CN110698088B - 一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，属于建筑材料领域，包括合并石灰质原料、粘土质原料和铁质原料，粉磨制备生料；合并生料和矿化剂，于高温下烧结，冷却后，二次粉磨制得上述水泥熟料；合并水泥熟料、胶凝材料和石膏，粉磨后获得缓凝硅酸盐水泥。本发明提供的制备方法能将水泥水化诱导期时间延长且降低水化热，延迟温峰出现时间，固化氯离子和降低氯离子扩散系数，提升水泥抗氯离子侵蚀能力和耐久性，所得水泥28d龄期时强度超过65MPa，且耐腐蚀性和耐热性能优异；所得水泥熟料能持续地提供强度发展，在连续性浸泡环境中抗折和抗压强度损失率低于5％，降低水泥体积收缩率，硫酸根离子侵蚀深度低，提高水泥抗腐蚀性能。

Description

一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
水泥和混凝土是最广泛使用的建筑材料，并且在不断增加人口的情况下建筑住宅、桥梁等存在对其的连续需求，巨大的使用量构成了世界中总碳排放的8-10％。水泥是粘合剂，其固化和硬化可以将其它材料结合在一起。最重要的水泥用作砂浆和骨料的组合以形成坚固的建筑材料混凝土。实际生产中要求混凝土具有显著的优点，即1)基于需求方面，在各种固化温度下加速或减速生长的强度发展；2)增强的总机械强度(高负载容量)；3)较高的寿命-无腐蚀副反应。
水泥作为建筑材料，用于改善建筑材料例如混凝土的和易性(即，可捏合性、可铺展性、可喷涂性、可泵送性或流动性)，这要求水泥具有流质性和流动性，可使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，方便浇注，提高施工效率，同时不会对混凝土后期各项性能造成不良影响。同时需要水泥或混凝土在实际使用中不能不可预测的过早凝固，且早凝或缓凝都不影响混凝土的整体强度。一般而言，水泥或混凝土材料要求高的机械强度和耐久性。硅酸盐水泥的定义为：凡由硅酸盐水泥熟料、0-5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥(Portland cement)。硅酸盐水泥主要由C3S、C2S、C3A和C4AF矿物组成，四者之和一般超过总重量的95％，特别是前两种硅酸盐矿物，一般超过75％。硅酸盐水泥因其凝结硬化快、抗冻性好、抗碳化性能好、干缩小、耐磨性好、抗压强度高、适应性强、价格低廉等众多优点而得到了广泛的应用。但由于水泥自身的物质组成和内部孔隙结构，导致了水泥材料的耐腐蚀性和耐热性能差，因此其在如与腐蚀介质(如流动淡水、硫酸盐、海水等)接触的工程、有耐热要求的工程等方面的使用受到明显限制，容易造成过早失效及崩塌破坏的事故时有发生，并造成了巨大的损失。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能持续地提供强度发展，在连续性浸泡环境中抗折和抗压强度损失率低于5％，能降低水泥体积收缩率，硫酸根离子侵蚀深度低，提高水泥抗腐蚀性能的硅酸盐水泥熟料的制备方法。
本发明的目的之二在于提供一种能将水化诱导期时间延长且降低水化热，延迟温峰出现的时间，能固化氯离子和降低氯离子扩散系数，提升水泥抗氯离子侵蚀能力和耐久性的缓凝硅酸盐水泥的制备方法，所得水泥28d龄期时强度超过65MPa，且耐腐蚀性和耐热性能优异。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括：合并至少一种石灰质原料、至少一种粘土质原料和至少一种铁质原料，粉磨制备生料；合并上述生料和至少一种矿化剂，于高温下烧结，冷却后，二次粉磨制得上述水泥熟料；上述水泥熟料在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于5％。该制备方法能改善生料在高温环境下的易烧性，烧结形成多晶体构型的熟料，该熟料具有持续性强度发展、后期强度损失率低、抗腐蚀性能好、耐磨性能佳等显著优点，提高了硅酸盐水泥的抗压性能。
对本发明而言，石灰质原料选自以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的天然岩石、工业废渣中的一种或几种混合。
对本发明而言，粘土质原料主要提供二氧化硅和三氧化二铝成分，其中SiO2含量控制在70-95wt％，碱含量控制在0.5-1.5wt％。
对本发明而言，铁质原料为选自铁矿石、具有高铁含量的工业副产物和废物中的一种或几种混合。优选地，铁质原料中铁含量控制在60-85％。
对本发明而言，矿化剂添加量为生料重量的0.05-0.15％；上述矿化剂为膨胀蛭石和钛酸钡，其重量比为1:0.5-1。矿化剂的加入能改善生料中矿物质在烧结中的易烧性，通过活化熟料晶体的晶格，以钙、硅原子为核心，将钙钛矿结构稳定地链接在晶体周围，以此降低了晶体(尤其是钙化合物)的位移性能，从而使得熟料晶体具有良好整体性和密实孔隙结构，在形成水泥或混凝土基体后能持续地提供强度发展，尤其在连续性浸泡环境中能降低抗折和抗压强度损失率；此外，如果在酸性环境下浸泡，熟料晶体中的钙钛矿结构使得钙离子无法析出与硫酸根离子络合，阻止了硫酸盐的侵蚀破坏，使得硫酸根离子侵蚀深度低，且降低了生成的硫酸结晶体累积量，降低水泥体积收缩率，能增强水泥或混凝土基体的抗硫酸盐侵蚀性能。
对本发明而言，高温烧结温度为1250-1500℃，时间为30-90min；冷却方式采用急冷。进一步地，冷却后的物料经二次粉磨至细度0.15mm筛余小于5％，即获得粉料为水泥熟料。
对本发明而言，生料的原料重量份如下：石灰质原料63-83份、粘土质原料7-21份和铁质原料8-15份。更进一步地，水泥生料粉磨至细度0.08mm筛余小于5％。
对本发明而言，硅酸盐水泥熟料的主要成分包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF，其含量按重量分数控制在C3S 46-54％、C2S 21.5-29.5％、C3A4.5-8.5％、C4AF 8.0-11％，且f-CaO≤0.5％。
对本发明而言，硅酸盐水泥熟料的配料率值控制范围为：石灰饱和系数(KH)＝0.88-1.05，硅率(SM)＝2.2-3.2，铝率(IM)＝0.6-1.3。
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，包括：合并上述制备方法制得的硅酸盐水泥熟料、胶凝材料和石膏，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。该制备方法能使得水泥具有显著的缓凝效果、高的耐热性和抗腐蚀性能，使得水泥水化反应充分，氯离子固化作用好，从而抑制大体积混凝土裂纹的产生，提升了水泥抗氯离子侵蚀能力和耐久性，降低了水泥混凝土施工作业的限制。
对本发明而言，胶凝材料为阿拉伯胶、硅胶、明胶、纳米二氧化硅气凝胶中的一种或几种混合；更优选为纳米二氧化硅气凝胶。上述胶凝材料不仅能提供胶凝作用生成胶凝物质，还能有效地提供低的热导率使得水泥具有耐热性、隔热保温或防火的性能。
本发明还提供了上述方法制得的缓凝硅酸盐水泥28d龄期时强度超过65MPa；上述水泥在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于3％。该硅酸盐水泥凝结时间适宜，强度发展具有持续性，后期强度损失率低，具有高的抗弯强度和表面硬度，优异的抗腐蚀性能，尤其是低的热导率使得该水泥具有高的耐热性，以及隔热保温或防火的性能。该硅酸盐水泥运用在混凝土中无需添加额外的缓凝剂，即能达到缓凝的效果，也能减少为获得确定混凝土坍落度所需的水，更优异地，单独使用该硅酸盐水泥提供了与额外使用缓凝剂具有可比性的抗压强度。
对本发明而言，缓凝硅酸盐水泥中各组分按重量百分数计包括：硅酸盐水泥熟料58-78％、胶凝材料17-25％、石膏5-17％。
本发明还提供了上述方法制得的缓凝硅酸盐水泥在用于制备耐腐蚀性和耐热性能要求高的建筑材料或防火材料方面的用途。建筑材料或防火材料包括但不限于用于天花板、隔板、风道、海洋建筑材料和其它类似材料。
本发明的有益效果为：
1)本发明中水泥熟料的制备方法能持续地提供强度发展，在连续性浸泡环境中能降低抗折和抗压强度损失率，降低水泥体积收缩率，硫酸根离子侵蚀深度低，提高了硅酸盐水泥的抗腐蚀性能；
2)本发明中水泥的制备方法能将水化诱导期时间延长且降低水化热，延迟了温峰出现的时间，达到固化氯离子和降低氯离子扩散系数的作用，提升了水泥抗氯离子侵蚀能力和耐久性；
3)本发明所得缓凝硅酸盐水泥28d龄期时强度超过65MPa，在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于3％，具有优异的机械强度和抗腐蚀性能，以及高的耐热性，提高了隔热保温或防火的性能；
4)本发明所得缓凝硅酸盐水泥降低了水泥混凝土施工作业的限制，能用于大体积混凝土施工作业中，包括在用于制备耐腐蚀性和耐热性能要求高的建筑材料或防火材料方面的用途。
本发明采用了上述技术方案提供一种缓凝硅酸盐水泥及其制备方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为缓凝硅酸盐水泥在长期浸泡环境中的体积收缩率变化示意图；
图2为水泥/水泥熟料在淡水长期浸泡环境中的强度变化示意图；
图3为水泥/水泥熟料在硫酸钠溶液长期浸泡环境中的强度变化示意图；
图4为缓凝硅酸盐水泥在不同浸泡时间后的硫酸根离子扩散浓度变化示意图，A-实施例2，B-实施例5；
图5为硅酸盐水泥浆体在水化反应1000min内的温度变化曲线示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括：合并至少一种石灰质原料、至少一种粘土质原料和至少一种铁质原料，粉磨制备生料；合并上述生料和至少一种矿化剂，于高温下烧结，冷却后，二次粉磨制得上述水泥熟料；上述水泥熟料在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于5％。该制备方法能改善生料在高温环境下的易烧性，烧结形成多晶体构型的熟料，该熟料具有持续性强度发展、后期强度损失率低、抗腐蚀性能好、耐磨性能佳等显著优点，提高了硅酸盐水泥的抗压性能。
优选的实施例中，石灰质原料选自以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的天然岩石、工业废渣中的一种或几种混合。实例包括但不限于石灰岩、泥灰岩、电石渣、工业石灰、石灰浆等。优选地，石灰质原料为石灰石。
优选的实施例中，粘土质原料主要提供二氧化硅和三氧化二铝成分，其中SiO2含量控制在70-95wt％，碱含量控制在0.5-1.5wt％。优选地，粘土质原料为石英砂岩。
优选的实施例中，铁质原料为选自铁矿石、具有高铁含量的工业副产物和废物中的一种或几种混合。优选地，铁质原料中铁含量控制在60-85％。更优选地，铁质原料选自铁矿石。
优选的实施例中，矿化剂添加量为生料重量的0.05-0.15％；上述矿化剂为膨胀蛭石和钛酸钡，其重量比为1:0.5-1。矿化剂的加入能改善生料中矿物质在烧结中的易烧性，通过活化熟料晶体的晶格，以钙、硅原子为核心，将钙钛矿结构稳定地链接在晶体周围，以此降低了晶体(尤其是钙化合物)的位移性能，从而使得熟料晶体具有良好整体性和密实孔隙结构，在形成水泥或混凝土基体后能持续地提供强度发展，尤其在连续性浸泡环境中能降低抗折和抗压强度损失率；此外，如果在酸性环境下浸泡，熟料晶体中的钙钛矿结构使得钙离子无法析出与硫酸根离子络合，阻止了硫酸盐的侵蚀破坏，使得硫酸根离子侵蚀深度低，且降低了生成的硫酸结晶体累积量，降低水泥体积收缩率，能增强水泥或混凝土基体的抗硫酸盐侵蚀性能。
优选的实施例中，高温烧结温度为1250-1500℃，例如1350℃、1390℃、1420℃、1450℃、1480℃，时间为30-90min；冷却方式采用急冷。进一步地，冷却后的物料经二次粉磨至细度0.15mm筛余小于5％，即获得粉料为水泥熟料。
优选的实施例中，生料的原料重量份如下：石灰质原料63-83份、粘土质原料7-21份和铁质原料8-15份。更进一步地，水泥生料粉磨至细度0.08mm筛余小于5％。
优选的实施例中，硅酸盐水泥熟料的主要成分包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AF，其含量按重量分数控制在C3S 46-54％、C2S 21.5-29.5％、C3A4.5-8.5％、C4AF 8.0-11％，且f-CaO≤0.5％。
优选的实施例中，硅酸盐水泥熟料的配料率值控制范围为：石灰饱和系数(KH)＝0.88-1.05，硅率(SM)＝2.2-3.2，铝率(IM)＝0.6-1.3。
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，包括：合并上述制备方法制得的硅酸盐水泥熟料、胶凝材料和石膏，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。该制备方法能使得水泥具有显著的缓凝效果、高的耐热性和抗腐蚀性能，使得水泥水化反应充分，氯离子固化作用好，从而抑制大体积混凝土裂纹的产生，提升了水泥抗氯离子侵蚀能力和耐久性，降低了水泥混凝土施工作业的限制。
优选的实施例中，胶凝材料为阿拉伯胶、硅胶、明胶、纳米二氧化硅气凝胶中的一种或几种混合；更优选为纳米二氧化硅气凝胶。上述胶凝材料不仅能提供胶凝作用生成胶凝物质，还能有效地提供低的热导率使得水泥具有耐热性、隔热保温或防火的性能。石膏具有缓凝作用，还能改善水泥性能如提高强度，还能改善与混凝土的相容性。
优选的实施例中，缓凝硅酸盐水泥中还能掺加活性混合材料以提供更优的强度性能、耐磨性能、抗冻性能等；上述活性混合材料包括但不限于粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等。
本发明还提供了上述方法制得的缓凝硅酸盐水泥28d龄期时强度超过65MPa；上述水泥在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于3％。该硅酸盐水泥凝结时间适宜，强度发展具有持续性，具有高的抗弯强度和表面硬度，优异的抗腐蚀性能，尤其是低的热导率使得该水泥具有高的耐热性，以及隔热保温或防火的性能。该硅酸盐水泥运用在混凝土中无需添加额外的缓凝剂，即能达到缓凝的效果，也能减少为获得确定混凝土坍落度所需的水，更优异地，单独使用该硅酸盐水泥提供了与额外使用缓凝剂具有可比性的抗压强度。
优选的实施例中，缓凝硅酸盐水泥中各组分按重量百分数计包括：硅酸盐水泥熟料58-78％、胶凝材料17-25％、石膏5-17％。
优选的实施例中，缓凝硅酸盐水泥中还能包括0-5wt％的功能性添加剂，上述功能性添加剂包括但不限于促凝剂(如盐酸、碳酸钠等)、缓凝剂(如羧酸及其盐、多糖及其衍生物、磷酸盐、硼酸盐等)、发泡剂、空气夹带剂、防水剂(如硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸铝等)、超塑化剂、增稠剂(如纤维素醚、瓜尔胶醚、改性淀粉等)以及它们的混合物。
本发明还提供了上述方法制得的缓凝硅酸盐水泥在用于制备耐腐蚀性和耐热性能要求高的建筑材料或防火材料方面的用途。建筑材料或防火材料包括但不限于用于天花板、隔板、风道、海洋建筑材料和其它类似材料。
应当理解，前面的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。
实施例1：
一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)取石灰石66份(化学组成如表1)、石英砂岩15份(化学组成如表2)和铁矿石11份(化学组成如表3)混合，粉磨至细度0.08mm筛余小于5％，制备得到生料；
(2)取上述生料和占生料重量0.075％的矿化剂，于1450℃高温下烧结90min，急冷后，二次粉磨至细度0.15mm筛余小于5％，制得硅酸盐水泥熟料，上述矿化剂为膨胀蛭石和钛酸钡，其重量比为1:0.75。
表2石英砂岩的化学组成(wt％)
成分 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 氧化镁 氧化钾 氧化钠 LOSS
含量 85.36 6.34 1.27 1.54 1.03 0.76 0.55 2.13
表1石灰石的化学组成(wt％)
成分 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 氧化镁 氧化钾 三氧化硫 LOSS
含量 2.86 0.32 0.71 53.8 0.78 0.08 0.06 41.33
表3铁矿石的化学组成(wt％)
成分 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 氧化镁 氧化钾 三氧化硫 LOSS
含量 16.05 6.26 64.26 2.16 0.52 0.58 6.02 4.13
实施例2：
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)取石灰石76份(化学组成如表1)、石英砂岩18份(化学组成如表2)和铁矿石13份(化学组成如表3)混合，粉磨至细度0.08mm筛余小于5％，制备得到生料；
(2)取上述生料和占生料重量0.06％的矿化剂，于1450℃高温下烧结75min，急冷后，二次粉磨至细度0.15mm筛余小于5％，制得硅酸盐水泥熟料，上述矿化剂为膨胀蛭石和钛酸钡，其重量比为1:0.8；
(3)按重量百分比取上述水泥熟料68％、纳米二氧化硅气凝胶21％、石膏11％混合，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。
实施例3：
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，与实施例2不同之处仅在于：步骤(3)向水泥中添加有缓凝剂柠檬酸钠，具体措施如下：按重量百分比取上述水泥熟料65.5％、纳米二氧化硅气凝胶21％、石膏11％、柠檬酸钠2.5％混合，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。
实施例4：
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，与实施例2不同之处仅在于：步骤(3)向水泥中添加有促进剂，上述促进剂包括磷石膏和双水杨酰胺乙基钴，其添加量分别为硅酸盐水泥熟料重量的0.03％和0.05％，两者借助粉磨中的机械能与熟料和胶凝材料相互增益，能在水化反应中改善熟料的水位移性能，使得水化诱导期时间延长且水化热降低，延迟了温峰出现的时间，有助于水泥进行更充分的水化反应，能抑制大体积混凝土裂纹的产生，提高混凝土耐久性。另外，还能络合氯离子达到固化氯离子和降低氯离子扩散系数的作用，有利于增强水泥或混凝土的抗氯离子侵蚀能力，减少钢筋锈蚀发生。
实施例5：
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，与实施例2不同之处仅在于：步骤(2)中未添加矿化剂膨胀蛭石和钛酸钡。
实施例6：
一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，与实施例2不同之处仅在于：步骤(3)向水泥中添加有粉煤灰，具体措施如下：按重量百分比取上述水泥熟料61.5％、纳米二氧化硅气凝胶20％、石膏10％、粉煤灰8.5％混合，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。
试验例1：
缓凝硅酸盐水泥的强度测试
试验方法：分别取实施例2、3、4、5、6所制的水泥为样品，按水泥:ISO标准砂＝1:3，水灰比为0.5拌制成型40mm×40mm×40mm的试块，试块连模在恒温恒湿标准养护箱中养护24h后脱模，将试块置于恒温20℃和恒湿85％环境下养护至相应龄期。含硅酸盐水泥熟料水泥的强度性能按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)法》分析，采用电动抗折试验机测定试块的抗折强度，电液式抗折抗压试验机测量其抗压强度，测定结果如表4。
表4缓凝硅酸盐水泥的强度测试结果
Figure BDA0002267037140000091
由上表可知，实施例2、3、4、6所制的水泥其3d和28d的抗折和抗压强度超过65MPa，超过62.5标准，而实施例5所制的水泥其3d和28d的抗折和抗压强度未能超过62.5标准；各组的强度在3d时各组间差异不显著，在28d时差异显著，说明矿化剂膨胀蛭石和钛酸钡能持续地提供强度发展，使得后期强度增长良好，能提高水泥在不同龄期的抗折和抗压强度。
试验例2：
硅酸盐水泥熟料及缓凝硅酸盐水泥的浸泡试验
试验方法：按水泥/水泥熟料:ISO标准砂＝1:3，水灰比为0.5拌制成型40mm×40mm×40mm的试块，试块连模在恒温恒湿标准养护箱中养护24h后脱模，将试块置于恒温20℃和恒湿85％环境下养护至28d龄期后，取实施例2部分所制试块进行自然养护，并设为空白组，取实施例1所制硅酸盐水泥熟料试块进行浸泡试验，并设为试验组1，取实施例2和实施例5所制缓凝硅酸盐水泥试块分别进行浸泡试验，并设为试验组2和试验组3，取某市售硅酸盐水泥试块进行浸泡试验，并设为对照组。浸泡试验分别采用淡水和浓度为5％的Na2SO4溶液作为侵蚀液。设定每月更换一次侵蚀溶液以保证其长期腐蚀环境的pH值相对稳定，当浸泡龄期为0d、120d、240d和360d时，分别测试试件的抗折和抗压强度，浸泡时间为0d、60d、120d、180d、240d、300d和360d时测定其体积收缩率，并对同龄期自然养护试件进行测试。另按照各组别制作Φ50mm×80mm的一维侵蚀试件，当圆柱体试件在5％Na2SO4溶液浸泡90d、180d、270d和360d时测定其单维侵蚀下硫酸根离子扩散浓度。其结果如图1-4、表5所示。
图1为缓凝硅酸盐水泥在长期浸泡环境中的体积收缩率变化示意图。由图可知，图中体积收缩率均为负值，表明在浸泡环境中试块的体积呈逐渐膨胀趋势，且在淡水浸泡中的体积膨胀率大于硫酸钠溶液侵蚀，实施例2在淡水和硫酸钠溶液中浸泡360d时的体积收缩率分别为-0.18％和-0.11％，且在240d以后趋于平稳状态，实施例5在淡水和硫酸钠溶液中浸泡360d时的体积收缩率分别为-0.37％和-0.23％；说明实施例2较实施例5的水泥能在浸泡环境下降低水泥的体积收缩率，能增强水泥或混凝土基体的抗硫酸盐侵蚀性能。
图2为水泥/水泥熟料在淡水长期浸泡环境中的强度变化示意图，图3为水泥/水泥熟料在硫酸钠溶液长期浸泡环境中的强度变化示意图。
表5水泥/水泥熟料在不同浸泡天数时的强度损失率
Figure BDA0002267037140000101
Figure BDA0002267037140000111
综合图1、2和表5的结果可知，空白组在自然养护条件下的抗折强度和抗压强度均缓慢增长；试验组1和2(即实施例1和实施例2)的强度随浸泡时间的增加有先降低后增长的发展趋势，且在硫酸钠溶液浸泡中的强度发展大于淡水浸泡环境，在浸泡360d后的抗压强度部分大于浸泡前，试验组1的强度损失率均低于5％，试验组2的强度损失率均低于3％；试验组3(即实施例5)和对照组在两种侵蚀溶液中的抗折强度和抗压强度均逐渐降低，对照组降低趋势最明显，强度损失率最高。说明实施例1和实施例2的水泥/水泥熟料的制备方法中添加的矿化剂能持续地提供强度发展，尤其在连续性浸泡环境中能降低抗折和抗压强度损失率。
图4为缓凝硅酸盐水泥在不同浸泡时间后的硫酸根离子扩散浓度变化示意图，A-实施例2，B-实施例5。由图可知，两组组试件中相同深度处的硫酸根离子含量均随浸泡侵蚀时间的增加而逐渐增大，同一试件中经过相同侵蚀时间时的硫酸根离子浓度随深度的增加而逐渐减少，实施例2和实施例5硫酸根离子浓度随深度变化曲线发展趋势一致，但离子扩散浓度和最大侵蚀扩散深度不同，实施例2和实施例5在硫酸钠溶液中浸泡360d后的测得扩散深度分别为10mm和12mm，在距表面2mm处测得的离子扩散浓度分别为0.118％和0.162％；说明实施例2较实施例5的水泥能在浸泡环境下阻止硫酸盐的侵蚀破坏，使得硫酸根离子侵蚀深度低，能增强水泥或混凝土基体的抗硫酸盐侵蚀性能。
试验例3：
缓凝硅酸盐水泥的水化试验
试验方法：取相同量的实施例2和4所制水泥，以水泥:水＝1:2.5的比例加水并搅拌至无颗粒后，制成浆体，然后分别取相同量的浆体将热电偶测温线两端头绞在一起插入浆体中心，随后放到保温杯中，接头对应插入自动温度记录仪中，24h后读取数据，并以某市售硅酸盐水泥为对照组，结果如图5所示。
图5为硅酸盐水泥浆体在水化反应1000min内的温度变化曲线示意图。由图可知，对照组和实施例2浆体在50min处出现第一个放热峰，对照组的放热峰温度为39℃，实施例2的放热峰温度为37℃，实施例4浆体在53min处出现第一个放热峰，放热峰温度为32℃；随后存在一个诱导期，对照组在230min时首先出现第二个放热峰，最高温度为55℃，实施例2在450min时出现第二个放热峰，最高温度为49℃，实施例4在520min时出现第二个放热峰，最高温度为41℃，随后浆体温度均降至室温；说明实施例4较实施例2的制备方法中添加磷石膏和双水杨酰胺乙基钴后，所制水泥的水化诱导期时间延长且水化热降低，温峰出现时间被延迟，进一步起到缓凝作用，同时也减少浆体内水分蒸发损失量，有助于更多的水分充分参与水化反应，能抑制大体积混凝土裂纹的产生，提高混凝土耐久性。
试验例4：
缓凝硅酸盐水泥的氯离子扩散系数测试
试验方法：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中规定的方法，取实施例2和实施例4所制水泥，按照一定的混凝土配合比配制混凝土拌合物，并将混凝土拌合物一次性装入直径为100±1mm，高度为50mm±2mm的圆柱体试件中，在振实台上振实、抹平，置于20℃环境中24后脱模，然后在标准养护室中养护至28d龄期，并以某市售硅酸盐水泥为对照组。按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快速氯离子迁移系数法(RCM法)对混凝土的氯离子扩散系数进行测试。结果如表6所示。
表6缓凝硅酸盐水泥的氯离子扩散系数测定结果
实施例2 实施例4 对照组
氯离子扩散系数×10<sup>-12</sup>m<sup>2</sup>/s 0.48 0.27 0.53
由上表可知，实施例4较实施例2和对照组的氯离子扩散系数显著降低，说明实施例4较实施例2的制备方法中添加磷石膏和双水杨酰胺乙基钴后，所制水泥能达到固化氯离子和降低氯离子扩散系数的作用，有利于增强水泥或混凝土的抗氯离子侵蚀能力，减少钢筋锈蚀发生。
上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，包括：合并至少一种石灰质原料、至少一种粘土质原料和至少一种铁质原料，粉磨制备生料；所述生料的原料重量份如下：石灰质原料63-83份、粘土质原料7-21份和铁质原料8-15份；
合并所述生料和至少一种矿化剂，于高温下烧结，冷却后，二次粉磨制得所述水泥熟料；高温烧结温度为1250-1500℃，时间为30-90min；所述矿化剂为膨胀蛭石和钛酸钡；所述矿化剂添加量为生料重量的0.05-0.15％；所述矿化剂中膨胀蛭石和钛酸钡的重量比为1:0.5-1；
所述水泥熟料在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于5％。
2.根据权利要求1所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述石灰质原料选自以碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙为主要成分的天然岩石、工业废渣中的一种或几种混合；所述粘土质原料中SiO2含量控制在70-95wt％，碱含量控制在0.5-1.5wt％；所述铁质原料为选自铁矿石、具有高铁含量的工业副产物和废物中的一种或几种混合；所述铁质原料中铁含量控制在60-85％。
3.根据权利要求1所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述硅酸盐水泥熟料的主要成分含量按重量分数控制在C3S 46-54％、C2S 21.5-29.5％、C3A 4.5-8.5％、C4AF 8.0-11％，且f-CaO≤0.5％。
4.根据权利要求1所述的一种硅酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：所述硅酸盐水泥熟料的配料率值控制范围为：石灰饱和系数KH＝0.88-1.05，硅率SM＝2.2-3.2，铝率IM＝0.6-1.3。
5.一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，包括：合并权利要求1-4任一项所述的制备方法制得的硅酸盐水泥熟料、胶凝材料和石膏，经粉磨至细度0.08mm筛余小于4.0％、比表面积为300-360m2/kg的粉体，即获得缓凝硅酸盐水泥。
6.根据权利要求5所述的一种缓凝硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：所述制备方法中添加有促进剂，所述促进剂包括磷石膏和双水杨酰胺乙基钴。
7.权利要求5所述的制备方法制得的缓凝硅酸盐水泥，其特征在于：所述水泥28d龄期时强度超过65MPa；所述水泥在连续360d浸泡环境中的抗折和抗压强度损失率低于3％。
8.根据权利要求7所述的一种缓凝硅酸盐水泥，其特征在于：所述缓凝硅酸盐水泥中各组分按重量百分数计包括：硅酸盐水泥熟料58-78％、胶凝材料17-25％、石膏5-17％。
9.根据权利要求7所述的一种缓凝硅酸盐水泥，其特征在于：所述缓凝硅酸盐水泥还包括0-5wt％的功能性添加剂，所述功能性添加剂包括促凝剂、缓凝剂、发泡剂、空气夹带剂、防水剂、超塑化剂、增稠剂以及它们的混合物。
10.根据权利要求7所述的一种缓凝硅酸盐水泥在用于制备耐腐蚀性和耐热性能要求高的建筑材料或防火材料方面的用途。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN103833245A (zh) * 2014-02-23 2014-06-04 桂林理工大学 一种利用赤泥制备高铁水泥的方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86106022A (zh) * 1986-09-03 1988-03-23 遵义市十字水泥厂 早期和终期高强度波特兰水泥及其配料方法
CN103833245A (zh) * 2014-02-23 2014-06-04 桂林理工大学 一种利用赤泥制备高铁水泥的方法
WO2016082936A1 (de) * 2014-11-24 2016-06-02 Heidelbergcement Ag Klinkerersatzmaterial aus aluminiumsilikat und dolomit
CN108726904A (zh) * 2018-06-11 2018-11-02 中国葛洲坝集团水泥有限公司 一种道路缓凝水泥及其制备方法

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