CN110526604A - 一种节能水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能水泥及其制备方法，按重量份计，水泥包括硅酸盐水泥熟料73‑86份、石膏2‑8份、石灰石1‑5份、矿粉5‑10份、氢氧化钠1‑5份、钢渣粉15‑20份；钢渣原料经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1‑2.5%的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括质量比为1:（0.3‑1.5）的粉煤灰和胶体石墨粉。节能水泥还可以包括改性空心玻璃微珠10‑15份；采用硅烷偶联剂处理空心玻璃微珠获得改性空心玻璃微珠。水泥的制备方法包括：制备钢渣粉；制备改性空心玻璃微珠；将水泥的原料组分混合后经水泥粉磨制得节能水泥。本发明的水泥采用了大量的钢渣粉，实现了钢渣的废物利用，而且，配制的混凝土拌合物具有抗压强度高的特点。

Description

一种节能水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土建材的技术领域，特别涉及一种节能水泥及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中排放的一种废渣。目前，我国钢渣的年排放量可达上亿吨，但钢渣利用率不足17％，造成钢渣大量堆积。堆积的钢渣不仅占用了大量的土地资源，而且会造成严重的环境污染。

钢渣的组成成分主要包括炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料、铁液与废钢中所含金属元素形成的氧化物、泥沙、造渣剂、冷却剂、氧化剂、脱氧产物、脱硫产物等。钢渣具有抗压强度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等优良性能。将钢渣应用于节能水泥中，用于配制混凝土拌合物，不仅能够实现钢渣的废物利用，而且有利于提高混凝土拌合物的抗压强度。

但是，将钢渣加入节能水泥中，采用该种节能水泥配制的混凝土拌合物中，钢渣与混凝土拌合物基体之间的结合性能较差，不利于获得高抗压强度的混凝土拌合物，严重制约了钢渣在节能水泥中的应用。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：以达到实现钢渣废物利用，并提高采用该种水泥配制的混凝土拌合物的抗压强度的效果。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种节能水泥，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料73-86份、石膏2-8份、石灰石1-5份、矿粉5-10份、氢氧化钠1-5份、钢渣粉15-20份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1-2.5％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括粉煤灰和胶体石墨粉，粉煤灰和胶体石墨粉的质量比为1:(0.3-1.5)。

通过采用上述方案，本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉：首先，对钢渣实现了废物利用，能够减轻钢渣堆积占用土地资源以及污染环境的现象；再者，由于钢渣原料制成的钢渣粉本身具有较高的抗压强度，所以，采用本发明的节能水泥配制的混凝土拌合物具有抗压强度高的特点。

在钢渣粉的制备步骤中，在粉磨处理时加入粉煤灰和胶体石墨粉组成的助磨组合添加剂。随着粉磨处理的进行，粉煤灰和胶体石墨粉附着在钢渣颗粒的表面，不仅有利于钢渣颗粒裂缝的成长，而且能够防止钢渣颗粒再次结合，由此能够加快粉磨处理的过程，提高钢渣粉的产率和效率。

经粉磨处理获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有粉煤灰：首先，粒径微小的粉煤灰能够填充钢渣粉的界面空隙，由此提高钢渣粉的界面强度，从而提高混凝土拌合物的抗压强度。其次，钢渣粉的加入使得混凝土拌合物的流动性降低，这不利于混凝土拌合物和易性的改善，而钢渣粉表面粘附的粉煤灰中存在大量的球形玻璃状颗粒，有助于改善因钢渣粉的加入造成的混凝土拌合物流动性降低的现象。再者，钢渣粉表面粘附的粉煤灰中含有活性二氧化硅和活性氧化铝。石膏作为缓凝剂，主要化学成分是硫酸钙的水化物。采用本发明的节能水泥配制混凝土拌合物时，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与粉煤灰中的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能改善钢渣粉颗粒与混凝土拌合物基体之间的联结性能，从而改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此提高混凝土拌合物的整体强度。此外，钢渣粉的颗粒表面粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面处的耐碱性，从而进一步改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度。

本发明进一步设置为：所述钢渣原料的粒径为1-10mm，粉磨处理获得的钢渣粉的粒径≤0.5mm。

本发明进一步设置为：采用的粉煤灰的粒径≤0.1mm。

本发明进一步设置为：按重量份计，还包括有以下原料组分：改性空心玻璃微珠10-15份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性。

通过采用上述方案，空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，属无机非金属材料，粒径范围通常在10-180μm，质轻，密度小，堆积密度通常在0.1-0.25g/m³。空心玻璃微珠的主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝，在其改性处理过程中，硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面进行改性处理，空心玻璃微珠表面的二氧化硅、氧化铝成分被硅烷偶联剂活化，形成活性二氧化硅、活性氧化铝。将该种改性空心玻璃微珠加入到本发明的水泥中，在使用本发明的水泥配制混凝土拌合物时：

一方面，改性空心玻璃微珠能够改善混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性，降低用水量，使得混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，混凝土拌合物的密实度提高，从而提高混凝土拌合物的强度，而且，粒径微小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高了混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高了混凝土拌合物的强度；

另一方面，上述分析已经提到，在配制混凝土拌合物的过程中，氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙。氢氧化钙除了能与粉煤灰中的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，还能与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能起到连接改性空心玻璃微珠与混凝土拌合物基体之间的联结性能，改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，有助于提高混凝土拌合物的抗压强度；

再者，混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，使得混凝土拌合物的密实度提高，但与此同时，由于改性空心玻璃微珠具有质轻、密度小的特点，所以一定程度上降低了混凝土拌合物的密度，即在提高混凝土拌合物强度的前提下，混凝土拌合物的密度升高幅度较小，这对于需要降低混凝土拌合物自重的工程具有重要的意义和用途。

本发明进一步设置为：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性的具体操作为：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5-1％的硅烷偶联剂的水溶液中1-2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠。

本发明进一步设置为：所述改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。

通过采用上述方案，在本发明的水泥配方组分下，具有恰当粒径的改性空心玻璃微珠能够更好地利用本身的微小粒径优势对水泥颗粒之间的空隙进行填充，进一步提高混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高混凝土拌合物的强度。

本发明的目的二：提供一种上述节能水泥的制备方法，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

本发明的目的三：提供一种上述节能水泥的制备方法，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉，不仅实现了对钢渣的废物利用，而且使得采用本发明的节能水泥配制的混凝土拌合物具有抗压强度高的特点；

2、在钢渣粉的制备步骤中，在粉磨处理时加入粉煤灰和胶体石墨粉组成的助磨组合添加剂，能够加快粉磨处理的过程，提高钢渣粉的产率和效率；

3、钢渣粉颗粒表面粘附有粉煤灰：粒径微小的粉煤灰能够填充钢渣粉的界面空隙，由此提高钢渣粉的界面强度；粉煤灰中存在的球形玻璃状颗粒有助于改善混凝土拌合物流动性；氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与粉煤灰中的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，有助于增加混凝土拌合物的强度，改善钢渣粉颗粒的界面强度，提高混凝土拌合物的整体强度。而且，钢渣粉颗粒表面粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面处的耐碱性，从而进一步改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度；

4、本发明在水泥的组分配方中加入粒径微小的改性空心玻璃微珠，能够改善混凝土拌合物的流动性、和易性和抗压强度；

5、适宜粒径大小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高混凝土拌合物的密实度和抗压强度；

6、采用本发明的水泥配制混凝土拌合物的过程中，氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅、活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅能够增加混凝土拌合物的强度，而且还能改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，从而提高混凝土拌合物的整体强度；

7、采用本发明的水泥配制的混凝土拌合物的密实度较高，但与此同时，由于改性空心玻璃微珠具有质轻、密度小的特点，所以一定程度上降低了混凝土拌合物的密度，即在提高混凝土拌合物强度的前提下，混凝土拌合物的密度升高幅度较小，这对于需要高抗压强度但同时需要降低混凝土拌合物自重的工程具有很重要的意义和用途。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

以下实施例中：

采用的硅酸盐水泥熟料的细度≤2.0；

采用的粉煤灰的粒径≤0.1mm；

改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。

采用的硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂；

采用的钢渣原料的理化参数如表1所示。

表1钢渣原料的理化参数

实施例1

一种节能水泥，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料73份、石膏8份、石灰石1份、矿粉10份、氢氧化钠1份、钢渣粉20份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.5mm钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括粉煤灰和胶体石墨粉，粉煤灰和胶体石墨粉的质量比为1:0.3；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

实施例2

一种节能水泥，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料80份、石膏5份、石灰石3份、矿粉7份、氢氧化钠3份、钢渣粉17份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.5mm钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为2％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括粉煤灰和胶体石墨粉，粉煤灰和胶体石墨粉的质量比为1:1；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

实施例3

一种节能水泥，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料86份、石膏2份、石灰石5份、矿粉5份、氢氧化钠5份、钢渣粉15份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.5mm钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为2.5％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括粉煤灰和胶体石墨粉，粉煤灰和胶体石墨粉的质量比为1:0.3；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

实施例4

一种节能水泥，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：改性空心玻璃微珠10份；所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5％的硅烷偶联剂的水溶液中1h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

实施例5

一种节能水泥，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：改性空心玻璃微珠12份；所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.7％的硅烷偶联剂的水溶液中1.5h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

实施例6

一种节能水泥，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：改性空心玻璃微珠15份；所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为1％的硅烷偶联剂的水溶液中2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

节能水泥的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

对比例1

一种节能水泥，与实施例2的区别在于，钢渣原料在粉磨处理期间，不加入助磨组合添加剂。

对比例2

100％硅酸盐水泥。

水泥性能检测

水泥的组分组成影响拌合用水量，不同水泥品种达到标准稠度的拌合用水量不同。本测试中，先按照标准法测出实施例1-6和对比例1-2的水泥达到标准稠度时的拌合用水量，计算出水灰比，然后，按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的规定，对实施例1-6和对比例1-2的水泥进行抗压强度检测，水灰比和抗压强度结果如表2所示。

表2水灰比和抗压强度结果

本发明实施例1-6制备的节能水泥中，均加入了大量的钢渣粉，实现对钢渣的废物利用，由此减轻钢渣堆积占用土地资源以及污染环境的现象，达到了节能环保的效果。

根据表2，由实施例1-3和对比例2可以看出，采用本发明的节能水泥配制的混凝土拌合物的抗压强度远高于对比例2中的普通硅酸盐水泥。这是因为：

(1)本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉，由钢渣原料制成的钢渣粉本身具有较高的抗压强度，能够大幅提高混凝土拌合物的抗压强度；

(2)经粉磨处理获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有粉煤灰：首先，粒径微小的粉煤灰能够填充钢渣粉的界面空隙，由此提高钢渣粉的界面强度，从而提高混凝土拌合物的抗压强度。其次，钢渣粉的加入使得混凝土拌合物的流动性降低，这不利于混凝土拌合物和易性的改善，而钢渣粉表面粘附的粉煤灰中存在大量的球形玻璃状颗粒，有助于改善因钢渣粉的加入造成的混凝土拌合物流动性降低的现象。再者，钢渣粉表面粘附的粉煤灰中含有活性二氧化硅和活性氧化铝。石膏作为缓凝剂，主要化学成分是硫酸钙的水化物。采用本发明的节能水泥配制混凝土拌合物时，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与粉煤灰中的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能改善钢渣粉颗粒与混凝土拌合物基体之间的联结性能，从而改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此提高混凝土拌合物的整体强度。此外，钢渣粉的颗粒表面粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面处的耐碱性，从而进一步改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度。该条优势也可以结合对比例1明显看出。

由实施例2、4-5可以看出，改性空心玻璃微珠的加入能够降低配制混凝土拌合物时的用水量，提高混凝土拌合物的抗压强度。这是因为：

(1)改性空心玻璃微珠能够改善混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性，降低用水量，使得混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，混凝土拌合物的密实度提高，从而提高混凝土拌合物的抗压强度，而且，粒径微小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高了混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高了混凝土拌合物的抗压强度；

(2)空心玻璃微珠的主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝，在其改性处理过程中，硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面进行改性处理，空心玻璃微珠表面的二氧化硅、氧化铝成分被硅烷偶联剂活化，形成活性二氧化硅、活性氧化铝。而本发明的节能水泥配方中，石膏作为缓凝剂，主要化学成分是硫酸钙的水化物。采用本发明的节能水泥配制混凝土拌合物时，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钠与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙。氢氧化钙能与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能提高改性空心玻璃微珠与混凝土拌合物基体之间的联结性能，改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，有助于提高混凝土拌合物的抗压强度。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种节能水泥，其特征在于，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料73-86份、石膏2-8份、石灰石1-5份、矿粉5-10份、氢氧化钠1-5份、钢渣粉15-20份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1-2.5%的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括粉煤灰和胶体石墨粉，粉煤灰和胶体石墨粉的质量比为1:（0.3-1.5）。

2.根据权利要求1所述的一种节能水泥，其特征在于：所述钢渣原料的粒径为1-10mm，粉磨处理获得的钢渣粉的粒径≤0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种节能水泥，其特征在于：采用的粉煤灰的粒径≤0.1mm。

4.根据权利要求1所述的一种节能水泥，其特征在于：按重量份计，还包括有以下原料组分：改性空心玻璃微珠10-15份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性。

5.根据权利要求4所述的一种节能水泥，其特征在于，采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性的具体操作为：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5-1%的硅烷偶联剂的水溶液中1-2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠。

6.根据权利要求4所述的一种节能水泥，其特征在于：所述改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。

7.一种权利要求1-3任一所述的节能水泥的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。

8.一种权利要求4-6任一所述的节能水泥的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将节能水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述节能水泥。