CN112062484B - 一种水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑工程技术领域，更具体的涉及一种水泥及其制备方法。其技术要点如下：按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份、硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份、脱硫石膏5~6份、外加剂0.5~0.9份和助磨剂0.05~0.1份；其中，助磨剂包括：醇胺、锌酸镁、木质磺酸钠、凹凸棒土、磁性共价有机骨架材料、酰氯化柠檬酸碳量子点和水。本发明通过助磨剂与煤矸石水泥熟料的复配使用，减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度；且锌酸镁与脱硫石膏生成钙镁石，具有微膨胀性能，抑制水泥的中后期收缩，同时提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性能。

Description

一种水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体的涉及一种水泥及其制备方法。

背景技术

水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌后成浆体，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥是应用性最为广泛的一种无机胶凝材料，传统生产方法以石灰石、粘土为主要原料，根据熟料化学组成配以适当的铁质材料，经粉磨、煅烧成熟料，再配以适当掺合料粉磨成不同标号的水泥，“两磨一烧”是传统水泥生产标致，因此，水泥生产属于高能耗、高污染行业，亦是过剩产业。目前应用最广的为通用硅酸盐水泥，通用硅酸盐水泥的缺点如下：引起的水化热大，抗硫酸盐腐蚀性差，抗渗性差，密实度低等。

有鉴于上述现有水泥存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种水泥及其制备方法，制备出的水泥有效提高水泥的早期强度、降低水泥需水量，且在水泥固化过程中减少水泥的早期收缩，延缓水泥的热量的释放，从而减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度，并提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性和抗渗性。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种水泥，有效提高水泥的早期强度、降低水泥需水量，且在水泥固化过程中减少水泥的早期收缩，延缓水泥的热量的释放，从而减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度，并提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性和抗渗性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的水泥，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份、硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份、脱硫石膏5~6份、外加剂0.5~0.9份、助磨剂0.05~0.1份；其中，助磨剂包括：醇胺、锌酸镁、木质磺酸钠、凹凸棒土、磁性共价有机骨架材料、酰氯化柠檬酸碳量子点和水。通过助磨剂与煤矸石水泥熟料的复配使用，有效提高水泥的早期强度、降低水泥需水量，且在水泥固化过程中减少水泥的早期收缩，延缓水泥的热量的释放，从而减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度；同时锌酸镁与脱硫石膏生成钙镁石，具有微膨胀性能，抑制水泥的中后期收缩，同时提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性能。

进一步的，煤矸石水泥熟料，按照重量份数计算，包括如下组分：石灰石200~250份，煤矸石掺合料130~140份，铁矿石粉80~90份，骨料10~15份，激发剂30~40份和铝灰5~10份。

进一步的，磁性共价有机骨架材料是磺酸基磁性共价有机骨架材料。磁性共价有机骨架材料具有弱磁性，在宏观上降低颗粒表面的化学电性，避免颗粒之间由于静电作用相互吸引，从而破坏水泥颗粒的团聚；在微观上通过磁性共价有机骨架材料中Sp杂化轨道中电子的能级跃迁，释放出量子轰击颗粒表面，在颗粒的晶体表面制造出点或线的缺陷位点，进而提高颗粒之间的相容性，避免水泥的早期开裂。锌酸镁的加入，在溶于水后形成碱性物质，遇到水泥后，能够与水泥中的硅酸盐结合，形成钙镁晶体，填补水泥收缩后形成的孔隙，进而减少了水泥的中后期收缩，提高水泥的28d强度。酰氯化柠檬酸碳量子点具有荧光性质，锌酸镁创造的碱性环境下，与凹凸棒土结合后，在凹凸棒土的插层结构中形成“夹心结构”，此种“夹心结构”能够抑制水泥的中期收缩，避免水泥由于溶于水后的收缩形成的开裂，提高水泥的强度。

进一步的，磺酸基磁性共价有机骨架材料是磁性磺酸化三嗪基共价有机骨架材料。磺酸基团具有阴离子表面活性剂的功能，能够有效提高水泥颗粒与其他有机物之间的相容性，进而提高水泥的抗开裂性能。

进一步的，煤矸石掺合料为粘土岩矸石掺合料，且粘土岩矸石掺合料是经过锌酸镁活化的活化粘土岩矸石掺合料。煤矸石总共分为四种：粘土岩矸石、砂岩矸石、铝质矸石和钙质矸石，每种类型的矸石组成成分差异较大，其中粘土岩矸石在高岭石发生脱水反应，转变为偏高岭石，而在600～700℃时，偏高岭石分解成γ-Al₂O₃和无定形的SiO₂，并在高温下与石灰石生成更多的硅酸三钙，硅酸三钙含量的提高能够延缓水泥水化时的放热，减少水泥的早期收缩；锌酸镁活化后的粘土岩矸石掺合料在高温下与铝灰生成铝镁石晶体，并由锌填充铝镁石晶体骨架的缺陷，提高铝镁石晶体的微膨胀率，抵抗水泥的中晚期收缩，提高水泥的28d强度。

进一步的，按照重量份数计算，激发剂包括：路易斯酸碱对10~20份、铜粉5~10份和纳米钴粉5~10份。

进一步的，路易斯酸碱对是四水合氨基磺酸镍、硝酸胍或三硝基苯磺酸钠中的任意一种。在路易斯酸碱对的作用下，铜粉和纳米钴粉与铝灰共同作用形成Al-Cu-Co金属晶粒，具有高强度和高韧性的优点，将其掺杂在水泥熟料中，能够有效填充水泥的骨架结构，与其他晶粒共同构建更加稳固的水泥孔道结构，提高水泥的早期强度，且本发明选用的三种路易斯酸碱对能够有效避免碱骨料反应的发生。

进一步的，骨料中含有质量份数为10%~20%的花生壳凝胶颗粒，颗粒粒径为50~200μm，余量为矿山红色砂岩夹层料。花生壳凝胶颗粒掺杂在骨料中，在烧成前通过其网状结构提高骨料和铁矿石粉以及其他晶粒之间的连接更加紧密，在烧成过程中碳化为二氧化碳，生成碳酸钙和碳酸镁，抑制碱骨料反应发生，且缩短水泥的终凝时间。矿山红色砂岩夹层料在高温下与粘土岩矸石共同作用，产生强烈的蚀变效应，使物料表面晶格畸度增加，提高水泥的防渗性能。

进一步的，凹凸棒土经由硫酸酸化。硫酸酸化后的凹凸棒土在凹凸棒土表面接枝了氢离子，能够迅速破坏氢氧化镁形成的胶体，促进钙镁石晶体的形成，对微膨胀作用具有辅助作用。

进一步的，外加剂为硫酸铝。

进一步的，锌酸镁活化的方法包括如下操作步骤：

A1. 将锌酸镁与水以质量比为1:20~25的比例共混，30min后得到锌酸镁喷淋液；

A2. 将步骤A1获得的喷淋液均匀的喷淋在所述粘土岩矸石掺合料表面；

A3. 对粘土岩矸石掺合料加热到40~50℃，加热时间为20~40min，得到活化粘土岩矸石掺合料。将锌酸镁喷淋在粘土岩矸石掺合料表面后，能够使其在烧成过程中，迅速且均匀的进入到粘土岩矸石晶体内部，生成铝镁石晶体。

本发明的第二个目的是提供一种水泥的制备方法，具有同样的作用。

本发明提供的水泥的制备方法，包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份和助磨剂0.05~0.1份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份和脱硫石膏5~6份加入到步骤S1中进行粉磨30~60min，得到水泥。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的水泥及其制备方法，有效提高水泥的早期强度、降低水泥需水量，且在水泥固化过程中减少水泥的早期收缩，延缓水泥的热量的释放，从而减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度，并提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性和抗渗性。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种水泥及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：一种水泥，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份、硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份、脱硫石膏5~6份、外加剂0.5~0.9份、助磨剂0.05~0.1份；其中，助磨剂包括：醇胺、锌酸镁、木质磺酸钠、凹凸棒土、磁性共价有机骨架材料、酰氯化柠檬酸碳量子点和水。

其制备方法包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份、助磨剂0.05~0.1份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份、脱硫石膏5~6份加入到步骤S1中进行粉磨30~60min，得到水泥。

实施例2：一种水泥，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份、硫酸铝0.5份、助磨剂0.05份。

按照重量份数计算，助磨剂包括如下组分：二异丙醇胺210份，锌酸镁30份，木质磺酸钠20份，凹凸棒土40份，磺酸基磁性共价有机骨架材料10份和酰氯化柠檬酸碳量子点10份，水300份；煤矸石水泥熟料包括如下组分：石灰石200份，粘土岩矸石掺合料130份，铁矿石粉80份，花生壳凝胶颗粒6份，矿山红色砂岩夹层料24份，硝酸胍20份，铜粉5份，纳米钴粉10份，铝灰5份。

其制备方法包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、助磨剂0.05份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份加入到步骤S1中进行粉磨30min，得到水泥。

实施例3：一种水泥，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份、硫酸铝0.5份、助磨剂0.05份。

按照重量份数计算，助磨剂包括如下组分：三异丙醇胺210份，锌酸镁30份，木质磺酸钠20份，凹凸棒土40份，磺酸基磁性共价有机骨架材料10份和酰氯化柠檬酸碳量子点10份，水300份；煤矸石水泥熟料包括如下组分：石灰石200份，活化粘土岩矸石掺合料130份，铁矿石粉80份，花生壳凝胶颗粒6份，矿山红色砂岩夹层料24份，三硝基苯磺酸钠20份，铜粉5份，纳米钴粉10份，铝灰5份。

其中活化粘土岩矸石掺合料的方法如下：

A1. 将锌酸镁与水以质量比为1:20的比例共混，30min后得到锌酸镁喷淋液；

A2. 将步骤A1获得的喷淋液均匀的喷淋在粘土岩矸石掺合料表面；

A3. 对粘土岩矸石掺合料加热到40~50℃，加热时间为20~40min，得到活化粘土岩矸石掺合料。

其制备方法包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、助磨剂0.05份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份加入到步骤S1中进行粉磨30~60min，得到水泥。

实施例4：一种水泥，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份、硫酸铝0.5份、助磨剂0.05份。

按照重量份数计算，助磨剂包括如下组分：二异丙醇胺210份，锌酸镁30份，木质磺酸钠20份，硫酸酸化的凹凸棒土40份，磺酸基磁性共价有机骨架材料10份和酰氯化柠檬酸碳量子点10份，水300份；煤矸石水泥熟料包括如下组分：石灰石200份，活化粘土岩矸石掺合料130份，铁矿石粉80份，骨料30份，四水合氨基磺酸镍20份，铜粉5份，纳米钴粉10份和铝灰5份。

其中活化粘土岩矸石掺合料的方法如下：

A1. 将锌酸镁与水以质量比为1:20的比例共混，30min后得到锌酸镁喷淋液；

A2. 将步骤A1获得的喷淋液均匀的喷淋在所述粘土岩矸石掺合料表面；

A3. 对粘土岩矸石掺合料加热到40~50℃，加热时间为20~40min，得到活化粘土岩矸石掺合料。

其制备方法包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50份、石墨尾矿15份、助磨剂0.05份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5份、矿渣10份、脱硫石膏5份加入到步骤S1中进行粉磨30~60min，得到水泥。

对实施例1~4得到的水泥按照国家标准《通用硅酸盐水泥》中规定，并按照建材行业标准GB/T26748-2011的要求对水泥的粉磨时间、三氧化硫、标准稠度用水量、凝结时间、3d强度、28d强度以及抗硫酸盐腐蚀性能进行测试，其测试结果如下表：

表1水泥熟料的测试结果

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	普通硅酸盐水泥
						标准稠度用水量	28%	28%	27%	27%	29%
终凝时间	350min	345min	320min	280min	390min
						3d强度	32MPa	34MPa	35MPa	41MPa	28Mpa
28d强度	58MPa	60MPa	64MPa	63MPa	45Mpa
						抗硫酸盐腐蚀性/抗蚀系数K	1.05	1.25	1.31	1.32	0.89

通过上表可知，与现有技术相比，本发明提供的水泥及其制备方法有效提高水泥的早期强度、降低水泥需水量，且在水泥固化过程中减少水泥的早期收缩，延缓水泥的热量的释放，从而减少水泥固化的晚期收缩，提高水泥的3d强度和28d强度，并提高水泥的抗硫酸盐腐蚀性和抗渗性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例展示如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种水泥，其特征在于，按照重量份数计算，包括如下组分：煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份、硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份、脱硫石膏5~6份、外加剂0.5~0.9份和助磨剂0.05~0.1份；其中，所述助磨剂包括：醇胺、锌酸镁、木质磺酸钠、凹凸棒土、磁性共价有机骨架材料、酰氯化柠檬酸碳量子点和水；所述磁性共价有机骨架材料是磁性磺酸化三嗪基共价有机骨架材料；所述凹凸棒土经由硫酸酸化；所述煤矸石水泥熟料，按照重量份数计算，包括如下组分：石灰石200~250份，煤矸石掺合料130~140份，铁矿石粉80~90份，骨料10~15份，激发剂30~40份，铝灰5~10份；所述煤矸石掺合料为粘土岩矸石掺合料，且所述粘土岩矸石掺合料是经过锌酸镁活化的活化粘土岩矸石掺合料；按照重量份数计算，所述激发剂包括：路易斯酸碱对10~20份、铜粉5~10份和纳米钴粉5~10份；所述路易斯酸碱对是四水合氨基磺酸镍、硝酸胍或三硝基苯磺酸钠三者中选择其中一种。

2.根据权利要求1所述的一种水泥，其特征在于，所述外加剂为硫酸铝。

3.根据权利要求1所述的一种水泥的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

S1. 将煤矸石水泥熟料50~60份、石墨尾矿15~20份和助磨剂0.05~0.1份混合均匀进行粉磨10~30min；

S2. 将硫酸铝渣5~7份、矿渣10~15份和脱硫石膏5~6份加入到步骤S1中进行粉磨30~60min，得到所述水泥。