CN110372240B - 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法 - Google Patents

一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110372240B
CN110372240B CN201910835460.9A CN201910835460A CN110372240B CN 110372240 B CN110372240 B CN 110372240B CN 201910835460 A CN201910835460 A CN 201910835460A CN 110372240 B CN110372240 B CN 110372240B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cement
alkali
normal temperature
raw material
clinker
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910835460.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110372240A (zh
Inventor
彭美勋
马洪超
刘文伟
肖秋国
宋飞
朱赞宇
樊鑫锋
李广
周心怡
矫心悦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan xiangchuxian road environmental protection technology Co., Ltd
Original Assignee
Hunan Xiangchuxian Road Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Xiangchuxian Road Environmental Protection Technology Co Ltd filed Critical Hunan Xiangchuxian Road Environmental Protection Technology Co Ltd
Publication of CN110372240A publication Critical patent/CN110372240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110372240B publication Critical patent/CN110372240B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B12/00Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
    • C04B12/04Alkali metal or ammonium silicate cements ; Alkyl silicate cements; Silica sol cements; Soluble silicate cements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明公开了一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法,由少量工业碱与硅铝酸钾钠及钙质原料混合粉磨后于1250~1300℃煅烧并急冷得熟料,将熟料磨细成粉后均匀混入模数为1.0~2.0的钠水玻璃3.0~10.0%即得水泥,水泥使用时加水混匀振动成型试块,常温保湿养护28天并在前7天置于饱和湿气中。本发明制备的水泥具有原料广泛、廉价、低耗和低碳排放及性能稳定易控等特点,具有广阔的应用前景。

Description

一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
技术领域
本发明属于水泥建筑材料及其应用领域,特别涉及碱激发水泥的制备方法及其使用方法。
背景技术
自1824年英国人J.阿斯普丁取得硅酸盐水泥的专利权至今,产能巨大的硅酸盐水泥近200年来为人类文明发展立下了汗马功劳,但其主要组成物—硅酸盐熟料的制备仍存在碳排放、能耗和物耗高,粉尘和硫氮氧化物气体污染严重及耐蚀耐久性差等突出问题。碱激发水泥具有早强、抗腐蚀和冻融性好等突出优点,可大量利用固体废渣,低碳节能环保,被认为是最有可能替代硅酸盐水泥的新型水泥品种之一。传统的碱激发水泥为用强碱激发活性非晶硅铝酸(钙)盐而硬化的双组份水泥,仍存在诸多不足,成为阻碍其推广应用的瓶颈:(1)高岭土的化学组成相对远离上地壳平均值,资源较稀缺,而其它碱激发水泥的主要原料如粉煤灰和高炉矿渣等因大量用作硅酸盐水泥的掺和料而价格上涨,故其原料成本堪忧;(2)大量掺入的工业碱激发剂(按Na2O计占3~14wt%)使其成本居高不下,且易于泛碱而影响耐久性;(3)工业废渣固有的组成多变性使以其为主要原料制备的碱激发水泥性能和制备工艺难以稳定调控和标准化。专利CN102730996A公开了一种单组分碱激发水泥的制备方法,系将含SiO2、Al2O3和CaO的固体原料与碱混合在950℃~1200℃保温煅烧,冷却后再研磨得到水泥,使用时将水泥粉直接水化后在50~80℃保湿养护得到硬化的水泥石。但该水泥中Na2O+0.658K2O 含量为6~25%,与传统双组份碱激发水泥相比并未降低,且碱金属全来源于昂贵的工业碱盐,虽然其煅烧温度较低,但其成本仍然偏高而没有明显的优势。彭美勋等的研究(Applied Clay Science, 2017,139: 64~71)表明,SiO2、Al2O3、CaO、MgO和Na2O的混合物在1200℃以下煅烧所得熟料主要由各种结晶相组成,其水化相也主要为晶相。由于只有少数晶相具有胶凝性,从而水泥的胶凝性受到限制,这与水泥和水化体均为非晶相的高胶凝性碱激发水泥存在很大的差异。
发明内容
将硅铝酸钙煅烧熔融急冷即得到以非晶玻璃相为主的高炉矿渣,后者具有很高的碱激发胶凝性。碱金属组份掺入硅铝酸钙原料中可显著降低后者的熔融温度并提高其反应活性,以其为活性组份制备碱激发水泥还可减少碱激发剂掺量,从而从两方面降低成本。本发明的目的在于提供一种常温养护廉价碱激发水泥的制备方法,其通过烧制以玻璃相为主、化学组成主要为SiO2、Al2O3、CaO、Na2O和K2O的熟料来制备碱激发剂耗量低的碱激发水泥。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种常温养护廉价碱激发水泥的制备方法,由工业碱、钙质原料和硅铝酸钾钠原料混合、磨细至全过100目筛的细度,然后在氧化气氛中于1250~1350℃充分煅烧后急冷得到干燥熟料,磨细熟料至200目筛余≤10%的细度后混合钠水玻璃制得水泥。
作为更为具体的实施方式,所述硅铝酸钾钠原料指化学组成必含SiO2、Al2O3、Na2O和/或K2O的固体物质,要求其在1100℃充分氧化煅烧后的残余物中,SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO的质量占比不少于95.0%,且在SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO的总质量中,各组份含量分别为CaO:0~5.0%,MgO:0~2.0%,SiO2:50.0~75.0%,Al2O3:15.0~35.0%,Na2O+K2O:5.0~11.0%。
作为更为具体的实施方式,所述工业碱指烧碱和/或纯碱,其掺量按所含的Na2O与硅铝酸钾钠原料在1100℃氧化煅烧后的质量之比计为0~2.0%。
作为更为具体的实施方式,所述钙质原料指单独煅烧时能生成CaO物相的原料,其掺量按所含CaO与硅铝酸钾钠原料在1100℃氧化煅烧后的质量之比计为44.0%~80.0%。
作为更为具体的实施方式,所述钠水玻璃为含水溶性SiO2和Na2O的原料,其掺量按所含SiO2+Na2O的质量计为熟料粉的3.0%~10.0%,钠水玻璃的模数为1.0~2.0。
作为更为具体的实施方式,所述煅烧后急冷为高炉矿渣急冷常用的水淬冷却法,水淬用水量控制到冷却至常温的熟料是干燥无水的。
本发明还提供一种如上述方法制备的常温养护廉价碱激发水泥的使用方法,先将钠水玻璃用水溶解稀释,冷却后与熟料粉混合均匀制备浆体,将浆体振动密实成型得到水泥净浆试块,常温保湿养护28天。相应的液固比需满足振动密实要求的流动度。
作为优化的实施方式,水泥净浆试块前7天在饱和湿度的空气中常温养护,7天之后继续在湿气中或浸没在水中养护至28天。
作为优化的实施方式,为满足建筑构件的综合使用性能并节省成本,在试块成型前的水泥浆体中掺入砂石骨料制备混凝土,相应的液固比需为满足混凝土工作性和后期使用性能而进行调整。
本发明的有益效果在于:
(1)与硅酸盐水泥相比,本发明所述的水泥显著降低石灰石需量和熟料煅烧温度,其碳排放、能耗与成本均可明显降低而使用性能基本相当。
(2)与传统的双组份碱激发水泥相比,本发明的水泥其工业碱需量更低且煅烧温度也远低于矿渣和粉煤灰的制备温度,从而水泥制备成本明显降低,且前者的化学组成常随生产工艺被动变化,其配方很难调控,强度性能稳定性差,而后者的化学组成和强度性能均可稳定调控。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明,但本发明要求保护的范围并不限于此。
准备纯碱、烧碱、硅铝酸钾钠原料和钙质原料,其中硅铝酸钾钠原料有6种,均为天然岩石混合物,其在1100℃煅烧后的残余物中,SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO的质量占比为96~98%,其余化学组成主要为Fe2O3与TiO2。以SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO为100%计算6种硅铝酸钾钠原料的化学组成详见表1,各组份含量满足CaO:0~5.0%,MgO:0~2.0%,SiO2:50.0~75.0%,Al2O3:15.0~35.0%,Na2O+K2O:5.0~11.0%。将纯碱或烧碱与硅铝酸钾钠及钙质原料按比例混合得到12个生料配方,生料中各原料的混合比例(详见表2)满足:纯碱或烧碱掺量按其中的Na2O与硅铝酸钾钠原料在1100℃煅烧后的质量之比计为0~2.0%,钙质原料有主要成分为CaCO3的天然石灰岩、生石灰、熟石灰及含石灰的电石渣四种,其掺量按所含CaO与硅铝酸钾钠原料在1100℃煅烧后的质量之比计为44.0%~80.0%。将混合物用水泥实验小磨球磨约半小时,使磨后粉体的细度达到可全部通过100目标准筛。将磨细后的生料粉在普通马弗炉(空气气氛)内煅烧。各生料的煅烧最高温度在1250至1350℃范围内,在最高温度的保温时间为3小时。煅烧结束得到的熟料直接从炉内取出水淬粒化冷却,控制水淬用水量使得到的冷却熟料是干燥无水的。将冷却至室温的熟料粉磨至200目筛余量≤10%的细度便得到熟料粉。在工业水玻璃(模数3.2)中掺入烧碱调整其模数,同时掺入水以达到制备水泥净浆所需要的液固比。待钠水玻璃溶液冷却后与熟料粉在水泥净浆搅拌机中混合均匀,然后将浆体填入规格为40×40×36的钢模中振动密实成型棱柱体水泥净浆试块,在水泥标准养护箱中于20℃的湿度大于90%的空气中养护。其中钠水玻璃的掺量按其所含SiO2+Na2O计为熟料粉的3.0%~10.0%,钠水玻璃的模数为1.0~2.0(详见表2)。硬化脱模后的试块继续在养护箱中养护,以2KN/S的加载速度检测试块的3天和28天龄期抗压强度。由表2中试块的抗压强度可知,相应的水泥应能基本达到或超过PO42.5水泥的强度性能。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 216789DEST_PATH_IMAGE002

Claims (5)

1.一种常温养护廉价碱激发水泥的制备方法,由工业碱、钙质原料和硅铝酸钾钠原料混合、磨细至全过100目筛的细度,然后在氧化气氛中于1250~1350℃充分煅烧后急冷得到干燥熟料,磨细熟料至200目筛余≤10%的细度后混合钠水玻璃制得水泥;所述的硅铝酸钾钠原料指化学组成必含SiO2、Al2O3、Na2O和/或K2O的固体物质,要求其在1100℃充分氧化煅烧后的残余物中,SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO的质量占比不少于95.0%,且在SiO2+Al2O3+Na2O+K2O+CaO+MgO的总质量中,各组份含量分别为CaO:0~5.0%,MgO:0~2.0%,SiO2:50.0~75.0%,Al2O3:15.0~35.0%,Na2O+K2O:5.0~11.0%;所述的钙质原料指单独煅烧时能生成CaO物相的原料,其掺量按所含CaO与硅铝酸钾钠原料在1100℃氧化煅烧后的质量之比计为44.0%~80.0%;所述的工业碱指烧碱和/或纯碱,其掺量按所含的Na2O与硅铝酸钾钠原料在1100℃氧化煅烧后的质量之比计为0~2.0%;所述的钠水玻璃为含水溶性SiO2和Na2O的原料,其掺量按所含SiO2+Na2O的质量计为熟料粉的3.0%~10.0%,钠水玻璃的模数为1.0~2.0。
2.根据权利要求1所述的常温养护廉价碱激发水泥的制备方法,其特征在于,所述的煅烧后急冷为高炉矿渣急冷常用的水淬冷却法,水淬用水量控制到冷却至常温的熟料是干燥无水的。
3.根据权利要求1或2所述的方法制备的常温养护廉价碱激发水泥的使用方法,其特征在于,先将钠水玻璃用水溶解稀释,冷却后与熟料粉混合均匀制备浆体,将浆体振动密实成型得到水泥净浆试块,常温保湿养护28天。
4.根据权利要求3所述的常温养护廉价碱激发水泥的使用方法,其特征在于,水泥净浆试块前7天在饱和湿度的空气中常温养护,7天之后继续在湿气中或浸没在水中养护至28天。
5.根据权利要求3所述的常温养护廉价碱激发水泥的使用方法,其特征在于,在试块成型前的水泥浆体中掺入砂石骨料制备混凝土。
CN201910835460.9A 2019-06-13 2019-09-05 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法 Active CN110372240B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910512806 2019-06-13
CN2019105128061 2019-06-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110372240A CN110372240A (zh) 2019-10-25
CN110372240B true CN110372240B (zh) 2021-08-10

Family

ID=68261759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910835460.9A Active CN110372240B (zh) 2019-06-13 2019-09-05 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110372240B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112592077B (zh) * 2021-01-24 2022-06-28 湖南科技大学 砖混类建筑废渣冷再生胶凝材料及其使用方法
CN112592148B (zh) * 2021-01-24 2022-06-28 湖南科技大学 高掺量利用砖混类建筑固废再生砂粉制备结构材料的方法
CN112592147B (zh) * 2021-01-24 2022-06-24 湖南科技大学 砖混类建筑废渣再生道路基层无机混合料的制备与施工方法
CN113548823B (zh) * 2021-08-23 2022-05-24 深圳大学 一种硅铝酸钾纳米凝胶前驱体外加剂及其在低钙体系地聚合物中的应用

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2032346A (en) * 1933-03-14 1936-03-03 California Portland Cement Co Process of preparing portland cement raw mixtures
US3451665A (en) * 1964-08-31 1969-06-24 Heinrich Zur Strassen Process for the production of a low alkali content cement
EP0061517B1 (de) * 1981-03-31 1984-06-13 BABCOCK-BSH AKTIENGESELLSCHAFT vormals Büttner-Schilde-Haas AG Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten Bindemittels
CN101786868A (zh) * 2010-01-20 2010-07-28 湖南科技大学 一种免烧耐酸陶瓷的制备方法
CN102730996A (zh) * 2012-07-11 2012-10-17 湖南科技大学 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法
CN102875041A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 湖南科技大学 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN103332879A (zh) * 2013-07-25 2013-10-02 湖南科技大学 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
KR101366295B1 (ko) * 2012-05-17 2014-02-21 한국건설기술연구원 무시멘트 콘크리트용 분말형 알칼리 활성화제, 이를 이용한 무시멘트 결합재 및 무시멘트 콘크리트
CN104310821A (zh) * 2014-10-10 2015-01-28 浙江新明华特种水泥有限公司 白水泥遇热易分解烧成工艺
CN104446040A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 湖南科技大学 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
CN108658485A (zh) * 2018-07-09 2018-10-16 深圳大学 一种水硬性水泥熟料及其制备方法、水硬性水泥及其应用

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2032346A (en) * 1933-03-14 1936-03-03 California Portland Cement Co Process of preparing portland cement raw mixtures
US3451665A (en) * 1964-08-31 1969-06-24 Heinrich Zur Strassen Process for the production of a low alkali content cement
EP0061517B1 (de) * 1981-03-31 1984-06-13 BABCOCK-BSH AKTIENGESELLSCHAFT vormals Büttner-Schilde-Haas AG Verfahren zur Herstellung eines wasserfesten Bindemittels
CN101786868A (zh) * 2010-01-20 2010-07-28 湖南科技大学 一种免烧耐酸陶瓷的制备方法
KR101366295B1 (ko) * 2012-05-17 2014-02-21 한국건설기술연구원 무시멘트 콘크리트용 분말형 알칼리 활성화제, 이를 이용한 무시멘트 결합재 및 무시멘트 콘크리트
CN102730996A (zh) * 2012-07-11 2012-10-17 湖南科技大学 一种单组分碱激发水泥的制备及其使用方法
CN102875041A (zh) * 2012-10-25 2013-01-16 湖南科技大学 一种低温煅烧制备常温养护单组份碱激发水泥的方法
CN103332879A (zh) * 2013-07-25 2013-10-02 湖南科技大学 一种廉价单组分碱激发水泥的制备与使用方法
CN104310821A (zh) * 2014-10-10 2015-01-28 浙江新明华特种水泥有限公司 白水泥遇热易分解烧成工艺
CN104446040A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 湖南科技大学 一种常温养护复合单组份碱激发水泥的制备方法
CN108658485A (zh) * 2018-07-09 2018-10-16 深圳大学 一种水硬性水泥熟料及其制备方法、水硬性水泥及其应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"用普通粘土制备单组份碱激发水泥的研究";王正红;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》;20150315;第29-39页 *
Bondar, Dali et.al.Effect of heat treatment on reactivity-strength of alkali-activated natural pozzolans.《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》.2011,第4065-4071页. *
Effects of alkali on one-part alkali-activated cement synthesized by calcining bentonite with dolomite and Na2CO3;Peng, Mei Xun et.al;《APPLIED CLAY SCIENCE》;20170430;第64-71页 *
One-part alkali-activated materials: A review;Luukkonen, Tero et.al;《CEMENT AND CONCRETE RESEARCH》;20180131;第1-14页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110372240A (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020101143A4 (en) A Method For Preparing The Fast-Hardening Early-Strength High-Performance All-Solid Waste Concrete
CN110372240B (zh) 一种常温养护廉价碱激发水泥的制备和使用方法
CN111978061B (zh) 一种高耐水性无水磷石膏胶凝材料的制备方法
CN110304847B (zh) 一种湿磨电石渣激发剂及其制备方法和应用
CN111732358B (zh) 一种锂渣基混凝土矿物掺合料
CN107602023B (zh) 一种大掺量粉煤灰混凝土及其制备方法
WO2004058662A1 (en) A two-component wet cement, process and application thereof
CN102491717B (zh) 具有抗起砂和抗碳化性能的石膏基混凝土及其制备方法
US20090229493A1 (en) High compressive strength silica mortar and manufacturing method thereof
CN109987912A (zh) 沸石制备铁尾矿干粉砂浆
WO2019072640A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING CURING BINDERS BY HYDRATION AND CARBONATION
CN108083671A (zh) 粒化高炉矿渣激发剂及其制备方法与用途
KR20230111602A (ko) 초저탄소 클링커 프리 시멘트 및 이의 제조 방법과 응용
CN108218269B (zh) 一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺
CN111268929B (zh) 一种绿色环保水泥及其制备方法
CN113816664A (zh) 一种掺合钢渣粉的泡沫混凝土
CN113816640A (zh) 一种凝灰岩基复合矿物掺合料及其制备方法
CN112723779A (zh) 含高硅铁尾矿的混凝土掺合料及其制备方法
CN113354314B (zh) 一种基于工程渣土的高活性胶凝材料
CN111732352A (zh) 一种低碱水泥熟料、低碱高强度水泥及其制备方法
CN110818339A (zh) 一种轻质高抗渗混凝土的配制方法
CN109020397A (zh) 一种相变储能砂浆及其制备方法
CN101215110B (zh) 加气混凝土废料综合利用的处理方法
CN106242326B (zh) 一种以SiO2为主要原料制备生态水泥的方法
CN109704711A (zh) 沸石制备铁尾矿免蒸免烧砖

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200818

Address after: Room 1405, building 2, Nanguo Jiayuan, No. 280, Zhutang West Road, Tianxin District, Changsha City, Hunan Province

Applicant after: Hunan xiangchuxian road environmental protection technology Co., Ltd

Address before: 411201, Hunan, Xiangtan Province, Lake District stone horse head

Applicant before: Hunan University of Science and Technology

TA01 Transfer of patent application right
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant