一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于建筑材料技術領域，尤其是涉及一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 水泥作為土木、水利和交通建筑工程用量最大的人造材料，其生產過程需要消耗 大量石灰石、粘土及燃料和電力，是一種高資源和高能源消耗及高溫室氣體排放的材料，尋 求新的原材料資源和可替代或者可作為補充的新的水泥的制備方法是材料工作者一直致 力于解決的問題。隨著建設開發的地區和領域的不斷擴大，處于特殊自然環境的建筑工程 也對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， 各類工業廢渣對環境的不利影響和有效處置仍是一個尚未徹底解決的問題，其中包括火力 發電企業排出的粉煤灰。盡管近年來電廠干法排出的粉煤灰大一部分已被利用，但歷年濕 法排放的大量粉煤灰，由于其一般粒度較粗，含碳量較高，其物理性質和反應活性不能滿足 作為水泥混合材和混凝土摻合料的要求，不能直接大量地應用于水泥與混凝土和其它建材 制品中，尚未能被有效利用而被長期堆存。粉煤灰的堆存不僅占用土地，還嚴重污染周圍環 境，因此其有效資源化利用是一亟待解決的問題。用堆存粉煤灰為主要原料制備水泥，可 以節省石灰石和粘土等不可再生資源，解放土地用于工商業開發和住宅建設，而且節能環 保。但現有用粉煤灰制備水泥的技術存在粉煤灰用量少、對粉煤灰品質要求高，如生產粉煤 灰硅酸鹽水泥時粉煤灰最大用量僅為40%，且對粉煤灰的燒失量和活性都有比較苛刻的要 求，粉煤灰摻量較大時水泥性能較差的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明針對現有技術的不足，提供了一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥及其制 備方法，該快凝耐蝕水泥可以快速凝固、耐腐蝕性能強。
[0004] 本發明采用以下技術方案：
[0005] -種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，包括重量份計的合成料75?85份、娃酸鹽 水泥熟料10?20份、石膏5?8份、調凝劑0. 1?I. 0份和減水劑0. 3?0. 7 ;所述的合 成料的原料包括重量份計的粉煤灰60?75份、消石灰25?40份、堿性激發劑0. 5?1. 5、 硫酸鹽激發劑1?2份和水20?25份。
[0006] 作為優選，所述堿性激發劑為堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。
[0007] 作為優選，所述硫酸鹽激發劑為芒硝或石膏。
[0008] 作為優選，所述石膏為二水石膏、半水石膏、無水石膏中的至少一種。
[0009] 作為優選，調凝劑為檸檬酸鈉、聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉中的至少一種。
[0010] 作為優選，減水劑為亞甲基二甲基二萘磺酸鈉聚合物或木質素磺酸鈉。
[0011] 作為優選，減水劑為粉末狀。
[0012] 本發明的快凝耐蝕水泥以粉煤灰為原料，減少環境污染，而且對粉煤灰的品質要 求不高，充分利用了廢棄原料，節能環保。
[0013] 上述以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥的制備方法，包括以下步驟：
[0014] 第一步：稱取各原料，將粉煤灰、消石灰、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑混合，粉磨至 80lim篩余小于5%，得到配合料；
[0015] 第二步：將所述配合料和水混合，攪拌均勻，制成直徑為8?12mm的料球；
[0016] 第三步：將所述料球在95?98°C蒸汽養護10?16小時得蒸養料；
[0017] 第四步：將所述蒸養料在750?KKKTC溫度下煅燒15?90分鐘后，冷卻得合成 料；
[0018] 第五步：將所述合成料75?85份、硅酸鹽水泥熟料10?20份、石膏5?8份、調 凝劑0. 2?I. 0份、減水劑0. 3?0. 7份混合，粉磨至80m篩余小于4%，即可。
[0019] 作為優選，第四步的冷卻為吹空氣冷卻或風冷。
[0020] 本發明的基本原理是通過水熱處理使得石灰與粉煤灰中活性氧化硅和活性氧化 鋁反應形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，在較低溫度下煅燒后形成硅酸二鈣和七鋁十二鈣。 其中七鋁十二鈣有很高的水化活性，硅酸二鈣也由于在較低的溫度下形成，存在大量結構 缺陷，因此也具有很高的水化活性，容易與水反應形成具有高膠凝性的水化產物。
[0021] 本發明中堿性激發劑可以與粉煤灰中的鋁硅酸鹽玻璃體反應，破壞玻璃體網絡結 構，降低玻璃體網絡結構的聚合程度，大大提高其中氧化硅和氧化鋁與石灰的反應速率及 水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的形成率，進而提高膠凝材料中硅酸二鈣和七鋁十二鈣的含量， 提高膠凝材料的膠凝性；本發明中硫酸鹽激發劑可以在水熱反應過程中促使氧化鋁與石灰 的反應形成水化硫鋁酸鈣，從而促進玻璃體中鋁的溶出。
[0022] 本發明中石膏可以與七鋁十二鈣及水反應形成膠凝性很高的三硫型水化硫鋁酸 鈣，提高水泥強度；硅酸鹽水泥熟料可以提高早期水泥漿體的Ca2+離子濃度，可以提高水泥 的強度，尤其是早期強度；緩凝劑可以調節七鋁十二鈣的反應速率從而使得水泥的膠凝材 料的凝結時間不至于太短而影響施工，減水劑可以降低水泥的需水量，從而提高水泥石的 強度。
[0023] 本發明的有益效果為：
[0024] (1)本發明水泥對含碳量高的低品質粉煤灰的利用率大，可解決粉煤灰對占用土 地、污染環境的問題。
[0025] (2)本發明通過堿性激發劑和硫酸鹽激發劑復合只用，可有效促進蒸養過程料球 中各組分間的反應，降低蒸養熱耗，縮短蒸養時間，提高生產效益和設備使用效率；
[0026] (3)本發明水泥的制備方法簡單，煅燒溫度低，溫室氣體排放量少；
[0027] (4)本發明水泥具有快凝快硬、強度高、耐硫酸鹽侵蝕性好的特性，特別適用于坑 道、水下、鹽堿地帶和沿海地區工程。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明的生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面通過實施例的方式對本發明技術方案進行詳細說明，但是本發明的保護范圍 不局限于所述實施例。各實施例中水泥的標準稠度需水量和凝結時間按GBT1346-2011測 定，水泥抗折和抗壓強度按GBT17671-1999測定，抗硫酸鹽侵蝕系數按GBI749-2008測定， 結果列于附表。實施例1
[0030] 配合料按質量份計含有以下成分：
[0031]
【主權項】
1. 一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，包括重量份計的合成料75~85 份、硅酸鹽水泥熟料10~20份、石膏5~8份、調凝劑0. 1~1. O份和減水劑0. 3~0. 7 ;所述的合 成料的原料包括重量份計的粉煤灰60?75份、消石灰25?40份、堿性激發劑0. 5~1. 5、 硫酸鹽激發劑1~2份和水20~25份。
2. 根據權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，所述堿 性激發劑為堿金屬氫氧化物或堿金屬碳酸鹽。
3. 根據權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，所述硫 酸鹽激發劑為芒硝或石膏。
4. 根據權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，所述石 膏為二水石膏、半水石膏、無水石膏中的至少一種。
5. 根據權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，調凝劑 為檸檬酸鈉、聚磷酸鈉、葡萄糖酸鈉中的至少一種。
6. 根據權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥，其特征在于，減水劑 為亞甲基二甲基二萘磺酸鈉聚合物或木質素磺酸鈉。
7. 基于權利要求1所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟： 第一步：稱取各原料，將粉煤灰、消石灰、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑混合，粉磨至 80 μ m篩余小于5%，得到配合料； 第二步：將所述配合料和水混合，攪拌均勻，制成直徑為8~12mm的料球； 第三步：將所述料球在95~98°C蒸汽養護10?16小時得蒸養料； 第四步：將所述蒸養料在750~1000°C溫度下煅燒15~90分鐘后，冷卻得合成料； 第五步：將所述合成料75~85份、硅酸鹽水泥熟料10~20份、石膏5~8份、調凝劑 0. 2~1. 0份、減水劑0. 3~0. 7份混合，粉磨至80 μ m篩余小于4%，即可。
8. 根據權利要求7所述的一種以粉煤灰為原料的快凝耐蝕水泥的制備方法，其特征在 于，第四步的冷卻為在空氣中冷卻或風冷。
【專利摘要】本發明公開了一種利用粉煤灰制備的快凝耐蝕水泥及其制備方法，該快凝耐蝕水泥是由如下組成和方法制得：將按質量份計，粉煤灰60～75份、消石灰25~40份、堿性激發劑0.5~1.5份、硫酸鹽激發劑1~2份共同粉磨成80μm篩余小于5%的配合料、加水20~25份攪拌均勻制備成生料球，將生料球在95~98℃水熱處理10~16小時得蒸養料，將蒸養料在750~900℃煅燒15~90分鐘后冷卻得合成料；將合成料75~85份、硅酸鹽水泥熟料10~20份與石膏5~8份、調凝劑0.2~1.0份、減水劑0.3~0.7份共同粉磨至80μm篩余小于4%。該水泥煅燒溫度和熱耗低、粉煤灰利用率高、快凝快硬、強度高、耐硫酸鹽侵蝕性好。
【IPC分類】C04B18-08, C04B28-04, C04B22-14
【公開號】CN104556909
【申請號】CN201510017523
【發明人】方永浩, 龔泳帆, 王亞楠, 朱晨輝, 顧亞敏, 韋華, 游多, 繆新河, 顧沖時, 蘇懷智
【申請人】河海大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月13日