CN112851149A

CN112851149A - 一种道路缓凝通用硅酸盐水泥及其制备方法和促凝方法

Info

Publication number: CN112851149A
Application number: CN202110103970.4A
Authority: CN
Inventors: 韩红政; 陈丽; 袁仕; 董方; 杨海林; 王东军; 薛允; 钱松; 高新厚; 刘红伦
Original assignee: Zhumadian Yulong Tongli Cement Co ltd
Current assignee: Zhumadian Tongli Aggregate Co ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: CN112851149B

Abstract

本发明公开了一种道路缓凝通用硅酸盐水泥及其制备方法和促凝方法，各组分及质量百分比为，包括硅酸盐水泥熟料61％～64％、火山灰质混合材料30％～32％、二水石膏3％～4％、复合缓凝添加剂1.1％～4％；促凝剂与复合缓凝添加剂中的羟基羟酸盐重量比为1:20‑40，通过在水泥原料粉磨时，添加一定剂量的复合缓凝添加剂，同时调整其它水泥组份的配比，生产出的水泥携带有缓凝性质，便于以后长距离运输的混凝土和大体积混凝土施工，在施工后，节省施工周期，可以采用促凝剂解除复合缓凝添加剂的缓凝性质，促使缓凝水泥快速凝结；另外该复合缓凝添加剂为混合物，既可以降低成本，又可以提高缓凝效果，同时又高效的解除缓凝的促凝剂，提高经济效益和工程施工效率。

Description

一种道路缓凝通用硅酸盐水泥及其制备方法和促凝方法

技术领域

本发明涉及缓凝水泥技术领域，具体涉及一种道路缓凝通用硅酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

道路路基底层工程施工中，尤其是面对适用于长距离运输的混凝土和大体积混凝土施工等工程时，施工要求对水泥凝结时间要求较为严格，要求水泥终凝时间较正常水泥的凝结时间延长3-5小时，传统水泥生产凝结时间的延长需使用缓凝剂或加大二水石膏的用量，这些缓凝剂对水泥凝结时间的调节不明显而且成本较高，大量使用二水石膏调凝也会造成水泥中三氧化硫超标影响水泥质量，另外如糖类缓凝剂作为混凝土工程常用的外加剂，其具有延长水泥凝结时间、降低早期水化热等功能，适用于长距离运输的混凝土和大体积混凝土施工等。但是在工程中，由于错掺或过掺，出现混凝土长时间不凝、强度发展异常等现象，造成巨大的经济损失及工期延误。因此明晰不同缓凝剂的作用机理以及掺入量对混凝土工程应用具有重大的指导意义。

水泥缓凝剂通常分为无机和有机两大类，常见的有机缓凝剂主要包括糖类、羟基羧酸类和多元醇类等，目前使用最广的时糖类缓凝剂，其大部分来源于工业生产的糖蜜副产品，来源广泛、廉价，糖类及衍生物主要通吸附、络合等作用延缓硅酸钙C₃S水化和C-S-H凝胶形成，但同时也会促进铝酸三钙C₃A水化和钙矾石Aft生成，产量不同会起到不同的调凝效果，另外缓凝水泥在紧急工程时，需要供给到位后，立即进行施工，这需要将运输中的缓凝水泥进行唤醒-即促凝，加快缓凝水泥的凝固。

然而现有的市面上水泥缓凝剂基本上是有机类中的单一成分，若采用常用糖类缓凝剂通常是糖蜜得来，来源广泛，成本低，但是没有针对其有效的促凝剂，若采用葡萄糖酸钠、柠檬酸钠或者酒石酸钠等羟基羧酸盐，缓凝作用机理与糖类缓凝剂类似，较之糖类缓凝剂，其具有极性作用的基团羟基和羧基，其缓凝效果与分子中的两种基团数目具有很大关系，数目越大，其与钙离子的络合能力越强，有其对应有效的促凝剂，羟基羧酸盐虽然缓凝效果好，但是造价高昂，如何调配糖类和羟基羧酸类共同使用的比例，以达到既可以减少成本，又能起到缓凝作用，同时也可以有效对缓凝水泥促凝的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种道路缓凝通用硅酸盐水泥及其制备方法和促凝方法，以解决单一缓凝剂对缓凝水泥作用效果较弱，缺少复合有效的缓凝剂，且缓凝剂无法及时有效去除缓凝作用，导致无法促凝缓凝水泥的的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，各组分及质量百分比为，包括硅酸盐水泥熟料 61％～64％、火山灰质混合材料30％～32％、二水石膏3％～4％、复合缓凝添加剂1.1％～4％。

进一步的技术方案是：各组分及质量百分比为：硅酸盐水泥熟料63％、火山灰质混合材料31.2％、二水石膏3.5％、复合缓凝添加剂2.3％。

进一步的技术方案是：所述复合缓凝添加剂为1％～3.5％的糖类混合物以及0.1％～0.5％的羟基羧酸盐的化合物；其中，

所述糖类化合物为5％～10％纯度的蔗糖、乳糖和葡萄糖中的至少一种；

所述羟基羧酸盐为析纯的葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、酒石酸钠中的至少一种。

一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：

S1、原料准备，将上述的硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、二水石膏、复合缓凝添加剂分罐储存；

S2、原料粉磨，先将S1中的按照一定的质量百分比的硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和二水石膏入同一粉磨设备，粉磨10-20分钟，然后将粉磨设备内冷却降温至55℃以下，加入一定的质量百分比的所述复合缓凝添加剂，继续研磨50-80分钟，且控制粉磨设备内在55℃以下，最后通过选粉设备得到要求细度的水泥微粉，标准为过45微米筛，筛余量为5-8％；

S3、粉磨产品分级，将S2得到的粉磨产品经分级设备闭路选粉机筛选一定粒径范围的产品，经过冷却分级进行入库储存。

进一步的技术方案是：所述S2的粉磨设备经过循环水进行冷却降温。

一种道路缓凝通用硅酸盐水泥的促凝方法，包括以下步骤：

S1、将成品复合硅酸盐水泥和适当的水入水泥搅拌机，水灰比为0.44-0.46，搅拌时间不低于3分钟，得水泥砂浆；

S2、在S1中的水泥砂浆中加入适当的促凝剂，所述促凝剂的质量百分比与所述复合缓凝添加剂中的所述羟基羟酸盐的质量百分比的比值为1:20-40。

进一步的技术方案是：所述促凝剂为析纯的硫酸铝、硝酸钙或强氧化钙中的一种或多种。

进一步的技术方案是：所述复合缓凝添加剂为至少含有葡萄糖酸钠的一种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提出一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，通过在水泥原料粉磨时，添加一定剂量的复合缓凝添加剂，同时调整其它水泥组份的配比，生产出的水泥携带有缓凝性质，便于以后长距离运输的混凝土和大体积混凝土施工，在施工后，节省施工周期，可以采用促凝剂解除复合缓凝添加剂的缓凝性质，促使缓凝水泥快速凝结；另外该复合缓凝添加剂为混合物，既可以降低成本，又可以提高缓凝效果，同时又高效的解除缓凝的促凝剂，提高经济效益和工程施工效率。

2、采用两段式粉磨缓凝水泥原料，且对粉磨设备进行降温，防止粉磨产生的高温对复合缓凝添加剂内的组份产生损坏，影响缓凝效果，提高缓凝水泥的使用性能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

实施例1示出了一个实施例，一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，其特征在于：各组分及质量百分比为，包括硅酸盐水泥熟料61％～64％、火山灰质混合材料30％～32％、二水石膏 3％～4％、复合缓凝添加剂1.1％～4％。

水泥生产用料根据标准主要有硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、石膏以及助磨剂等，按照一定配比将各种主料进行粉磨生产得到普通水泥，普通水泥的初凝时间在240-270min左右，终凝时间在420-450min左右，当实际施工中，道路路基底层工程施工，建筑工程要求对水泥凝结时间要求较为严格，要求水泥终凝时间较正常水泥的凝结时间延长200-300分钟左右，即至少水泥终凝时间达到620-750min以上，即需要在水泥生产中加入一定量的缓凝剂，延长水泥的凝结时间，这种水泥即为缓凝水泥，本申请的缓凝剂为复合缓凝添加剂，在不改变水泥的其他物理化学性质的情况下，可以起到水泥缓凝的目的，节约了生产成本，保证了产品质量。

根据下表中的实验数据，可以推导出复合缓凝添加剂的合适掺入量

表1.1

水泥试样编号	复合缓凝添加剂掺入量％	净浆流动度/mm	初凝时间/min	终凝时间/min
					1	0	-	249	427
2	1.1	78	963	1348
					3	2.0	86	1454	1816
4	2.3	93	2369	2963
					5	3.0	109	1686	2132
6	4.0	112	1156	1420
					7	5.0	83	321	566
8	6.0	67	294	489

在表1.1的数据中，控制实验变量-复合缓凝添加剂掺入量，水泥其他组分根据配方要求和复合缓凝添加剂掺入量适当增减，且水泥其他组分不会缓凝时间起到直接且有效的影响，所以本组实验中，水泥其他组分不作为缓凝时间考察量，且实验基数较大，本组实验值选取较为直观且明显的实验数据进行公布。

实验数据组，水泥试样编号2的缓凝水泥中，硅酸盐水泥熟料62.45％、火山灰质混合材料32.45％、二水石膏4％、复合缓凝添加剂1.1％。缓凝水泥的初凝时间为963min左右，终凝时间为1348min左右，较之普通水泥即水泥试样编号1的实验组中，其初凝时间和终凝时间延长且变化十分明显，具有较好的缓凝作用；

实验数据组，水泥试样编号3的缓凝水泥中，硅酸盐水泥熟料64％、火山灰质混合材料 31％、二水石膏3％、复合缓凝添加剂2％。缓凝水泥的初凝时间为1454min左右，终凝时间为 1816min左右，较之普通水泥即水泥试样编号1与2的实验组中，其初凝时间和终凝时间延长且变化十分明显，具有较好的缓凝作用，且缓凝作用加强；

实验数据组，编号4的缓凝水泥中，硅酸盐水泥熟料63％、火山灰质混合材料31.2％、二水石膏3.5％、复合缓凝添加剂2.3％。缓凝水泥的初凝时间为2369min左右，终凝时间为2963min 左右，较之普通水泥即水泥试样编号1、2、3的实验组中，其初凝时间和终凝时间延长且变化十分明显，具有较好的缓凝作用，且缓凝作用进一步加强；

实验数据组，编号5的缓凝水泥中，硅酸盐水泥熟料61％、火山灰质混合材料32％、二水石膏4％、复合缓凝添加剂3％。缓凝水泥的初凝时间为1686min左右，终凝时间为2132min左右，较之普通水泥即水泥试样编号1的实验组中，其初凝时间和终凝时间延长且变化十分明显，具有较好的缓凝作用，且缓凝作用进一步加强；但与实验组中，编号4的缓凝水泥相比，其初凝时间和终凝时间缩短且变化十分明显，缓凝作用减弱；

实验数据组，编号6的缓凝水泥中，硅酸盐水泥熟料61％、火山灰质混合材料32％、二水石膏3％、复合缓凝添加剂4％。缓凝水泥的初凝时间为1156min左右，终凝时间为1420min左右，较之普通水泥即水泥试样编号1的实验组中，其初凝时间和终凝时间延长且变化十分明显，具有较好的缓凝作用；但与实验组中，编号4的缓凝水泥相比，其初凝时间和终凝时间缩短且变化十分明显，缓凝作用进一步减弱；

实验数据组，编号7的缓凝水泥中，复合缓凝添加剂掺入量为5％，缓凝水泥的初凝时间为321min左右，终凝时间为566min左右，缓凝作用急剧减弱；

实验数据组，编号8的缓凝水泥中，复合缓凝添加剂掺入量为5％，缓凝水泥的初凝时间为294min左右，终凝时间为489min左右，缓凝作用急剧减弱；

根据实验组数据可以推导出硅酸盐水泥熟料63％、火山灰质混合材料31.2％、二水石膏 3.5％、复合缓凝添加剂2.3％。为缓凝作用的高峰值，效果最佳，确认出复合缓凝添加剂的最佳添加比例为2.3％左右，其准确的添加量可能受到水泥原料的粒度、温度，搅拌时间等因为小范围波动。

优选地，所述复合缓凝添加剂为1％～3.5％的糖类混合物以及0.1％～0.5％的羟基羧酸盐的化合物；其中，

考虑糖类化合物内糖分(蔗糖、乳糖和葡萄糖)提纯较为困难和降低经济成本，以及起到有效的缓凝效果，所以选择5％～10％纯度的蔗糖、乳糖和葡萄糖，即糖类化合物中能起到缓凝作用的糖分在1/10000～35/10000之间。

表1.2

水泥试样编号	糖类缓凝剂掺入量％	净浆流动度/mm	初凝时间/min	终凝时间/min
					1	0.00	-	249	427
2	0.50	90	263	597
					3	1.00	105	396	876
4	1.50	113	747	978
					5	2.00	127	1299	2103
6	2.50	80	936	1342
					7	3.00	60	857	1131
8	3.50	10	353	879
					9	4.00	-	279	356
10	4.50	-	153	243

表1.2的实验组中，选取统一的普通水泥砂浆，针对复合缓凝添加剂中的糖类缓凝剂掺入量进行对比实验，实验基数庞大，本组数据选取直观有效的部分数据，根据实验结果和数值规律，可以推导出，但单一的糖类缓凝剂掺入量为2％时，初凝时间为1299min左右，终凝时间为2103min左右，达到高峰值。

表1.3

表1.3的实验组中，选取统一的普通水泥砂浆，针对复合缓凝添加剂中的羟基羧酸盐掺入量进行对比实验，实验基数庞大，本组数据选取直观有效的部分数据，根据实验结果和数值规律，可以推导出，但单一的羟基羧酸盐掺入量为0.3％时，初凝时间为3605min左右，终凝时间为4170min左右，达到高峰值。

综合上述实验表现，羟基羧酸盐所起到的缓凝效果比较优秀，但考虑羟基羧酸盐的生产成本和来源问题，以及糖类缓凝剂的经济廉价和来源广泛，去除羟基羧酸盐和糖类缓凝剂缓凝效果较好其他峰值，将两者组合按照一定的比例，搭配成2.3％复合缓凝添加剂。

表1.4

羟基羧酸盐	饱和吸附时间	水泥颗粒吸附量	水泥颗粒吸附率
				柠檬酸钠	80min	0.13mg/g	46％
酒石酸钠	2min	0.24mg/g	77％
				葡萄糖酸钠	5min	0.33mg/g	78％

根本表1.4的数据中，柠檬酸钠、酒石酸钠通过吸附和络合作用明显延缓水泥水化进程，水，具有较好的缓凝效果，其中具有多个羟基的葡萄糖酸钠和双羧基的酒石酸钠缓凝效果较好，最明显得出葡萄糖酸钠的水泥颗粒的吸附量和水泥颗粒的吸附率优异与柠檬酸钠和酒石酸钠，葡萄糖酸钠缓凝作用最强。

表1.5

根据表1.5中的实验数据中，可以直接得出03％的葡萄糖酸钠掺入量的缓凝效果最为明显，但考虑经济效益和具体使用效果，柠檬酸钠、酒石酸钠和葡萄糖酸钠可以单独配合糖类缓凝剂使用，也可以多种以及适量搭配糖类缓凝剂使用。

实施例2：

在上述实施1的基础上，实施例2示出了一个实施例，一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：

优选地，所述S2的粉磨设备经过循环水进行冷却降温。

将硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、二水石膏、复合缓凝添加剂分罐储存，通过计量输送设备至粉磨机，其中，硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和二水石膏入同一粉磨设备，粉磨10-20分钟，为粗磨阶段，此时粉磨设备温度较高需要降温，具体可以通过外循环水进行冷却降温，控制粉磨设备内在55℃以下，在投入复合缓凝添加剂，继续进行粉磨，通过分级筛分储存，标准为过45微米筛，筛余量为5-8％。

实施例3：

在上述实施的基础上，实施例3示出了一个实施例，一种道路缓凝通用硅酸盐水泥的促凝方法，包括以下步骤：

优选地，所述促凝剂为析纯的硫酸铝、硝酸钙或强氧化钙中的一种或多种。所述复合缓凝添加剂为至少含有葡萄糖酸钠的一种或多种。

表3.1

缓凝剂	促凝剂	掺入量	水泥初凝时间	水泥终凝时间
					葡萄糖酸钠掺入量0.1％	氢氧化钠	2％	9h5min	11h10min
葡萄糖酸钠掺入量0.1％	氢氧化钠	4％	7h15min	8h5min
					葡萄糖酸钠掺入量0.1％	硫酸铝	2％	3h9min	4h40min
葡萄糖酸钠掺入量0.1％	硫酸铝	4％	1h5min	1h20min
					葡萄糖酸钠掺入量0.1％	硝酸钙	2％	3h57min	5h11min
葡萄糖酸钠掺入量0.1％	硝酸钙	4％	1h15min	1h35min

表3.1的实验组中，针对缓凝效果最好的葡萄糖酸钠，进行解除缓凝效果的促凝实验，实验基数过大，选取部分直观有效的部分数据，实验标准，普通水泥砂浆添加0.1％葡萄糖酸钠时，促凝效果较为明显的是掺入量为2％-4％的氢氧化钠、硫酸铝和硝酸钙，根据实验数据表明同一掺入量的情况下，硫酸铝对葡萄糖酸钠的作用最强，即促凝效果最好，且促凝剂与羟基羟酸盐重量比掺入比为：1:20-40。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims

1.一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，其特征在于：各组分及质量百分比为，括硅酸盐水泥熟料61％～64％、火山灰质混合材料30％～32％、二水石膏3％～4％、复合缓凝添加剂1.1％～4％。

2.根据权利要求1所述的一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，其特征在于，各组分及质量百分比为：硅酸盐水泥熟料63％、火山灰质混合材料31.2％、二水石膏3.5％、复合缓凝添加剂2.3％。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥，其特征在于，所述复合缓凝添加剂为1％～3.5％的糖类混合物以及0.1％～0.5％的羟基羧酸盐的化合物；其中，

4.一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种道路缓凝通用复合硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于：所述S2的粉磨设备经过循环水进行冷却降温。

6.一种道路缓凝通用硅酸盐水泥的促凝方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种道路缓凝通用硅酸盐水泥的促凝方法，其特征在于：所述促凝剂为析纯的硫酸铝、硝酸钙或强氧化钙中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的一种道路缓凝通用硅酸盐水泥的促凝方法，其特征在于：所述复合缓凝添加剂为至少含有葡萄糖酸钠的一种或多种。