凝胶的孔径中，提高了气凝胶整体的吸水和储水效果，极大的提高了缓凝水泥混合料在使用后的缓凝效果。同时，糖钙粉剂、氟硅酸镁、膨胀珍珠岩粉末和聚丙烯酰胺的逐步加入，均能起到良好的协同复配效果，使缓凝水泥混合料的初凝时间得到了逐步的延长，提高了其缓凝效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种缓凝水泥混合料，其特征在于，包括如下重量份数的组分：

水泥熟料50～65份；

粉煤灰15～28份；

矿粉8～12份；

氟石膏 3～5份；

气凝胶2.2～4份；

混合缓凝剂 2～3份；

聚乙烯醇0.8～2份。

2.根据权利要求1所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述混合缓凝剂选用有机膦酸盐和无机磷酸盐按一定比例复配用作缓凝剂。

3.根据权利要求2所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为3～7份的糖钙粉剂。

4.根据权利要求3所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述糖钙粉剂的制备工艺包括以下步骤：

步骤a，将相应重量份数的废糖蜜置于烧瓶中，用盐酸调节废糖蜜的pH值为4.0～4.5；

步骤b，在烧瓶中加入相应重量份数的乙醇，并在烧瓶上安装冷凝管，在沸水浴上加热回流15～20min，得到提取液；

步骤c，用已经干燥的干滤纸对上述提取液进行过滤，得到滤液；

步骤d，将滤液通过减压蒸馏得到固体物，并将固体物放置于烘箱中进行干燥；

步骤e，将干燥后的固体物放入相应质量份数的石灰水中，通过喷雾干燥得到糖钙粉剂。

5.根据权利要求3所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为1.6～2.3份的氟硅酸镁。

6.根据权利要求4所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为1.5～2.5份的膨胀珍珠岩粉末。

7.根据权利要求6所述的缓凝水泥混合料，其特征在于，所述缓凝水泥混合料还包括重量份数为0.7～1.4份的聚丙烯酰胺。

8.一种缓凝水泥混合料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将相应重量份数的水泥熟料、粉煤灰、矿粉和氟石膏放入混料桶内进行混料，搅拌速度为700～1100rpm，搅拌时间为40～50min，得到基础混料；

步骤二，将相应重量份数的气凝胶、混合缓凝剂和聚乙烯醇进行混合搅拌，搅拌速度为400～800rpm，搅拌时间为30～50min，得到组合母料；

步骤三，将上述基础混料和组合母料进行混合搅拌均匀，搅拌速度为800～1200rpm，搅拌时间为60～80min，得到水泥粗料；

步骤四，将上述水泥粗料通过输送带输送到辊压机内，并在相互挤压的压辊作用下进行粉碎处理，得到缓凝水泥混合料；

步骤五，将上述水泥粗料放入高速离心筛中进行筛料，得到精制的缓凝水泥混合料和粗制的缓凝水泥混合料，且将粗制的缓凝水泥混合料重新放入辊压机内进行粉碎，全部得到精制的缓凝水泥混合料；

步骤六，将精制的缓凝水泥混合料放入带有钢球的磨机中进行打磨，转速为15～20rpm，打磨时间为60～70min；

步骤七，将精制的缓凝水泥混合料放入水泥存储罐内进行储存或经由水泥包装装置打包后输送到水泥存储罐内进行储存。