CN1076672A

CN1076672A - 低熟料活性混合材水泥

Info

Publication number: CN1076672A
Application number: CN92108072A
Authority: CN
Inventors: 甘昌成; 梁文范; 陈明月; 白光
Original assignee: CHONGQING ARCHITECTURAL ENGINEERING COLLEGE
Current assignee: CHONGQING ARCHITECTURAL ENGINEERING COLLEGE
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1992-03-20
Publication date: 1993-09-29

Abstract

低熟料活性混合材水泥，属建筑材料技术领域。解决的技术问题是减少熟料的用量，扩大可用作水泥混合材料的品种及在保证水泥有良好性能的前提下，提高混合材料的掺量，既改善波特兰水泥的某些性能，又降低成本。主要技术特征由低熟料、活性混合材料(各种矿渣、火山灰质混合材料、其他工业废渣) 及外加剂一道混合磨细。其抗炭化、护筋性等耐久性指标与高熟料水泥相当，抗硫酸盐侵蚀等则优于高熟料水泥。适用于配制水泥及建材制品。

Description

本发明属建筑材料技术领域。

在现有技术中，自波特兰水泥问世以来，以其良好的性能获得迅速发展，成为不可缺少的建筑材料。除少量石膏外，波特兰水泥全部为熟料，熟料的烧成需要大量的能耗。经过不断的试验研究，人们在波特兰水泥中掺进了各种活性的或非活性的混合材料，既改善了波特兰水泥的某些性能，又降低了成本。根据混合材料的种类和掺量的不同，由波特兰水泥派生出来的这些水泥有：普通水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰水泥等等。

在这些混合材料中，大量使用的是活性混合材料，因其掺量较大，后期强度增长幅度也大，有的后期强度还超过了波特兰水泥。即使如此，在掺混合材的这些水泥中，熟料仍是主体，其成本依然较高，而且这些水泥共同的缺点是早期强度低。为要提高掺量，必须选用活性高的混合材料。对活性较低时，为保证水泥的质量，其掺量一般少于30%，有些只能用于生产普通水泥（掺量≤15%）。如钛矿渣、磷矿渣、锰铁矿渣、酸性矿渣、沸渣、粉煤灰等工业废渣，在现有的水泥工业中，掺量都不高，有些还没有得到利用，成为渣灾，造成环境污染。

本发明的目的：鉴于上述现状，为扩大可用作水泥混合材料的品种及在保证水泥有良好性能的前提下，提高混合材料的掺量，对节约能源、降低成本，改善环境卫生、促进水泥工业的发展，将具有极其重大的社会效益和经济效益。

熟料激发活性混合材料，无凝是有效的，这已是众所周知的事实。但这种激发只是单方面的。各种活性材料即使是化学成分相同，但其矿物组成与矿物结构也是有区别的，因而有些混合材只用熟料是很难激发它们的潜在活性。除碱性激发外，而硫酸盐对活性混合材也有激发作用。如果只依靠硫酸盐，其激发也是单方面的，且效果比只用熟料还要差一些。但是，如果协调两者的关系，使之成为综合激发并达到最佳效果，必能大大提高混合材的潜在活性，本发明为达此目的，对多种活性混合材料进行了大量的配比研究，已取得了明显的效果。

本发明的内容：

（1）、熟料：主要为波特兰水泥熟料，也可以是其他品种的水泥熟料，可以是一种熟料，也可以是两种或多种熟料并用。

（2）、活性混合材料：

a.各种矿渣。包括普通粒化高炉矿渣（碱性、中性、酸性皆可），锰铁高炉矿渣、磷矿渣、钛矿渣、钢渣等。

b.火山灰质混合材料。包括人工火山灰质混合材料（如沸腾炉渣、粉煤灰、煤矸石、炉渣等）及天然火山灰质混合材（如沸石、浮石等）。

c.其他含活性硅酸盐或活性硅铝酸盐的工业废渣或天然矿物。

可以只用一种活性混合材料，也可以是两种或两种以上的活性混合材料复合使用，还可以掺部分非活性混合材料。

（3）、外加剂种类及其掺量范围：

表1列出了本发明所用外加剂种类及其掺量范围。掺量的下限为零，表示这种外加剂对某种活性混合材而言可以不掺，即当熟料或活性混合材质量较高时也可以不掺用。因此，利用本技术，对不同的原材料则可组成灵活多变，以及不同形式的配方。

表1.外加剂及其掺量

外加剂名称	掺量	说明
			石膏	0～10％	包括二水石膏、天然硬石膏、半水石膏、化工石膏、掺量以SO₃计
煅烧石膏	0～10％	500～1000℃（最好650～850℃）煅烧0.5～3h，掺量以SO₃计

外加剂名称	掺量	说明
			Na₂SO₄	0～5％	可以工业Na₂SO₄，芒硝矿或工业副产物Na₂SO₄，掺量以SO₃计
石灰	0～5%	可用生石灰或消石灰，剔除过烧石灰，掺量以CaO计
			Na₂SiF₆	0～10%	掺量以Na₂SiF₆计
调凝剂	0～3％	包括用于水泥和混凝土的早强剂、速凝剂和缓凝剂，掺量以一种调凝剂计
			减水剂	0～3％	如木质素磺酸盐，萘系减水剂等

1.低熟料活性混合材水泥的配方、制作方法及复合外加剂水泥的组成，该方法包括以下工艺步骤：

（1）.低熟料活性混合材水泥的配方为：

熟料5～50%，活性混合材30～85%、D-1型复合外加剂为Na₂SO₄0.1～5%、石膏0.1～10%、煅烧石膏0.1～10%。

（2）.低熟料活性混合材水泥的制作

将熟料、混合材与复合外加剂一道混合磨细，或先将复合外加剂粗磨一道，再与熟料、混合材料共同磨细，其细度达到一般矿渣水泥的细度要求即可。

例1.混合材为碱性矿渣68%、熟料15%、Na₂SO₄2.0%、石膏2.0%、烧石膏3.0%、粉煤灰10%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
5.7	8.4	9.5	26.8	37.2	49.2

本发明对多种活性混合材及复合外加剂的组成，进行了大量的配比研究，均取得明显的最佳效果。如：

2.低熟料活性混合材水泥D-2型复合外加剂为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%、复合外加剂为Na₂SO₄0.1～5%、煅烧石膏2～10%。

例2.混合材为磷矿渣53%、熟料30%、Na₂SO₄3.0%、烧石膏4.0%、粉煤灰10%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
5.2	6.9	8.5	21.6	33.2	52.6

3.低熟料活性混合材水泥D-3型复合外加剂为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%、复合外加剂为石膏0.1～10%、煅烧石膏0.1～10%、Na₂SiF₆0.1～5%。

例3.混合材为锰铁矿渣58.5%、熟料30%、烧石膏4.0%、Na₂SiF₆0.5%、煤矸石7%、其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
5.2	7.5	8.4	20.8	32.2	55.2

4.低熟料活性混合材水泥D-4型复合外加剂为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%、复合外加剂为煅烧石膏0.1～10%、Na₂SiF₆0.1～5%。

例4.混合材为碱性矿渣55%、熟料30%、烧石膏4.0%、Na₂SiF61.0%、粉煤灰10%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
5.6	6.8	8.3	25.8	36.0	55.0

5.低熟料活性混合材水泥D-5型复合外加剂为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%、复合外加剂为Na₂SO₄0.1～5%、石膏和（或）煅烧石膏1～10%、Na₂SiF₆0.1～5%。

例5.混合材为碱性矿渣62.6%、熟料30%、Na₂SO₄1.8%、石膏4.5%、Na₂SiF₆1.0%、木钙0.05%、ZnO0.05%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
6.0	7.8	10.5	28.8	45.2	64.8

6.低熟料活性混合材水泥D-6型复合外加剂为：

在上述低熟料活性混合材水泥1-5的配方中，可增加石灰和（或）调凝剂和（或）减水剂，组成D-6型复合外加剂的水泥配方，其掺量为：

石灰（生石灰或消石灰）0.1～5%、调凝剂（包括早强剂、速凝剂、缓凝剂）0.01～3%

减水剂（如木质素磺酸盐、荼系减水剂等）0.05～3%。

例6.1、混合材为钛矿渣47.85%、熟料30%、CaO2.0%、Na₂SO₄3.0%、烧石膏5.0%、Na₂SiF₆1.0%、沸渣10%、铝酸钠1.0%、木钙0.075%、ZnO0.075%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
4.2	5.6	7.8	20.2	30.6	47.3

例6.2、混合材为沸腾炉渣47.85%、熟料30%、CaO2.0%、Na₂SO₄3.0%、烧石膏5.0%、Na₂SiF₆1.0%、矿渣10%、铝酸钠1.0%、木钙0.075%、ZnO0.075%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
4.2	6.4	8.3	19.8	36.0	54.4

例6.3、混合材为粉煤灰38.9%、熟料30%、CaO2.5%、Na₂SO₄2.0%、石膏1.5%、烧石膏4.0%、Na₂SiF₆0.5%、矿渣15%、铝酸盐熟料5%、木钙0.1%、CaCl₂0.5%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
3.5	5.8	8.9	18.4	28.3	48.8

例6.4、混合材为煤矸石39%、熟料30%、CaO2.0%、Na₂SO₄2.0%、石膏2.0%、烧石膏4.0%、矿渣15%、铝酸盐熟料5%、明矾1.0%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
4.4	5.9	8.3	19.0	30.1	49.6

7.低熟料活性混合材水泥D-7型复合外加剂为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%、复合外加剂为Na₂SO₄0.3～3%、石膏1.5～10%、调凝剂0.01～3%和（或）石灰0.1～3%和（或）减水剂0.05～3%。

例7.混合材为锰铁矿56%熟料30%、Na₂SO₄2%、石膏4.0%、沸渣10%。其性能如下：

抗折强度（MPa)			抗压强度（MPa)
						3d	7d	28d	3d	7d	28d
6.2	8.0	9.7	26.4	40.6	56.2

注：（1）上述D-1～7型复合外加剂，其中符号D为低熟料拼音字母。

（2）上述1～7所述的活性混合材（30～80%）可以是一种、二种或二种以上复合。

8.上述1～7项中所述低熟料活性混合材水泥的配方，其中所用混合材为各种矿渣，包括普通粒化高炉矿渣（碱性、中性、酸性皆可）、锰铁高炉矿渣，磷矿渣、钛矿渣、钢渣等;还可用人工的和天然的各种火山灰质混合材料，包括沸腾炉渣、粉煤灰、煤矸石、炉渣、沸石、浮石以及其他含活性硅酸盐或硅铝酸盐的工业废渣或天然矿物。可以只用一种活性混合材料，也可以是两种或两种以上的活性混合材料复合使用，还可以掺部分非活性混合材料。

本发明的优点及其积极效果：

（1）.试验表明，在熟料用量减少一半，甚至减少四分之三的情况下，利用本发明技术配制的水泥，其强度指标仍高于或不低于高熟料水泥（对比数据见表2）。现有的水泥厂若采用本技术，则可大大减少熟料的用量，在熟料产量不变的前提下，可提高水泥产量1倍以上，将大大降低了成本和能耗，经济效益十分显著。

（2）.本发明技术对活性混合材料适应性广，激发效果强。目前普遍认为活性低，还没有用于水泥工业或虽已利用但掺量很低的混合材，在使用本技术后能够用这些混合材料生产水泥并提高其掺量。例如，含TiO₂14.6%的钛矿渣，熟料用量为60%时，其水泥的28天强度只有22.0MPa，采用本技术配方，对熟料用量为30%，则所配制的水泥的28天强度即能达到47.2MPa。

含活性硅酸盐或硅铝酸盐矿物的工业废渣、副产物或天然矿物，利用本技术后，都可用作水泥混合材，从而拓宽了水泥混合材的来源，使更多的水泥厂可以就地取材，本发明技术具有显著的社会效益、环境效益和经济效益。

（3）.耐久性试验表明，即使对熟料用量只有15%，其抗碳化、护筋性等耐久性能指标，也与高熟料（60%）水泥相当。有些耐久性指标，如抗硫酸盐（2%MgSO₄溶液）侵蚀等，本技术低熟料水泥则优于高熟料水泥。

（4）.本技术所生产的水泥早期强度高（可达普通水泥的早期强度），而后期强度增长幅度亦大，改变了传统的掺混合材水泥早期强度低的缺点，因而使模具周转快，有利于提高施工效率，缩短施工周期，降低工程造价。

（5）.利用本技术生产水泥，可将熟料、混合材料与外加剂一道混合磨细，或先将外加剂粗磨一道，再与熟料、混合材料共同磨细。因此，不改变水泥厂的现有的生产路线，不需再投资或只需少量投资。

（6）.利用本发明技术可生产多种水泥及建材制品。例如，采用矿渣为混合材时，若控制SO₃≤4%，可生产矿渣硅酸盐水泥，各项技术指标符合GB1344-85要求，若控制SO₃＝4～6%，则可生产低热微膨胀水泥。此外，改变混合材的种类及掺量，则可生产低熟料的火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥、砌筑水泥、钢渣矿渣水泥等。

有些目前还没有用于水泥工业的工业废渣或天然矿物，如质量较差的钛矿渣、粉煤灰、煤矸石、钢渣或其他冶金渣，以及珍珠岩、沸石等，在熟料用量较高（30～60%）时，利用本技术也能成功地配制出425^＃水泥。

本技术还可直接用于生产免烧砖、免烧砌块及其他建材制品，生产的免烧砖在标养情况下、七天即可达100～200号，克服了一般免烧砖硬化慢、养护周期长、需周转场地大的缺点。

表2.高熟料水泥性能试验

实施的最好方式：

采用本技术配制水泥及建材制品，不改变水泥厂的现有的生产线路，故一般水泥厂都有条件采用本技术，不需投资或只需很少一点投资，即可获得显著的经济效益和社会效益。

Claims

1、一种低熟料活性混合材水泥的配方、制作方法及复合外加剂水泥的组成，该方法包括以下工艺步骤：

(1)、低熟料活性混合材水泥的配方为：

熟料5～50%、活性混合材30～85%，D-1型复合外加剂为Na₂SO₄0.1～5%、石膏0.1～10%、煅烧石膏0.1～10%。

(2)、低熟料活性混合材水泥的制作

2、如权利要求1所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是D-2型复合外加剂的水泥配方为：

3、如权利要求1所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是D-3型复合外加剂的水泥配方为：

4、如权利要求1所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是D-4型复合外加剂的水泥配方为：

5、如权利要求1所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是D-5型复合外加剂的水泥配方为：

6、如权利要求1～5项所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是在其配方中可增加石灰和（或）调凝剂和（或）减水剂，组成D-6型复合外加剂的水泥配方，其掺量为：

石灰（生石灰或消石灰）0.1～5%、

调凝剂（包括早强剂、速凝剂、缓凝剂）0.01～3%、

减水剂（如木质素磺酸盐、荼系减水剂等）0.05～3%。

7、如权利要求1所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是D-7型复合外加剂的水泥配方为：

8、如权利要求1-7项所述低熟料活性混合材水泥的配方，其特征是混合材为各种矿渣，包括普通粒化高炉矿渣（碱性、中性、酸性皆可）、锰铁高炉矿渣、磷矿渣、钛矿渣、钢渣等;还可用人工的和天然的各种火山灰质混合材料，包括沸腾炉渣、粉煤灰、煤矸石、炉渣、沸石、浮石以及其他含活性硅酸盐或硅铝酸盐的工业废渣或天然矿物，可以只用一种活性混合材料，也可以是两种或两种以上的活性混合材料复合使用，还可以掺部分非活性混合材料。