專利名稱：一種高鎂微膨脹低熱水泥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水泥，特別是涉及一種可用于高性能混凝土、大體積混凝土和水工混凝土等工程的可有效減少混凝土裂縫的高性能高鎂微膨脹低熱水泥及其制備工藝。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)70年代世界能源危機(jī)期間，隨著對(duì)水泥工業(yè)高能源資源消耗、環(huán)境負(fù)荷相對(duì)嚴(yán)重等問題認(rèn)識(shí)的不斷深化，引發(fā)了貝利特體系水泥的第一次研究熱潮，但由于未能解決聞貝利特水泥的穩(wěn)定與活化關(guān)鍵技術(shù)而因此告終；貝利特體系水泥的第_■次研究聞潮始于20世紀(jì)80年代末國際砼工程界對(duì)混凝土耐久性的高度重視，節(jié)能、降耗、環(huán)保以及進(jìn)一步提高水泥混凝土性能成為了國際水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向，日本、德國、俄羅斯和印度等國均進(jìn)行了貝利特體系水泥的研發(fā)。在中國，中國建筑材料科學(xué)研究總院從1996年起就踏上了低熱硅酸鹽水泥的研·發(fā)征程。從國家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃專題項(xiàng)目“混凝土新型膠凝材料的研究”，到國家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃課題“高貝利特水泥的開發(fā)與應(yīng)用研究”，再到與中國長江三峽工程開發(fā)總公司合作開展“高貝利特水泥在水工混凝土的專項(xiàng)應(yīng)用研究”，直至2006年的國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(西部行動(dòng))專題“高海拔高寒地區(qū)用低熱大壩水泥的研究”，整個(gè)項(xiàng)目歷時(shí)10年多的時(shí)間。項(xiàng)目的研究成果“一種高貝利特水泥熟料及其制備工藝”和“一種低熱硅酸鹽水泥及其制備和應(yīng)用”分別獲國家發(fā)明專利(專利號(hào)為ZL 98 I 00581. O,ZL 02I 00189.8)。雖然低熱硅酸鹽水泥具有水化低熱、高耐久等優(yōu)異特點(diǎn)，但對(duì)于大體積混凝土來說，由于混凝土中水泥水化過程中要放出熱量且放出的熱量不能夠及時(shí)的傳遞給外界，因此，混凝土中會(huì)有一個(gè)溫度隨著齡期的延長先上升然后再下降的過程。大體積混凝土通常在澆筑后6 12天達(dá)到最高溫度，然后就是持續(xù)較長時(shí)間的溫度下降過程，這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間可達(dá)3個(gè)月。在溫度下降的過程中，混凝土?xí)l(fā)生收縮(混凝土的熱膨脹系數(shù)約為IOX 10_6/°C)，并產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度的時(shí)候便會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，裂縫給大壩的安全造成了極大的威脅，因此，如何減少甚至消除混凝土大壩的裂縫，一直是廣大工程技術(shù)人員希望解決的難題。為此，研究及開發(fā)了一種可用于高性能混凝土、大體積混凝土和水工混凝土等工程并有效減少混凝土裂縫的高性能水泥——高鎂微膨脹低熱水泥。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有水泥在高性能混凝土、大體積混凝土和水工混凝土等工程中易產(chǎn)生混凝土裂縫的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種能夠在一般水泥廠普遍生產(chǎn)的，自身水化熱低、干縮率低、抗侵蝕性及耐磨性好，特別是在混凝土工程使用中可以提高抗裂性能的高鎂微膨脹低熱水泥熟料。本發(fā)明提供的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比)C3S:10^35%, C2S 40 65%，C3A :1 5%，以及C4AF 10 20% ;并且，上述水泥熟料中，MgO含量為6. O 8. 0%之間。一個(gè)優(yōu)選方案，所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料的礦物組成為(重量百分比):C3S (硅酸三鈣)11. 83 31. 35%,C2S (硅酸二鈣)44. 08 64. 04%,C3A (鋁酸三鈣)I. 63 3. 36%,C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 91%。另一優(yōu)選方案，所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料的礦物組成為(重量百分比):C3S (硅酸三鈣)16. 41 31. 35%,C2S (硅酸二鈣)44. 08 59. 27%,C3A (鋁酸三鈣)I. 96 3. 36%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 54%。另一優(yōu)選方案，所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料的礦物組成為(重量百分比)=C3S(硅酸三鈣)27. 66%，C2S (硅酸二鈣)48. 04%，C3A (鋁酸三鈣)2. 79%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量為6.71%。
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所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，生成所述礦物組成的原材料配比為(重量百分t匕)石灰質(zhì)原料50 80 %，粘土質(zhì)原料5 30 %，鐵粉O 10 %，工業(yè)廢渣O 40 %，高鎂質(zhì)石灰石原料5 20%，以及校正原料O 50%，其中，鐵粉、工業(yè)廢渣和校正原料不同時(shí)為O。所述石灰質(zhì)原料為石灰石、泥灰?guī)r、白堊中的一種或一種以上的組合；所述粘土質(zhì)原料為粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾礦中的一種或一種以上的組合；所述鐵粉為鐵礦石粉、鐵粉尾礦；所述工業(yè)廢渣為銅礦渣、硫酸渣、石煤渣等；所述高鎂質(zhì)石灰石原料為白云石，Mg含量為15 40% ;所述校正原料為鐵粉或硫酸渣類鐵質(zhì)校正原料，石英石、硅石、黃砂或紅砂類硅質(zhì)校正原料，以及白云石類鎂質(zhì)校正原料中的一種或一種以上的組合。具體原材料配比(重量百分比)優(yōu)選為石灰石65 80%，粘土 5 18%，鐵礦石2%，硫酸渣O 4%，白云石5 20% (MgO含量為15 40% )，石英砂O 4%。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述高鎂微膨脹低熱水泥熟料的制備方法。該方法包括將水泥生產(chǎn)原材料生產(chǎn)成水泥熟料的必要步驟，并包括使水泥熟料中氧化鎂含量控制在6. O 8. O %之間的步驟。本發(fā)明還一目的在于提供一種高鎂微膨脹低熱水泥。該水泥為前述水泥熟料和按水泥熟料中SO3重量計(jì)算的I. O 3. 5%的石膏類緩凝劑的混合物；所述石膏類緩凝劑優(yōu)選二水石膏；所述水泥的粉磨細(xì)度控制比表面積為300 500m2/kg。本發(fā)明再一目的在于提供所述高鎂微膨脹低熱水泥的制備方法。該方法將所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料配以石膏類緩凝劑，共同粉磨至比表面積300 500m2/kg得到；緩凝劑的摻量以水泥中SO3總量進(jìn)行控制，范圍在I. O 3. 5% (重量百分比)。本發(fā)明以上述方案分別提供了高鎂微膨脹低熱水泥熟料、水泥及其制備方法。制備該種水泥熟料時(shí)除采用通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)用原材料外，還可采用各種低品位原材料，如低品位石灰石及工業(yè)廢渣，如煤矸石、赤泥、粉煤灰、尾礦及其它廢渣等，這種水泥在熟料礦物組成種類上，和傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥相同，都是由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣四種礦物組成，但其中硅酸二鈣的含量達(dá)40 65%，氧化鎂的含量在6. O 8. 0%之間，經(jīng)煅燒所得的這種高鎂低熱硅酸鹽水泥熟料配入不同類型的緩凝劑(二水石膏、硬石膏或其它工業(yè)副產(chǎn)石膏等)，即可制得高鎂微膨脹低熱水泥。由這種水泥配制的混凝土具有流動(dòng)性好、需水量低、水化熱低、后期強(qiáng)度高、耐久性好、具有微膨脹性能等特點(diǎn)，并且可用以補(bǔ)償大體積混凝土、水工混凝土等的收縮，減少混凝土裂縫，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥更有利于實(shí)現(xiàn)混凝土的體積穩(wěn)定性和安全性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、在本發(fā)明高鎂微膨脹低熱水泥熟料的生產(chǎn)中，所用原材料來源廣泛，可充分利用低品位原料及各 種工業(yè)廢渣，且生產(chǎn)工藝簡單，適用于所有的回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)廠家。2、由本發(fā)明所得熟料制得 的高鎂微膨脹低熱水泥是一種抗裂性能優(yōu)異的新型膠凝材料，通過利用MgO的延遲膨脹來補(bǔ)償混凝土的收縮，減少混凝土裂縫，因此特別適合于大體積混凝土、水工混凝土等工程的應(yīng)用。3、用本發(fā)明技術(shù)制備高鎂低熱硅酸鹽水泥，具有原料來源廣(可充分利用工業(yè)廢渣及低品位原材料等)、成本較低、制備工藝簡單等特點(diǎn)，可廣泛適用于我國現(xiàn)有水泥企業(yè)生產(chǎn)，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。綜上所述，本發(fā)明的高鎂微膨脹低熱水泥是一種比通用硅酸鹽水泥更適于配制高性能混凝土的新型膠凝材料，其綜合性能優(yōu)越，是重點(diǎn)工程特別是大體積混凝土及水工混凝土工程等的理想膠凝材料，它的問世將填補(bǔ)國內(nèi)空白，市場(chǎng)前景及潛力廣闊。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提供的可用于水工混凝土等工程并有效減少混凝土裂縫的高性能水泥一一高鎂微膨脹低熱水泥和傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥相同，都是由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣四種礦物組成，其水泥中按質(zhì)量硅酸三鈣的含量達(dá)1(Γ35%，硅酸二鈣的含量達(dá)40 65%，鋁酸三鈣的含量達(dá)1飛％，鐵鋁酸四鈣的含量達(dá)10 20%，氧化鎂的含量在6. O 8. 0%之間(意為“大于6. 0%小于8. 0% ”)，經(jīng)煅燒得到高鎂微膨脹低熱水泥熟料。該水泥熟料中再配入不同類型的緩凝劑(二水石膏、硬石膏或其它工業(yè)副產(chǎn)石膏等)，即可制得高鎂微膨脹低熱水泥。用這種水泥配制的混凝土具有流動(dòng)性好、需水量低、水化熱低、后期強(qiáng)度高、耐久性好、具有微膨脹性能等特點(diǎn)，并且可用以補(bǔ)償大體積混凝土、水工混凝土等的收縮，減少混凝土裂縫，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥更有利于實(shí)現(xiàn)混凝土的體積穩(wěn)定性和安全性。具體來講，本發(fā)明所提供的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比):C3S (硅酸三鈣)10^35%, C2S (硅酸二鈣)40 65% ,C3A (鋁酸三鈣)I 5%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)10 20% ;并且，上述水泥熟料中，MgO含量為6. O 8.0%之間。實(shí)施例1-5中列舉的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比)=C3S(硅酸三鈣)11. 83 31. 35%，C2S(硅酸二鈣)44. 08 64. 04%，C3A(鋁酸三鈣)1. 63 3. 36%,C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18%;水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 91%。該方案可作為優(yōu)選。實(shí)施例1-4中列舉的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比)=C3S(硅酸三鈣)16. 41 31. 35%，C2S (硅酸二鈣)44. 08 59. 27%，C3A (鋁酸三鈣)1. 96 3. 36%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18%;水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 54%。該方案可作為更優(yōu)選。實(shí)施例2中列舉的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比)=C3S(硅酸三鈣)27. 66%，C2S (硅酸二鈣)48. 04%，C3A (鋁酸三鈣)2. 79%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量為6. 71%。該方案可作為最優(yōu)選。以上雖依據(jù)表2列出了各優(yōu)選方案的具體數(shù)值，但可以理解，所列數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中是依據(jù)水泥原料組成的變化而變化的，變化的浮動(dòng)在±10%范圍內(nèi)均為正常值。上述高鎂微膨脹低熱水泥熟料中，生成所述礦物組成的原材料配比為(重量百分t匕):石灰質(zhì)原料50 80 %，粘土質(zhì)原料5 30 %，鐵粉O 10 %，工業(yè)廢渣O 40 %，高鎂質(zhì)石灰石原料5 20%，以及校正原料O 50%，其中，鐵粉、工業(yè)廢渣和校正原料不同時(shí)為O。所述石灰質(zhì)原料為石灰石、泥灰?guī)r、白堊中的一種或一種以上的組合；所述粘土質(zhì)原料為粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾礦中的一種或一種以上的組合；所述鐵粉為鐵礦石粉、鐵粉尾礦；所述工業(yè)廢渣為銅礦渣、硫酸渣、石煤渣等中的一種或一種以上的組合；所述高鎂質(zhì)石灰石原料為白云石，MgO含量為15 40% ;所述校正原料為鐵粉或硫酸渣類鐵質(zhì)校正原料，石英石、硅石、黃砂或紅砂類硅質(zhì)校正原料，以及白云石類鎂質(zhì)校正原料中的一種或一種以上的組合。優(yōu)選方案上述高鎂微膨脹低熱水泥熟料中，生成所述礦物組成的原材料配比為 (重量百分比):石灰石65 80%，粘土 5 18%，鐵礦石2%，硫酸渣O 4%，白云石5 20% (MgO含量為15 40% )，石英砂O 4%。水泥熟料中配入5%的二水石膏得到高鎂微膨脹低熱水泥。依據(jù)上述技術(shù)方案，將高貝利特水泥熟料中的MgO含量提高到6. O 8. 0%之間后，可充分發(fā)揮MgO的后期微膨脹性能，以補(bǔ)償大體積混凝土的收縮，減少混凝土裂縫，從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性和安全性。所制備的高鎂微膨脹低熱水泥熟料配以不同種類石膏作緩凝劑，共同粉磨至一定細(xì)度，就可制得高鎂微膨脹低熱水泥，緩凝劑石膏的摻量以水泥中SO3總量進(jìn)行控制，范圍在SO3重量的I. O 3. 5%，水泥的粉磨細(xì)度控制比表面積在300 500m2/kg。實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無特別說明均為常規(guī)方法。實(shí)施例1-5、制備高鎂微膨脹低熱水泥本發(fā)明實(shí)施例1-5的高鎂微膨脹低熱水泥的原料配方如表I所示表I高鎂微膨脹低熱水泥的原料配方(單位重量百分比)
權(quán)利要求
1.高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其礦物組成為(重量百分比)C3S :10 35%C2S 40 65%， C3A 1 5%，以及 C4AF 10 20% ； 并且，上述水泥熟料中，MgO含量為6. O 8. O %之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料礦物組成為(重量百分比):C3S(硅酸三鈣)11. 83 31. 35%，C2S(硅酸二鈣)44. 08 64. 04%, C3A (鋁酸三鈣)I. 63 3. 36%, C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 91 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料礦物組成為(重量百分比)=C3S (硅酸三鈣)16. 4Γ31. 35%，C2S (硅酸二鈣)44. 08 59. 27%, C3A (鋁酸三鈣)I. 96 3. 36%，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 26 16. 18% ；水泥熟料中MgO含量為6. 47 7. 54%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料礦物組成為(重量百分比)=C3S (硅酸三鈣)27. 66%，C2S (硅酸二鈣)48. 04%, C3A (鋁酸三鈣)2.79 %，C4AF (鐵鋁酸四鈣)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量為6.71%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4任一所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于生成所述礦物組成的原材料配比為(重量百分比) 石灰質(zhì)原料50 80%， 粘土質(zhì)原料5 30%， 鐵粉O 10%， 工業(yè)廢渣O 40%， 高鎂質(zhì)石灰石原料5 20%，以及 校正原料O 50%， 其中，鐵粉、工業(yè)廢渣和校正原料不同時(shí)為O。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于所述石灰質(zhì)原料為石灰石、泥灰?guī)r、白堊中的一種或一種以上的組合；所述粘土質(zhì)原料為粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾礦中的一種或一種以上的組合；所述鐵粉為鐵礦石粉、鐵粉尾礦；所述工業(yè)廢渣為銅礦渣、硫酸渣、石煤渣等；所述高鎂質(zhì)石灰石原料為白云石，Mg含量為15 40% ;所述校正原料為鐵粉或硫酸渣類鐵質(zhì)校正原料，石英石、硅石、黃砂或紅砂類硅質(zhì)校正原料，以及白云石類鎂質(zhì)校正原料中的一種或一種以上的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的高鎂微膨脹低熱水泥熟料，其特征在于 具體原材料配比(重量百分比)為石灰石65 80 %，粘土 5 18 %，鐵礦石2 %，硫酸禮O 4%,白z 石5 20% (MgO含量為15 40% ),石英砂O 4%。
8.一種制備權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料的方法，包括將水泥生產(chǎn)原材料生產(chǎn)成水泥熟料的必要步驟，并包括使水泥熟料中氧化鎂含量控制在6. O .8.O %之間的步驟。
9.一種高鎂微膨脹低熱水泥，其特征在于，為權(quán)利要求I至7任一所述水泥熟料和按水泥熟料中S03重量計(jì)算的I. O 3. 5%的石膏類緩凝劑的混合物；所述石膏類緩凝劑優(yōu)選二水石膏；所述水泥的粉磨細(xì)度控制比表面積為300 500m2/kg。
10.權(quán)利要求9所述高鎂微膨脹低熱水泥的制備方法，其特征在于將權(quán)利要求I至7任一所述高鎂微膨脹低熱水泥熟料配以石膏類緩凝劑，共同粉磨至比表面積300 500m2/kg得到；緩凝劑的摻量以水泥中SO3總量進(jìn)行控制，范圍在I. O 3. 5% (重量百分比)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高鎂微膨脹低熱水泥及其制備方法。該高鎂微膨脹低熱水泥熟料的礦物組成為(重量百分比)C3S10~35%,C2S 40～65％，C3A1～5％，以及C4AF10～20％；并且，上述水泥熟料中，MgO含量為6.0～8.0％之間。由這種水泥配制的混凝土具有流動(dòng)性好、需水量低、水化熱低、后期強(qiáng)度高、耐久性好、具有微膨脹性能等特點(diǎn)，并且可用以補(bǔ)償大體積混凝土、水工混凝土等的收縮，減少混凝土裂縫，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥更有利于實(shí)現(xiàn)混凝土的體積穩(wěn)定性和安全性，是重點(diǎn)工程特別是大體積混凝土及水工混凝土工程等的理想膠凝材料。
文檔編號(hào)C04B7/345GK102898050SQ20121040308
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王晶, 王敏, 文寨軍, 劉云, 王顯斌, 劉克忠 申請(qǐng)人:中國建筑材料科學(xué)研究總院