CN114213041A - 一种高矿渣粉掺量低热水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水泥领域，特别涉及一种高矿渣粉掺量低热水泥及其制备方法。本发明所述低热水泥中矿渣粉掺量达55‑65％。其高矿渣粉掺量低热水泥采用中水化热熟料与矿渣粉两种配合的方法，有效降低熟料中水化热同时满足水泥后期强度，优化混凝土使用性能，满足客户需求。所述水泥具体配料的各组分以质量分数计包括以下组分：熟料：30.5‑35.5％，矿渣粉：55.0‑65.0％，石灰石：1.0‑5.0％，二水石膏：3.0‑4.0％。本发明制备得到的水泥既降低了水泥水化热，又保障了水泥后期强度；物理性能优于同类型水泥，因此能满足更多特殊施工环境、特殊工程要求，能够有效的保证混凝土后期质量，开拓更广的市场，满足客户需求；同时其制备方法与原料符合绿色环保的需求。
Description
技术领域
本发明属于水泥领域，特别涉及高矿渣粉掺量低热水泥及其制备方法。
背景技术
由于大坝、道路等特定环境下施工过程工艺时间较长，对水泥性能提出很高的要求。水泥在施工时在春夏季节，气温高，水分蒸发迅速，水泥水化热高、速度快，混凝土很快失去流动性，给施工带来困难也影响基层施工质量，还会因温差作用产生早期裂缝，影响混凝土耐久性等，所以为避免上述情况发生，要求所使用混凝土有较低的水化热、良好的施工适应性、较好的后期强度，故改进水泥性能尤为重要。
目前市场上生产的普通硅酸盐水泥水化热偏高，3天、7天、28天分别在260J/g、300J/g、330J/g以上，由于放热速度快、激发的早期强度高，不适用于大体积混凝土、道路等工程。为此需通过水泥熟料配方的调整来降低水化热，满足施工要求，同时水泥生产时需保证水泥后期强度，从而满足在特定工程方面混凝土性能要求。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题，提供高矿渣粉掺量低热水泥及其制备方法，所述低热水泥中矿渣粉掺量达55-65％。其高矿渣粉掺量低热水泥采用中水化热熟料与矿渣粉两种配合的方法，有效降低水泥水化热，同时满足水泥后期强度，优化混凝土使用性能，满足客户需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高矿渣粉掺量低热水泥，所述水泥采用中水化热的熟料与高掺量矿渣粉进行配料，具体配料的各组分以质量分数计包括以下组分：
优选的，所述中水化热的熟料的水化热要求符合：3天水化热值(J/g)250-300，7天水化热值(J/g)300-350，28天水化热值(J/g)380-440。
优选的，所述的使用水泥粉磨生产时的中水化热的熟料以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述中水化热的熟料的矿物组成及对应的熟料率值包括以下成分：
优选的，所述中水化热的熟料的生料原料以质量分数计包括以下组分：
石灰石： 89.0-95.0％，
粘土： 2.0-6.0％，
有色金属灰渣： 2.0-5.0％。
更优选的，所述中低水化热的熟料的生料原料以质量分数计包括以下组分：
石灰石： 90.0-93.0％，
粘土： 2.5-5.0％，
有色金属灰渣： 3.0-4.5％。
优选的，所述石灰石以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述粘土为硅质校正材料，所述粘土以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述有色金属灰渣为铁质校正材料，有色金属以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述的生料原料混合后得到的混合生料以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述的生产水泥时水泥配料使用的矿渣粉性能要求包括以下指标：
其它指标符合GBT 18046-2017标准要求。
优选的，所述的使用水泥粉磨生产时的水泥配料中的石灰石以质量分数计包括以下指标：
水泥胶砂28天强度比试验≥65％，
外观要求无其它黏土等杂质。
优选的，所述的使用水泥粉磨生产时水泥配料的二水石膏指标以质量分数计包括以下指标：
SO3：35.0-41.0％，
结晶水：14.0-17.0％，
外观要求无其它黏土等杂质。
本发明中通过新配方，能够降低熟料中的水化热，通过调整原料生料配方，使熟料中矿物组成含量变化，中热熟料质量控制指标值：C3S：48-54％、C3A：4.3-5.8％、f-CaO≤1.0％，降低C3S、C3A，从而得到中水化热值的熟料；同时其与高掺量矿渣粉配比后生产的水泥可以弥补低热水泥在强度方面的不足，满足更多用户需求。
本发明的另一目的，是提供一种上述高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、粘土分别进行破碎，其粒度要求30mm以下的物料不少于85％，石灰石、粘土破碎后分别输送到各自均化库进行贮存与均化；
(2)生料配料：将石灰石、粘土、有色金属灰渣按上述原料质量分数(即质量百分比)的各组分组成进行配料；
(3)生料制备：将步骤(2)配好的混合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18％得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；
(4)煤粉制备：将烟煤粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12％得到煤粉，送入相应煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时向分解炉以及回转窑分别喷入煤粉参与煅烧，分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1250-1350℃；
(6)熟料冷却：回转窑内熟料出回转窑后进行冷却，冷却后熟料温度在90-150℃，经过破碎后输送到熟料贮库；
(7)水泥配制粉磨：使用上述熟料，与矿渣粉、石灰石、二水石膏按上述水泥配料原料及质量分数进行配料；
(8)水泥粉磨：将步骤(7)配好的混合料粉磨至0.045mm方孔筛筛余小于10％，(或比表面积大于300m2/kg)得到目标水泥粉。
优选的，所述步骤(5)中煤粉的总投料量以生料质量计为8.0-13.0％，更优选的，煤的总投料量以生料质量计为9.0-11.0％。
优选的，所述步骤(5)中煤粉以质量分数计包括以下成分：
优选的，所述步骤(4)的烟煤质量要求如下：
空气干燥基水份Mad： 1.0-2.5％，
空气干燥基灰分Aad： 18.0-34.5％，
空气干燥基挥发分Vad： 22.0-31.0％，
空气干燥煤低位发热量Qnet.ad：21000-25000kJ/kg。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、与生产普通低热水泥相比，对熟料质量指标特别是水化热的要求更低，熟料生产组织更加简单，生产更加方便。
(2)生产的中水化热熟料与高比例掺量矿渣粉配比生产，优势互补，可以充分利用当地价格低廉的矿渣资源磨制矿渣粉，既降低水泥生产成本，同时又降低了水泥水化热，还提高了水泥后期强度；
(3)高矿渣粉掺量低热水泥的物理性能优于同类型水泥，因此能满足更多特殊施工环境、特殊工程要求，能够有效的保证混凝土质量，开拓更广的市场，满足客户需求。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明，需要知道的是，本发明所述的实施例仅为部分实施例，且各个组分的含量具有一定浮动的可能性，在浮动为常见的浮动范围内时，均能够实行本发明的技术方案并得到本发明的技术效果。
本发明提供一种高矿渣粉掺量低热水泥，所述水泥采用中水化热的熟料与高掺量矿渣粉进行配料，具体配料的各组分以质量分数计包括以下组分：
熟料： 30.5-35.5％，
矿渣粉： 55.0-65.0％，
石灰石： 1.0-5.0％，
二水石膏： 3.0-4.0％。
本发明中，所述中水化热的熟料的水化热要求符合：3天水化热值(J/g)250-300，7天水化热值(J/g)300-350，28天水化热值(J/g)380-440。
本发明中，所述的使用水泥粉磨生产时的中水化热的熟料以质量分数计包括以下成分：
本发明中，所述中水化热的熟料的矿物组成及对应的熟料率值包括以下成分：
本发明中，所述中水化热的熟料的生料原料以质量分数计包括以下组分：
石灰石： 89.0-95.0％，
粘土： 2.0-6.0％，
有色金属灰渣： 2.0-5.0％。
更进一步，所述中低水化热的熟料的生料原料以质量分数计包括以下组分：
石灰石： 90.0-93.0％，
粘土： 2.5-5.0％，
有色金属灰渣： 3.0-4.5％。
本发明中，所述石灰石以质量分数计包括以下成分：
本发明中，所述粘土为硅质校正材料，所述粘土以质量分数计包括以下成分：
本发明中，所述有色金属灰渣为铁质校正材料，有色金属以质量分数计包括以下成分：
本发明中，所述的生料原料混合后得到的混合生料以质量分数计包括以下成分：
本发明中，所述的生产水泥时水泥配料使用的矿渣粉性能要求包括以下指标：
其它指标符合GBT 18046-2017标准要求。
本发明中，所述的使用水泥粉磨生产时的水泥配料中的石灰石以质量分数计包括以下指标：
水泥胶砂28天强度比试验≥65％，
外观要求无其它黏土等杂质。
本发明中，所述的使用水泥粉磨生产时水泥配料的二水石膏指标以质量分数计包括以下指标：
SO3： 35.0-41.0％，
结晶水： 14.0-17.0％，
外观要求无其它黏土等杂质。
本发明中通过新配方，能够降低熟料中的水化热，通过调整原料生料配方，使熟料中矿物组成含量变化，中热熟料质量控制指标值：C3S：48-54％、C3A：4.3-5.8％、f-CaO≤1.0％，降低C3S、C3A，从而得到中水化热值的熟料；同时其与高掺量矿渣粉配比后生产的水泥可以弥补低热水泥在强度方面的不足，满足更多用户需求。
本发明还提供了一种上述高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、粘土用破碎机分别进行破碎，其粒度要求30mm以下的物料不少于85％，石灰石、粘土破碎后通过输送设备分别输送到各自均化库进行贮存与均化；进一步，所述输送设备为常规设备，如皮带输送机；
(2)生料配料：将石灰石、粘土、有色金属灰渣通过计量设备按上述原料质量分数(即质量百分比)的各组分组成进行配料；进一步，石灰石：89.0-95.0％，粘土：2.0-6.0％，有色金属灰渣：2.0-5.0％；更进一步，石灰石：90.0-93.0％，粘土：2.5-5.0％，有色金属灰渣：3.0-4.5％；所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(3)生料制备：将步骤(2)配好的混合料通过输送设备送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18％得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；进一步，所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述生料磨为常规生料磨，如管磨、立磨或辊压机等；
(4)煤粉制备：将烟煤通过输送设备送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12％得到煤粉，送入相应二只煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧；进一步，所述输送设备为常规输送设备，如罗茨风机，所述煤磨为常规煤磨，如管磨、立磨等；
进一步，所述步骤(4)的烟煤质量要求如下：
空气干燥基水份Mad：1.0-2.5％，
空气干燥基灰分Aad：18.0-34.5％，
空气干燥基挥发分Vad：22.0-31.0％，
空气干燥煤低位发热量Qnet.ad：21000-25000kJ/kg；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料通过计量称、输送设备将其输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时在分解炉以及回转窑的窑头分别喷入烟煤经过煤磨粉磨后的煤粉参与煅烧，分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1250-1350℃；进一步，所述计量称为常规计量称，如冲板流量称、转子称等；
进一步，所述步骤(5)中煤的总投料量以生料质量计为8-13％，更进一步，煤粉的总投料量以生料质量计为9-11％；
进一步，所述步骤(5)中煤粉以质量分数计包括以下成分：
(6)熟料冷却：回转窑内熟料出回转窑后进入篦冷机进行冷却，冷却后熟料温度在90-150℃，冷却熟料出篦冷机后经过破碎后输送到熟料贮库；
(7)水泥配制粉磨：使用上述熟料，与矿渣粉、石灰石、二水石膏通过计量设备按上述原料质量分数(即质量百分比)的各组分组成进行配料；进一步，水泥配料为：
进一步，所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(8)水泥粉磨：将步骤(7)配好的混合料通过输送设备送入水泥磨进行粉磨，粉磨至0.045mm方孔筛筛余小于10％，(或比表面积大于300m2/kg)得到水泥粉，送入水泥库进行贮存与均化；进一步，所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述水泥磨为常规水泥磨，如管磨或辊压机等。
实施例1
一种高矿渣粉掺量低热水泥，采用中水化热的熟料与高掺量矿渣粉进行配料，其中，熟料相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石： 91.7％，
粘土： 4.7％，
有色金属灰渣： 3.6％，
各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出：
所述熟料的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出，其中，煤掺入量为生料质量的9.54％：
所述熟料质量控制指标值为：C3S48-54％、C3A4.3-5.8％、f-CaO≤1.0，降低C3S、C3A，保证水化热值熟料质量满足水泥生产要求。所述熟料物理性能质量情况如下：
一种高矿渣粉掺量低热水泥，其相应的水泥配比由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
上述高矿粉掺量低热水泥的制备方法包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、粘土用破碎机分别进行破碎，其粒度要求30mm以下的物料不少于85％，石灰石、粘土破碎后通过输送设备分别输送到各自均化库进行贮存与均化；所述输送设备为常规设备，如皮带输送机；
(2)生料配料：将石灰石、粘土、有色金属灰渣通过计量设备按上述质量百分比进行配料；所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(3)生料制备：将第二步配好的混合料通过输送设备送入生料磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于18％得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述生料磨为常规生料磨，如管磨、立磨或辊压机等；
(4)煤粉制备：烟煤通过输送设备送入煤磨进行粉磨，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于12％得到煤粉，送入二只煤粉仓，供回转窑内煅烧与分解炉燃烧，所述输送设备为常规输送设备，如罗茨风机，所述煤磨为常规煤磨，如管磨、立磨等；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料通过计量称、输送设备将其输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时在分解炉以及回转窑的窑头分别喷入煤粉参与煅烧，煤粉掺入量为生料质量的9.54％，分解炉内分解温度为880℃，回转窑内烧成温度为1300℃；所述计量称为常规计量称，如冲板流量称、转子称等；
(6)熟料冷却：窑内熟料出回转窑后进入篦冷机进行冷却，冷却后熟料温度在120℃，冷却熟料出篦冷机后经过破碎后输送到熟料贮库。
(7)水泥配料：将中热熟料、矿渣粉、石灰石和二水石膏等通过计量设备按上述质量百分比进行配料；所述计量设备为常规设备，如电子皮带秤；
(8)水泥粉磨：将步骤(7)配好的混合料通过输送设备送入水泥磨进行粉磨，粉磨至0.045mm方孔筛筛余小于10％，(或比表面积大于300㎡/㎏)得到目标水泥粉，送入水泥库进行贮存与均化；所述输送设备为常规输送设备，如皮带输送机，所述水泥磨为常规水泥磨，如管磨或辊压机等。
所得到的水泥的具体质量情况如下：
本实施例得到的水泥产品按照GB/T176-2017《水泥化学分析方法》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》、GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》、GB/T 200-2017《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥》检测方法进行检测，其结果与现在市场上的普通水泥相比：
本实施例水化热第3天、第7天和第28天分别为173J/g、191J/g、245J/g，其第7天和第28天的水泥抗压强度分别为21.8MPa和56.6MPa，第90天水泥抗压强度为70.6MPa。与常规水泥对比，水化热下降明显，后期强度高于常规水泥；与普遍低热水泥相比，水化热值更低、特别是28天、90天强度更高；证明本实施例中高矿渣粉掺量低热水泥起到较为明显质量优势，可以用于较广泛的特殊领域，满足客户对水泥的特殊需求。
实施例2
一种高矿渣粉掺量低热水泥，采用中水化热的熟料与高掺量矿渣粉进行配料，其中，熟料相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石： 91.5％，
粘土： 4.8％，
有色金属灰渣： 3.7％，
各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出：
所述熟料的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出，其中，煤掺入量为生料质量的9.54％：
所述熟料质量控制指标值为：C3S48-54％、C3A4.3-5.8％、f-CaO≤1.0，降低C3S、C3A，保证水化热值熟料质量满足水泥生产要求。所述水泥用熟料物理性能质量情况如下：
一种高矿渣粉掺量低热水泥，其相应的水泥配比由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
所得到的水泥的具体质量情况如下：
上述高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法基于实施例1的基础上进行部分条件的修改，修改内容为：熟料成分基本接近，水泥粉磨部分熟料耗用增加1.5％，矿渣粉下降2.0％，石灰石增加0.5％，其水化热第3天、第7天和第28天分别为183J/g、203J/g、248J/g。
实施例3
一种高矿渣粉掺量低热水泥，采用中水化热的熟料与高掺量矿渣粉进行配料，其中，熟料相应的生料由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
石灰石： 91.2％，
粘土： 4.8％，
有色金属灰渣： 4.0％，
各组分的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出：
所述熟料的具体质量情况如下(以质量百分比计)，部分微量组分未列出，其中，煤掺入量为生料质量的9.53％：
所述熟料质量控制指标值为：C3S48-54％、C3A4.3-5.8％、f-CaO≤1.0，降低C3S、C3A，保证水化热值熟料质量满足水泥生产要求。所述水泥用熟料物理性能质量情况如下：
一种高矿渣粉掺量低热水泥，其相应的水泥配比由下列质量分数(即质量百分比)的各组分组成：
所得到的水泥的具体质量情况如下：
上述高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法基于实施例1的基础上进行部分条件的修改，修改内容为：熟料成分基本接近，水泥粉磨部分熟料耗用增加2.0％，矿渣粉下降3.0％，石灰石增加1.0％，其水化热3天、7天和28天分别为186J/g、208J/g、252J/g。
不同熟料耗矿渣粉掺入比例汇总
由上述表中数据得知，本发明实施例得到的水泥与常规水泥相比，其水化热值低，并且具有较好的后期强度，同时随着熟料配比的增加，矿渣粉比例的下降，早期强度略有提高，后期强度略有下降，水化热值略有上升，与常规低热水泥相比，水化热值更低、强度特别是28天、90天高出明显，质量更为优异。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述水泥采用中水化热的熟料与矿渣粉进行配料，具体配料的各组分以质量分数计包括以下组分：
2.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述熟料以质量分数计包括以下成分：
3.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述熟料的矿物组成及对应的熟料率值包括以下成分：
4.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述熟料的生料原料以质量分数计包括以下组分：
石灰石： 89.0-95.0％，
粘土： 2.0-6.0％，
有色金属灰渣： 2.0-5.0％。
5.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述的水泥配料的矿渣粉包括以下指标：
6.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述的水泥配料的石灰石以质量分数计包括以下成分：
7.根据权利要求1所述一种高矿渣粉掺量低热水泥，其特征在于，所述的水泥配料的二水石膏包括以下指标：
SO3： 35.0-41.0％，
结晶水： 14.0-17.0％。
8.一种权利要求1-7任意一种高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料破碎：将大块的石灰石、粘土分别进行破碎后分别输送到各自均化库进行贮存与均化；
(2)生料配料：将石灰石、粘土、有色金属灰渣按生料质量分数的配料比进行配料；
(3)生料制备：将步骤(2)配好的混合料粉磨得到生料粉，送入生料库进行贮存与均化；
(4)煤粉制备：将烟煤粉磨得到煤粉，送入相应煤粉仓；
(5)熟料煅烧：将生料库内生料输送到预热器、分解炉、回转窑进行煅烧过程，同时向分解炉以及回转窑分别喷入煤粉参与煅烧；
(6)熟料冷却：回转窑内熟料出回转窑后进行冷却，经过破碎后输送到熟料贮库；
(7)水泥配制粉磨：使用步骤(6)熟料，与矿渣粉、石灰石、二水石膏按水泥配料原料及质量分数进行配料；
(8)水泥粉磨：将步骤(7)配好的混合料粉磨后得到目标水泥粉。
9.根据权利要求8所述种高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中煤粉的总投料量以生料质量计为8.0-13.0％。
10.根据权利要求8所述种高矿渣粉掺量低热水泥的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中分解炉内分解温度为870-890℃，回转窑内烧成温度为1250-1350℃。
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