CN112759286A - 一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法 - Google Patents

一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法，本发明水泥包括以下重量份的原料：50～60份水泥熟料、10～20份粉煤灰、6～10份元明粉、5～9份脱硫石膏、5～7份石灰石粉和5～10份硅锰渣，所述水泥熟料是由60～80重量份石灰石粉、10～20重量份粉煤灰、2～5重量份页岩和7～10重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成，所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成，成分经过混合、粉磨工序制备得到高强耐磨耐腐蚀水泥。本发明的水泥具有高强度、耐磨性和耐腐蚀性能，同时水泥的生产成本低廉，可广泛应用于建筑行业。

Description

一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法。
背景技术
水泥是一种可以将砂、石等材料牢固胶结在一起的粉状水硬性无机胶凝材料，如今被广泛应用到土木建筑、市政、交通和国防等建筑行业中。目前主要有硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷酸盐水泥等几大类，但是这些水泥容易受到侵蚀性介质的侵蚀以及冻融环境的影响，引起硬化后水泥成分变化，使其结构遭到破坏，降低了水泥的强度和耐磨耐腐蚀性能。侵蚀水泥的介质主要有以下几类：
(1)碳酸水腐蚀
雨水、泉水和地下水中含有一些二氧化碳，其可与氢氧化钙反应生成碳酸钙，而水化硅酸钙和水化铝酸钙等水化产物只能在一定碱度下，才能稳定存在，但是氢氧化钙的耗失，使水泥石碱度下降，导致水化产物随即分解溶蚀，水泥石破坏。在二氧化碳充足时，还可生成碳酸氢钙，碳酸氢钙易溶于水，导致水泥石破坏。
(2)酸腐蚀
工业废水、地下水和酸雨中常含有盐酸、硝酸等有机酸，工程结构处于上述酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。
(3)硫酸盐腐蚀
海水和盐渍土中含有硫酸盐，硫酸盐中主要有硫酸钙、硫酸镁和硫酸钠，它们可与氢氧化钙反应生成石膏，石膏本身具有膨胀性，且可与水化铝酸钙反应，生成膨胀注更大的钙砚石，其体积可膨胀到原来的1.5倍，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃，对水泥石具有严重破坏作用。
(4)镁盐腐蚀
海水和地下水中常含有氯化镁等镁盐，它们能与水泥石中的氢氧化钙起置换反应，生成易溶的氯化钙和略有膨胀性的氢氧化镁，从而破坏水泥石结构。
为了防止和减轻水泥的腐蚀，并提高其强度和耐磨耐腐蚀性能，目前通常采用以下几种方法：
(1)根据工程的环境特点，合理选用水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥,因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低,对软水侵蚀的抵抗能力强，但是大量混合材料的添加容易降低水泥强度和性能。
(2)采用较小的水灰比或加入减水剂，降低水泥水灰比；
(3)在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀，但是该种预防方法工序复杂，成本较高，并不适合大范围使用。
目前提高水泥耐腐蚀性能方案的工艺复杂且生产成本高，同时耐腐蚀性能效果不佳，因此，如何有效提高水泥耐磨耐腐蚀性能已成为建筑行业亟待解决的技术难题。
发明内容
基于上述问题，本发明的目的是提供了一种高强耐磨耐腐蚀水泥及其制备方法，其具有较高的抗压强度和耐磨耐腐蚀性能，同时材料廉价易得，生产工序简单，适合大规模的推广应用。
一种高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure BDA0002876795130000021
优选的，所述水泥熟料是由60～80重量份石灰石粉、10～20重量份粉煤灰、2～5重量份页岩和7～10重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成。
优选的，所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成。
优选的，所述预热温度为600～700℃，预热时间为45～50min；所述煅烧温度为1350～1370℃，煅烧时间为1～3h。
优选的，所述粉煤灰是选用比表面积为650～720m2/Kg和750～820m2/Kg的两种粉煤灰混合而成，其中比表面积为650～720m2/Kg的粉煤灰占比为20～40wt％，其余为比表面积是750～820m2/Kg的粉煤灰。
优选的，所述硅锰渣中SiO2的含量为40～60％，MnO的含量为12～21％。
优选的，所述高强耐磨耐腐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取水泥熟料、粉煤灰、元明粉和脱硫石膏，混合后进行粉磨处理，混合原料的细度控制参数为45μm筛筛余量为5～10％，80μm筛筛余量为0～1.5％；
(4)然后按比例加入石灰石粉，混合均匀；
(5)按比例称取硅锰渣，并将其进行粉碎至粒径为5～15μm，然后加入到步骤(2)混合均匀的原料，充分混合均匀，即制得所述高强耐磨耐腐蚀水泥。
本发明中，粉煤灰可以和碱性物料发生反应并迅速凝固，同时粉煤灰还具具有较好的抗裂变性、热稳定性能和耐久性等力学性能，研磨后的粉煤灰比表面积增大，原生晶格破坏，可以加速粘合剂的水化从而提高水泥的力学性能，通过调整粉煤灰的掺量和大小，既可以在一定程度上促进水化反应，同时又能维持与Ca(OH)2反应，保持水泥的含量，使其对水泥的反应达到最优状态；但是在水泥中大量掺入粉煤灰，则会大量消耗水泥中的Ca(OH)2，造成水泥的耐久性下降。
本发明中，石灰石粉具有加速效应和活性效应，其可以加速碳铝酸盐的生成，水化形式的碳铝酸盐可以和水化产物相互搭接，使水泥结构更密实，从而增加了水泥的强度和耐久性。
本发明中，在水泥水化早期，因为铝酸三钙与水反应速度很快，容易造成闪凝，影响正常施工，而加入石膏后，石膏可以与铝酸三钙生成的水化铝酸钙反应，生成钙矾石，构成水泥保护膜，阻止水泥的过快反应，同时氢氧化钙与石膏共同起着激发水化、促进凝结硬化的作用。其能以微集料的形式存在于混凝土中，改善混凝土中的孔结构，使孔径得以细化和均化，提高混凝土的抗渗性、抗冻融性和耐久性。
本发明中，矿渣可改善混凝土流动度，降低水泥水化热，提高混凝土抗渗能力，进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。混凝土掺入矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，但是大量矿渣的加入会大量消耗水泥中Ca(OH)2，使水泥的抗压强度显著降低。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用多种成分为原料，提高了水泥成品的抗压强度、耐磨性能和耐腐蚀性能，同时该水泥制备方法简单易行、节约资源、降低成本，可用于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure BDA0002876795130000041
所述水泥熟料是由80重量份石灰石粉，10重量份粉煤灰，2重量份页岩，8重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成，所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成，所述预热温度为600～700℃，预热时间为45～50min，所述煅烧温度为1350～1370℃，煅烧时间为1h。所述粉煤灰是选用比表面积为650m2/Kg和750m2/Kg的两种粉煤灰混合而成，其中比表面积为650m2/Kg的粉煤灰占比为40％wt％，其余为比表面积是750m2/Kg的粉煤灰，所述硅锰渣中SiO2的含量为40～60％，MnO的含量为12～21％。
所述高强耐磨耐腐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取水泥熟料、粉煤灰、元明粉和脱硫石膏，混合后进行粉磨处理，混合原料的细度控制参数为45μm筛筛余量为5～10％，80μm筛筛余量为0～1.5％；
(2)然后按比例加入石灰石粉，混合均匀；
(3)按比例称取硅锰渣，并将其进行粉碎至粒径为12μm，然后加入到步骤(2)混合均匀的原料，充分混合均匀，即制得所述高强耐磨耐腐蚀水泥。
实施例2
一种高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure BDA0002876795130000042
所述水泥熟料是由65重量份石灰石粉，20重量份粉煤灰，5重量份页岩，10重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成，所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成，所述预热温度为600～700℃，预热时间为45～50min，所述煅烧温度为1350～1370℃，煅烧时间为1h。所述粉煤灰是选用比表面积为650m2/Kg和750m2/Kg的两种粉煤灰混合而成，其中比表面积为650m2/Kg的粉煤灰占比为30％wt％，其余为比表面积是750m2/Kg的粉煤灰，所述硅锰渣中SiO2的含量为40～60％，MnO的含量为12～21％。
所述高强耐磨耐腐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取水泥熟料、粉煤灰、元明粉和脱硫石膏，混合后进行粉磨处理，混合原料的细度控制参数为45μm筛筛余量为5～10％，80μm筛筛余量为0～1.5％；
(2)然后按比例加入石灰石粉，混合均匀；
(3)按比例称取硅锰渣，并将其进行粉碎至粒径为10μm，然后加入到步骤(2)混合均匀的原料，充分混合均匀，即制得所述高强耐磨耐腐蚀水泥。
实施例3
一种高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure BDA0002876795130000051
所述水泥熟料是由73重量份石灰石粉，17重量份粉煤灰，3重量份页岩，7重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成。所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成，所述预热温度为600～700℃，预热时间为45～50min，所述煅烧温度为1350～1370℃，煅烧时间为1h。所述粉煤灰是选用比表面积为650m2/Kg和750m2/Kg的两种粉煤灰混合而成，其中比表面积为650m2/Kg的粉煤灰占比为20％wt％，其余为比表面积是750m2/Kg的粉煤灰，所述硅锰渣中SiO2的含量为40～60％，MnO的含量为12～21％。
所述高强耐磨耐腐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取水泥熟料、粉煤灰、元明粉和脱硫石膏，混合后进行粉磨处理，混合原料的细度控制参数为45μm筛筛余量为5～10％，80μm筛筛余量为0～1.5％；
(2)然后按比例加入石灰石粉，混合均匀；
(3)按比例称取硅锰渣，并将其进行粉碎至粒径为8μm，然后加入到步骤(2)混合均匀的原料，充分混合均匀，即制得所述高强耐磨耐腐蚀水泥。
分别对实施例1～3的高强耐磨耐腐蚀水泥进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002876795130000061
按照国家标准JTG E51-2009《公路工程无机结合材料稳定材料试验规程》的试验方法，检测实施例1～3高强耐磨耐腐蚀水泥在冻融15次干湿循环后水泥的质量损失见表2。
表2
实施例1 实施例2 实施例3
质量/g 214 208 210
质量损失率/％ 4.4 4.0 3.6
抗压强度Mpa 42.3 40.6 49.6
强度损失率/％ 6.4 6.7 5.9
将实施例1～3的高强耐磨耐腐蚀水泥在酸碱盐(1mol/L硫酸钠溶液酸性设为PH＝4的混合溶液)中浸泡28天后，进行称量记录，实验数据见表3。
表3
Figure BDA0002876795130000062
Figure BDA0002876795130000071
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，包括以下重量份原料：
Figure FDA0002876795120000011
2.根据权利要求1所述的高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，所述水泥熟料是由60～80重量份石灰石粉、10～20重量份粉煤灰、2～5重量份页岩和7～10重量份铁矿渣组成的水泥生料烧制而成。
3.根据权利要求2所述的高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，所述水泥熟料是将原料混合均匀后得到水泥生料，然后将水泥生料先进行预热处理后，再进行高温煅烧而成。
4.根据权利要求3所述的强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，所述预热温度为600～700℃，预热时间为45～50min；所述煅烧温度为1350～1370℃，煅烧时间为1～3h。
5.根据权利要求1所述的高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，所述粉煤灰是选用比表面积为650～720m2/Kg和750～820m2/Kg的两种粉煤灰混合而成，其中比表面积为650～720m2/Kg的粉煤灰占比为20-40wt％，其余为比表面积是750～820m2/Kg的粉煤灰。
6.根据权利要求1所述的高强耐磨耐腐蚀水泥，其特征在于，所述硅锰渣中SiO2的含量为40～60％，MnO的含量为12～21％。
7.根据权利要求1～6任意一项所述高强耐磨耐腐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按比例称取水泥熟料、粉煤灰、元明粉和脱硫石膏，混合后进行粉磨处理，混合原料的细度控制参数为45μm筛筛余量为5～10％，80μm筛筛余量为0～1.5％；
(2)然后按比例加入石灰石粉，混合均匀；
(3)按比例称取硅锰渣，并将其进行粉碎至粒径为5～15μm，然后加入到步骤(2)混合均匀原料，充分混合均匀，即制得所述高强耐磨耐腐蚀水泥。
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