CN111439938A - 一种轨道交通专用水泥及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通专用水泥及其生产工艺，所述轨道交通专用水泥包括初级配料、次级配料、矿渣微粉和助磨剂，所述初级配料包括石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣，次级配料包括由初级配料加工得到的水泥熟料、脱硫石膏和混合材。传统方法是通过添加各种化学制剂，对水泥的抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐结晶破坏性能、抗冻性能、耐磨性能、抗裂性能等进行改良，成本较高。本专利针对轨道交通施工的环境和要求对水泥的性能有针对性的改良，充分利用工业废弃物的特性，减少了废弃物对环境的污染，减少了化学制剂的添加，降低了成本，实现了资源的综合利用。

Description

一种轨道交通专用水泥及其生产工艺
技术领域
本发明涉及水泥及其生产工艺领域，具体是一种轨道交通专用水泥及其生产工艺。
背景技术
轨道交通包括地铁交通、轻轨交通、有轨电车交通，是近年来城市公交重点发展类型。统计数据显示，我国大陆城市轨道交通运营线路长度达到5767公里；并且以每年700公里的速度增长。随着我国城市交通建设的高速发展，水泥使用量逐年增加，对建筑施工质量的要求也越来越高，其技术指标及特征的特殊性，需要有特定的水泥建材才能满足，因此需要一种轨道交通专用水泥，填补市场的空白，为我国轨道交通的加速、稳定建筑提供保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轨道交通专用水泥及其生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种轨道交通专用水泥，包括初级配料、次级配料、矿渣微粉和助磨剂，所述初级配料包括石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣，次级配料包括由初级配料加工得到的水泥熟料、脱硫石膏和混合材，所述初级配料中石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣的重量百分比为：石灰石（78%-85%）、铝矾土（4%-6%）、转炉渣（8%-11%）、硅石（2%-4%）、柠檬酸渣（0.5%-1%）；所述次级配料中包括的水泥熟料、脱硫石膏和混合材的重量百分比为：水泥熟料（80%-85%）、脱硫石膏（4%-5%）、混合材（4%-15%）。
作为本发明进一步的方案：所述初级配料中各组分重量百分比为：石灰石（82.13%）、铝矾土（5.61%）、转炉渣（9.08%）、硅石（2.28%）、柠檬酸渣（0.9%）；所述次级配料、矿渣微粉和助磨剂的各组分重量配比为水泥熟料（73.64%）、脱硫石膏（4.55%）、混合材（12.71%）、矿渣微粉（9%）、助磨剂（0.1%）。
作为本发明再进一步的方案：所述混合材为钢渣，页岩，石灰石碎屑、粉煤灰中的一种或多种混合。
作为本发明再进一步的方案：所述助磨剂包括二乙醇单异丙醇胺和无水亚硫酸钠铵，所述二乙醇单异丙醇胺和无水亚硫酸钠铵按照1:1 进行搭配，均匀加入磨中。
本申请的另一个目的在于，提出轨道交通专用水泥的生产工艺，包括以下工艺步骤：
1、先将初级配料（石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣）按一定比例均匀混合在一起，在原料磨中并进行粉磨，得到一定细度的生料；
2、将生料入库均化；
3、经均化的生料再通过预热分解处理；利用煤磨加工过的煤粉为原料在回转窑中将对均化的生料进行高温煅烧；
4、对高温熟料进行急速冷却后，得到专用水泥熟料；
5、专用水泥熟料、混合材和脱硫石膏按一定比例均匀混合，经过辊压机进行预处理，经初步筛选后，细粉直接进入选粉机斗提中，粗粉进入水泥磨中进行粉磨，在水泥磨中添加少量助磨剂粉磨，磨粉后输送进选粉机斗提中；
6、在选粉斗提中加入矿渣微粉，使其与成品充分混合，改善水泥性能；
7、再次通过选粉机进行筛选，不合标准的粗粉筛选出并输送回水泥磨中进行再次墨粉循环，复合标准的即为轨道交通专用水泥成品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过添加各种化学制剂，对水泥的抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐结晶破坏性能、抗冻性能、耐磨性能、抗裂性能等进行改良，成本较高，本专利针对轨道交通施工的环境和要求对水泥的性能有针对性的改良，充分利用工业废弃物的特性，减少了废弃物对环境的污染，减少了化学制剂的添加，降低了成本，实现了资源的综合利用。
附图说明
图1为轨道交通专用水泥的生产工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例中，
1、先将初级配料（石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣）按石灰石（78%）、铝矾土（6%）、转炉渣（11%）、硅石（4%）、柠檬酸渣（1%）均匀混合在一起，利用中子在线分析仪对三率值进行目标设置：饱和比（KH）=1.08±0.03、 硅率（SM）=2.18±0.02 、铝率（IM）=0.86±0.01，利用自动检测功能实时检测生料配料的成分，并对混合料进行组分比例调整，得到目标率值的生料，且生料中MgO≤0.25%，SO3≤0.2%，碱≤0.25%，混合料经粉磨制成80μm方孔筛筛余小于18%的料粉，再进入生料库进行均化；
2、将生料入库均化；
3、将均化好的生料通过五级旋风预分解系统进行预热分解，一级筒出口温度控制在350-370℃；分解炉出口温度控制在860-880℃，出口压力控制在负1100-1200Pa，控制生料入窑分解率在95%-97%，分解后的生料经烟室进入水泥回转窑中，利用比色高温计对窑内温度进行监控，煅烧温度控制在1350-1400℃，煅烧17-22min，煅烧用煤燃烧后得到部分熔融物料，将该部分熔融物料先以130-180℃ /min 的冷却速度急速冷却3-6分钟，之后再以80-120℃ /min迅速冷却12分钟，冷却后的熟料温度在50～70℃，熟料立升重控制在1260-1300克/立升，入熟料库均化，得到专用水泥熟料；熟料组分率值为：饱和比（KH）=0.93±0.02、硅率（SM）=N：2.20±0.1、铝率（IM）=1.00±0.1；
4、对高温熟料进行急速冷却后，得到专用水泥熟料；
5、专用水泥熟料、混合材和脱硫石膏按一定比例均匀混合，其中水泥熟料（85%）、脱硫石膏（5%）、混合材（15%），经过辊压机进行预处理，经初步筛选后，细粉直接进入选粉机斗提中，粗粉进入水泥磨中进行粉磨，在水泥磨中添加少量助磨剂粉磨，磨粉后输送进选粉机斗提中；
6、在选粉斗提中加入矿渣微粉，使其与成品充分混合，改善水泥性能；
7、再次通过选粉机进行筛选，不合标准的粗粉筛选出并输送回水泥磨中进行再次墨粉循环，复合标准的即为轨道交通专用水泥成品。
实施例2：
1、先将初级配料（石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣）按石灰石（85%）、铝矾土（4%）、转炉渣（8%）、硅石（2%）、柠檬酸渣（1%）均匀混合在一起，利用中子在线分析仪对三率值进行目标设置：饱和比（KH）=1.08±0.03、 硅率（SM）=2.18±0.02 、铝率（IM）=0.86±0.01，利用自动检测功能实时检测生料配料的成分，并对混合料进行组分比例调整，得到目标率值的生料，且生料中MgO≤0.25%，SO3≤0.2%，碱≤0.25%，混合料经粉磨制成80μm方孔筛筛余小于18%的料粉，再进入生料库进行均化；
2、将生料入库均化；
3、将均化好的生料通过五级旋风预分解系统进行预热分解，一级筒出口温度控制在350-370℃；分解炉出口温度控制在860-880℃，出口压力控制在负1100-1200Pa，控制生料入窑分解率在95%-97%，分解后的生料经烟室进入水泥回转窑中，利用比色高温计对窑内温度进行监控，煅烧温度控制在1350-1400℃，煅烧17-22min，煅烧用煤燃烧后得到部分熔融物料，将该部分熔融物料先以130-180℃ /min 的冷却速度急速冷却3-6分钟，之后再以80-120℃ /min迅速冷却12分钟，冷却后的熟料温度在50～70℃，熟料立升重控制在1260-1300克/立升，入熟料库均化，得到专用水泥熟料；熟料组分率值为：饱和比（KH）=0.93±0.02、硅率（SM）=N：2.20±0.1、铝率（IM）=1.00±0.1；
4、对高温熟料进行急速冷却后，得到专用水泥熟料；
5、专用水泥熟料、混合材和脱硫石膏按一定比例均匀混合，其中水泥熟料（80%）、脱硫石膏（4%）、混合材（4%），经过辊压机进行预处理，经初步筛选后，细粉直接进入选粉机斗提中，粗粉进入水泥磨中进行粉磨，在水泥磨中添加少量助磨剂粉磨，磨粉后输送进选粉机斗提中；
6、在选粉斗提中加入矿渣微粉，使其与成品充分混合，改善水泥性能；
7、再次通过选粉机进行筛选，不合标准的粗粉筛选出并输送回水泥磨中进行再次墨粉循环，复合标准的即为轨道交通专用水泥成品。
实施例3：
1、先将初级配料（石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣）按石灰石（82.13%）、铝矾土（5.61%）、转炉渣（9.08%）、硅石（2.28%）、柠檬酸渣（0.9%）均匀混合在一起，利用中子在线分析仪对三率值进行目标设置：饱和比（KH）=1.08±0.03、 硅率（SM）=2.18±0.02 、铝率（IM）=0.86±0.01，利用自动检测功能实时检测生料配料的成分，并对混合料进行组分比例调整，得到目标率值的生料，且生料中MgO≤0.25%，SO3≤0.2%，碱≤0.25%，混合料经粉磨制成80μm方孔筛筛余小于18%的料粉，再进入生料库进行均化；
2、将生料入库均化；
3、将均化好的生料通过五级旋风预分解系统进行预热分解，一级筒出口温度控制在350-370℃；分解炉出口温度控制在860-880℃，出口压力控制在负1100-1200Pa，控制生料入窑分解率在95%-97%，分解后的生料经烟室进入水泥回转窑中，利用比色高温计对窑内温度进行监控，煅烧温度控制在1350-1400℃，煅烧17-22min，煅烧用煤燃烧后得到部分熔融物料，将该部分熔融物料先以130-180℃ /min 的冷却速度急速冷却3-6分钟，之后再以80-120℃ /min迅速冷却12分钟，冷却后的熟料温度在50～70℃，熟料立升重控制在1260-1300克/立升，入熟料库均化，得到专用水泥熟料；熟料组分率值为：饱和比（KH）=0.93±0.02、硅率（SM）=N：2.20±0.1、铝率（IM）=1.00±0.1；
4、对高温熟料进行急速冷却后，得到专用水泥熟料；
5、专用水泥熟料、混合材和脱硫石膏按一定比例均匀混合，其中水泥熟料（73.64%）、脱硫石膏（4.55%）、混合材（12.71%），经过辊压机进行预处理，经初步筛选后，细粉直接进入选粉机斗提中，粗粉进入水泥磨中进行粉磨，在水泥磨中添加少量助磨剂（0.1%），磨粉后输送进选粉机斗提中；
6、在选粉斗提中加入矿渣微粉（9%），使其与成品充分混合，改善水泥性能；
7、再次通过选粉机进行筛选，不合标准的粗粉筛选出并输送回水泥磨中进行再次墨粉循环，复合标准的即为轨道交通专用水泥成品。
对得到的产品平均性能与《GBT13693-2017 道路硅酸盐水泥》的标准进行对比如下：
比面积（m2/Kg） 初凝（min） 终凝（min） 3天抗 折(Mpa) 28天抗 折(Mpa) 3天抗 压(Mpa) 28天抗 压(Mpa) fCao（%）
标准指标 300-450 ≥90 ≤720 ≥4.0 ≥7.5 ≥22.0 ≥42.5 ≤1.0
控制指标 300-350 ≥120 ≤240 ≥4.0 ≥7.5 ≥22.0 ≥42.5 ≤1.0
实际值 339 159 213 5.2 8.3 25.3 47.9 0.74
烧失量（%） SO3（%） C3A（%） MgO（%） 氯离子（%） 碱含量（%） 28天耐磨性（kg/m2） 28天干缩率（%）
标准指标 ≤3.0 ≤3.5 ≤5.0 ≤5.0 ≤0.06 ≤0.6 ≤3.00 ≤0.10
控制指标 ≤3.0 ≤3.5 ≤5.0 ≤5.0 ≤0.06 ≤0.6 ≤3.00 ≤0.10
实际值 2.64 2.37 3.83 1.03 0.009 0.42 1.86 0.07
从此表中可以看出，轨道交通专用水泥的性能优于道路硅酸盐水泥标准，可以应用到特殊工程中。（在其中初凝时间和终凝时间可根据客户要求进行调整）。
产品效果：
1、水泥的细度决定了水泥的水化速率和早起水化放热量，经研究水泥细度控制在300m2/kg～350m2/kg，保证水泥早期水化速率的均衡，可以缩小混凝土内部孔隙率，能有效阻止氯离子侵入混凝土内，还可以减少早期水化放热量，在应用轨道交通建设等大体积、大浇筑量的工程中，能降低大体积混凝土开裂的问题。
2、水泥的抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量尤其是C3A的含量, 因为C3A水化析出水化铝酸钙是形成钙矾石的必要组分,降低C3A的含量也就相应地减少了形成钙矾石的可能性,此发明的专用水泥C3A平均为3.83%＜5.0%含量较低,提高了抗钙矾石结晶侵蚀破坏的能力，从而可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀的能力。经检测在浓度3％的Na2SO4溶液中28d抗侵蚀系数为1.05。
3、制得的专用水泥28天抗折强度平均为8.3 MPa＞7.5MPa，可减少轨道交通服役过程中由于行车载荷引起的裂缝。
4、水泥的耐磨性取决于C3S和C4AF的含量，在配料过程中提高了铁质原料的加入，适当的增加了Fe2O3的含量，增加了熟料中的C4AF的含量，提高了水泥的耐磨性，经检测28d磨损量1.86kg/m2＜3kg/m2；
5、由于熟料矿物中C3A水化后减缩值最大，因此水泥中的干缩率主要取决于熟料中C3A的含量，经检测此专用水泥C3A平均为3.83%＜5.0%含量较低,28d干缩率0.07%＜0.10%。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种轨道交通专用水泥，其特征在于，包括初级配料、次级配料、矿渣微粉和助磨剂，所述初级配料包括石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣，次级配料包括由初级配料加工得到的水泥熟料、脱硫石膏和混合材；
所述初级配料中石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣的重量百分比为：石灰石（78%-85%）、铝矾土（4%-6%）、转炉渣（8%-11%）、硅石（2%-4%）、柠檬酸渣（0.5%-1%）；
所述次级配料中包括的水泥熟料、脱硫石膏和混合材的重量百分比为：水泥熟料（80%-85%）、脱硫石膏（4%-5%）、混合材（4%-15%）。
2.根据权利要求1所述的轨道交通专用水泥，其特征在于，所述初级配料中各组分重量百分比为：石灰石（82.13%）、铝矾土（5.61%）、转炉渣（9.08%）、硅石（2.28%）、柠檬酸渣（0.9%）；
所述次级配料、矿渣微粉和助磨剂的各组分重量配比为水泥熟料（73.64%）、脱硫石膏（4.55%）、混合材（12.71%）、矿渣微粉（9%）、助磨剂（0.1%）。
3.根据权利要求1所述的轨道交通专用水泥其特征在于，所述混合材为钢渣，页岩，石灰石碎屑、粉煤灰中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1所述的轨道交通专用水泥，其特征在于，所述助磨剂包括二乙醇单异丙醇胺和无水亚硫酸钠铵，所述二乙醇单异丙醇胺和无水亚硫酸钠铵按照1:1 进行搭配，均匀加入磨中。
5.根据权利要求1-4任一项所述的轨道交通专用水泥的生产工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
1）、先将初级配料（石灰石、铝矾土、转炉渣、硅石和柠檬酸渣）按一定比例均匀混合在一起，在原料磨中并进行粉磨，得到一定细度的生料；
2）、将生料入库均化；
3）、经均化的生料再通过预热分解处理；利用煤磨加工过的煤粉为原料在回转窑中将对均化的生料进行高温煅烧；
4）、对高温熟料进行急速冷却后，得到专用水泥熟料；
5）、专用水泥熟料、混合材和脱硫石膏按一定比例均匀混合，经过辊压机进行预处理，经初步筛选后，细粉直接进入选粉机斗提中，粗粉进入水泥磨中进行粉磨，在水泥磨中添加少量助磨剂粉磨，磨粉后输送进选粉机斗提中；
6）、在选粉斗提中加入矿渣微粉，使其与成品充分混合，改善水泥性能；
7）、再次通过选粉机进行筛选，不合标准的粗粉筛选出并输送回水泥磨中进行再次墨粉循环，复合标准的即为轨道交通专用水泥成品。
6.根据权利要求5所述的轨道交通专用水泥的生产工艺，其特征在于，在步骤1中，通过利用中子在线分析仪对三率值进行目标设置：饱和比（KH）=1.08±0.03、 硅率（SM）=2.18±0.02 、铝率（IM）=0.86±0.01，利用自动检测功能实时检测生料配料的成分，并对混合料进行组分比例调整，得到目标率值的生料，且生料中MgO≤0.25%，SO3≤0.2%，碱≤0.25%，混合料经粉磨制成80μm方孔筛筛余小于18%的料粉，再进入生料库进行均化。
7.根据权利要求5所述的轨道交通专用水泥的生产工艺，其特征在于，在步骤3中，将均化好的生料通过五级旋风预分解系统进行预热分解，一级筒出口温度控制在350-370℃；分解炉出口温度控制在860-880℃，出口压力控制在负1100-1200Pa，控制生料入窑分解率在95%-97%，分解后的生料经烟室进入水泥回转窑中，利用比色高温计对窑内温度进行监控，煅烧温度控制在1350-1400℃，煅烧17-22min，煅烧用煤燃烧后得到部分熔融物料，将该部分熔融物料先以130-180℃ /min 的冷却速度急速冷却3-6分钟，之后再以80-120℃ /min迅速冷却12分钟，冷却后的熟料温度在50～70℃，熟料立升重控制在1260-1300克/立升，入熟料库均化，得到专用水泥熟料；熟料组分率值为：饱和比（KH）=0.93±0.02、硅率（SM）=N：2.20±0.1、铝率（IM）=1.00±0.1。
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