CN103553380B - 一种大掺量粉煤灰水泥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大掺量粉煤灰水泥，包括：30～70wt%的粉煤灰；0.01～10wt%的纳米勃姆石；余量为硅酸盐水泥。纳米勃姆石颗粒小，具有优异的化学和力学性能及良好的表面活性，可以填充水泥颗粒的空隙，增强水泥颗粒之间的作用力；而且纳米勃姆石可以与水泥熟料及粉煤灰发生化学反应，生成水化产物，促进水泥的早期水化，因此不但提高了水泥的早期强度还增加了粉煤灰的添加量，降低了成本。

Description

一种大掺量粉煤灰水泥及其制备方法

技术领域

本发明涉及大掺量水泥领域，特别涉及大掺量粉煤灰水泥及其制备方法。

背景技术

水泥是一种重要的建筑材料，广泛应用于道路、桥梁、楼房等基础设施建筑中。但是，水泥生产过程中需要消耗大量的水泥熟料，而水泥熟料的生产会消耗大量天然资料并带来严重的环境污染。尽量少的使用硅酸盐水泥熟料，尽量多的利用工业废渣来生产水泥，是一项具有环保意义和经济价值的课题。

粉煤灰是目前排放量和堆放量最大的工业废渣之一，但是在我国，其利用率不到40%，剩余的粉煤灰只能依靠大面积堆放，不但对环境造成污染，还占用了土地资源。

为了充分利用粉煤灰，研究人员发明了大掺量粉煤灰水泥，其中，粉煤灰的掺杂量高于水泥总质量的40%。但是，由于粉煤灰的活性较低，随着其在水泥中掺入量的增大，水泥的早期强度显著降低，限制了其应用范围。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种大掺量粉煤灰水泥，早期强度高。

本发明公开了一种大掺量粉煤灰水泥，包括以下组分：

30～70wt%的粉煤灰；

0.01～10wt%的纳米勃姆石；

余量为硅酸盐水泥。

优选的，所述纳米勃姆石的D50小于20nm。

优选的，所述纳米勃姆石的D95小于40nm。

优选的，包括0.1～2.5wt%的纳米勃姆石。

优选的，包括41～60wt%的粉煤灰。

优选的，所述硅酸盐水泥为PI型硅酸盐水泥。

本发明公开了一种大掺量粉煤灰水泥的制备方法，包括以下步骤：

将纳米勃姆石均匀掺杂在粉煤灰和硅酸盐水泥中，得到大掺量粉煤灰水泥。

与现有技术相比，本发明的大掺量粉煤灰水泥，包括：30～70wt%的粉煤灰；0.01～10wt%的纳米勃姆石；余量为硅酸盐水泥。纳米勃姆石颗粒小，具有优异的化学和力学性能及良好的表面活性，可以填充水泥颗粒的空隙，增强水泥颗粒之间的作用力；而且纳米勃姆石可以与硅酸盐水泥发生化学反应，生成水化产物，促进掺入大量粉煤灰后的水泥早期水化，因此不但提高了水泥的早期强度还增加了粉煤灰的添加量，降低了成本。

附图说明

图1为实施例1采用的纳米勃姆石的SEM照片；

图2为实施例1和比较例1水泥水化后的XRD图谱。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种大掺量粉煤灰水泥，包括以下组分：

30～70wt%的粉煤灰；

0.01～10wt%的纳米勃姆石；

余量为硅酸盐水泥。

本发明以纳米勃姆石为增强剂，其不仅可以填充水泥颗粒的空隙，使其结构更加致密，增强水泥颗粒之间的作用力，而且能够与水泥熟料及粉煤灰发生化学反应，生成水化产物，促进水泥的水化进程，提高水泥的早期强度。

所述纳米勃姆石的纯度优选大于98%，所述纳米勃姆石的D50优选小于20nm，其D95优选小于40nm。所述纳米勃姆石的含量优选为0.01～10wt%，更优选为0.1～2.5wt%。本发明对于纳米勃姆石的来源没有特殊限制，市售产品即可。

在本发明中，所述粉煤灰为重要的掺杂原料，大量粉煤灰的掺杂，降低了生产成本。所述粉煤灰的含量为30～70wt%，优选为41～60wt%。

在本发明中，还包括余量的硅酸盐水泥。本发明对于所述硅酸盐水泥的种类没有特殊限制，可以为不掺加混合材料的PI型硅酸盐水泥，也可以是PII型硅酸盐水泥，优选为PI型硅酸盐水泥。本发明对于硅酸盐水泥的来源没有特殊限制，市售产品即可。

本发明还公开了一种大掺量粉煤灰水泥的制备方法，包括以下步骤：

将纳米勃姆石均匀掺杂在粉煤灰和硅酸盐水泥中，得到大掺量粉煤灰水泥。

所述纳米勃姆石必须均匀掺杂在粉煤灰和硅酸盐水泥中，本发明对于具体的掺杂方法没有特殊限制。所述纳米勃姆石也可以在使用时再与粉煤灰及硅酸盐水泥混合，优选的方案为：将纳米勃姆石超声分散于水中，所述超声分散的时间优选为5～15分钟；然后，将粉煤灰及硅酸盐水泥与均匀分散有纳米勃姆石的水溶液混合，即可使用。

本发明的大掺量粉煤灰水泥，包括：30～70wt%的粉煤灰；0.01～10wt%的纳米勃姆石；余量为硅酸盐水泥。纳米勃姆石颗粒小，具有优异的化学和力学性能及良好的表面活性，可以填充水泥颗粒的空隙，增强水泥颗粒之间的作用力；而且纳米勃姆石可以与硅酸盐水泥发生化学反应，生成水化产物，促进掺入大量粉煤灰后的水泥早期水化，因此不但提高了水泥的早期强度还增加了粉煤灰的添加量，降低了成本。另外，本发明利用掺杂纳米勃姆石的方法增加大掺量粉煤灰水泥的早期强度，工艺简单，为扩大大掺量粉煤灰水泥的应用提供了新的途径。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的大掺量粉煤灰水泥及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例选用的纳米勃姆石为美国Sasol公司生产。

实施例1

本实施例的大掺量粉煤灰水泥包括220.5克PI型硅酸盐水泥水泥熟料（石膏占熟料质量的4%），220.5粉煤灰和9克纳米勃姆石。所述纳米勃姆石的粒径为10～50nm，具体结构如图1所示，图1为实施例1采用的纳米勃姆石的SEM照片。

将实施例1的大掺量粉煤灰水泥制成水泥胶砂，以测试其早期强度。

将9克纳米勃姆石在水中均匀分散10分钟，超声功率为300w（DS-5510DTH型超声波清洗机），然后按照我国现行标准中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件，试件制作好后，放入标准养护室（温度20±1℃、相对湿度≥95%）养护，1天后拆模并继续标准养护至设定龄期，即可获得水泥胶砂试件。所述水泥胶砂试件的组分如表1所示。

表1水泥胶砂试件组分

当养护到实验龄期后取出水泥试件，利用抗折试验机、压力试验机测试其3天时抗折强度和抗压强度，具体实验数据如表2所示。

表2水泥胶砂试件3d强度对比

比较例1

本比较例的大掺量粉煤灰水泥包括225克PI型硅酸盐水泥和225粉煤灰。

按照我国现行标准中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件，试件制作好后，放入标准养护室（温度20±1℃、相对湿度≥95%）养护，1天后拆模并继续标准养护至设定龄期，即可获得水泥胶砂试件。所述水泥胶砂试件的组分如表1所示。

由表2中数据可以看出，纳米勃姆石可以显著提高大掺量粉煤灰水泥的抗压和抗折强度，其中抗折强度提高27.6%，抗压强度提高29.5%。

因此在大掺量粉煤灰水泥中添加少量纳米勃姆石可以显著改善水泥早期强度。

同时X射线衍射图如图2所示，图2为实施例1和比较例1水泥水化后的XRD图谱，其中A为实施例1的水泥水化后的XRD图谱，B为比较例1的水泥水化后的XRD图谱。图2表明实施例1掺加纳米勃姆石后生成了水化石榴石及更多的氢氧化钙，说明促进了水泥的水化。

实施例2

本实施例的大掺量粉煤灰水泥包括218.25克PI型硅酸盐水泥，225粉煤灰和6.75克纳米勃姆石。所述纳米勃姆石的粒径为10～50nm。

将实施例1的大掺量粉煤灰水泥制成水泥胶砂，以测试其早期强度。

将11.25克纳米勃姆石在水中均匀分散10分钟，超声功率为300w（DS-5510DTH型超声波清洗机），然后按照我国现行标准中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件，试件制作好后，放入标准养护室（温度20±1℃、相对湿度≥95%）养护，1天后拆模并继续标准养护至设定龄期，即可获得水泥胶砂试件。所述水泥胶砂试件的组分如表1所示。

当养护到实验龄期后取出水泥试件，利用抗折试验机、压力试验机测试其3天时抗折强度和抗压强度，具体实验数据如表2所示。

实施例3

本实施例的大掺量粉煤灰水泥包括213.75克PI型硅酸盐水泥，225粉煤灰和11.25克纳米勃姆石。所述纳米勃姆石的粒径为10～50nm。

将实施例1的大掺量粉煤灰水泥制成水泥胶砂，以测试其早期强度。

将11.25克纳米勃姆石在水中均匀分散10分钟，超声功率为300w（DS-5510DTH型超声波清洗机），然后按照我国现行标准中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件，试件制作好后，放入标准养护室（温度20±1℃、相对湿度≥95%）养护，1天后拆模并继续标准养护至设定龄期，即可获得水泥胶砂试件。所述水泥胶砂试件的组分如表1所示。

当养护到实验龄期后取出水泥试件，利用抗折试验机、压力试验机测试其3天时抗折强度和抗压强度，具体实验数据如表2所示。

实施例4

本实施例的大掺量粉煤灰水泥包括202.5克PII型硅酸盐水泥，225粉煤灰和22.5克纳米勃姆石。所述纳米勃姆石的粒径为10～50nm。

将实施例1的大掺量粉煤灰水泥制成水泥胶砂，以测试其早期强度。

将11.25克纳米勃姆石在水中均匀分散10分钟，超声功率为300w（DS-5510DTH型超声波清洗机），然后按照我国现行标准中普通水泥胶砂试件的制备过程制备水泥胶砂试件，试件制作好后，放入标准养护室（温度20±1℃、相对湿度≥95%）养护，1天后拆模并继续标准养护至设定龄期，即可获得水泥胶砂试件。所述水泥胶砂试件的组分如表1所示。

当养护到实验龄期后取出水泥试件，利用抗折试验机、压力试验机测试其3天时抗折强度和抗压强度，具体实验数据如表2所示。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种大掺量粉煤灰水泥，包括以下组分：

30～70wt％的粉煤灰；

0.01～10wt％的纳米勃姆石；

余量为硅酸盐水泥。

2.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于，所述纳米勃姆石的D50小于20nm。

3.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于，所述纳米勃姆石的D95小于40nm。

4.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于，包括0.1～2.5wt％的纳米勃姆石。

5.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于，包括41～60wt％的粉煤灰。

6.根据权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥为PI型硅酸盐水泥。

7.一种如权利要求1所述的大掺量粉煤灰水泥的制备方法，包括以下步骤：

将纳米勃姆石均匀掺杂在粉煤灰和硅酸盐水泥中，得到大掺量粉煤灰水泥。