水泥混合料的制作方法

專利名稱：水泥混合料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能降低水泥的水化熱以及使水泥得到極好流動(dòng)性的水泥混合料。
背景技術(shù)：
目前在水泥工業(yè)中，工業(yè)廢料和非工業(yè)廢料被循環(huán)用作生產(chǎn)水泥的原料(例如參見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)56-120552和2000-281395)。但是，當(dāng)這樣的廢料大量用作生產(chǎn)水泥的原料時(shí)，水泥中C3A的含量增加，常常引起水泥水化熱增加的問(wèn)題。而且，當(dāng)使用這樣的水泥和混合料生產(chǎn)灰漿或混凝土?xí)r，坍落度或灰漿流動(dòng)(即灰漿流動(dòng)性)減小，并引起流動(dòng)損失和坍落度損失增加。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種能降低水泥的水化熱并使水泥得到極好流動(dòng)性的水泥混合料。
發(fā)明概述在上述情況下，本發(fā)明人進(jìn)行了細(xì)致地研究，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)含有按規(guī)定比例的C2S(2CaO·SiO2)和C2AS(2CaO·Al2O3·SiO2)的混合物的燒制產(chǎn)品C3A(3CaO·Al2O3)含量為20重量份或更少)被研磨并與硅酸鹽水泥熟料混合時(shí)，生成的水泥有低的水化熱和良好的流動(dòng)性，從而完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明提供一種含有100重量份C2S、10-100重量份C2AS和20重量份或更少C3A的燒制產(chǎn)品；以及一種通過(guò)研磨所述燒制產(chǎn)品制備的水泥混合料。
本發(fā)明還提供一種含有100重量份研磨的硅酸鹽水泥熟料和5-100重量份上述燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的燒制產(chǎn)品含有C2S和C2AS，其中C2S為100重量份，而C2AS為10-100重量份、優(yōu)選20-90重量份。當(dāng)C2AS的含量小于10重量份時(shí)，甚至在燒制過(guò)程中升高燒制溫度時(shí)，游離石灰的數(shù)量(即未反應(yīng)的CaO)也難以減少，因此有損于成功的燒制。而且，生成的C2S很可能是沒(méi)有水合活性的γ-C2S，因此大大損害水泥的強(qiáng)度。另一方面，超過(guò)100重量份的C2AS使高溫下熔體的體積增加，從而使燒制溫度的范圍變窄。另外，因?yàn)镃2S的含量低，不僅水泥的初始強(qiáng)度而且長(zhǎng)期強(qiáng)度都受損。
在本發(fā)明的燒制產(chǎn)品中，相對(duì)于100重量份C2S的C3A含量為20重量份或更小、優(yōu)選10重量份或更小。當(dāng)C3A的含量超過(guò)20重量份時(shí)，水泥的水化熱增加，而流動(dòng)性變差。
滿足上述組成要求的燒制產(chǎn)品可通過(guò)將一種或多種例如選自工業(yè)廢料、非工業(yè)廢料以及建筑廢棄土的材料燒制來(lái)生產(chǎn)。工業(yè)廢料的實(shí)例包括但不限于煤灰；各種淤泥例如已混合好的混凝土泥漿、下水污泥、水凈化淤泥、建筑淤泥和制鐵淤泥；以及其他類型廢料例如鉆探廢棄的土、焚化爐的灰渣、型砂、石棉、玻璃廢料、高爐的二次灰渣、建筑廢料和混凝土廢料。非工業(yè)廢料的實(shí)例包括下水污泥的干粉、城市垃圾焚化爐的灰渣和海洋貝殼。此外，建筑廢棄土的實(shí)例包括建筑工地或拆除工地產(chǎn)生的土和廢石料以及廢棄土。
視用于生產(chǎn)燒制產(chǎn)品的原料組成而定，特別是有時(shí)在選自上述工業(yè)廢料、非工業(yè)廢料和建筑廢棄土(下文任何這些用作原料的廢料統(tǒng)稱為“原料廢料”)的一種或多種材料用作原料的情況下，可能生成C4AF(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。但是，在本發(fā)明的燒制產(chǎn)品中，一部分C2AS、優(yōu)選70％(重量)或更少C2AS可被C4AF代替。C4AF超出這一范圍的代替使成功燒制的溫度范圍變窄，從而使生產(chǎn)的控制困難。
本發(fā)明燒制產(chǎn)品的礦物組成可用以下方程式由所用原料的CaO含量、SiO2含量(％(重量))、Al2O3含量(％(重量))和Fe2O3含量(％(重量))來(lái)計(jì)算。
C4AF＝3.04×Fe2O3C3A＝1.61×CaO-3.00×SiO2-2.26×Fe2O3
C2AS＝-1.63×CaO+3.04×SiO2+2.69×Al2O3+0.57×Fe2O3C2S＝1.02×CaO+0.95×SiO2-1.69×Al2O3-0.36×Fe2O3因此，例如當(dāng)原料廢料含有的鈣量不足時(shí)，短缺的數(shù)量可通過(guò)加入石灰石或類似的材料來(lái)補(bǔ)充。補(bǔ)充材料的比例宜根據(jù)原料廢料的組成來(lái)決定，以便生成的燒制產(chǎn)品的組成在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
為了在燒制步驟中得到極好的熔融相，上述原料的燒制溫度優(yōu)選為1000-1350℃、更優(yōu)選1200-1330℃。
對(duì)燒制設(shè)備沒(méi)有特別的限制。例如，可使用轉(zhuǎn)窯。當(dāng)使用轉(zhuǎn)窯進(jìn)行燒制時(shí)，可使用燃料代用品廢料，例如廢油、廢輪胎和廢塑料。
通過(guò)上述的燒制，生成C2AS，而C3A的含量小于根據(jù)Bogue的計(jì)算得到的，以致可得到具有本發(fā)明規(guī)定組成的燒制產(chǎn)品。
通過(guò)研磨如此制得的燒制產(chǎn)品制得本發(fā)明的水泥混合料?？砂碨O3計(jì)，相對(duì)于100重量份，可將1-6重量份的石膏加到燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品中。
對(duì)研磨方法沒(méi)有特別的限制。例如，可使用球磨或類似的磨與傳統(tǒng)的研磨方法相結(jié)合。從減少滲漏、良好流動(dòng)性以及確?；覞{或混凝土的強(qiáng)度的觀點(diǎn)看，生成的燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品的Blaine比表面積優(yōu)選為2500-5000厘米2/克。
本發(fā)明的水泥可通過(guò)將5-100重量份的上述燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品與100重量份的研磨硅酸鹽水泥熟料混合來(lái)制得。視水泥的類型而定，兩者之間的混合比可不同。例如，對(duì)通常的硅酸鹽水泥熟料感興趣時(shí)，要混合的研磨產(chǎn)品的數(shù)量?jī)?yōu)選為5-50重量份、更優(yōu)選10-40重量份，而對(duì)低熱水泥感興趣時(shí)，要混合的研磨產(chǎn)品的數(shù)量?jī)?yōu)選為50-100重量份、更優(yōu)選66-100重量份。
本發(fā)明的水泥可含有石膏。當(dāng)加入石膏時(shí)，為了確保典型的凝結(jié)性質(zhì)，其數(shù)量(按SO3總量計(jì))優(yōu)選為水泥的1.5-5％(重量)、更優(yōu)選2-3.5％(重量)、最優(yōu)選2.5-3％(重量)。對(duì)石膏沒(méi)有特別的限制，可使用二水合石膏、α-或β-半水合石膏、III型無(wú)水石膏或II型無(wú)水石膏，可使用單一的石膏或兩種或多種石膏組合。
本發(fā)明的水泥可通過(guò)將上述組分混合來(lái)生產(chǎn)。對(duì)混合方法沒(méi)有特別的限制。例如，可將包括例如硅酸鹽水泥熟料、燒制產(chǎn)品和石膏在內(nèi)的水泥組分混合，然后研磨；或另一方面，可將各組分分別研磨，然后再混合在一起。再或另一方面，可將通過(guò)燒制產(chǎn)品和石膏研磨制備的水泥混合料與研磨的水泥熟料混合，從而可制得本發(fā)明的水泥。從減少滲漏、良好流動(dòng)性和確?；覞{或混凝土的強(qiáng)度的觀點(diǎn)看，生成的水泥的Blaine比表面積優(yōu)選為2500-4500厘米2/克。
實(shí)施例下面借助實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，但這些實(shí)施例不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1制備表1所列的燒制產(chǎn)品。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，將原料即石灰石、已混合的混凝土泥漿、下水污泥和建筑廢棄土按表1所示的比例混合，然后將生成的混合物在小型轉(zhuǎn)窯中在表1所列的相應(yīng)溫度下燒制，以致使游離石灰的含量為1％或更少。每種原料的化學(xué)組成列入表2。
表1

#)建筑廢棄土表2

用工業(yè)材料制備了7號(hào)和8號(hào)燒制產(chǎn)品。在7號(hào)產(chǎn)品的情況下，僅含有總量為5重量份的C2AS和C4AF，按100重量份C2S計(jì)，在1450℃的燒制溫度下，游離石灰的含量為1％或更少。但是，在冷卻過(guò)程中，燒制產(chǎn)品出現(xiàn)粉化，產(chǎn)生γ-C2S，它不能提供強(qiáng)度。另一方面，在8號(hào)產(chǎn)品的情況下，含有C2AS和C4AF，其總量為105重量份，在1230℃下開(kāi)始出現(xiàn)粒化，而在1250℃下游離石灰的含量為0.5％或更少。但是，當(dāng)燒制溫度進(jìn)一步升高時(shí)，液化物的體積迅速增加并出現(xiàn)熔融，因此不可能成功地進(jìn)行燒結(jié)。
實(shí)施例2所用的熟料為硅酸鹽水泥熟料，其組成列入表3。所用的石膏為一種二水合石膏(Sumitomo Metal Industries，Ltd.的產(chǎn)品)。按表4所列的比例將熟料和石膏與每種燒制產(chǎn)品混合，接著在分批球磨機(jī)中同時(shí)研磨，以便使Blaine比表面積為3250±50厘米2/克，從而制得水泥產(chǎn)品。
按水化熱、灰漿流動(dòng)和灰漿壓縮強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)如此制得的每一種水泥產(chǎn)品。結(jié)果列入表4。
(評(píng)價(jià)方法)(1)水化熱按JIS R 5203測(cè)量水化熱。
(2)灰漿流動(dòng)按JIS R 5201測(cè)量灰漿流動(dòng)。
具體地說(shuō)，通過(guò)將占水泥(W/C＝0.35和S/C＝2)重量的0.8％(重量)的聚羧酸酯為基礎(chǔ)的加氣和高減水劑加入形成的混合物捏合5分鐘來(lái)制備灰漿樣，并使用JIS R 5201-1997中規(guī)定的流動(dòng)錐。
(3)灰漿壓縮強(qiáng)度按照J(rèn)IS R 5201測(cè)定了3、7和28天的灰漿壓縮強(qiáng)度。
表3

*組成與表2中相同表4

*1相對(duì)于水泥的％(重量)*2相對(duì)于100重量份熟料的重量份正如從表4顯而易見(jiàn)的，與OPC1(1號(hào))相比，OPC2(2號(hào))有更高的壓縮強(qiáng)度；但是水化熱仍較高，而灰漿流動(dòng)明顯低。OPC2加入相當(dāng)數(shù)量作為原料的下水污泥，所以C3A含量和C4AF含量變高，使流動(dòng)性變差。因此，當(dāng)相對(duì)大量的下水污泥用作原料時(shí)，硅酸鹽水泥熟料的制備遇到困難。如果希望使用下水污泥作為原料，象在OPC1的情況下那樣，也必需加入氧化硅石和鐵原料，導(dǎo)致使用有限數(shù)量的下水污泥。相反，本發(fā)明的燒制產(chǎn)品允許有效使用相對(duì)大量的廢料，例如下水污泥；而燒制產(chǎn)品甚至可由廢料來(lái)生產(chǎn)。而且，可將它們加到傳統(tǒng)的水泥產(chǎn)品中，而對(duì)生成的灰漿、混凝土或類似的產(chǎn)品的強(qiáng)度或流動(dòng)性沒(méi)有不良影響。
通過(guò)將1號(hào)燒制產(chǎn)品加到OPC1中生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品隨著加入量增加，其水化熱降低和灰漿流動(dòng)增加。但是，隨著加入量增加，初始材料期(3天、7天)的強(qiáng)度下降，當(dāng)加入量為42重量份(5號(hào))時(shí)，得到相對(duì)小的壓縮強(qiáng)度(鑒于普通水泥標(biāo)準(zhǔn))。當(dāng)42重量份燒制產(chǎn)品加到OPC2中時(shí)，發(fā)現(xiàn)得到的水化熱、灰漿流動(dòng)和壓縮強(qiáng)度都與OPC1的相當(dāng)。
而且，當(dāng)加到OPC1中的燒制產(chǎn)品的數(shù)量為66重量份或100重量份時(shí)，發(fā)現(xiàn)得到的壓縮強(qiáng)度相對(duì)較小(鑒于普通水泥的標(biāo)準(zhǔn))，水化熱顯著下降，從而滿足中熱水泥或低熱水泥的技術(shù)規(guī)格。
在使用比1號(hào)燒制產(chǎn)物有更高C3A含量的2號(hào)燒制產(chǎn)品從而生產(chǎn)這樣一種水泥產(chǎn)品(9號(hào))的情況下，與OPC1的相比，水化熱下降，而灰漿流動(dòng)增加。但是，與1號(hào)燒制產(chǎn)品相比，2號(hào)燒制產(chǎn)品產(chǎn)生的影響不顯著，雖然2號(hào)燒制產(chǎn)品觀測(cè)到的強(qiáng)度下降小于1號(hào)燒制產(chǎn)品觀測(cè)到的。
在3號(hào)燒制產(chǎn)品的情況下，相對(duì)于100重量份C2S，使用含有大于20重量份的C3A，從而生產(chǎn)這樣一種水泥產(chǎn)品(10號(hào))，雖然壓縮強(qiáng)度未下降，與OPC1相比水化熱增加，而灰漿流動(dòng)下降。
通過(guò)僅燒制已混合的混凝土泥漿(和下水污泥)生產(chǎn)了4號(hào)和5號(hào)燒制產(chǎn)品，沒(méi)有使用石灰石。將這些產(chǎn)品中每一種加到OPC1，其數(shù)量為25重量份。已證實(shí)得到的性能與使用石灰石生產(chǎn)的燒制產(chǎn)品得到的相當(dāng)。
在25重量份的7號(hào)和8號(hào)燒制產(chǎn)品加到OPC1中的情況下，水化熱顯著下降，而灰漿流動(dòng)增加。但是，壓縮強(qiáng)度明顯下降，甚至28天時(shí)也不能恢復(fù)。
實(shí)施例3(1)水泥混合料的生產(chǎn)將實(shí)施例1制得的1號(hào)和6號(hào)燒制產(chǎn)品中的每一種與二水合石膏(Sumitomo Metal Industries，Ltd.的產(chǎn)品)按表5所列的比例混合，然后在分批球磨機(jī)中研磨，以便得到Blaine比表面積為3250±50厘米2/克，從而制得混合料。
(2)水泥的生產(chǎn)對(duì)于表4中實(shí)施例2所列的1號(hào)水泥，將上述制得的每種混合料按表5所列的不同比例混合，從而生產(chǎn)水泥產(chǎn)品。以類似實(shí)施例2中描述的方式評(píng)價(jià)生成的水泥產(chǎn)品的水化熱、灰漿流動(dòng)和壓縮強(qiáng)度。結(jié)果列入表5。
表4-1

試驗(yàn)實(shí)施例1將表4所列的實(shí)施例2的1號(hào)、4號(hào)和13號(hào)水泥樣品用來(lái)生產(chǎn)混凝土樣，并測(cè)試所述樣品的坍落、空氣體積和壓縮強(qiáng)度。
各混凝土樣的組成列入表6。
分別按JIS A 1101、JIS A 1128和JIS A 1108中規(guī)定的方法測(cè)量每種混凝土樣的坍落、空氣體積和壓縮強(qiáng)度。每種樣品的尺寸為φ10×20厘米。結(jié)果列入表7。
表6

細(xì)凝聚物海砂和研磨砂(F.M.2.93)的混合物(質(zhì)量比1∶3)粗凝聚物磨石2005(F.M.6.65)水減少劑Pozzolith No.70(NMB產(chǎn)品)AE劑202A(NMB產(chǎn)品)表7

*1相對(duì)于水泥的％(重量)*2相對(duì)于100重量份熟料的重量份試驗(yàn)實(shí)施例2通過(guò)將實(shí)施例3生產(chǎn)的水泥混合料加到表4中所列實(shí)施例2的1號(hào)水泥中來(lái)制備水泥樣。加入的數(shù)量列入表8。與試驗(yàn)實(shí)施例1類似，測(cè)量了混凝土樣的坍落、空氣體積和壓縮強(qiáng)度。結(jié)果列入表8。
表8

*1相對(duì)于100重量份燒制產(chǎn)品的重量份*2相對(duì)于100重量份水泥熟料的重量份工業(yè)應(yīng)用通過(guò)使用研磨本發(fā)明的燒制產(chǎn)品生產(chǎn)的水泥混合料，可以制得具有低水化熱和良好流動(dòng)性的水泥產(chǎn)品。
而且，本發(fā)明的燒制產(chǎn)品可利用工業(yè)廢料、非工業(yè)廢料或建筑廢棄土作為原料來(lái)生產(chǎn)，更有利的是，可完全由廢料生產(chǎn)，從而可有效地利用巨大數(shù)量的廢料。另外，因?yàn)楸景l(fā)明的混合料可通過(guò)廢料的低溫?zé)苼?lái)生產(chǎn)，所以可節(jié)省燃料費(fèi)用。
權(quán)利要求
1.一種燒制產(chǎn)品，含有100重量份C2S、10-100重量份C2AS和20重量份或更少C3A。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燒制產(chǎn)品，其中一部分C2AS被C4AF代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的燒制產(chǎn)品，它由一種或多種選自工業(yè)廢料、非工業(yè)廢料和建筑廢棄土的原料來(lái)生產(chǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的燒制產(chǎn)品，其中在1000-1350℃下進(jìn)行燒制。
5.一種通過(guò)研磨權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的燒制產(chǎn)品制備的水泥混合料。
6.一種水泥混合料，含有100重量份權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品以及1-6重量份按SO3計(jì)的石膏。
7.一種水泥，含有100重量份研磨的硅酸鹽水泥熟料和5-100重量份權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的燒制產(chǎn)品的研磨產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的水泥，它含有按SO3計(jì)1.5-5％(重量)的石膏。
全文摘要
一種含有100重量份C
文檔編號(hào)C04B28/02GK1642871SQ0380669
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者澤木大介, 原澤修一, 本間健一, 市川牧彥 申請(qǐng)人:太平洋水泥株式會(huì)社