專利名稱：：鋼渣超硫酸鹽水泥及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及水泥材料，特別是一種鋼渣超硫酸鹽水泥及其制備方法。
背景技術：
：水泥工業(yè)一直是公認的高能耗高廢氣排放大戶。一方面，由于煅燒水泥熟料使得即便采用新型干法工藝，其噸水泥熟料耗能依舊高達103-130kg標準煤，而我國煤炭資源日益匱乏。另一方面，水泥行業(yè)排放的C02約占人為C02排放量的20%，其中約1/2的C02排放來自能源使用與熟料生產過程中碳酸鈣的分解，其對全球變暖的貢獻約為10%。目前中國是世界第二大C02排放國，約占世界總排放量的13.6%。雖然己采取降低能耗和C02排放量的措施，如余熱利用、降低水泥組分中熟料含量等，但這些技術也尚待完善，且這些措施還遠遠不夠。超硫酸鹽水泥(SSC，Supersulphatedcement)也被稱為礦渣硫酸鹽水泥(sulphate-activatedslagcement),它的發(fā)展和應用使繼續(xù)降低C02排放量和節(jié)省能量消耗成為可能。由于其不需要燃燒過程而使得由原材料引起的C02排放達到零，能量消耗同樣大幅降低。相對于盛行的傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的生產而言，超硫酸鹽水泥在生產過程排放的C02量僅為10%，能耗可節(jié)省80-90%。目前超硫酸鹽水泥的生產配方主要采用的是75~85M.。/。的礦渣，1020M.y。硫酸鹽類(二水石膏或無水石膏)及15M乂的堿性成分(如熟料、氫氧化鈣等)。但該法主要原材料為礦渣，而我國在生產合金鋼的過程中排放了大量的鋼渣，該渣具有一定的水化活性，在適量硫酸鹽或堿性激活劑的情況下，可實現(xiàn)大摻量的應用。目前國際上已廣泛采用礦渣獲取超硫酸鹽水泥，但用鋼渣來生產新型鋼渣超硫酸鹽水泥尚無相關專利。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種節(jié)能環(huán)保和低成本的新型鋼渣超硫酸鹽水泥，以及該水泥的適于工業(yè)化生產的制備方法。本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案本發(fā)明提供的鋼渣超硫酸鹽水泥，含有鋼渣、礦渣或粉煤灰、硫酸鹽激活劑、水泥熟料或氫氧化鈣，以及堿性激活劑。其組成比例為按重量計，鋼渣2080%，礦渣和/或粉煤灰565%，硫酸鹽激活劑525%，水泥熟料或氫氧化鈣110%，堿性激活劑0.053%。所述鋼渣超硫酸鹽水泥的組成比例可以為按重量計，鋼渣40%,礦渣39.3%，硫酸鹽激活劑15%，水泥熟料或氫氧化鈣5%，堿性激活劑0.7%。所述鋼渣超硫酸鹽水泥的組成比例可以為按重量計，鋼渣40%,礦渣19.3%，粉煤灰20%，硫酸鹽激活劑15%，水泥熟料或氫氧化鈣5%，堿性激活劑0.7%。所述堿性激活劑可以是碳酸鈉、偏硅酸鈉、磷酸鈉中的一種，或多種。所述硫酸鹽激活劑可以是脫硫石膏、磷石膏、天然二水石膏、化工氟石膏、天然硬石膏、a-半水石膏、e-半水石膏中的一種，或多種。本發(fā)明提供的上述鋼渣超硫酸鹽水泥，其由以下的分開粉磨法制成各原材料先各自粉磨到一定的細度，其中，鋼渣、礦渣和/或粉煤灰為主要基礎組分，粉磨后其比表面積至少為400m2/Kg。水泥熟料、硫酸鹽激活劑和/或堿性激活劑為配方組成中的激活組分，它們分開粉磨后的比表面積至少為450n^/Kg。各原材料按配方計算稱量之后，則采用混磨法或混料法來制備鋼渣超硫酸鹽水泥。采用混磨法時，各原材料按配方計量后加入水泥磨中，待混合物充分混磨均勻后，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。采用混料法時，各原材料按配方訃量后加入強制混料機中，待混合物充分混合均勻后，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。本發(fā)明提供的上述鋼渣超硫酸鹽水泥，還由以下的直接粉磨法制得鋼渣、礦渣和/或粉煤灰作為主要基礎組分，水泥熟料、硫酸鹽激活劑和/或堿性激活劑作為配方組成中的激活組分，將它們按配方計量后直接加入水泥磨中，粉磨至比表面積至少為400m2/Kg時，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下的主要優(yōu)點其一.結合我國工業(yè)廢棄物資源優(yōu)勢，采用價格低廉的鋼渣取代價格高的礦渣，用磷石膏和脫硫石膏取代天然二水石膏，氟石膏和天然硬石膏取代成本高的a-半水石膏和e-半水石膏等手段，充分利用工業(yè)廢棄物，達到節(jié)約資源、環(huán)保利廢的目的。另外，由于主要用原材料為工業(yè)固體廢棄物，利用它們作建筑膠凝材料使用，不僅可使這些難利用的工業(yè)廢棄物得以循環(huán)使用，而且能節(jié)省堆存土地，同時對保護石灰石及燃料等天然資源也具有重要的意義。其二.充分利用鋼渣具有的自身微水化能力，提供了利用鋼渣的自身水化活性、礦渣潛在水化活性和粉煤灰的火山灰活性作用設計出新型高性能超硫酸鹽水泥的思路和方法，并提供了按該設計思路設計的鋼渣超硫酸鹽水泥配合比范圍。本發(fā)明以鋼廠排放的工業(yè)廢棄物鋼渣、鋼鐵水淬渣及粉煤灰等為原材料，結合材料學原理，以鋼渣、礦渣及粉煤灰各自的礦物特性為基礎，利用鋼渣的自身水化活性，激活其它工業(yè)廢棄物的潛在水化活性和火山灰活性，從而形成初期強度，進而設計出性能優(yōu)良的新型鋼渣超硫酸鹽水泥。其三.配方設計中充分發(fā)揮二水石膏(分子式CaS04.2H20,可用磷石膏、脫硫石膏或天然二水石膏)對溶解度低的無水石膏(分子式CaS04,硬石膏或氟石膏)等的溶解促進作用，加快無水石膏的溶解，使得在水泥水化初期釋放大量的so42-，形成足夠量的鈣礬石，以保證水泥的早期強度。這樣可改變傳統(tǒng)加入價格高的a-半水石膏和日-半水石膏來提高早期強度的方法。其四.配方設計中還考慮到在堿度達不到鈣礬石形成所需的條件下，摻入合適的堿性激活劑，以滿足鈣礬石形成所需的堿度，并加快礦渣潛在活性、粉煤灰火山灰活性和鋼渣水化活性的發(fā)揮。其五.鋼渣超硫酸鹽水泥以硫酸鹽激活劑主，如工業(yè)廢石膏(如磷石膏和氟石膏)或/和硬石膏，并輔以少量堿性激活成分，形成少熟料或無熟料新型鋼渣超硫酸鹽水泥，強度可達32.5MPa或42.5MPa，本發(fā)明中控制三氧化二硫的含量不低于4.5%，其它各項指標均滿足國家標準對相應強度等級普通硅酸鹽水泥的要求。其六.節(jié)能環(huán)保相對于盛行的傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的生產而言，噸鋼渣超硫酸鹽水泥能量能耗可節(jié)省80-90%,且具有極低的環(huán)境負荷，在生產過程排放的C02量僅為傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的10%。其七.成本低該超硫酸鹽水泥的制造成本約為傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的40-60%。其八.鋼渣超硫酸鹽水泥的制備工藝簡單，實用，可靠，并且適于工業(yè)化生產。其九.鋼渣超硫酸鹽水泥具有低的水化熱、低的體積變化率、優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性、及高的后期強度，且由于基礎成分為抑制堿集料反應的材料，在實際應用中不存在堿集料反應的破壞。其十.鋼渣超硫酸鹽水泥與傳統(tǒng)的超硫酸鹽水泥相比，凝結硬化快，解決了水泥早強低，初凝和終凝時間延緩的問題。一般初凝時間可由普通超硫酸鹽水泥的6小時提前到2小時左右，終凝時間可由普通超硫酸鹽水泥10小時提前到5小時左右。綜上所述木發(fā)明提供的鋼渣超硫酸鹽水泥為具有優(yōu)良耐久性的無熟料和少熟料水泥,所用原材料主要為工業(yè)固體廢棄物，利用它們作建筑膠凝材料使用，不僅可使這些難利用的工業(yè)廢棄物得以循環(huán)使用，而且能節(jié)省堆存土地，降低成本，利于自然資源和環(huán)境保護，并且制備工藝簡單、實用、可靠，適于工業(yè)化生產和實際工程應用。圖1是本發(fā)明的鋼渣超硫酸鹽水泥分丌粉磨的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明的鋼渣超硫酸鹽水泥混合粉磨的工藝流程圖。圖3是本發(fā)明的鋼渣超硫酸鹽水泥配方1粒度分析圖。圖4是本發(fā)明的鋼渣超硫酸鹽水泥配方2粒度分析圖。圖5是本發(fā)明的鋼渣超硫酸鹽水泥配方3粒度分析圖。圖6是配方1-3鋼渣超硫酸鹽水泥干縮率發(fā)展趨勢曲線。圖7是大水灰比下鋼渣超硫酸鹽水泥水化ESEM圖片1(放大倍數(shù)4000x)。圖8是大水灰比下鋼渣超硫酸鹽水泥水化ESEM圖片2(放大倍數(shù)10000x)。具體實施例方式本發(fā)明提供的鋼渣超硫酸鹽水泥，其由以下的分開粉磨法制成各原材料先各自粉磨到一定的細度，其中，鋼渣、礦渣和/或粉煤灰為主要基礎組分，粉磨后其比表面積至少為400m"Kg。熟料、各類型石膏和/或堿性激活劑為配方組成中的激活組分，它們分開粉磨后的比表面積至少為450m2/Kg。所述熟料為水泥熟料，以下同。各原材料按配方計算稱量之后，即可采用混磨法也可采用混料法進行鋼渣超硫酸鹽水泥的制備。采用混磨法時，各原材料按配方計量后加入水泥磨中，待混合物充分混磨均勻后，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。采用混料法時，各原材料按配方計量后加入強制混料機中，待混合物充分混合均勻后，獲5得鋼渣超硫酸鹽水泥。具體配方見表l。具體流程見圖l。本發(fā)明提供的鋼渣超硫酸鹽水泥，還由以下的直接粉磨法制成鋼渣、礦渣和/或粉煤灰作為主要基礎組分，和配方組成中的激活組分(熟料、各類型石膏和/或堿性激活劑)，按配方計算稱量，然后直接加入水泥磨，粉磨至比表面積至少為400m"Kg以上，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。具體配方見表l。具體流程見圖2。實施例l:先將鋼渣、礦渣及熟料粉磨至比表面積至少為450m2/Kg，石膏比表面積至少為500mVKg，然后按表2配方1(其中鋼渣摻量達40%)的比例計量稱量，各原材料在強制混料機中充分混合均勻，卸出料即為制備好的新型鋼渣超硫酸鹽水泥。該超硫酸鹽水泥化學組分分析見表3。除去配方1中的堿性激活劑部分(0.7%的堿性激活劑)，剩余的原材料組分的粒度分布曲線見圖3。該粒度分布曲線為三次平行試樣結果的匯總，具有很好的統(tǒng)計規(guī)律性。相應水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4配方1的性能指標可見，鋼渣超硫酸鹽水泥凝結時間正常，抗折抗壓強度符合設計的32.5級強度等級要求，且具有低的水化熱、低的體積變化率、優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性及高的后期強度?？捎糜诖篌w積混凝土的配制，能在污水處理廠、沼氣池、清水混凝土、工業(yè)廠房地坪、混凝土樁及其它大體積混凝土方面得到廣泛地應用。實施例2:先將鋼渣、礦渣、熟料和石膏等原材料，按表2配方2(其中鋼渣摻量達40%)的比例稱量，然后在水泥磨中充分粉磨，所制得鋼渣超硫酸鹽水泥比表面積為484n^/Kg，該超硫酸鹽水泥化學組分分析同樣見表3。除去配方2中的堿性激活劑部分(2%的堿性激活劑)，剩余的原材料組分的粒度分布曲線見圖3。該粒度分布曲線為三次平行試樣結果的匯總，具有很好的統(tǒng)計規(guī)律性。圖3中橫坐標為顆粒粒徑，左邊縱坐標為體積累計分布函數(shù)，右邊縱坐標為微分分布曲線函數(shù)曲線。顆粒粒徑分布測試儀器為德國新帕泰克公司產全自動干濕二合一激光粒度分析儀。相應水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4配方2的性能指標可見，鋼渣超硫酸鹽水泥凝結時間正常，抗折抗壓強度符合32.5級強度等級要求，且具有低的水化熱、低的體積變化率、優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性及高的后期強度。同樣可用于大體積混凝土的配制，能在污水處理廠、沼氣池、清水混凝土、工業(yè)廠房地坪、混凝土樁及其它大體積混凝土方面得到廣泛地應用。實施例3:先將鋼渣、粉煤灰、礦渣及熟料粉磨至比表面積至少為450m"Kg，石膏比表面積至少為500m2/Kg，再按表2配方3(其中鋼渣摻量達40%)的比例計量稱量，然后在水泥磨中充分粉磨制得鋼渣超硫酸鹽水泥。該超硫酸鹽水泥化學組分分析見表3配方3，除去配方中的堿性激活劑部分(0.7%的堿性激活劑)，剩余的原材料組分的粒度分布曲線見圖4。該粒度分布曲線為三次平行試樣結果的匯總，具有很好的統(tǒng)計規(guī)律性。相應水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4可見，該鋼渣超硫酸鹽水泥各方面指標同樣符合國標對凝結時間和強度等級的要求。實施例4:先將鋼渣、粉煤灰、礦渣及熟料粉磨至比表面積至少為450m2/Kg，石膏比表面積至少為500m2/Kg，再按表2配方4(其中鋼渣摻量為20%)的比例計量稱量，然后在水泥磨中充分粉磨制得鋼渣超硫酸鹽水泥。相應由配方4制得水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4配方4的性能指標可見，該鋼渣超硫酸鹽水泥各方面指標符合國標對凝結時間和強度等級等方面的要求。實施例5:先將鋼渣、粉煤灰、礦渣及熟料粉磨至比表面積至少為450m2/Kg，石膏比表面積至少為500m2/Kg,再按表2配方5(其中鋼渣摻量為60%)的比例計量稱量，然后在水泥磨中充分粉磨制得鋼渣超硫酸鹽水泥。相應由配方5制得水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4配方5的性能指標可見，該鋼渣超硫酸鹽水泥各方面指標符合國標對凝結時間和強度等級等方面的要求。實施例6:先將鋼渣、粉煤灰、礦渣及熟料粉磨至比表面積至少為450m2/Kg，石膏比表面積至少為500m2/Kg，再按表2配方6(其中鋼渣摻量為80%)的比例計量稱量，然后在水泥磨中充分粉磨制得鋼渣超硫酸鹽水泥。相應由配方6制得水泥的物理力學性能測試結果見表4。由表4配方6的性能指標可見，該鋼渣超硫酸鹽水泥各方面指標符合國標對凝結時間和強度等級等方面的要求。附表表l鋼渣超硫酸鹽水泥配方<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2鋼渣超<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表3鋼渣超硫酸鹽水泥的化學組分<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權利要求1.一種超硫酸鹽水泥，含有礦渣或粉煤灰、硫酸鹽激活劑、水泥熟料或氫氧化鈣，其特征是添加了鋼渣和堿性激活劑，由此構成一種鋼渣超硫酸鹽水泥，其組成比例為按重量計，鋼渣20～80％，礦渣和/或粉煤灰5～65％，硫酸鹽激活劑5～25％，水泥熟料或氫氧化鈣1～10％，堿性激活劑0.05～3％。2.根據權利要求1所述的超硫酸鹽水泥，其特征是按重量計，所述鋼渣超硫酸鹽水泥的組成比例為鋼渣40%，礦渣39.3%，硫酸鹽激活劑15%，水泥熟料或氫氧化鈣5%，堿性激活劑0.7%。3.根據權利要求1所述的超硫酸鹽水泥，其特征是按重量計，所述鋼渣超硫酸鹽水泥的組成比例為鋼渣40%，礦渣19.3%，粉煤灰20%，硫酸鹽激活劑15%，水泥熟料或氫氧化鈣5%，堿性激活劑0.7%。4.根據權利要求1或2或3所述的超硫酸鹽水泥，其特征是堿性激活劑是碳酸鈉、偏硅酸鈉、磷酸鈉中的一種，或多種。5.根據權利要求1或2或3所述的超硫酸鹽水泥，其特征是硫酸鹽激活劑是脫硫石膏、磷石膏、天然二水石膏、化工氟石膏、天然硬石膏、a-半水石膏、e-半水石膏中的一種，或多種。6.—種制備權利要求1至5中任一權利要求所述鋼渣超硫酸鹽水泥的方法，其特征是采用分丌粉磨法，具體是各原材料先各自粉磨到一定的細度，其中鋼渣、礦渣和/或粉煤灰為主要基礎組分，粉磨后其比表面積至少為400m2/Kg;水泥熟料、硫酸鹽激活劑和/或堿性激活劑為配方組成中的激活組分，它們分開粉磨后的比表面積至少為450m2/Kg;各原材料按配方計算稱量之后，則采用混磨法或混料法來制備鋼渣超硫酸鹽水泥采用混磨法時，各原材料按配方計量后加入水泥磨中，待混合物充分混磨均勻后，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥；采用混料法時，各原材料按配方計量后加入強制混料機中，待混合物充分混合均勻后，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。7.—種制備權利要求1至5中任一權利要求所述鋼渣超硫酸鹽水泥的方法，其特征是采用直接粉磨法，具體是鋼渣、礦渣和/或粉煤灰作為主要基礎組分，水泥熟料、硫酸鹽激活劑和/或堿性激活劑作為配方組成中的激活組分，將它們按配方計量后直接加入水泥磨中，粉磨至比表面積至少為400m々Kg時，獲得鋼渣超硫酸鹽水泥。全文摘要本發(fā)明是鋼渣超硫酸鹽水泥，其組成為(重量％)鋼渣20～80％，礦渣和/或粉煤灰5～65％，硫酸鹽激活劑5～25％，水泥熟料或氫氧化鈣1～10％，堿性激活劑0.05～3％。其制備方法是將鋼渣、礦渣和/或粉煤灰粉磨，將水泥熟料、硫酸鹽激活劑和/或堿性激活劑另行粉磨；再按配方計量后采用混磨法或混料法來制備，采用混磨法時，各原料按配方計量后加入水泥磨中，直至混磨均勻；采用混料法時，按配方計量后加入強制混料機中，直至混合物充分混合?；蛘?，將各原料按配方計量后直接加入水泥磨中進行粉磨，即可。本發(fā)明不僅使難以利用的鋼渣、礦渣、粉煤灰變廢為寶，利于環(huán)境保護，節(jié)省堆存土地，降低成本，而且制備工藝簡單、實用。文檔編號C04B7/26GK101423343SQ20081019794公開日2009年5月6日申請日期2008年11月27日優(yōu)先權日2008年11月27日發(fā)明者濤何,周明凱,磊李,趙青林申請人:武漢理工大學