CN103693868A - 一种新型复合水泥的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型复合水泥的制备方法。由主要含SiO2与Al2O3的天然矿物原料与含Na2O的原料按1:0.15～1:0.20的质量比混合。磨细的混合物在750～950℃煅烧1.5～3h得到高碱熟料，后者与硅酸盐水泥熟料按1.5:1到4:1的质量比混合磨细即得到复合水泥。该复合水泥的强度性能可超过42.5R硅酸盐水泥，而其能/物耗、碳排放及有害污染物排放均较硅酸盐水泥大为减少。

Description

一种新型复合水泥的制备方法
技术领域
本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种新型复合水泥的制备方法。
背景技术
2011年我国水泥产量达20.63亿吨，其中绝大部分是硅酸盐水泥。硅酸盐水泥煅烧温度达1450℃，能耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸耐蚀和耐久性差，且消耗大量的优质石灰岩资源，应逐渐限制与减少其使用。水泥的发展趋势要求其原料来源广、高废物利用、低能耗、低资源消耗、低污染、低碳排放且耐久性和耐腐蚀性好。最近研究比较活跃的碱激发水泥是由碱金属盐的水溶液与活性固体氧化物粉末组成的双组分水泥。其中碱矿渣水泥已经过大量学者的研究及前苏联和国内50多年的应用实践，证明该种水泥具有高强、快硬、抗渗、耐久、耐蚀、低碳排放和对集料要求低等明显优于硅酸盐水泥的性能。碱激发水泥的碱金属含量远超过硅酸盐水泥，人们通常担心其碱骨料反应对混凝土结构的破坏。但数十年来，大量研究表明其碱骨料反应性并没有比硅酸盐水泥严重。可见，在新水泥品种的研发中大胆打破碱含量限制可为进一步减少和限制硅酸盐水泥熟料的使用开辟新方法，并可能引发水泥科学研究的突破性发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型复合水泥的制备方法，包括步骤：
（1）将原料1与原料2按后者所含Na2O与干燥的原料1的质量比为0.15～0.20的比例进行混合，然后磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得混合粉料；
（2）将步骤（1）所得的混合粉料在750～950℃的温度下煅烧1.5～3小时，得到高碱熟料；
（3）将步骤（2）所得高碱熟料冷却后磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；然后将高碱熟料粉与同细度的硅酸盐熟料粉按1.5～4.0：1的质量比混合均匀，得复合水泥。
步骤（1）所述的原料1为主要含SiO2和Al2O3的天然矿物原料，其干燥物料中SiO2+Al2O3≧65wt%, CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O≦15wt%；所述的原料2为碳酸钠或氢氧化钠。
所述的天然矿物原料为高岭土或膨润土或红壤土。
本发明所制备的复合水泥的使用方法与常用的硅酸盐水泥相同，其最大抗压强度性能超过42.5R硅酸盐水泥，且通过灵活调整高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉的比例，可以得到从砌筑水泥到高标号水泥在内不同用途的水泥。该种复合水泥可大幅度降低水泥中硅酸盐熟料的用量，且掺入的碱性熟料为低碳至无碳排放的原料，其煅烧温度远低于硅酸盐水泥，可大大降低水泥的碳排放、能耗与物耗，减少有害污染物的排出。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明作进一步详细的描述。本发明所有实施例中所用设备为常规设备，所采用的含硅铝氧化物的天然矿物原料有高岭土、膨润土与与红壤土，其化学组成如表1所示：
表1 三种硅铝质粘土的化学组成        单位：wt%
粘土类型 CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O L.O.I
高岭土 0.32 0.10 70.11 19.07 1.03 4.29 0.33 4.80
红壤土 0.54 0.16 80.48 9.72 4.01 1.03 0.87 3.20
膨润土 4.79 1.26 49.79 18.33 6.12 1.18 1.34 16.72
实施例1
（1）原料准备：原料1为高岭土，原料2为氢氧化钠。将高岭土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将氢氧化钠溶于水配成液浆与已球磨好的高岭土粉均匀混合成球；氢氧化钠的加量为高岭土质量的19.4%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在950℃的温度下煅烧1.5小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=1.5，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为15.2MPa，28天抗压强度为32.9MPa。
实施例2
（1）原料准备：原料1为高岭土，原料2为碳酸钠。将高岭土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将碳酸钠溶于水配成液浆与上述已球磨好的高岭土粉均匀混合成球；碳酸钠的加量为高岭土质量的30.8%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在850℃的温度下煅烧2小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=2.5，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为12.2MPa，28天抗压强度为22.8MPa。
实施例3
（1）原料准备：原料1为高岭土，原料2为氢氧化钠。将高岭土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将氢氧化钠溶于水配成液浆与已球磨好的高岭土粉均匀混合成球；氢氧化钠的加量为高岭土质量的25.8%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在750℃的温度下煅烧3小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=4，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为10.5MPa，28天抗压强度为20.8MPa。
实施例4：
（1）原料准备：原料1为红壤土，原料2为氢氧化钠。将红壤土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将氢氧化钠溶于水配成液浆与已球磨好的红壤土粉均匀混合成球；其中氢氧化钠的加量为红壤土质量的19.4%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在750℃的温度下煅烧2小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=4.0，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为9.3MPa，28天抗压强度为29.5MPa。
实施例5：
（1）原料准备：原料1为红壤土，原料2为碳酸钠。将红壤土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将碳酸钠溶于水配成液浆与已球磨好的红壤土粉均匀混合成球；其中碳酸钠的加量为红壤土质量的30.8%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在750℃的温度下煅烧1.5小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=3，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为18.5MPa，28天抗压强度为35.7MPa。
实施例6：
（1）原料准备：原料1为红壤土，原料2为氢氧化钠。将红壤土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将氢氧化钠溶于水配成液浆与已球磨好的红壤土粉均匀混合成球；其中氢氧化钠的加量为红壤土质量的25%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在800℃的温度下煅烧3小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=1.5，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为29.7MPa，28天抗压强度为48.6MPa。
实施例7：
（1）原料准备：原料1为膨润土，原料2为Na2CO3。将膨润土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将Na2CO3溶于水配成液浆与已球磨好的膨润土粉均匀混合成球；其中Na2CO3的加量为膨润土质量的25.6%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在750℃的温度下煅烧1.5小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=1.5，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为16.8MPa，28天抗压强度为33.8MPa。
实施例8：
（1）原料准备：原料1为膨润土，原料2为氢氧化钠。将膨润土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将氢氧化钠溶于水配成液浆与已球磨好的膨润土粉均匀混合成球；其中氢氧化钠的加量为膨润土质量的23.2%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在850℃的温度下煅烧2小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=3，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为17.5MPa，28天抗压强度为35.4MPa。
实施例9：
（1）原料准备：原料1为膨润土，原料2为Na2CO3。将膨润土磨细到粒度为80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%。
（2）将Na2CO3溶于水配成液浆与已球磨好的膨润土粉均匀混合成球；其中Na2CO3的加量为膨润土质量的34.2%。
（3）将步骤（2）所得混合物粉料在950℃的温度下煅烧3小时得到高碱熟料。
（4）将冷却后的高碱熟料重新磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；同时将硅酸盐水泥熟料亦磨细至相同细度，得硅酸盐熟料粉。
（5）将步骤（4）所得高碱熟料粉与硅酸盐熟料粉混合均匀，其中高碱熟料粉:硅酸盐熟料粉=4，即得复合水泥。
按GB/T17671-1999的方法对本实施例中的复合水泥进行强度检测：水泥胶砂的3天抗压强度为18.4MPa，28天抗压强度为37.2MPa。
本发明不限于上述几种实施例，所采用的原料1可以为主要含SiO2和Al2O3的其它天然矿物原料，其干燥物料中SiO2+Al2O3≧65wt%, CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O≦15wt%；所采用的原料2也可以是碳酸钠和氢氧化钠的混合物，这都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 一种新型复合水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将原料1与原料2按后者所含Na2O与干燥的原料1的质量比为0.15～0.20的比例进行混合，然后磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得混合粉料；
（2）将步骤（1）所得的混合粉料在750～950℃的温度下煅烧1.5～3小时，得到高碱熟料；
（3）将步骤（2）所得高碱熟料冷却后磨细至80微米方孔筛筛余物的质量比≦10%，得高碱熟料粉；然后将高碱熟料粉与同细度的硅酸盐熟料粉按1.5～4.0：1的质量比混合均匀，得复合水泥；
步骤（1）所述的原料1为主要含SiO2和Al2O3的天然矿物原料，其干燥物料中SiO2+Al2O3≧65wt%, CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O≦15wt%；所述的原料2为碳酸钠或氢氧化钠。
2.根据权利要求1所述的新型复合水泥的制备方法，其特征是，所述的天然矿物原料为高岭土或膨润土或红壤土。
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