CN104556909B - 一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用粉煤灰制备的快凝耐蚀水泥及其制备方法，该快凝耐蚀水泥是由如下组成和方法制得：将按质量份计，粉煤灰60～75份、消石灰25~40份、碱性激发剂0.5~1.5份、硫酸盐激发剂1~2份共同粉磨成80μm筛余小于5%的配合料、加水20~25份搅拌均匀制备成生料球，将生料球在95~98℃水热处理10~16小时得蒸养料，将蒸养料在750~900℃煅烧15~90分钟后冷却得合成料；将合成料75~85份、硅酸盐水泥熟料10~20份与石膏5~8份、调凝剂0.2~1.0份、减水剂0.3~0.7份共同粉磨至80μm筛余小于4%。该水泥煅烧温度和热耗低、粉煤灰利用率高、快凝快硬、强度高、耐硫酸盐侵蚀性好。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其是涉及一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥及其制备方法。
背景技术
水泥作为土木、水利和交通建筑工程用量最大的人造材料，其生产过程需要消耗大量石灰石、粘土及燃料和电力，是一种高资源和高能源消耗及高温室气体排放的材料，寻求新的原材料资源和可替代或者可作为补充的新的水泥的制备方法是材料工作者一直致力于解决的问题。随着建设开发的地区和领域的不断扩大，处于特殊自然环境的建筑工程也对水泥的性能提出了不同的新的要求，具有特殊性能的水泥的需求日益增加。另一方面，各类工业废渣对环境的不利影响和有效处置仍是一个尚未彻底解决的问题，其中包括火力发电企业排出的粉煤灰。尽管近年来电厂干法排出的粉煤灰大一部分已被利用，但历年湿法排放的大量粉煤灰，由于其一般粒度较粗，含碳量较高，其物理性质和反应活性不能满足作为水泥混合材和混凝土掺合料的要求，不能直接大量地应用于水泥与混凝土和其它建材制品中，尚未能被有效利用而被长期堆存。粉煤灰的堆存不仅占用土地，还严重污染周围环境，因此其有效资源化利用是一亟待解决的问题。用堆存粉煤灰为主要原料制备水泥，可以节省石灰石和粘土等不可再生资源，解放土地用于工商业开发和住宅建设，而且节能环保。但现有用粉煤灰制备水泥的技术存在粉煤灰用量少、对粉煤灰品质要求高，如生产粉煤灰硅酸盐水泥时粉煤灰最大用量仅为40％，且对粉煤灰的烧失量和活性都有比较苛刻的要求，粉煤灰掺量较大时水泥性能较差的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥及其制备方法，该快凝耐蚀水泥可以快速凝固、耐腐蚀性能强。
本发明采用以下技术方案：
一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，包括重量份计的合成料75～85份、硅酸盐水泥熟料10～20份、石膏5～8份、调凝剂0.1～1.0份和减水剂0.3～0.7份；所述的合成料的原料包括重量份计的粉煤灰60～75份、消石灰25～40份、碱性激发剂0.5～1.5份、硫酸盐激发剂1～2份和水20～25份。
作为优选，所述碱性激发剂为碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。
作为优选，所述硫酸盐激发剂为芒硝或石膏。
作为优选，所述石膏为二水石膏、半水石膏、无水石膏中的至少一种。
作为优选，调凝剂为柠檬酸钠、聚磷酸钠、葡萄糖酸钠中的至少一种。
作为优选，减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物或木质素磺酸钠。
作为优选，减水剂为粉末状。
本发明的快凝耐蚀水泥以粉煤灰为原料，减少环境污染，而且对粉煤灰的品质要求不高，充分利用了废弃原料，节能环保。
上述以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥的制备方法，包括以下步骤：
第一步：称取各原料，将粉煤灰、消石灰、碱性激发剂、硫酸盐激发剂混合，粉磨至80μm筛余小于5％，得到配合料；
第二步：将所述配合料和水混合，搅拌均匀，制成直径为8～12mm的料球；
第三步：将所述料球在95～98℃蒸汽养护10～16小时得蒸养料；
第四步：将所述蒸养料在750～1000℃温度下煅烧15～90分钟后，冷却得合成料；
第五步：将所述合成料75～85份、硅酸盐水泥熟料10～20份、石膏5～8份、调凝剂0.2～1.0份、减水剂0.3～0.7份混合，粉磨至80μm筛余小于4％，即可。
作为优选，第四步的冷却为吹空气冷却或风冷。
本发明的基本原理是通过水热处理使得石灰与粉煤灰中活性氧化硅和活性氧化铝反应形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，在较低温度下煅烧后形成硅酸二钙和七铝十二钙。其中七铝十二钙有很高的水化活性，硅酸二钙也由于在较低的温度下形成，存在大量结构缺陷，因此也具有很高的水化活性，容易与水反应形成具有高胶凝性的水化产物。
本发明中碱性激发剂可以与粉煤灰中的铝硅酸盐玻璃体反应，破坏玻璃体网络结构，降低玻璃体网络结构的聚合程度，大大提高其中氧化硅和氧化铝与石灰的反应速率及水化硅酸钙和水化铝酸钙的形成率，进而提高胶凝材料中硅酸二钙和七铝十二钙的含量，提高胶凝材料的胶凝性；本发明中硫酸盐激发剂可以在水热反应过程中促使氧化铝与石灰的反应形成水化硫铝酸钙，从而促进玻璃体中铝的溶出。
本发明中石膏可以与七铝十二钙及水反应形成胶凝性很高的三硫型水化硫铝酸钙，提高水泥强度；硅酸盐水泥熟料可以提高早期水泥浆体的Ca2+离子浓度，可以提高水泥的强度，尤其是早期强度；缓凝剂可以调节七铝十二钙的反应速率从而使得水泥的胶凝材料的凝结时间不至于太短而影响施工，减水剂可以降低水泥的需水量，从而提高水泥石的强度。
本发明的有益效果为：
(1)本发明水泥对含碳量高的低品质粉煤灰的利用率大，可解决粉煤灰对占用土地、污染环境的问题。
(2)本发明通过碱性激发剂和硫酸盐激发剂复合只用，可有效促进蒸养过程料球中各组分间的反应，降低蒸养热耗，缩短蒸养时间，提高生产效益和设备使用效率；
(3)本发明水泥的制备方法简单，煅烧温度低，温室气体排放量少；
(4)本发明水泥具有快凝快硬、强度高、耐硫酸盐侵蚀性好的特性，特别适用于坑道、水下、盐碱地带和沿海地区工程。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。各实施例中水泥的标准稠度需水量和凝结时间按GBT1346-2011测定，水泥抗折和抗压强度按GBT17671-1999测定，抗硫酸盐侵蚀系数按GBT749-2008测定，结果列于附表。
实施例1
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠、芒硝共同粉磨至细度为80μm筛余为4.2％的配合料，加入20份水后搅拌3min，用成球盘制备成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中90℃蒸养16h得蒸养料，将蒸养料用在750℃煅烧90min后吹风冷却得合成料，将合成料75份、硅酸盐水泥熟料20份与二水石膏8份、柠檬酸钠0.3份、亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物0.3份共同粉磨至80μm筛余为3.1％，制得一种快凝耐蚀水泥。
实施例2
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钾、二水石膏共同粉磨至细度为80μm筛余为3.8％的配合料，加入22份水后搅拌3min，成球盘成型成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中95℃蒸养12h得蒸养料，将蒸养料用在800℃煅烧60min后吹风冷却得合成料，将合成料80份、硅酸盐水泥熟料15份与无水石膏5份、聚磷酸钠1.0份、木质素磺酸钠0.3份共同粉磨至80μm筛余为2.8％，制得一种快凝耐蚀水泥。
实施例3
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、碳酸钠、芒硝共同粉磨至细度为80μm筛余为3.3％的配合料，加入23份水后搅拌3min，成球盘成型成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中95℃蒸养12h得蒸养料，将蒸养料用在850℃煅烧30min后吹风冷却得合成料，将合成料80份、硅酸盐水泥熟料15份与二水石膏7份、葡萄糖酸钠0.5份、亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物0.5份共同粉磨至80μm筛余为2.5％，制得一种快凝耐蚀水泥。
实施例4
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠、无水石膏共同粉磨至细度为80μm筛余为4.1％的配合料，加入25份水后搅拌3min，成球盘成型成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中98℃蒸养10h得蒸养料，将蒸养料用在900℃煅烧15min后吹风冷却得合成料，将合成料85份、硅酸盐水泥熟料10份与半水石膏6份、葡萄糖酸钠0.2份、木质素磺酸钠0.5份共同粉磨至80μm筛余为3.0％，制得一种快凝耐蚀水泥。
实施例5
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、氢氧化钠、半水石膏共同粉磨至细度为80μm筛余为2.9％的配合料，加入23份水后搅拌3min，成球盘成型成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中98℃蒸养10h得蒸养料，将蒸养料用在800℃煅烧50min后吹风冷却得合成料，将合成料80份、硅酸盐水泥熟料15份与二水石膏4份、无水石膏3份、聚磷酸钠0.7份、亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物0.7份共同粉磨至80μm筛余为2.4％，制得一种快凝耐蚀水泥。
实施例6
配合料按质量份计含有以下成分：
按上述质量比称取粉煤灰、消石灰、碳酸钠、芒硝共同粉磨至细度为80μm筛余为3.2％的配合料，加入23份水后搅拌3min，成球盘成型成直径为8～12mm的料球,将料球在蒸养箱中90℃蒸养16h得蒸养料，将蒸养料用在800℃煅烧60min后吹风冷却得合成料，将合成料75份、硅酸盐水泥熟料20份与二水石膏3.5、无水石膏3.5份、柠檬酸钠0.5份、木质素磺酸钠0.7份共同粉磨至80μm筛余为2.2％，制得一种快凝耐蚀水泥。
测定实施例的水泥性能，结果见表1。
表1各实施例快凝耐蚀水泥性能测定结果
根据以上实施例可知，本发明的快凝耐蚀水泥初凝时间为40～65min，终凝时间为75～100min,说明本发明能够快速凝固。3天抗折强度3.7～4.9MPa、抗压强度15.4～16.5MPa，28天抗折强度6.3～8.1MPa、抗压强度38.3～48.8MPa，说明本发明水泥凝结较快、凝结时间可用缓凝剂调节、抗折和抗压强度高；耐蚀系数1.05～1.12，具有很好的抗腐蚀性能。
Claims (7)
1.一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，其特征在于，包括重量份计的合成料75~85份、硅酸盐水泥熟料10~20份、石膏5~8份、调凝剂0.1~1.0份和减水剂0.3~0.7份；所述的合成料的原料包括重量份计的粉煤灰60～75份、消石灰25～40份、碱性激发剂0.5~1.5份、硫酸盐激发剂1~2份和水20~25份；调凝剂为柠檬酸钠、聚磷酸钠、葡萄糖酸钠中的至少一种；其中合成料的制备方法包括以下步骤：
第一步：称取各原料，将粉煤灰、消石灰、碱性激发剂、硫酸盐激发剂混合，粉磨至80μm筛余小于5%，得到配合料；
第二步：将所述配合料和水混合，搅拌均匀，制成直径为8~12mm的料球；
第三步：将所述料球在95~98℃蒸汽养护10～16小时得蒸养料；
第四步：将所述蒸养料在750~1000℃温度下煅烧15~90分钟后，冷却得合成料。
2.根据权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，其特征在于，所述碱性激发剂为碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，其特征在于，所述硫酸盐激发剂为芒硝或石膏。
4.根据权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，其特征在于，所述石膏为二水石膏、半水石膏、无水石膏中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥，其特征在于，减水剂为亚甲基二甲基二萘磺酸钠聚合物或木质素磺酸钠。
6.权利要求1所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述合成料75~85份、硅酸盐水泥熟料10~20份、石膏5~8份、调凝剂0.2~1.0份、减水剂0.3~0.7份混合，粉磨至80μm筛余小于4%，即可。
7.根据权利要求6所述的一种以粉煤灰为原料的快凝耐蚀水泥的制备方法，其特征在于，第四步的冷却为在空气中冷却或风冷。
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