CN115286267A - 一种低碱高强水泥熟料及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及建筑材料的技术领域，具体公开了一种低碱高强水泥熟料及其加工工艺。一种低碱高强水泥熟料，以原料的总重量计，其包括以下重量百分比的组分：石灰石80‑85%、粉煤灰2‑5%、铜渣2‑4%、磷渣2‑4%、蒙脱石2‑3%、硅石4‑7%；低碱高强水泥熟料的加工工艺依次包括：生料研磨、均化、煅烧、冷却；=煅烧温度为1300‑1350℃。本申请生产的水泥熟料的碱含量低于0.5，且水泥熟料的3d抗压强度可以达到28.7‑36.9Mpa，28d抗压强度可以达到56.9‑66.4Mpa，达到了在降低碱含量的同时提高强度的效果，可以满足更高的施工要求。
Description
技术领域
本申请涉及建筑材料的技术领域，更具体地说，它涉及一种低碱高强水泥熟料及其加工工艺。
背景技术
水泥熟料以石灰石和粘土、铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。被广泛应用于建筑行业。
水泥熟料中碱含量过高会引起碱集料反应，碱集料反应是指水泥中的碱性氧化物含量较高时，会与骨料中所含的二氧化硅发生化学反应，并在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后会产生较大的体积膨胀，导致混凝土胀裂，使得建筑物损坏，因此低碱水泥应运而生。
一般通过控制水泥水泥熟料的碱含量来生产低碱水泥，申请人发现，现有的低碱水泥熟料一般强度较低，难以满足大型工程的质量要求。
发明内容
为了提高水泥熟料的强度，本申请提供一种低碱高强水泥熟料及其加工工艺。
第一方面，本申请提供一种低碱高强水泥熟料，采用如下的技术方案：
一种低碱高强水泥熟料，以原料的总重量计，其包括以下重量百分比的组分：石灰石80-85％、粉煤灰2-5％、铜渣2-4％、磷渣2-4％、蒙脱石2-3％、硅石4-7％。
通过采用上述技术方案，原料中不含碱含量高的页岩、黏土等成分，有效控制水泥熟料中的碱含量。
在水泥熟料烧成过程中，钢渣可以同时作石灰质及铁质原料，水泥煅烧最主要的阶段是C2S和CaO熔于高温液相并通过离子反应形成C3S的过程，掺加钢渣，钢渣中的C3S晶体可以消除从熔体中析出临界晶核的成核阶段，从外加C3S晶种表面直接长大发育成良好的A矿，加速固相反应和晶核成长，提高晶体形成速度，同时采用钢渣配料，生料中Fe2O3含量高，液相出现温度低，粘度低，有利于C2S吸收f-CaO形成C3S和熟料中其他硅酸盐矿物的形成，缩短熟料的形成时间，提高熟料强度。钢渣中活性CaO组分可以相对减少CaCO3分解所需能量，降低熟料热耗，减少配煤量，节约能源，同时减少了CO2排放，降低环境负荷，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益；钢渣作为原材料进行配料，石灰饱和系数提高，硅氧率和铝氧率降低，显著改善易烧性，钢渣与蒙脱石协同降低水泥熟料的烧成温度，有利于提高水泥熟料强度；粉煤灰有着较高的水化活性，钢渣与粉煤灰协同提高水泥熟料的强度。另外，钢渣与磷渣协同对f-CaO有较强的吸收作用，也有利于降低水泥熟料的碱度。
优选的，所述低碱高强水泥熟料组分中还包括硫酸渣2-4％。
通过采用上述技术方案，硫酸渣中含有部分的三氧化硫，除了作为铁质矫正原料以外，还在低碱水泥生产中作为硫校正原料使用，同时与钢渣以及磷渣相互协同，降低煅烧温度，提高水泥熟料强度。
优选的，所述低碱高强水泥熟料组分中还包括硫型矿化剂0.2-0.4％。
通过采用上述技术方案，掺加矿化剂后生成中间过渡相的反应为放热的固相反应，而碳酸盐分解为吸热反应，固相反应可能会加快碳酸盐分解的传热过程，从而促使碳酸盐分解加速，有利于提高水泥熟料强度。
第二方面，本申请提供一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，采用如下的技术方案：一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，依次包括以下步骤：生料研磨、均化、煅烧、冷却；所述煅烧温度为1300-1350℃。
通过采用上述技术方案，生料均化使得各原料充分混合，提高进行煅烧前的生料的稳定性，有利于提高水泥熟料的质量，在本申请的原料配比下，煅烧温度可以低至1300℃，在较低的煅烧温度下得到较高强度的水泥熟料，提高水泥熟料生产的经济效益。
优选的，其还包括预热，预热设置在均化与煅烧之间，预热温度为800-850℃。
优选的，其还包括分解处理，分解处理设置在预热与煅烧之间，分解处理温度为900-1000℃。
通过采用上述技术方案，采用分段升温的方式对生料进行加热、煅烧，预热过程对生料进行初步加热，使得生料缓慢受热；分解处理阶段，碳酸钙进行分解，产生活性CaO，然后在高温煅烧段。使得生料逐步进行受热，使得生料中各原料的热反应逐步进行，有利于提高水泥熟料强度。
优选的，所述冷却步骤为：煅烧结束后，随炉冷却至1200-1250℃，然后进行急速冷却，急速冷速度为300-400℃/min。
通过采用上述技术方案，采用急速冷却的方式避免了C3S的转晶反应，保留较多的C3S，同时使得C3S衍射峰表现出峰高且峰型尖锐较狭窄，提高水泥熟料的致密性，有利于提高水泥熟料的强度。
优选的，所述预热处理过程中升温速率为10-12℃/min。
优选的，所述分解处理过程中升温速率为8-10℃/min，分解后保温5-10min。
优选的，所述煅烧过程中升温速率为5-6℃/min，煅烧后保温5-10min。
通过采用上述技术方案，控制各阶段的升温速率，温度越高，升温速率越慢，保证生料受热均匀，从而保证各原料的热反应充分进行。分解处理中升温到指定温度后，进行保温，可以保证碳酸钙的充分分解，体系中获得更多的活性CaO，以此来加速高温段固相反应的发生；煅烧过程中升温到指定温度后，进行保温，可以保证C2S在高温液相下能与CaO充分进行溶解、扩散，来促进C3S有足够时间完成晶体成核、生长和发育，并且保障液相反应的完成，有利于提高水泥熟料的强度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用石灰石、粉煤灰、铜渣、磷渣、蒙脱石、硅石以特定比例配合生产水泥熟料，生产的水泥熟料的碱含量低于0.5，且水泥熟料的3d抗压强度可以达到28.7-36.9Mpa，28d抗压强度可以达到56.9-66.4Mpa。
2、本申请中优选采用硫酸渣与磷渣协同配合，水泥熟料的3d抗压强度可以达到30.2-36.9Mpa，28d抗压强度可以达到58.3-66.4Mpa，进一步提高了水泥熟料的抗压强度。
3、本申请的加工工艺，采用分段升温与急速冷却相结合的方式，水泥熟料的3d抗压强度可以达到35.8-36.9Mpa，28d抗压强度可以达到65.2-66.4Mpa，进一步提高了水泥熟料的抗压强度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
原料
本申请实施例的原料均可以通过市售获得：
石灰石的化学成分组成为：Loss含量41.99wt％、二氧化硅含量4.74wt％、三氧化二铝含量1.77wt％、三氧化二铁含量0.59wt％、氧化钙含量为50.49wt％、氧化镁含量为0.57wt％、氧化钾含量为0.34wt％、氧化钠含量为0.12wt％、碱含量为0.34wt％；
粉煤灰化学成分组成为：Loss含量21.84wt％、二氧化硅含量37.95wt％、三氧化二铝含量25.77wt％、三氧化二铁含量5.21wt％、氧化钙含量4.50wt％、氧化镁含量0.61wt％、氧化钾含量0.62wt％、氧化钠含量0.18wt％、碱含量为0.59wt％；
铜渣化学成分组成为：Loss含量-3.28wt％、二氧化硅含量26.68wt％、三氧化二铝含量6.26wt％、三氧化二铁含量54.38wt％、氧化钙含量4.75wt％、氧化镁含量4.34wt％、氧化钾含量0.81wt％、氧化钠含量0.63wt％、碱含量为1.16wt％；
磷渣化学成分组成为：Loss含量0.02wt％、二氧化硅含量23.05wt％、三氧化二铝含量5.52wt％、三氧化二铁含量3.56wt％、氧化钙含量64.01wt％、氧化镁含量2.20wt％、五氧化二磷含量0.33wt％；
硅石化学成分组成为：Loss含量0.95wt％、二氧化硅含量91.97wt％、三氧化二铝含量1.72wt％、三氧化二铁含量0.80wt％、氧化钙含量2.53wt％、氧化镁含量0.81wt％、氧化钾含量0.09wt％、氧化钠含量0.11wt％、碱含量为0.17wt％；
硫酸渣化学成分组成为：Loss含量2.0wt％、二氧化硅含量5.85wt％、三氧化二铝含量7.23wt％、三氧化二铁含量66.03wt％、氧化钙含量3.85wt％、氧化镁含量1.25wt％、三氧化硫4.25wt％。
实施例
实施例1
一种低碱高强水泥熟料，其加工工艺为：
S1.生料研磨
按照表1中的原料配比配制生料，对生料进行研磨，研磨后的生料粒径：细度80μm方孔筛筛余控制在17％，20μm方孔筛筛余控制在0.5％；
S2.均化
研磨后的生料进行均化处理；
S3.煅烧
将均化后的生料送去1300℃窑中进行煅烧，煅烧30min；
S4.冷却
S3煅烧结束后，随炉冷却，得到水泥熟料。
表1实施例1-9原料配比表(kg)
实施例10
与实施例8不同的是，实施例10中的原料配比同实施例8，加工工艺为：
S1.生料研磨
按照表1中实施例8的原料配比配制生料，对生料进行研磨，研磨后的生料粒径：细度80μm方孔筛筛余控制在17％，20μm方孔筛筛余控制在0.5％；
S2.均化
研磨后的生料进行均化处理；
S3.预热
将均化后的生料送入窑内，预热段以10℃/min的升温速率升至800℃；
S4.煅烧
窑内继续以5℃/min的升温速率升至1350℃，进行煅烧，煅烧30min；
S5.冷却
S4煅烧结束后，随炉冷却，得到水泥熟料。
实施例11
与实施例10不同的是，实施例11中S3预热的升温速率为15℃/min。
实施例12
与实施例10不同的是，实施例12中的原料配比同实施例10，加工工艺为：
S1.生料研磨
按照表1中实施例8的原料配比配制生料，对生料进行研磨，研磨后的生料粒径：细度80μm方孔筛筛余控制在17％，20μm方孔筛筛余控制在0.5％；
S2.均化
研磨后的生料进行均化处理；
S3.预热
将均化后的生料送入窑内，预热段以12℃/min的升温速率升至850℃；
S4.分解处理
窑内继续以8℃/min的升温速率升至900℃，进行分解处理，分解时间20min；
S5.煅烧
窑内继续以6℃/min的升温速率升至1350℃，进行煅烧，煅烧30min；
S6.冷却
S5煅烧结束后，随炉冷却，得到水泥熟料。
实施例13
与实施例12不同的是，实施例13中S4分解处理的升温速率为12℃/min。
实施例14
与实施例12不同的是，实施例14中S5煅烧的升温速率为8℃/min。
实施例15
与实施例12不同的是，实施例15中S4分解处理的升温速率为10℃/min，升温至1000℃后，分解20min，然后保温10min。
实施例16
与实施例15不同的是，实施例16中S4分解处理的升温速率为10℃/min，升温至1000℃后，分解20min，然后保温5min；S5中煅烧结束后保温5min。
实施例17
与实施例16不同的是，实施例17S5中煅烧结束后保温10min。
实施例18
与实施例16不同的是，实施例17S5中煅烧结束后保温15min。
实施例19
与实施例17不同的是，实施例19中S6冷却：煅烧结束后，随炉冷却至1250℃，然后以400℃/min的冷却速度进行急速冷却，得到水泥熟料。
实施例20
与实施例17不同的是，实施例20中S6冷却：煅烧结束后，随炉冷却至1200℃，然后以300℃/min的冷却速度进行急速冷却，得到水泥熟料。
实施例21
与实施例17不同的是，实施例20中S6冷却：煅烧结束后以300℃/min的冷却速度进行急速冷却，得到水泥熟料。
对比例
对比例1
与实施例1不同的是，对比例1中不包括磷渣。
对比例2
与实施例1不同的是，对比例1中不包括蒙脱石。
性能检测试验
检测方法
按照《硅酸盐水泥熟料》GB/T 21372-2008对实施例1-21以及对比例1-2中的水泥熟料的碱含量以及抗压强度进行检测，检测结果见表2。
表2性能检测结果
结合实施例1-21和对比例1-2，并结合表2可以看出，实施例1-21与对比例1-2中的水泥熟料均满足碱含量低于0.6的要求，但是实施例1-21中制得的水泥熟料3d以及18d抗压强度均高于对比例1-2中制得的水泥熟料，这说明本申请水泥熟料的配方得到的水泥熟料不仅可以达到低碱的要求，还有较高的抗压强度，可以满足更高的施工要求。
结合实施例1与对比例1-2，并结合表2可以看出，对比例1中的原料不含磷渣，对比例2的原料中不含蒙脱石，则对比例1-2中制得的水泥熟料的抗压强度明显低于实施例1，这可能是因为在水泥熟料烧成过程中，钢渣与磷渣协同对f-CaO有较强的吸收作用，缩短熟料的形成时间，钢渣与蒙脱石协同降低水泥熟料的烧成温度，同时在粉煤灰的辅助作用下，提高了水泥熟料耳朵抗压强度，这说明本申请的水泥熟料的原料间存在一定的协同效应，提高水泥熟料的抗压强度。
结合实施例2与实施例4-6，并结合表2可以看出，实施例4-6中添加了硫酸渣，则实施例4-6中制得的水泥熟料的强度高于实施例2，这可能是因为硫酸渣中含有部分的三氧化硫，除了作为铁质矫正原料以外，还在低碱水泥生产中作为硫校正原料使用，同时与钢渣以及磷渣相互协同，降低煅烧温度，提高了水泥熟料强度。而且，硫酸渣的添加量超出本申请的限定范围后，水泥熟料的抗压强度有下降的趋势，这可能是因为，在本申请限定的配比范围外，硫酸渣与磷渣的协同作用降低，从而对水泥熟料抗压强度的提升作用减弱。
结合实施例4与实施例7-9，并结合表2可以看出，实施例7-9中添加了矿化剂，则实施例7-9中水泥熟料抗压强度升高，这说明矿化剂的添加可以促进碳酸钙的分解，提高了水泥熟料的抗压强度。
结合实施例8与实施例10-14，并结合表2可以看出，实施例10-14中制得的水泥熟料的抗压强度优于实施例8，这说明采用分段升温的方式，并且根据温度控制升温速率，使得生料缓慢受热，受热均匀，保证各阶段热反应的充分进行，保证烧成质量，提高了熟料抗压强度。
结合实施例12与实施例15-18，并结合表2可以看出，实施例15-18中制得的水泥熟料的抗压强度优于实施例12，这可能是因为实施例15-18中对分解段以及煅烧段进行保温处理，分解段保温处理可以保证碳酸钙的充分分解，体系中获得更多的活性CaO，以此来加速高温段固相反应的发生；煅烧过程中保温，可以保证C2S在高温液相下能与CaO充分进行溶解、扩散，来促进C3S有足够时间完成晶体成核、生长和发育，并且保障液相反应的完成，提高了水泥熟料的抗压强度。
结合实施例17与实施例19-21，并结合表2可以看出，实施例19-21中制得的水泥熟料的抗压强度优于实施例17，这可能是因为急速冷却避免了C3S的转晶反应，保留较多的C3S，同时使得C3S衍射峰表现出峰高且峰型尖锐较狭窄，提高水泥熟料的致密性，提高水泥熟料的强度。且先随炉降温后在进行急速冷却，效果更好。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种低碱高强水泥熟料，其特征在于，以原料的总重量计，其包括以下重量百分比的组分：石灰石80-85%、粉煤灰2-5%、铜渣2-4%、磷渣2-4%、蒙脱石2-3%、硅石4-7%。
2.根据权利要求1所述的一种低碱高强水泥熟料，其特征在于：所述低碱高强水泥熟料组分中还包括硫酸渣2-4%。
3.根据权利要求1所述的一种低碱高强水泥熟料，其特征在于：所述低碱高强水泥熟料组分中还包括硫型矿化剂0.2-0.4%。
4.一种权利要求1-3任一所述的低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，依次包括以下步骤：生料研磨、均化、煅烧、冷却；所述煅烧温度为1300-1350℃。
5.根据权利要求4所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，其还包括预热，预热设置在均化与煅烧之间，预热温度为800-850℃。
6.根据权利要求5所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，其还包括分解处理，分解处理设置在预热与煅烧之间，分解处理温度为900-1000℃。
7.根据权利要求4所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，所述冷却步骤为：煅烧结束后，随炉冷却至1200-1250℃，然后进行急速冷却，急速冷速度为300-400℃/min。
8.根据权利要求5所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，所述预热处理过程中升温速率为10-12℃/min。
9.根据权利要求6所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，所述分解处理过程中升温速率为8-10℃/min，分解后保温5-10min。
10.根据权利要求4所述的一种低碱高强水泥熟料的加工工艺，其特征在于，所述煅烧过程中升温速率为5-6℃/min，煅烧后保温5-10min。
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