CN110590311A - 一种水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥及其制备方法，属于混凝土建材的技术领域。本发明的技术要点是，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料65‑80份、石膏3‑10份、石灰石2‑10份、矿粉10‑20份、氢氧化钾1‑8份、改性空心玻璃微珠5‑15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。上述水泥还可以包括有以下原料组分：粉煤灰3‑7份。上述水泥的制备方法包括有以下步骤：a、制备改性空心玻璃微珠；b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。采用本发明的水泥配制的混凝土拌合物具有和易性佳、抗压强度高的特点。

Description

一种水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土建材的技术领域，特别涉及一种水泥及其制备方法。
背景技术
水泥作为一种重要的胶凝材料，可与骨料、拌合用水、添加剂等组分混合配制成混凝土拌合物，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
配制混凝土拌合物时，拌合用水量过少，容易导致混凝土拌合物的流动性及和易性差，一定程度上提高拌合用水量，会改善混凝土拌合物的流动性及和易性。然而，水泥配制的混凝土拌合物在凝固过程中伴随水化反应和水分的蒸发，水分蒸发后在混凝土拌合物内部留下空洞，大量空洞的存在将不利于混凝土拌合物凝固后的密实度的提高，从而不利于获取高抗压强度的混凝土拌合物。
水泥的组分组成是影响配制混凝土拌合物时拌合用水量的重要因素之一，故，开发新品种的水泥，即通过水泥组分组成的调整达到减少拌合用水量的目的，从而提高混凝土拌合物的抗压强度，是目前水泥行业的研发方向之一。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种水泥，以达到提高采用该种水泥配制的混凝土拌合物的和易性和抗压强度的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种水泥，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料65-80份、石膏3-10份、石灰石2-10份、矿粉10-20份、氢氧化钾1-8份、改性空心玻璃微珠5-15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，在空心玻璃微珠的改性处理过程中，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，本发明的水泥的组分配方中，石膏作为缓凝剂，石膏的主要化学成分是硫酸钙的水化物。在配制混凝土拌合物的过程中，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钾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整体强度；
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很重要的意义和用途。
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。
本发明进一步设置为：所述硅烷偶联剂采用KH560硅烷偶联剂。
本发明进一步设置为：按重量份计，水泥还包括有以下原料组分：粉煤灰3-7份。
本发明进一步设置为：所述粉煤灰的粒径≤0.1mm。
通过采用上述方案，首先，粒径微小的粉煤灰能够填充混凝土拌合物的内部空隙，从而提高混凝土拌合物的抗压强度。其次，粉煤灰中存在大量的球形玻璃状颗粒，有助于配合改性空心玻璃微珠共同改善混凝土拌合物的流动性及和易性。再者，上述分析中已指出，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，而粉煤灰中含有活性二氧化硅和活性氧化铝，故，生成的氢氧化钙除了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之后，同样也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，能够配合改性空心玻璃微珠，进一步促进混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，改善混凝土拌合物基体内部的联结性能，从而提高混凝土拌合物的抗压强度。
本发明进一步设置为：所述硅酸盐水泥熟料的细度≤2.0。
本发明的目的二：提供一种上述水泥的制备方法，包括有以下步骤：
a、制备改性空心玻璃微珠；
b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、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、和易性和强度；
2、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强度；
3、采用本发明的水泥配制混凝土拌合物的过程中，氢氧化钾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；
4、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，这对于需要降低混凝土拌合物自重的工程具有很重要的意义和用途；
5、当本发明的水泥含有一定量的粉煤灰时，适宜粒径的粉煤灰能够填充混凝土拌合物的内部空隙，从而提高混凝土拌合物的抗压强度。，而且，粉煤灰中存在大量的球形玻璃状颗粒，有助于配合改性空心玻璃微珠共同改善混凝土拌合物的流动性及和易性；
6、当本发明的水泥含有一定量的粉煤灰时，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成的氢氧化钙还能与粉煤灰中的活性二氧化硅、活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，从而配合改性空心玻璃微珠，进一步促进混凝土拌合物的硬化，改善混凝土拌合物基体内部的联结性能，提高混凝土拌合物的抗压强度。
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。
实施例1
一种水泥，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料65份、石膏10份、石灰石2份、矿粉20份、氢氧化钾1份、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：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％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；
水泥的制备方法包括有以下步骤：
a、制备改性空心玻璃微珠；
b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。
实施例2
一种水泥，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料75份、石膏5份、石灰石4份、矿粉16份、氢氧化钾5份、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：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0.7％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；
水泥的制备方法包括有以下步骤：
a、制备改性空心玻璃微珠；
b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。
实施例3
一种水泥，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料80份、石膏3份、石灰石10份、矿粉10份、氢氧化钾8份、改性空心玻璃微珠5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的具体操作为：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；
水泥的制备方法包括有以下步骤：
a、制备改性空心玻璃微珠；
b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。
实施例4
一种水泥，与实施例2的不同之处在于，水泥还包括有以下原料组分：粉煤灰3份。
实施例5
一种水泥，与实施例2的不同之处在于，水泥还包括有以下原料组分：粉煤灰5份。
实施例6
一种水泥，与实施例2的不同之处在于，水泥还包括有以下原料组分：粉煤灰7份。
对比例1
一种水泥，与实施例2的不同之处在于：空心玻璃微珠不经过改性处理，直接用于水泥中。
对比例2
100％普通硅酸盐水泥。
水泥性能检测
前文中已指出，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1所示。
表1水灰比和抗压强度结果
根据表1，由实施例1-3和对比例2可以看出，采用本发明的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)本发明在水泥的原料组分中添加了改性空心玻璃微珠，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，在空心玻璃微珠的改性处理过程中，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。结合对比例1也可以看出，若空心玻璃微珠不经过改性处理而直接加入水泥中，虽然一定程度上能够改善混凝土拌合物的流动性，但同时也使得混凝土拌合物的抗压强度出现显著下降，参考该条的分析，这与不经过改性的空心玻璃微珠无法与氢氧化钙反应，从而无法改善空心玻璃微珠的界面强度有关。
由实施例2、4-6可以看出，在本发明的水泥的原料组分的配比下，添加适量粉煤灰有助于降低拌合用水量，提高混凝土拌合物的抗压强度，这是因为：
(1)粒径微小的粉煤灰能够填充混凝土拌合物的内部空隙，从而提高混凝土拌合物的抗压强度；
(2)粉煤灰中存在大量的球形玻璃状颗粒，有助于配合改性空心玻璃微珠共同改善混凝土拌合物的流动性及和易性，从而降低配制混凝土拌合物时的拌合用水量，减少混凝土拌合物凝固后内部的空洞，由此提高混凝土拌合物的抗压强度；
(3)上述分析中已指出，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，而粉煤灰中含有活性二氧化硅和活性氧化铝，故，生成的氢氧化钙除了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之后，同样也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，能够配合改性空心玻璃微珠，进一步促进混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，改善混凝土拌合物基体内部的联结性能，从而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)

1.一种水泥，其特征在于，按重量份计，水泥包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料65-80份、石膏3-10份、石灰石2-10份、矿粉10-20份、氢氧化钾1-8份、改性空心玻璃微珠5-15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。
2.根据权利要求1所述的一种水泥，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。
3.根据权利要求1所述的一种水泥，其特征在于：所述改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。
4.根据权利要求1所述的一种水泥，其特征在于：所述硅烷偶联剂采用KH560硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种水泥，其特征在于，按重量份计，水泥还包括有以下原料组分：粉煤灰3-7份。
6.根据权利要求5所述的一种水泥，其特征在于，所述粉煤灰的粒径≤0.1mm。
7.根据权利要求1所述的一种水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料的细度≤2.0。
8.一种权利要求1-7任一所述的水泥的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：
a、制备改性空心玻璃微珠；
b、将水泥的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥。
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