CN116041005B - 一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及硅酸盐水泥技术领域，具体地说，涉及一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法。其包括以下重量份的原料：60‑72重量份的硅酸盐水泥熟料、15‑25重量份的原料砂、12‑18重量份的粉煤灰、6‑10重量份的熟石灰、3‑11重量份的抗冻剂和5‑12重量份的保水剂。本发明中通过添加抗冻剂和保水剂，木质素磺酸钙与聚丙烯酰胺发生接枝共聚，酰胺基团接枝链的产生削弱了木质素磺酸钙原有的网状结构，接枝后的产物吸附能力较改性前明显增强，从而有利于对水份的吸附，便于水泥在低温环境中的水化作用。

Description

一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及硅酸盐水泥技术领域，具体地说，涉及一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法。
背景技术
水泥是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，用水泥胶结碎石制成的混凝土，硬化后强度较高，因此水泥作为一种重要的建筑胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。
硅酸盐水泥与水拌合后，水泥与水产生水化反应凝结硬化产生胶凝水泥浆体，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，由于温度越低，水份蒸发越快，影响到水化反应使得水泥无法在10℃以下的环境中使用，施工局限性较大，在寒冷地区施工时需要添加额外的防冻剂并加热，成本较高，因此提出一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面，本发明目的在于，提供了一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥，包括以下重量份的原料：60-72重量份的硅酸盐水泥熟料、15-25重量份的原料砂、12-18重量份的粉煤灰、6-10重量份的熟石灰、3-11重量份的抗冻剂和5-12重量份的保水剂。
作为本技术方案的进一步改进，所述原料砂为在有机酸介质中球磨改性的细度模数为1.66的废瓷粉体。
作为本技术方案的进一步改进，所述抗冻剂包括亚硝酸钠和木质素磺酸钙。
作为本技术方案的进一步改进，所述保水剂包括聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素醚。
另一方面，本发明还提供一种用于制备上述所述抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥的制备方法，包括以下步骤：
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，将原料预均化保存备用；
S2、将原料砂送入回转窑中煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、抗冻剂和保水剂并搅拌产生混合浆料；
S5、对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，原料的预均化方法为水平层堆料法。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2中，煅烧温度为1500-1800℃。
作为本技术方案的进一步改进，所述S3中，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.074-0.080mm。
作为本技术方案的进一步改进，所述S4中，搅拌转速为50-70rpm/min。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5中，通过气流烘干器对混合浆料进行加热烘干，且加热烘干温度为100-180℃。
本发明中通过添加抗冻剂，亚硝酸钠分子对水分子间的氢键进行干扰，使得在低温时会析出呈絮状结构、宏观上非常柔软、冻胀应力显著降低的细小冰晶，木质素磺酸钙作为阴离子活性剂，由于其的亲水性能够降低水的用量并增强水泥混凝土的机械强度，通过添加保水剂，聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素醚分子中的大量亲水基团如酰胺基等，会在水泥中形成大量微交联结构，可以吸附大量的水分子，在缺水的环境中又可以将水分子释放出来，能够延长水分蒸发时间，提高水泥的初期强度，避免水泥开裂，其中，木质素磺酸钙为多组分高分子聚合物阴离子活性剂，含有大量的活性基团，与聚丙烯酰胺发生接枝共聚，酰胺基团接枝链的产生削弱了木质素磺酸钙原有的网状结构，接枝后的产物吸附能力较改性前明显增强，从而有利于对水份的吸附，便于水泥在低温环境中的水化作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
该抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥及其制备方法中，通过添加抗冻剂能够使水泥在低温下保持足够的液相,使水泥的水化得以继续进行，降低液相冰点以保证在低温下条件下，仍然有足够的液态水参与水泥水化，通过添加保水剂能够吸收水份,均匀释放，提供水泥水化所需水份，从而有效的防止水泥石开裂，其中，木质素磺酸钙为多组分高分子聚合物阴离子活性剂，含有大量的活性基团，与聚丙烯酰胺发生接枝共聚，酰胺基团接枝链的产生削弱了木质素磺酸钙原有的网状结构，接枝后的产物吸附能力较改性前明显增强，从而有利于对水份的吸附，便于水泥在低温环境中的水化作用。
附图说明
图1为本发明的制备流程图；
图2为本发明中经过不同方法处理后样品的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明目的在于，提供了一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥，包括以下重量份的原料：60-72重量份的硅酸盐水泥熟料、15-25重量份的原料砂、12-18重量份的粉煤灰、6-10重量份的熟石灰、3-11重量份的抗冻剂和5-12重量份的保水剂。
本发明中的原料砂为细度模数为1.66的废瓷粉体，并且废瓷粉体经过改性处理，即通过将废瓷粉体粉粹细化过200目筛，然后分别用一定比例的水或有机酸球磨(氧化锆球磨珠)一定时间后，固液分离，烘干后，测试XRD图谱，请参阅图2所示，根据图2可知废瓷的主晶相为石英和莫来石。还有一定含量的非晶相，水中球磨一段时间后，石英和莫来石的衍射峰强度变化较小，表明球磨对石英和莫来石晶型的影响较小，有机酸介质中球磨改性30min后，石英和莫来石的衍射峰强度变小，表明有机酸能够改性废瓷中石英和莫来石，使其晶相发生变化，因此本发明的原料砂为在有机酸介质中球磨改性的废瓷粉体，经过在有机酸介质中球磨改性的废瓷粉体表面粗糙，棱角变圆滑，较小细度模数的废瓷粉体能够有效填充石子的空隙。
进一步的，冻剂包括亚硝酸钠和木质素磺酸钙，通过添加抗冻剂能够使水泥在低温下保持足够的液相,使水泥的水化得以继续进行，降低液相冰点以保证在低温下条件下，仍然有足够的液态水参与水泥水化。
再进一步的，保水剂包括聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素醚，通过添加保水剂能够吸收水份,均匀释放，提供水泥水化所需水份，从而有效的防止水泥石开裂。
本发明中通过添加抗冻剂，亚硝酸钠分子对水分子间的氢键进行干扰，使得在低温时会析出呈絮状结构、宏观上非常柔软、冻胀应力显著降低的细小冰晶，木质素磺酸钙作为阴离子活性剂，由于其的亲水性能够降低水的用量并增强水泥混凝土的机械强度，通过添加保水剂，聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素醚分子中的大量亲水基团如酰胺基等，会在水泥中形成大量微交联结构，可以吸附大量的水分子，在缺水的环境中又可以将水分子释放出来，能够延长水分蒸发时间，提高水泥的初期强度，避免水泥开裂，其中，木质素磺酸钙为多组分高分子聚合物阴离子活性剂，含有大量的活性基团，与聚丙烯酰胺发生接枝共聚，酰胺基团接枝链的产生削弱了木质素磺酸钙原有的网状结构，接枝后的产物吸附能力较改性前明显增强，从而有利于对水份的吸附，便于水泥在低温环境中的水化作用。
请参阅图1所示，另一方面，本发明还提供一种用于制备上述的一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥的制备方法，具体步骤如下：
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用，水平层堆料法即在堆料时首先在堆场底部均匀的水平铺料，然后逐层上铺，通过对原料进行预均化能够提高原料的利用率，并且通过水平层堆料法能够消除粒度偏析现象，在多种物料混合时能够确保物料的均匀混合；
S2、将15-25重量份的原料砂送入回转窑中以1500-1800℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂，设置较高的煅烧温度有利于原料的充分熔融，从而提高原料的利用率；
S3、将硅酸钙原砂与60-72重量份的硅酸盐水泥熟料、12-18重量份的粉煤灰、6-10重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.074-0.080mm，球磨机进行粉磨细化的优点为产生砂石黏着力更强，粒度均匀饱满，棱角分明，品质更好；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、3-11重量份的抗冻剂和5-12重量份的保水剂并以50-70rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料，通过快速搅拌能够加快物料混合均匀的速度，减少搅拌用时；
S5、通过气流烘干器以100-180℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥，通过气流烘干器运用气流瞬间干燥原理，能够快速的完成水泥的制备。
根据制备过程中原料用量以及工艺参数的差异，通过以下具体实施例来对本发明所制备的一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥进行进一步的说明。
实施例1
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将15重量份的原料砂送入回转窑中以1500℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与60重量份的硅酸盐水泥熟料、12重量份的粉煤灰、6重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.074mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、3重量份的抗冻剂和5重量份的保水剂并以50rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以100℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
实施例2
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将20重量份的原料砂送入回转窑中以1650℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与67重量份的硅酸盐水泥熟料、15重量份的粉煤灰、8重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.076mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、6重量份的抗冻剂和8重量份的保水剂并以60rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以140℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
实施例3
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将25重量份的原料砂送入回转窑中以1800℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与72重量份的硅酸盐水泥熟料、18重量份的粉煤灰、10重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.080mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、11重量份的抗冻剂和12重量份的保水剂并以70rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以180℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
实施例4
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将17重量份的原料砂送入回转窑中以1700℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与70重量份的硅酸盐水泥熟料、15重量份的粉煤灰、6重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.080mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、10重量份的抗冻剂和12重量份的保水剂并以55rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以120℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
表1实施例1-4中各原料用量对比
表2实施例1-4中工艺参数对比
对比例1
本对比例采用实施例1的制备工艺，只缺少抗冻剂，其余不变，具体步骤如下：
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将15重量份的原料砂送入回转窑中以1500℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与60重量份的硅酸盐水泥熟料、12重量份的粉煤灰、6重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.074mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、5重量份的保水剂并以50rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以100℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
对比例2
本对比例采用实施例2的制备工艺，只缺少抗冻剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例3
本对比例采用实施例3的制备工艺，只缺少抗冻剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例4
本对比例采用实施例4的制备工艺，只缺少抗冻剂，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
表3对比例1-4中各原料用量对比
对比例5
本对比例采用实施例1的制备工艺，只缺少保水剂，其余不变，具体步骤如下：
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用；
S2、将15重量份的原料砂送入回转窑中以1500℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与60重量份的硅酸盐水泥熟料、12重量份的粉煤灰、6重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.074mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水和3重量份的抗冻剂并以50rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料；
S5、通过气流烘干器以100℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥。
对比例6
本对比例采用实施例2的制备工艺，只缺少保水剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
对比例7
本对比例采用实施例3的制备工艺，只缺少保水剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不再赘述。
对比例8
本对比例采用实施例4的制备工艺，只缺少保水剂，其余不变，具体步骤与对比例5相似，本对比例不在赘述。
表4对比例5-8中各原料用量对比
表5对比例1-8中工艺参数对比
对比例9
本对比例在对比例1的基础上，将煅烧温度设置为1000℃，其余不变，具体步骤与对比例1相似，本对比例不再赘述。
对比例10
本对比例在对比例3的基础上，将粉磨精度设置为0.085mm，其余不变，具体步骤与对比例3相似，本对比例不再赘述。
对比例11
本对比例在对比例4的基础上，将搅拌转速设置为40rpm/min，其余不变，具体步骤与对比例4相似，本对比例不再赘述。
对比例12
本对比例在对比例6的基础上，将烘干温度设置为80℃，其余不变，具体步骤与对比例6相似，本对比例不再赘述。
表6对比例9-12中各原料用量对比
表7对比例9-12中工艺参数对比
试验例
将实施例1-4和对比例1-12所制备的水泥进行低温使用测试，在5℃的环境温度下在路面上铺设水泥，28天后通过GB175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》测试水泥的抗压强度，并通过GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试水泥的凝结时间，将测试所得数值填入表8。
表8实施例和对比例所制备的水泥的低温使用效果对比
抗压强度/MPa 凝结时间/h
实施例1 33.6 5.61
实施例2 33.9 5.58
实施例3 33.8 5.59
实施例4 33.6 5.62
对比例1 32.5 5.72
对比例2 32.8 5.65
对比例3 32.6 5.70
对比例4 32.5 5.73
对比例5 32.7 5.67
对比例6 33.1 5.63
对比例7 33.0 5.64
对比例8 32.8 5.65
对比例9 32.3 5.75
对比例10 32.5 5.76
对比例11 32.2 5.78
对比例12 33.0 5.65
根据表8可得知，实施例1-4所制备的水泥与对比例1-12所制备的水泥相比较，实施例所制备的水泥的抗压强度均高于对比例所制备的水泥的抗压强度，实施例所制备的水泥的凝结时间均低于对比例所制备的水泥的凝结时间，并且实施例所制备的水泥的抗压强度均高于33.6MPa，凝结时间均低于5.62h，而采用由不同原料用量和工艺参数的对比例所制备的水泥的抗压强度均有所下降，凝结时间均有所增加，因此本发明所制备的水泥在低温环境中的使用效果较佳，便于在寒冷地区使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种抗冻性能好的混有陶瓷残片的水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、称取各原料并粉碎细化过200目筛后，通过水平层堆料法将原料预均化保存备用，其中，原料砂为在有机酸介质中球磨改性的细度模数为1.66的废瓷粉体；
S2、将20重量份的原料砂送入回转窑中以1650℃的温度煅烧至熔融状态后，物料温度下降制得硅酸钙原砂；
S3、将硅酸钙原砂与67重量份的硅酸盐水泥熟料、15重量份的粉煤灰、8重量份的熟石灰均匀混合后进行粉磨细化产生混合坯料，通过球磨机进行粉磨细化，球磨机的粉磨精度为0.076mm；
S4、将混合坯料投入搅拌釜内，并向搅拌釜内依次投入去离子水、6重量份的抗冻剂和8重量份的保水剂并以60rpm/min的转速进行搅拌，产生混合浆料，其中，所述抗冻剂包括亚硝酸钠和木质素磺酸钙，所述保水剂包括聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素醚；
S5、通过气流烘干器以140℃的条件对混合浆料进行加热烘干，去除多余水份产生水泥，其中，制备的水泥的抗压强度为33.9MPa，凝结时间为5.58h。
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