CN86106022A

CN86106022A - 早期和终期高强度波特兰水泥及其配料方法

Info

Publication number: CN86106022A
Application number: CN 86106022
Authority: CN
Inventors: 李绍模
Original assignee: SHIZI CROSS CEMENT MILL ZUNYI
Current assignee: SHIZI CROSS CEMENT MILL ZUNYI
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1988-03-23

Abstract

本发明提供了一种早期和终期高强度的波特兰水泥及其配料方法，它使用了一般生产波特兰水泥熟料的原料和工艺，着重调整好“三率值”关系：KH0.905～0.930、n1.80～1.94、P1.40～1.60，并用萤石作矿化剂、二水石膏作缓凝剂配制而成。其抗压强度3天为496～503公斤力/厘米²，28天为779～785公斤力/厘米²，早期强度增进率3天/28天为63～68％，用于一般工程建筑及机场跑道、桥梁、隧道和紧急抢修等工程。由于本发明的烧成温度较宽，可节省大量能耗降低生产成本。

Description

本发明属于建筑材料技术领域。

波特兰水泥是世界上使用范围最广，用量最大的水泥品种，尤其在土木建筑工程领域中作为主要建筑材料被广泛使用。

制造波特兰水泥的原料普遍易得。其工艺成熟具有多方面的良好性能，但它的早期和终期強度与特种高強度的水泥品种相比尚存在着一定的不足。

根据《水泥新标准选编》（国家建筑材料科学研究院水泥所1985年1月编辑）所述：“我国水泥与其他国家相比普遍存在早期強度偏低现象。……但早期強度指标的提高大部份厂在生产上有困难，实际上难于实行。”要使我国水泥赶上国际水平标准，早期強度指标的提高是个重要方面。

《水泥物理性能及其检验》上册（国家建筑材料科学研究院水泥所1982年6月出版）一书第二章第一节“硅酸盐水泥”一文所述：我国出口的五羊牌波特兰水泥一般3天的抗压強度可达到28天的50-57%，7天可达到73-78%。这种水泥与掺入了混合材料的水泥相比其早期強度比较高，但与早期和终期高強度的特种水泥，如高铝水泥、硫铝酸盐等水泥相比其強度则较低。

1978年12月30日苏联专利文献SU-639828中公开的《粘合料》，是在波特兰水泥熟料中添加石膏和含碱铝代硅酸盐物料高温化学处理产物的添加剂。其抗压強度3天为270公斤力/厘米²，28天为566公斤力/厘米²。这种掺入添加剂的波特兰水泥需经热化学方法处理，工艺较为复杂，其早期和终期強度仅相似于我国525标号波特兰水泥标准。

1980年3月26日日本专利文献JP-80011632中公开的《水泥混合料》，是在波特兰水泥中添加由铝酸钙、硫酸钙和碳酸钠的混合料。其抗压強度1天为205公斤力/厘米²，28天为512公斤力/厘米²。这种水泥2小时和5小时的快硬強度较高，但早期和终期強度较低，相似于我国425标号快硬波特兰水泥标准。

1980年11月27日日本专利文献JP-80046984中公开的《早高強水泥》，是在波特兰水泥中添加铝酸钙和硫酸钙能产生2小时強度，其1天抗压強度为396公斤力/厘米²，终期強度为574公斤力/厘米²，这种水泥快硬強度较高，仅超过我国425标号快硬波特兰水泥标准，但终期強度并不高。

1981年2月20日日本专利文献JP-56017959中公开的《高強度砂浆和混凝土的制造方法》，是在波特兰水泥中添加特殊硬石膏和二氧化硅质物料及氧化铝质物料的混合料制成的砂浆在50-100℃加热处理。其早期強度3天为439公斤力/厘米²，终期強度为679公斤力/厘米²，早期強度增进率为65%。用这种方法配制的水泥早期和终期強度有所提高，相似于我国625标号波特兰水泥标准，但其砂浆需加热处理，施工中极不方便。

1981年8月15日苏联专利文献SU-854906中公开的《粘合料》，是在波特兰水泥熟料中掺入含碱金属或碱土金属、木质素磺酸盐、碱金属碳酸盐或硅酸盐和单糖，以提高混凝土蒸气养护后的抗压強度，其抗压強度1天为675公斤力/厘米²，28天为703公斤力/厘米²。这种水泥1天的強度较高，但1天以后增长很少，相似于我国625标号早強型波特兰水泥标准。由于它的添加物料多，制作工艺极为繁杂，而且又是价值较高的化工原料作添加物，因而生产成本较高。

1982年1月18日日本专利文献JP-82002667中公开的《早強水泥的制法》，是先生产出不含C₃S的特殊水泥熟料后加入70%的波特兰水泥混合磨制而成。其抗压強度3天为175公斤力/厘米²，28天为395公斤力/厘米²，早期強度增进率为44%。这种方法制成的水泥早期強度有所增长，但终期強度仅相同于普通波特兰水泥，而且其工艺也极为复杂。

上述国外专利文献中所述的波特兰水泥其共同特点施工性能一般良好，国外在研制提高波特兰水泥早期和终期強度所取得的效果方面作了些努力，但尚存在些不足，如有的水泥早期強度较高，终期強度则低，有的终期強度较高，早期強度则低，而且它们的快硬或早強普遍又都是在波特兰水泥或者波特兰水泥熟料中添加了快硬或早強物料混合制成的。其生产工艺繁杂，有的甚至采用了价值较高的化工原料作添加物使生产成本增高。

它们的2小时、5小时和1天的強度较高，只能适用于对快硬有特殊要求的工程上，但3天和28天抗压強度并不高，因此在使用上有着较大的局限性。它们有的需在50-100℃之间加热处理后才可能提高其快硬或早強，在工程施工中使用极不方便。

能否利用一般生产波特兰水泥熟料的原料和工艺，研制一种改善波特兰水泥熟料的性能，并在不掺入任何添加物料的前提下使波特兰水泥同时具备快硬早強和终期高強两个重要特性，这在目前国内外波特兰水泥中是没有的。

本发明人针对国内外波特兰水泥中所存在着的上述尚未实现的问题，经过认真研究完成了本发明。

本发明的目的是研制一种同时具备早期和终期高強度的波特兰水泥，另一个目的是提供配制上述波特兰水泥的方法。

本发明是这样实现的：要使波特兰水泥同时具备快硬早強和终期高強两个重要特性提高早期強度增进率，其关键在于着重调整好石灰饱和比（KH）、硅酸率（n）、铝氧率（p）这三个率值之间相铺相成和互相制約的关系，采用“三率值”的“两高一低”法，即KH为0.905-0.930、n为1.80-1.94、p为1.40-1.60。同时确定C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF为主要矿物，并调整它们之间合理的比例关系，其熟料矿物的组成为（重量百分比）：C₃S56.00-58.50%、C₂S14.00-17.00%、C₃A8.00-10.50%、C₄AF11.00-13.50%、Mgo及其它2.50-3.94%。

本发明采用的石灰饱和比和C₃S都高，由于C₃S的水化合物反应速度凝结硬化快以及四大矿物合理的比例关系，促使波特兰水泥早期和终期強度能够同时提高。

对熟料的化学成分控制为（重量百分比）：Sio₂20.20-21.50%、Al₂o₃6.20-6.80%、Fe₂o₃4.10-4.45%、Cao64.00-65.50%、Mgo2.50-3.10%、So₃1.20-1.50%、CaF₂0.30-0.60%。在熟料中加入（重量百分比）：CaSo₄·2H₂o4.50-6.00%。

在提高石灰饱和比时往往会给烧成带来一定的困难因而不能获得高強度的熟料，本发明针对这一问题在配料时配入了矿化剂，经试验由如下表1验证选用了CaF₂作矿化剂，用量为0.45-0.90%。

表1：三种矿化剂分别试验后的抗压、抗折強度和早期強度增进率比较

当本发明因配入了0.45-0.90%的CaF₂作矿化剂而促使烧成温度降低110-120℃左右，使液相出现的时间也就提前，促成C₂S与Cao化合生成大量的C₃S，同时还配有足够的液相量，使C₃A+C₄AF的和保持在22.0-23.5%。

由于采用了适当的铝氧率即适量多的C₃A和较少量的C₄AF就限制了铁量，避免了在烧成中生成熔融大块和减少炼边及结瘤事故的发生，使烧成顺利。

适量的C₃A（8.0-10.5%）是促进波特兰水泥快硬早強的重要因素，适量即可保证早期強度的需要，但过量时会造成液相的粘度增大有碍于C₃S的生存。

实现本发明时在熟料中还应加入二水石膏（CaSo₄·2H₂o）作缓凝剂，使初凝时间不早于45分钟，波特兰水泥中含有So₃不得大于3.5%，加入的二水石膏以4.50-6.00%为宜。

本发明配制的水泥物理性能按照国家标准检测如下表2。

表2：本发明水泥的物理性能试验数据

用本发明所配制的水泥与国家新增725标号早強型波特兰水泥标准的抗压、抗折強度和早期強度增进率比较如下表3。

表3：两种水泥的抗压、抗折強度和早期強度增进率比较

本发明的水泥与国家新增725标号早強型水泥相比其3天早期抗压強度超出126公斤力/厘米²，抗折強度超出16公斤力/厘米²，早期抗压強度增进率高于我国目前平均水平（我国早期抗压強度增进率平均水平为49.8%），也高于世界目前平均水平（世界早期抗压強度增进率平均水平为52%）。

本发明在遵义市十字水泥厂磨机的喂料装置和生、熟料库未安装前进行了工业试验并按照国家标准检测如下表4。

表4：本发明水泥工业试验的物理性能检测数据（在上述条件下进行）

实施本发明的最佳方式：

1、KH为0.910-0.920、n为1.80-1.90、P为1.40-1.50。

2、熟料矿物的组成为（重量百分比）：C₃S56.00-57.00%、C₂S14.00-15.00%、C₃A8.00-9.00%、C₄AF12.00-13.00%、Mgo及其它2.50-3.00%。

本发明由于改进了波特兰水泥的性能因而能同时具备快硬早強和高強两种重要特性，是一种新型水硬性胶凝材料，其3天早期強度高于快硬波特兰水泥，28天终期強度高于高铝水泥，体现了本发明的波特兰水泥优良的物理性能和具有特殊的使用价值及广泛用途。它不仅能保持和用于原来的工程建筑及预制品，还可配制特殊高标号的混凝土，适用于机场的跑道、桥梁、隧道和紧急抢修等工程。

配制本发明的水泥不需外加任何快硬或早強添加物，其砂浆也不需加热处理，生产工艺简单，能够用原生产波特兰水泥的生产设备制作。

本发明的水泥由于早期強度高，安定性和施工性能良好因此可加快工程的施工进度，缩短工期节省施工费用，有利于推广使用。

用本发明的水泥熟料适量掺入混合材料可配制高标号的混合水泥，以提高产品标准。也可以多掺入混合材料提高产量，节省大量能耗，降低生产成本，其社会经济效益不论生产厂还是用户都是很明显的。

用含Sio₂38.11%、Al₂o₃27.70%、Fe₂o₃0.36%、Cao16.83%、Mgo5.54%、Mno7.00%，其质量系数为1.11（低于国家标准）的锰铁冶金矿渣掺入本发明水泥的熟料配制。

实施例：

用60%的本发明的水泥熟料掺入40%的上述化学成分的锰铁冶金矿渣而配制了625标号性能的矿渣水泥。

根据实施例，若采用45%的本发明的水泥熟料掺入55%的矿渣即可配制525标号性能的矿渣水泥。如果原年产525标号波特兰水泥100，000吨的水泥厂，使用本发明的水泥熟料掺入55%的矿渣即可年产525标号矿渣水泥223，000吨。又如以525标号波特兰水泥熟料掺入55%矿渣的原年产325标号矿渣水泥100，000吨的水泥厂，使用本发明的水泥熟料可年产525标号矿渣水泥100，000吨。由于提高了两级标号能节省大量的能耗。

上述使用本发明的水泥熟料掺入混合材料配制混合水泥时，根据所掺入的混合材料的多少，应适当减少石膏用量。

Claims

1、一种早期和终期高强度波特兰水泥由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙组成。其特征在于KH为0.905～0.930、n为1.80～1.94、p为1.40～1.60，熟料矿物的成分为(重量百分比)：C₃S56.00～58.50%、C₂S14.00～17.00%、C₃A8.00～10.50%，C₄AF11.00～13.50%。

2、根据权利要求①所述的波特兰水泥，其特征在于熟料的化学成分为（重量百分比）：Sio₂20.20～21.50%、Al₂O₃6.20～6.80%、Fe₂o₃4.10～4.45%、Cao64.00～65.50%、Mgo2.50～3.10%、So₃1.20～1.50%、CaF₂0.30～0.60%。

3、根据权利要求②所述的波特兰水泥，其特征在于熟料中掺入了（重量百分比）：CaSo₄·2H₂o4.50～6.00%。

4、一种早期和终期高強度波特兰水泥的配料方法，其特征在于生料中配入了（重量百分比）：0.45～0.90%的CaF₂作矿化剂。

5、根据权利要求④所述的波特兰水泥的配料方法，其特征在于液相量：C₃A+C₄AF的和为22.0～23.5%。