本發(fā)明屬于膠凝材料制備，具體涉及一種超低水化熱膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，離不開(kāi)能源的支撐。特別是天然氣，作為一種清潔、優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的能源，對(duì)其需求量日益增加。天然氣水合物是一種主要由甲烷氣體與水生成的籠形包合物，俗稱“可燃冰”，可視為高度壓縮的天然氣。

2、天然氣水合物通常大多存在于溫度為4～5℃的海床上，天然氣水合物穩(wěn)定存在的溫壓條件為-20～12℃、200～600pa，若超過(guò)閾值，天然氣水合物將會(huì)面臨分解的風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)其開(kāi)采帶來(lái)不利影響。因此，為緩解天然氣水合物在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生分解、提高開(kāi)采效率，亟需一種在低溫環(huán)境下(5℃)的超低水化熱膠凝材料。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，授權(quán)公告為cn116282977《一種低熱膠凝材料及其制備方法》通過(guò)將水泥熟料、分級(jí)粉煤灰、石膏、激發(fā)劑、調(diào)節(jié)劑按照一定比例混合，解決了現(xiàn)有技術(shù)中硅酸鹽水泥基膠凝材料組成體系下早強(qiáng)與低水化熱相矛盾的問(wèn)題。

4、上述技術(shù)方案在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

5、(1)該發(fā)明設(shè)置的試驗(yàn)條件為常溫，而天然氣水合物通常存在的環(huán)境為低溫(4～5℃)海床上，因此對(duì)于此應(yīng)用場(chǎng)景缺乏參考意義。

6、(2)該發(fā)明直接通過(guò)水化熱具體數(shù)值來(lái)表征水化放熱情況，而天然氣水合物存在一個(gè)適宜的溫度區(qū)間，水化放熱的多少無(wú)法直接通過(guò)溫度來(lái)衡量，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有一定的局限性。

7、(3)該發(fā)明通過(guò)不同的分級(jí)顆粒原料進(jìn)行混合，未考慮顆粒的密度以及具體數(shù)值情況，并且缺乏對(duì)顆粒堆積空間結(jié)構(gòu)的考慮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于低溫環(huán)境下(4～5℃)天然氣水合物開(kāi)采的超低水化熱膠凝材料及其制備方法，該膠凝材料在低溫下水化溫升低于天然氣水合物的分解溫度，且各齡期強(qiáng)度適中(28d強(qiáng)度最高可達(dá)19mpa)，從而有效降低天然氣水合物開(kāi)采過(guò)程中其分解的風(fēng)險(xiǎn)。

2、本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種超低水化熱膠凝材料，按重量份數(shù)計(jì)，包括以下原料：

4、水泥熟料1～5份，細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣12～46份，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣16～20份，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣18～51份，分級(jí)粉煤灰0～26份，石膏15份；

5、其中，細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑2～5μm，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑8～12μm，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑20～30μm。

6、進(jìn)一步地，所述的超低水化熱膠凝材料按重量份數(shù)計(jì)，包括以下原料：水泥熟料1～5份，細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣30～46份，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣16～19份，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣18～34份，分級(jí)粉煤灰0～26份，石膏15份。

7、進(jìn)一步地，細(xì)粒度區(qū)間粒化高爐礦渣、中粒度區(qū)間?；郀t礦渣、粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣(分級(jí)?；郀t礦渣總量)的總重量份數(shù)為80-84份。

8、進(jìn)一步地，所述水泥熟料為普通硅酸鹽水泥熟料，中值粒徑15～19μm，其組成包括c3s、c2s、c3a、c4af。

9、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述水泥熟料的中值粒徑19μm。

10、進(jìn)一步地，所述細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑3.05μm，常溫下28d活性指數(shù)101～105％，5℃低溫下28d活性指數(shù)27～29％；中粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑10.71μm，常溫下28d活性指數(shù)74～79％，5℃低溫下28d活性指數(shù)12～15％；粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑25.22μm，常溫下28d活性指數(shù)41～43％，5℃低溫下28d活性指數(shù)7～11％。

11、進(jìn)一步地，所述細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣的表觀密度為3.00g/cm3，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣的表觀密度為3.01g/cm3，粗粒度區(qū)間粒化高爐礦渣的表觀密度為3.15g/cm3。

12、進(jìn)一步地，所述分級(jí)粉煤灰包括細(xì)粒度區(qū)間粉煤灰和粗粒度區(qū)間粉煤灰；細(xì)粒度區(qū)間粉煤灰的中值粒徑5.94μm，表觀密度2.32g/cm3；粗粒度區(qū)間粉煤灰的中值粒徑52.9μm，表觀密度2.03g/cm3；

13、進(jìn)一步地，所述石膏為天然二水石膏。

14、進(jìn)一步地，所述的超低水化熱膠凝材料的原料還包括砂；

15、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述砂為標(biāo)準(zhǔn)砂；按重量份數(shù)計(jì)，所述砂的用量為250～350份。

16、上述的超低水化熱膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：

17、(1)將水泥熟料、細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣、中粒度區(qū)間?；郀t礦渣、粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣、分級(jí)粉煤灰、石膏按比例混合，并置于4～5℃低溫養(yǎng)護(hù)箱中預(yù)冷2～3h；

18、(2)將預(yù)冷后的混合料置于混料機(jī)中以自動(dòng)控制程序攪拌，水膠比0.45～0.50，低速30～40s，再低速30～40s同時(shí)自動(dòng)加砂，高速30～40s，停90～100s，再高速60～70s，即得相應(yīng)水泥膠砂；

19、(3)將所得水泥膠砂注入模具中，并將其置于4～5℃低溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

20、進(jìn)一步地，步驟(3)所述低速為120～160r/min，所述高速為260～300r/min；

21、進(jìn)一步地，步驟(3)所述養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為3～28天。

22、進(jìn)一步地，步驟(1)所述預(yù)冷的溫度為5℃，時(shí)間為2h。

23、進(jìn)一步地，步驟(3)所述養(yǎng)護(hù)的溫度為5℃。

24、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

25、(1)本發(fā)明膠凝材料的水化放熱較低，由水化放熱引起的水化溫升低于天然氣水合物的分解溫度，因而對(duì)于天然氣水合物的開(kāi)采具有指導(dǎo)作用。

26、(2)本發(fā)明通過(guò)水化溫升反應(yīng)水化放熱情況，直接明了，定量性強(qiáng)，能夠直接將其與天然氣水合物分解溫度進(jìn)行對(duì)照，從而更具有實(shí)際意義。

27、(3)本發(fā)明以緊密堆積理論作為基礎(chǔ)，合理利用不同粒度顆粒、不同占比原材料，空間結(jié)構(gòu)得以充分利用，使得結(jié)構(gòu)更致密，從而實(shí)現(xiàn)較高的強(qiáng)度。

28、(4)本發(fā)明膠凝材料不需要經(jīng)過(guò)煅燒，而是將原材料研磨至一定細(xì)度并混合均勻即可，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，大部分組成為礦物摻合料(粒化高爐礦渣)，能充分利用工業(yè)礦渣，成本低廉，屬于節(jié)能膠凝材料。

29、(5)本發(fā)明超低水化熱膠凝材料的水化熱低，水化放熱集中在前2天，水化溫升

30、<12℃，低于天然氣水合物分解溫度；3天強(qiáng)度≥3mpa，7d強(qiáng)度>7mpa，28d強(qiáng)度>8mpa，對(duì)天然氣水合物的開(kāi)采具有指導(dǎo)意義。

技術(shù)特征：

1.一種超低水化熱膠凝材料，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，包括以下原料：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，包括以下原料：水泥熟料1～5份，細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣30～46份，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣16～19份，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣18～34份，分級(jí)粉煤灰0～26份，石膏15份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，細(xì)粒度區(qū)間粒化高爐礦渣、中粒度區(qū)間?；郀t礦渣、粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣的總重量份數(shù)為80-84份。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，所述水泥熟料為普通硅酸鹽水泥熟料，中值粒徑15～19μm，其組成包括c3s、c2s、c3a、c4af。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，所述細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑3.05μm，常溫下28d活性指數(shù)101～105％，5℃下28d活性指數(shù)27～29％；中粒度區(qū)間?；郀t礦渣的中值粒徑10.71μm，常溫下28d活性指數(shù)74～79％，5℃下28d活性指數(shù)12～15％；粗粒度區(qū)間粒化高爐礦渣的中值粒徑25.22μm，常溫下28d活性指數(shù)41～43％，5℃下28d活性指數(shù)7～11％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，所述細(xì)粒度區(qū)間粒化高爐礦渣的表觀密度為3.00g/cm3，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣的表觀密度為3.01g/cm3，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣的表觀密度為3.15g/cm3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，所述分級(jí)粉煤灰包括細(xì)粒度區(qū)間粉煤灰和粗粒度區(qū)間粉煤灰；細(xì)粒度區(qū)間粉煤灰的中值粒徑5.94μm，表觀密度2.32g/cm3；粗粒度區(qū)間粉煤灰的中值粒徑52.9μm，表觀密度2.03g/cm3；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低水化熱膠凝材料，其特征在于，所述的超低水化熱膠凝材料的原料還包括砂；所述砂為標(biāo)準(zhǔn)砂；按重量份數(shù)計(jì)，所述砂的用量為250～350份。

9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的超低水化熱膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述低速為120～160r/min，所述高速為260～300r/min；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于膠凝材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超低水化熱膠凝材料及其制備方法。本發(fā)明超低水化熱膠凝材料的原料按重量份數(shù)計(jì)，包括：水泥熟料1～5份，細(xì)粒度區(qū)間?；郀t礦渣12～46份，中粒度區(qū)間?；郀t礦渣16～20份，粗粒度區(qū)間?；郀t礦渣18～51份，分級(jí)粉煤灰0～26份，石膏15份。本發(fā)明所提供的超低水化熱膠凝材料，主要原材料來(lái)源于工業(yè)廢渣，低能耗、放熱低，其水化溫升低于天然氣水合物分解溫度(＜12℃)；本發(fā)明以緊密堆積理論作為基礎(chǔ)，合理使用不同粒度顆粒、不同占比原材料，空間結(jié)構(gòu)得以充分利用，使得結(jié)構(gòu)更致密，從而實(shí)現(xiàn)較高的強(qiáng)度。該膠凝材料對(duì)天然氣水合物的開(kāi)采具有十分重要的指導(dǎo)意義。

技術(shù)研發(fā)人員：余其俊,胡清清,韋江雄,張猛,唐延豐,孫乾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30