CN112429985B - 一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥及其制备方法。其包括以下重量份的组分：石灰石70～80份、磷渣10～20份、转炉钢渣5～10份、电石渣5～10份、改性剂5～10份、三乙醇胺1～5份，以及石蜡5～10份。本发明制备得到的水泥早期强度高，抗腐蚀性能强。

Description

一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥制备技术领域，具体涉及一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥及其制备方法。
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更好的硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。长期以来，它作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。水泥工业是国民经济发展、生产建设人民生活不可缺少的基础原材料工业。随着我国经济的发展，水泥产业已达到相当大的规模。
而磷渣是良好的可再利用资源，其化学成分和矿相组成与矿渣相似，具有良好的潜在水硬性，且具有混凝土和易性好、抗渗性强、后期强度增长率大等特点。目前，磷渣在水泥基材料、烧结空心砖、蒸压空心砌块、微晶玻璃、免烧免蒸砖、路面基层材料、岩棉等方面有一定应用。但是，由于磷渣中P2O5等有害成分对水泥凝结硬化和早期强度发展有较大影响，因而其在水泥工业和混凝土建筑工程中应用比例并不高，大部分磷渣露天堆放(累计堆放量超过9000万吨)，对生态环境构成严重危害。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥及其制备方法，可有效解决采用磷渣制备水泥时容易导致水泥出现早期强度不足的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，包括以下重量份的组分：
石灰石70～80份、磷渣10～20份、转炉钢渣5～10份、电石渣5～10份、改性剂5～10份、三乙醇胺1～5份，以及石蜡5～10份。
进一步地，包括以下重量份的组分：
石灰石76份、磷渣12份、转炉钢渣8份、电石渣5份、改性剂6份、三乙醇胺3份，以及石蜡10份。
进一步地，改性剂包括硅酸钠、硅酸铝、氧化钙和硫酸铝渣中的至少一种。
进一步地，改性剂包括重量比为1～2:1～2:0.5～1的硅酸钠、硅酸铝和氧化钙。
进一步地，硅酸钠、硅酸铝和氧化钙的重量比为1.5:1:0.5。
一种上述利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将磷渣粉碎，然后加入改性剂混合均匀；
(2)将石灰石、转炉钢渣、电石渣和步骤(1)所得产物混合，于1300～1500℃煅烧30～60min，然后将其与三乙醇胺和石蜡混合搅拌2～5h即可。
进一步地，煅烧温度为1400℃。
本发明的有益效果为：
1、本申请在制备时，首先将磷渣粉碎，使磷渣变为粒径更小的颗粒，从而提升磷渣粉末的比表面积，在粉碎的同时，磷渣颗粒表面形成的断键数量也随之增加，从而提升了磷渣的活性。并且，随着磷渣粒径的减小，大量细小的磷渣可以填充在水泥颗粒的缝隙之间，起到物理填充的作用，有利于提高水泥浆体的致密度，降低水泥降低的孔隙率。
2、经粉碎后的磷渣比表面积增大，增大了与改性剂的接触面积，提升了改性效率。在进行改性时，首先是硅酸钠的水解，生成硅胶，同时释放出部分OH-。然后溶液中的OH-作用于磷渣，使磷渣玻璃体中的Si-O-Si、Si-O-Al和Al-O-Al断裂。同时，磷渣玻璃体解聚释放出来的活性SiO2与溶于液相中的Ca2+反应迅速生成C-S-H凝胶，进一步促进磷渣的水化和硅酸钠的水解，使磷渣的水化速度提高。而且硅酸钠激发磷渣，在水化初期生成的水化硅酸钙在磷渣的后续水化中起到了晶核的作用，促进了水化产物的形成。硅酸钠具有双重激发作用，所以硅酸钠能较好的激发磷渣的活性。
3、同时，氧化钙也具有碱激发的作用，利用氧化钙的碱性使磷渣玻璃体解体，激发出磷渣的活性。氧化钙能与磷渣玻璃体中的活性SiO2、A12O3发生火山灰反应，生成具有较高强度的水硬性水化硅酸钙。氧化钙可以使整个水化体系液相介质的pH增大，OH-迅速对磷渣颗粒的表面开始侵蚀，由于OH-的极化作用，玻璃体中的Si-O-Si、Si-O-Al和Al-O-Al断裂，形成具有胶凝性质的C-S-H凝胶和水化铝酸钙等水化产物。其中OH-浓度越大，对Si-O-Si、Si-O-Al和Al-O-Al键的破坏作用越强，激发效果越好。而在氧化钙和硅酸钠的配合下，两者能够共同作用，起到的效果远远优于单独一种成分的功效。
4、硅酸钠能有效阻止硅酸盐水泥水化初期形成的半透水性水化产物薄膜对磷渣微细颗粒的吸附，降低磷渣微细颗粒对硅酸盐水泥水化初期水化率的影响，大大缓解磷渣微细颗粒对硅酸盐水泥的凝结时间的的延迟影响。从而较大幅度的提高磷渣的废物高效利用率。
5、本申请中还添加有石蜡和三乙醇胺，能够有效的改善磷渣在水泥体中的分散性，降低磷渣形成的薄膜对水泥体水化速度的影响。与此同时，石蜡高分子自身即具有很好的溶胀性，在水泥水化的过程中，石蜡受外界刺激产生一定的溶胀，从而填充至水泥浆体的内部缝隙中，进一步的提高水泥的密实度，达到提升水泥抗腐蚀性的目的。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，包括以下重量份的组分：
石灰石76份、磷渣12份、转炉钢渣8份、电石渣5份、硅酸钠3份、硅酸铝2份、氧化钙1份、三乙醇胺3份，以及石蜡10份。
上述水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磷渣粉碎，然后加入硅酸钠、硅酸铝和氧化钙混合均匀；
(2)将石灰石、转炉钢渣、电石渣和步骤(1)所得产物混合，于1400℃煅烧40min，然后将其与三乙醇胺和石蜡混合搅拌3h即可。
实施例2
一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，包括以下重量份的组分：
石灰石70份、磷渣10份、转炉钢渣5份、电石渣5份、硅酸钠2份、硅酸铝2份、氧化钙1份、三乙醇胺1份，以及石蜡5份。
上述水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磷渣粉碎，然后加入硅酸钠、硅酸铝和氧化钙混合均匀；
(2)将石灰石、转炉钢渣、电石渣和步骤(1)所得产物混合，于1300℃煅烧30min，然后将其与三乙醇胺和石蜡混合搅拌2h即可。
实施例3
一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，包括以下重量份的组分：
石灰石80份、磷渣20份、转炉钢渣10份、电石渣10份、硅酸钠4份、硅酸铝份、氧化钙2份、三乙醇胺5份，以及石蜡10份。
上述水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磷渣粉碎，然后加入硅酸钠、硅酸铝和氧化钙混合均匀；
(2)将石灰石、转炉钢渣、电石渣和步骤(1)所得产物混合，于1500℃煅烧60min，然后将其与三乙醇胺和石蜡混合搅拌5h即可。
对比例1
与实施例1相比，缺少硅酸钠，其余均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，缺少氧化钙，其余均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1相比，缺少石蜡，其余均与实施例1相同。
对比例4
不掺加磷渣粉的C20普通混凝土，C20普通混凝土具体配比如下：水泥为200kg、砂为800kg、石子860kg、水180kg、减水剂5kg。
对实施例1～3以及对比例1～4制备得到的混凝土进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1混凝土的性能测试结果
Figure BDA0002814233440000051
Figure BDA0002814233440000061
由表1测试结果可知，本发明制得的混凝土的初凝时间可以缩短至160min左右，终凝时间可以缩短至195min左右，且3d抗压强度可达20MPa左右，28d抗压强度可达40MPa，性能均远优于对比例1～4制备得到的水泥成分，力学性能均满足施工要求。
此外，由于无机碱改性的磷渣粉或不经改性的磷渣粉用于混凝土时，需要添加适当的减水剂才能得到比较好的流动度，而减水剂的加入会增加单方混凝土的成本。而本发明中由于添加有石蜡成分，不仅能够提升水泥浆体的流动性，也能改善其分散性，大幅降低了单方混凝土的成本。

Claims (4)

1.一种利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，其特征在于，包括以下重量份的组分：
石灰石70～80份、磷渣10～20份、转炉钢渣5～10份、电石渣5～10份、改性剂5～10份、三乙醇胺1～5份，以及石蜡5～10份；
所述改性剂包括重量比为1～2:1～2:0.5～1的硅酸钠、硅酸铝和氧化钙；
所述中热硅酸盐水泥的制备方法如下：
(1)将磷渣粉碎，然后加入改性剂混合均匀；
(2)将石灰石、转炉钢渣、电石渣和步骤(1)所得产物混合，于1300～1500℃煅烧30～60min，然后将其与三乙醇胺和石蜡混合搅拌2～5h即可。
2.根据权利要求1所述的利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，其特征在于，包括以下重量份的组分：
石灰石76份、磷渣12份、转炉钢渣8份、电石渣5份、改性剂6份、三乙醇胺3份，以及石蜡10份。
3.根据权利要求1所述的利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，其特征在于，所述硅酸钠、硅酸铝和氧化钙的重量比为1.5:1:0.5。
4.根据权利要求1所述的利用工业废渣制备得到的中热硅酸盐水泥，其特征在于，所述煅烧温度为1400℃。
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