CN116003019B - 一种水泥活化剂及其应用活化剂的水泥与制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥活化剂，属于水泥外加剂技术领域，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺15‑30份、丙三醇20‑32份、二乙醇胺13‑18份、硫酸钠10‑15份、1‑2‑氨乙基哌嗪10‑20份、乙二醇中羟乙基5‑10份；还公开了一种应用活化剂的水泥与制备方法，其活化剂能激发水泥组分的活性，提高水泥早期和后期强度，提高了石灰石与工业废渣掺量，来替代部分熟料，降低了生产成本、排放与能耗。
Description
技术领域
本发明属于水泥外加剂技术领域，具体涉及一种水泥活化剂及其应用活化剂的水泥与制备方法。
背景技术
纵观水泥发展史，自1824年诞生波特兰水泥至今179年来，由于其具有丰富的原料资源、相对较低的生产成本和良好的胶凝性能，成为当前乃至21世纪人类社会最主要的、不可替代的建筑材料。但水泥在为人类社会进步与经济发展做出巨大贡献的同时，也越来越显著地暴露出它在生产和应用方面存在的一系列问题。
水泥为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硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。水泥活化剂主要应用于硅酸盐水泥熟料的煅烧过程，可降低烧成煤耗、提高水泥窑炉台时产量、提高水泥的早期性能。水泥强度是水泥试体净浆在单位面积上所能承受的外力，它是水泥技术要求中最关键的主要技术指标，又是设计混凝土配合比的重要依据。在水泥熟料的粉磨过程中，水泥颗粒易产生团聚或粘附在设备表面，粉磨的效果较低。为了克服水泥熟料粉磨过程中产生的不利因素，通常在水泥熟料中加入水泥活化剂，以在不损害水泥性能的条件下，提高粉磨效果，从而提高成品水泥的早期强度和后期强度。而且由于水泥熟料生产能耗排放较高，水泥生产的关键或发展方向是，釆用相对低的水泥熟料消耗量。水泥熟料是以石灰石和粘土为主要原料，若能协同创新采用活化剂，提高工业废渣掺量，以替代部分熟料，既能降低生产成本，又能降低排放和能耗。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水泥活化剂及其应用活化剂的水泥与制备方法，其活化剂能激发水泥组分的活性，提高水泥早期和后期强度，提高了石灰石与工业废渣掺量，来替代部分熟料，降低了生产成本、排放与能耗。
为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种水泥活化剂，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺15-30份、丙三醇20-32份、二乙醇胺13-18份、硫酸钠10-15份、1-2-氨乙基哌嗪10-20份、乙二醇中羟乙基5-10份。
优选地，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺20份、丙三醇25份、二乙醇胺18份、硫酸钠10份、1-2-氨乙基哌嗪15份、乙二醇中羟乙基8份。
进一步地，所述水泥活化剂还包括以下重量份的原料组分：木质磺酸盐5-10份、玻璃微珠1-5份。
优选地，所述水泥活化剂还包括以下重量份的原料组分：木质磺酸盐6份、玻璃微珠2份。
一种应用水泥活化剂的水泥，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料28-40份、石灰石20-30份、粉煤灰5-8份、煤矸石1-3份、炉渣0.8-1.2份、活化剂0.5-1份。
优选地，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料40份、石灰石20份、粉煤灰6份、煤矸石1份、炉渣0.8份、活化剂0.5份。
一种水泥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1：活化剂制备：将丙三醇、二乙醇胺、硫酸钠与水混合，搅拌均匀，再加入三亚乙基二胺、1-2-氨乙基哌嗪、乙二醇中羟乙基、木质磺酸盐、玻璃微珠混合，搅拌均匀，得到活化剂；
S2：水泥制备：将熟料、石灰石、粉煤灰、煤矸石、炉渣和活化剂进行混合研磨，再加水放入高速搅拌机中第二次混合搅拌，得到水泥。
进一步地，所述搅拌温度保持在50-65℃，搅拌时间为25-35min。
本发明的有益效果是：(1)本发明活化剂能激发水泥组分的活性，提高水泥早期和后期强度，提高了石灰石与工业废渣掺量，来替代部分熟料，降低了生产成本、排放与能耗；
(2)本发明采用的活化剂组分在水泥粉磨过程中具有颗粒分散与起“楔子”的助磨作用，扩大哌嗪杂环空间位阻基团直接减缓水泥颗粒的团聚趋势可降低水泥细度，多种效果协同作用可显著提高水泥强度，对降低熟料消耗量发挥了重要作用；
(3)活化剂组分中含有的胺基或其他有机基团能螯合水泥矿物中金属离子，促进硅酸盐矿物的水化与激活铁铝酸盐的活性，提高水泥强度，另外其氨乙基与羟乙基等官能基团在水泥粉磨过程中其颗粒分散或其“楔子”的助磨作用，或者其杂环哌嗪基等官能基团空间位阻直接减缓水泥颗粒的团聚趋势等助磨作用，可以实现降低水泥细度、改善颗粒级配；
(4)本发明活化剂采用的玻璃微珠为白色表面光滑的球形颗粒，内部有孔洞，可吸附水性，其强度高，提高水泥的可磨性及水泥的流动性，加入的木质磺酸盐提高玻璃微珠的分散性，从而提高水泥活化剂的助磨性。
附图说明
图1为实施例中1-2-氨乙基哌嗪的分子结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
本实施例采用的三亚乙基二胺，分子式是C14H28N2，别名为1，4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷，是一种双杂环结构的叔胺化合物，在室温下为结晶固体，使用时先将其溶解在对应的溶剂中配成溶液，比如乙二醇、丙二醇等。其含有的杂环胺基官能团空间位阻可以增加助磨效果。
本实施例采用的1-2-氨乙基哌嗪，分子式是C6H15N3，其分子结构示意图如图1所示，其含有的杂环哌嗪基和氨乙基官能集团能在水泥粉磨过程中起到颗粒分散或起“楔子”的助磨作用。
实施例1：
一种水泥活化剂，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺20份、丙三醇25份、二乙醇胺18份、硫酸钠10份、1-2-氨乙基哌嗪15份、乙二醇中羟乙基8份、木质磺酸盐6份、玻璃微珠2份。
一种应用水泥活化剂的水泥，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料40份、石灰石20份、粉煤灰6份、煤矸石1份、炉渣0.8份、活化剂0.5份。
一种水泥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1：活化剂制备：将丙三醇、二乙醇胺、硫酸钠与水混合，搅拌均匀，再加入三亚乙基二胺、1-2-氨乙基哌嗪、乙二醇中羟乙基、木质磺酸盐、玻璃微珠混合，搅拌均匀，得到活化剂；
S2：水泥制备：将熟料、石灰石、粉煤灰、煤矸石、炉渣和活化剂进行混合研磨，再加水放入高速搅拌机中第二次混合搅拌，搅拌温度保持在50℃，搅拌时间为35min，得到水泥。
实施例2：
一种水泥活化剂，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺15份、丙三醇20份、二乙醇胺13份、硫酸钠15份、1-2-氨乙基哌嗪10份、乙二醇中羟乙基5份、木质磺酸盐10份、玻璃微珠1份。
一种应用水泥活化剂的水泥，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料28份、石灰石30份、粉煤灰5份、煤矸石3份、炉渣1.2份、活化剂1份。
一种水泥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1：活化剂制备：将丙三醇、二乙醇胺、硫酸钠与水混合，搅拌均匀，再加入三亚乙基二胺、1-2-氨乙基哌嗪、乙二醇中羟乙基、木质磺酸盐、玻璃微珠混合，搅拌均匀，得到活化剂；
S2：水泥制备：将熟料、石灰石、粉煤灰、煤矸石、炉渣和活化剂进行混合研磨，再加水放入高速搅拌机中第二次混合搅拌，搅拌温度保持在65℃，搅拌时间为25min，得到水泥。
实施例3：
一种水泥活化剂，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺30份、丙三醇32份、二乙醇胺15份、硫酸钠12份、1-2-氨乙基哌嗪20份、乙二醇中羟乙基10份、木质磺酸盐5份、玻璃微珠5份。
一种应用水泥活化剂的水泥，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料30份、石灰石25份、粉煤灰8份、煤矸石2份、炉渣1.0份、活化剂0.8份。
一种水泥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1：活化剂制备：将丙三醇、二乙醇胺、硫酸钠与水混合，搅拌均匀，再加入三亚乙基二胺、1-2-氨乙基哌嗪、乙二醇中羟乙基、木质磺酸盐、玻璃微珠混合，搅拌均匀，得到活化剂；
S2：水泥制备：将熟料、石灰石、粉煤灰、煤矸石、炉渣和活化剂进行混合研磨，再加水放入高速搅拌机中第二次混合搅拌，搅拌温度保持在60℃，搅拌时间为30min，得到水泥。
对比例1-11：
对比例1-10与实施例1的不同之处在于，其活化剂的原料种类不同，具体详见表1所示。
表1
对比例12-14：
对比例12-14与实施例1的不同之处在于，其水泥各原料掺量不同，具体具体详见表2所示。
表2
将实施例1-3和对比例1-11及对比例12-14制备得到的水泥进行性能检测，检测结果如表3所示。
按照GB/T1345-2005《水泥细度检验方法筛析法》对粉磨后水泥进行80um和45um筛分试验，测定其细度。
比表面积：按照GB/T 8047-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测试粉磨后水泥的比表面积。
水泥强度：按照GB/T26748-2011《水泥助磨剂》测定水泥熟料3d抗压强度和28d抗压强度。
表3
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员理解和使用本发明。熟悉本领域的技术人员可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水泥活化剂，其特征在于，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺15-30份、丙三醇20-32份、二乙醇胺13-18份、硫酸钠10-15份、1-2-氨乙基哌嗪10-20份、乙二醇中羟乙基5-10份，木质磺酸盐5-10份、玻璃微珠1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥活化剂，其特征在于，其包括以下重量份的原料组分：三亚乙基二胺20份、丙三醇25份、二乙醇胺18份、硫酸钠10份、1-2-氨乙基哌嗪15份、乙二醇中羟乙基8份，木质磺酸盐6份、玻璃微珠2份。
3.一种应用权利要求1-2任一所述水泥活化剂的水泥，其特征在于，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料28-40份、石灰石20-30份、粉煤灰5-8份、煤矸石1-3份、炉渣0.8-1.2份、活化剂0.5-1份。
4.根据权利要求3所述的一种水泥，其特征在于，其包括以下重量份的原料组分：硅酸盐水泥熟料40份、石灰石20份、粉煤灰6份、煤矸石1份、炉渣0.8份、活化剂0.5份。
5.一种权利要求3-4任一所述水泥的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
S1：活化剂制备：将丙三醇、二乙醇胺、硫酸钠与水混合，搅拌均匀，再加入三亚乙基二胺、1-2-氨乙基哌嗪、乙二醇中羟乙基、木质磺酸盐、玻璃微珠混合，搅拌均匀，得到活化剂；
S2：水泥制备：将熟料、石灰石、粉煤灰、煤矸石、炉渣和活化剂进行混合研磨，再加水放入高速搅拌机中第二次混合搅拌，得到水泥。
6.根据权利要求5所述的一种水泥的制备方法，其特征在于，所述搅拌温度保持在50-65℃，搅拌时间为25-35min。
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