專利名稱：改進水泥添加物可磨碎性的方法
技術領域：
本發明涉及一種改進水泥摻磨物，特別是渣、煙道塵或白榴火山灰的可磨碎性及調節基水硬性質的方法。
渣水泥，特別是高爐渣水泥或礦渣水泥皆由粒狀渣經磨碎制得，并照例作為水泥混合的摻磨物應用。曾經報導，磨碎時的可磨碎性通過化學添加劑和特別是通過所得的助磨劑加以改進，但該助磨劑在磨碎物中將構成雜質。同樣曾報導，水硬性質，特別是硬化行為及可達到的抗壓強度在某些預定時間可受加到水泥中的或者在制造混凝土時添加的化學添加物的影響。
因此，本發明的目的在于，對水泥摻磨物的可磨碎性，有時并對其水硬性質在不藉助于這類化學添加物的前提下加以改進或施加影響。為了達到這個目的，本發明方法的實質在于，水泥摻磨物在磨碎工序之前在250℃-1000℃下進行熱處理。意外地發現，特別是高爐渣粒的機械破碎性在這種熱處理下有明顯的改進。在這種情況下，改性實質上界于所謂的玻璃應力消除溫度和結晶溫度之間的范圍內，其間曾經表明，在大約500℃下處理約1小時可使需要的磨碎能減少大約20％。但是出人意料地發現，在這個溫度范圍內通過熱處理可使需要的磨碎能減少，同時并能使水硬性質，特別是強度的展現受到影響。在大約500℃的溫度下處理高爐渣料可使需要的磨碎能減少大約20％，同時使28天-抗壓強度增加大約15％。在更高的溫度下處理，特別是例如在大約900℃下處理，磨碎能還會明顯減小，并發現所需磨碎能可減少一半，然而在這種大約900℃的溫度下處理會使7天和28天之后的抗壓強度變低。所需磨碎能隨處理溫度的減少并不引起抗壓強度和水硬性的線性變化，但在水泥拌合過程中的延遲凝固有時是希望的，這在常規方式中只能通過化學添加物才能達到。
有利的是本發明方法的熱處理在300°-900℃，特別是在300°-700℃進行，這時在此溫度范圍內，所需磨碎能大約能減少一半，并且在此優選的溫度范圍內，28天后的抗壓強度大約能升高20℃，只要這種熱處理的高爐渣在磨碎工序之后或在其過程中與波特蘭水泥按1∶1的比例混合。此外，該處理后的組分的可磨碎性的改進還使波特蘭水泥熟料和處理后的高爐渣泥的混合物的可磨碎性改進，這樣，在同波特蘭水泥熟料一道磨碎時會使所需的磨碎能量降低，或者說，在所需磨碎能量相同的情況下可觀察到較高的磨細度。
本發明方法特別有利的實施方式是，熱處理的時間為15分-3小時之間，優選45分-2小時。熱處理所要求的溫度，特別是在采用高爐渣的情況下，照例由高爐區的余熱提供。在處理溫度較高時可選較短的處理時間。舉例而言可利用高爐的余熱回收裝置。熱處理本身可在不同的場合進行，但熱處理宜直接在制粒之后用制成粒子的余熱通過延遲冷卻進行，這時預期的對渣質量的影響或磨碎功的降低可通過標準制粒方法或粒化方法的簡單調整，特別是通過在干制粒過程中的停留時間和溫度控制的調節來達到。但高爐渣亦可事后改進，并送入干燥裝置中進行后續熱處理。最后，可在渣磨碎機前設置特殊的處理設備，例如同時利用熟料冷卻器的余熱，其間另一種方法可將高爐渣在水泥轉管爐熟料冷卻器區內放入對處理適宜的溫度窗中。最后，可提高高爐渣的磨碎溫度。
除了對混凝土早期強度有下面影響的可能性以及通過改進高爐渣組分的可磨碎性使熟料和渣一道更經濟地磨碎的可能性之外，還存在改變和調整復合水泥特征性強度展現的可能性，同時可使例如28天-硬度降低和早期硬度提高。這樣一種操作方式可通過提高渣的細度達到，渣的細度可由改進可磨碎性和特別是由渣和熟料一道磨碎得到。
水泥摻磨物可在熱處理后和磨碎工序之前以特別簡單的方式在空氣中冷卻，其間高爐渣的處理宜在約850℃的黃長石-結晶溫度以下進行。
強度值特別明顯的提高可在下面情況下出現，如果它按一種優選的進一步研制的方式進行，即熱處理在250℃至約700℃的晶種形成溫度之間，特別是在大約500℃之下進行。
本發明下面將按附圖作進一步的闡述。
圖1表示緊接熱處理之后抗壓強度的變化情況，圖2表示各種處理溫度下抗彎強度的變化情況，圖3表示各種處理溫度下所需磨碎能降低的情況。
在附圖所闡述的實施例子中進行了一系列補充測量，特別是大多數情況下出現的黃長石相的晶種形成溫度和結晶溫度的熱力學測量、按照Blaine通過激光衍射或篩分析對磨碎細度的測定以及按照-標準B 3310用50％渣份額WC(水/水泥)-值0.6的灰漿棱柱對水硬活性的測量。參比研究表明，在結晶形成結束之后對強度變化為負影響，而且這種負的強度變化在晶種形成結束之后參比衍射儀測量表明玻璃含量仍未發生變化。研究采用的處理溫度步長為100°，其結果示于圖1。圖1表示各種處理溫度下抗壓強度的變化過程，其中渣-水泥比選為50∶50。從圖1可以看出，強度變化，特別是28天的強度在溫度范圍400-600℃內有明顯的改進。然而圖1所示的900℃測量點不具代表性，由于在此試驗中其可磨碎性改進甚大，不再遵守其它試驗中保持的恒定細度4500cm2/g。很明顯改進的可磨碎性在這種情況下使細度達到了6700cm2/g。
對一種高爐渣的熱力學研究表明，晶種形成的峰值溫度為710℃，黃長石結晶為850℃，后繼結晶為900℃以及低熔共熔物的峰值溫度為1190℃。熱分析確定均勻熔融物在1330℃。
高爐渣在一種箱式爐中處理，在圖1表示的各處理溫度，處理時間均為1小時。處理時間結束后將渣從爐中取出并在空氣中冷卻。
用這種方式處理的高爐渣的磨碎在球磨機內進行，磨碎進展情況總是由Blaine一細度測量確定。
從圖1所示的抗壓強度的變化情況可以看出，在直到約500℃的溫度范圍內，其抗壓強度有明顯增加。28天后的抗壓強度的最大值出現的溫度高于早期強度最大值出現的溫度。這樣，熱處理導至確定時間點的強度的差異，通過這種方式，總的來說可在寬的范圍內調節水硬性。
超過晶種形成溫度和結晶溫度(大約700℃)的范圍后可觀察到水硬活性(特別是28天抗壓強度)降低。曾經意外發現，在較高溫度下進行處理，2天的抗壓強度也出現增高。
如上所述，圖1的900℃下的測量點不具代表性，因為這個試驗中的磨碎細度高得多。
同樣，抗彎強度亦明顯受到熱處理的影響。圖2所示的各種處理溫度下的抗彎強度變化所對應的試樣中渣-水泥比仍為50∶50，對于900℃下的測量點，上面關于磨碎細度的解釋仍然有效。可以觀察到抗彎強度在達到結晶溫度前稍有下降的傾向，而且抗彎強度只在超過結晶溫度之后才出現明顯的下降。
早期強度范圍內的抗彎強度和抗壓強度表示出類似的曲線變化，因而再次容許對最終產品的預期的水硬性質作大的調整。
最后，在所研究的溫度下對可磨碎性進行了測量，其結果示于圖3。從圖3可以明顯看出磨碎時間與所選處理溫度之間的關系，隨處理溫度的升高，直達約4500cm2/g的Blaine細度的磨碎時間急劇減少。在這種條件下，900℃的溫度下出現的測量值不完全正確，因為在這個時間點上磨碎細度已達到6700cm2/g，而4500cm2/g的Blaine細度卻在此之前早已出現。磨碎細度另外通過用45μm篩(R45)監測殘留物進行對比，這種測量的結果列于下表。
R45測量及激光衍射測定粒度分布的結果表明，隨著晶體物質份額的提高，渣的特征性粒度分布出現明顯的變化。
因此，總的說來，在300-500℃下進行熱處理可節省大約15％的磨碎能，在晶種形成溫度范圍內可降低大約20％，一旦出現晶體組分，磨碎時間將再次顯著下降。
權利要求
1．一種改進水泥摻磨物，特別是渣、煙道塵或白榴火山灰的可磨碎性和調節其水硬性質的方法，其特征在于，水泥摻磨物在磨碎工序之前經受250℃-1000℃的熱處理。
2．權利要求1的方法，其特征在于，該熱處理溫度為300℃-900℃，特別是300-700℃。
3．權利要求1或2的方法，其特征在于，該熱處理時間為15分-3小時，優選為45分-2小時。
4．權利要求1、2或3的方法，其特征在于，該水泥摻磨物在熱處理后和磨碎工序之前在空氣中冷卻。
5．權利要求1-4之一的方法，其特征在于，高爐渣的處理在約850℃的黃長石-結晶溫度以下進行。
6．權利要求1-5之一的方法，其特征在于，熱處理在250℃和約700℃的晶種形成溫度之間，特別是在500℃左右進行。
7．權利要求1-6之一的方法，其特征在于，熱處理直接緊接制粒工序并通過延遲冷卻以利用制成顆粒的余熱下進行。
全文摘要
本發明涉及一種改進水泥摻磨物,特別是渣、煙道塵或白榴火山灰的可磨碎性和調節其水硬性質的方法,該水泥摻磨物在磨碎工序之前在350℃和1000℃之間經受熱處理。
文檔編號C04B7/38GK1300270SQ00800600
公開日2001年6月20日 申請日期2000年4月14日 優先權日1999年4月15日
發明者A·格斯尼策爾 申請人:“霍爾德班克”財務格拉魯斯公司