專利名稱：一種低熟料用量、高折壓比復(fù)合水泥的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合水泥的制備方法，尤其涉及一種低熟料用量、高折壓比復(fù)合 水泥的制備方法。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是目前用量最大、用途最廣的人造建筑材料。硅酸鹽水泥生產(chǎn)需要消 耗大量自然資源和能源，與資源、環(huán)境的不協(xié)調(diào)性矛盾日益惡化。2009年我國水泥產(chǎn)量達(dá) 16. 5億噸，占世界水泥總產(chǎn)量的55%，消耗石灰石14. 6億噸、粘土 2. 4億噸、電能約1820 億kff · h、標(biāo)準(zhǔn)煤1. 9億多噸，排放CO2 10多億噸、SOx 48多萬噸、NOx 190多萬噸。1996到 2009年水泥工業(yè)向大氣層排放CO2累積達(dá)170億噸，對環(huán)境影響之大，將無法估量！隨著我國工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?？涨皵U(kuò)張，伴生了數(shù)量龐大的工業(yè)廢渣。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù) 據(jù)，2009年我國工業(yè)廢渣排放總量為19. 6億噸，綜合利用率為62. 1 %，堆存總量達(dá)120. 0 億噸，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大壓力。以冶金、能源、采礦、化工等部門的廢渣排放量最多，主要 廢渣有鋼渣、礦渣、煤灰、爐渣、煤矸石、尾礦、赤泥及各種工業(yè)石膏。其中粉煤灰、爐渣、冶 金渣等多種廢渣含有膠凝礦物(C2S、C3S等)或CaO-SiO2-Al2O3-MgO體系玻璃態(tài)物質(zhì)，在適 當(dāng)條件下可獲得較好的膠凝性，可作為水泥、混凝土的輔助性膠凝材料。如何大量、有效地 利用這些廢渣是水泥工業(yè)和冶金等工業(yè)能否實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)與可持 續(xù)發(fā)展的有效舉措。生產(chǎn)復(fù)合水泥是工業(yè)廢渣大宗量、高效利用的主要途徑之一。雖然大多數(shù)用于生 產(chǎn)復(fù)合水泥的輔助性膠凝材料具有一定活性(膠凝活性、潛在膠凝活性或火山灰活性)，但 其活性遠(yuǎn)低于水泥熟料活性，甚至潛在活性得不到發(fā)揮，導(dǎo)致復(fù)合水泥的性能較差。目前， 復(fù)合水泥僅能生產(chǎn)32. 5水泥和砌筑水泥等低強(qiáng)度水泥，限制了其應(yīng)用范圍和摻量。同時， 輔助性膠凝材料在復(fù)合水泥中摻量較低(礦渣摻量在35%左右，粉煤灰摻量在15%左右， 鋼渣摻量一般低于10% )，無法達(dá)到大宗量利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)復(fù)合水泥的目的。由于復(fù)合水泥的生產(chǎn)主要采用混合磨細(xì)的方式，由于各輔助性膠凝材料易磨性不 同，導(dǎo)致復(fù)合水泥顆粒級配較差。一方面復(fù)合水泥原始堆積不密實，導(dǎo)致需水量較大、漿體 結(jié)構(gòu)不密實；另一方面高活性膠凝組分(熟料、礦渣)顆粒較粗，其活性未完全發(fā)揮，造成了 高活性膠凝組分的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種低熟料用量、高折壓 比復(fù)合水泥的制備方法。本發(fā)明可大幅度提高復(fù)合水泥中輔助性膠凝材料摻量，改善水泥 漿體的整體性能。為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種低熟料用量、高折壓比復(fù)合水泥的制備方法，該方法將復(fù)合水泥顆粒分為三 個粒度區(qū)間< 8μπι、8 24μπι和24 80 μ m，所述各區(qū)間顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為25 40%、25 30%和30 45% ；其中，< 8 μ m粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的高活性輔助 膠凝材料構(gòu)成，8 24 μ m粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的水泥熟料顆粒構(gòu)成，24 80 μ m 粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的低活性輔助膠凝材料或惰性填料構(gòu)成；將上述三個粒度區(qū) 間的粉體顆?；旌暇鶆?，制得一種熟料體積分?jǐn)?shù)為25 30 %的復(fù)合水泥，其28天抗壓強(qiáng)度 35 50MPa，抗折強(qiáng)度10 12MPa，折壓比為1/3 1/4。上述的制備方法中，所述< 8 μ m、8 24 μ m和24 80 μ m三個粒度區(qū)間的平均 粒徑分別為3 5 μ m、14 18 μ m禾口 40 50 μ m。上述的制備方法中，所述高活性輔助膠凝材料為礦渣、硅灰或高鈣粉煤灰；所述水 泥熟料顆粒為強(qiáng)度等級42. 5以上的硅酸鹽水泥熟料顆粒；所述低活性輔助膠凝材料為低 鈣粉煤灰、爐渣或鋼渣，所述惰性填料為尾礦、煤矸石或石灰石。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果1)采用本發(fā)明配制的復(fù)合水泥具有需水量低、漿體初始孔隙率低等特點。2)通過調(diào)整各膠凝組分所處的粒度區(qū)間，消除了細(xì)顆粒水化過快引起的需水量增 加、工作性能下降等問題。3)可最大限度地發(fā)揮水泥熟料和各輔助性膠凝材料的活性，水泥熟料28天水化 程度超過85%。4)大幅度提高了復(fù)合水泥性能和輔助性膠凝材料摻量。水泥熟料摻量25 35 %、 輔助性膠凝材料摻量65 75%時，可穩(wěn)定生產(chǎn)42. 5強(qiáng)度等級的復(fù)合水泥。5)采用本發(fā)明制備的復(fù)合水泥具有較高的折壓比(0. 23 0. 28)，并具有較低的 水化熱和良好的抗開裂能力，可應(yīng)用在具有抗裂性能要求的大壩、水利、公路、橋梁等土木
建筑工程。因此，本發(fā)明對提高水泥熟料水化效率，減少水泥熟料用量，提高輔助性膠凝材料 摻量，降低水泥、混凝土材料的溫度應(yīng)力和提高水泥基材料的抗開裂性能都具有重要的意 義。


圖1為“區(qū)間窄分布，整體寬分布”顆粒級配模型示意圖-頻率分布；圖2為“區(qū)間窄分布，整體寬分布”顆粒級配模型示意圖-累積分布；圖3為各粒度區(qū)間的顆粒分布圖_頻率分布；圖4為各粒度區(qū)間的顆粒分布圖_累積分布；圖5為符合“區(qū)間窄分布，整體寬分布”模型的復(fù)合水泥顆粒分布圖-頻率分布；圖6為符合“區(qū)間窄分布，整體寬分布”模型的復(fù)合水泥顆粒分布圖_累積分布。
具體實施例方式本發(fā)明一種低水泥熟料用量、高折壓比復(fù)合水泥的配制方法，所述方法包括采用 “區(qū)間窄分布，整體寬分布”顆粒級配模型，并按照膠凝組分活性安排其所處的粒徑區(qū)間。所述“區(qū)間窄分布，整體寬分布”顆粒級配模型概述為(1)將復(fù)合水泥顆粒分為三個區(qū)間，即<8 μ m、8 24 μ m、24 80 μ m。(2) “區(qū)間窄分布”。每個粒度區(qū)間要求顆粒分布盡量的窄，保證顆粒粒徑均一和較快的水化速度，控制各區(qū)間特征粒徑分別為3 5 μ m、14 18 μ m和40 50 μ m，以便顆 粒逐級填充，并消除顆粒堆積過程中的“松動效應(yīng)”和“墻壁效應(yīng)”。
(3)“整體寬分布”。復(fù)合水泥整體顆粒分布要盡量的寬，調(diào)整各區(qū)間顆粒含量(體 積分?jǐn)?shù))為< 8 μ m25 」40%
8 24 μ m25 -一 30%
24 80 μ m30 -一 45%。使復(fù)合水泥整體顆粒達(dá)到最緊密堆積，降低復(fù)合水泥漿體初始孔隙率?！皡^(qū)間窄分 布，整體寬分布”顆粒分布示意圖見圖1和圖2。所述按照膠凝組分活性安排其所處的粒徑區(qū)間概述為(1)將礦渣、硅灰、高鈣粉煤灰等高活性輔助性膠凝材料置于細(xì)顆粒區(qū)間 (< 8μπι)，既提高了輔助性膠凝材料的水化活性，又避免了細(xì)顆粒水化過快引起的需水量 增力口、工作性能下降等問題。(2)將硅酸鹽水泥熟料(42. 5強(qiáng)度等級以上)置于8 24 μ m區(qū)間，該區(qū)間水泥熟 料顆粒的水化速度適中，28天水化程度可達(dá)85%以上，對復(fù)合水泥性能起主要貢獻(xiàn)。(3)將低鈣粉煤灰、爐渣、鋼渣等冶煉渣或尾礦、煤矸石、石灰石等惰性混合材置于 粗顆粒區(qū)間(24 80 μ m)，該區(qū)間顆粒主要起填充作用，僅需表面水化，與水化產(chǎn)物牢固粘接。以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不局限于下述實施 例，任何在本發(fā)明的啟示下得出的與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均在保護(hù)范圍之內(nèi)。(1)制備符合“區(qū)間窄分布”的各種膠凝組分。實施例1 4中涉及的各粒度區(qū)間 顆粒分布如圖3、圖4所示，其顆粒分布參數(shù)見表1。表1中D1Q為累積含量為10%時顆粒粒徑；D5tl為累積含量為50%時顆粒粒徑；D9tl 為累積含量為90%時顆粒粒徑。表1各粒度區(qū)間的顆粒分布參數(shù)
區(qū)間<8μιη8~24μιη24 80μπι
Dio /μιη3.259.2828.33
D50 /μιη4.1215.0844.21
D90 /μπι7.5621.5475.46(2)根據(jù)復(fù)合水泥各區(qū)間含量和膠凝材料種類，制備符合“區(qū)間窄分布，整體寬分 布”模型的復(fù)合水泥，并用V型混料機(jī)將復(fù)合水泥混合均勻。(3)采用GB/T 1346-2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》測 定復(fù)合水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，并測定標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿體的密度，按下式計算水泥漿體的 初始堆積密度。
φ = Pve‘ — Pw(1)
Pc~PwP wet為復(fù)合水泥漿體密度，P w與P。分別為水和復(fù)合水泥的密度。
(4)采用GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)》測定復(fù)合水泥的 3d、28d抗壓抗折強(qiáng)度。實施例1目前，市售硅酸鹽水泥(P. II)和普通硅酸鹽水泥(P. 0)的混合材摻量及性能見表 2。硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽漿體的堆積密度為50%左右，其28天折壓比在0. 2左右。表2硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥的配比及性能
權(quán)利要求
一種低熟料用量、高折壓比復(fù)合水泥的制備方法，其特征在于將復(fù)合水泥顆粒分為三個粒度區(qū)間＜8μm、8～24μm和24～80μm，所述各區(qū)間顆粒體積分?jǐn)?shù)分別為25～40％、25～30％和30～45％；其中，＜8μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的高活性輔助膠凝材料構(gòu)成，8～24μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的水泥熟料顆粒構(gòu)成，24～80μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的低活性輔助膠凝材料或惰性填料構(gòu)成；將上述三個粒度區(qū)間的粉體顆粒混合均勻，制得所述復(fù)合水泥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在所制得的復(fù)合水泥熟料的體積分?jǐn)?shù)為 25 30%，其28天抗壓強(qiáng)度35 50MPa，抗折強(qiáng)度10 12MPa，折壓比為1/3 1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述<8 μ m、8 24 μ m和24 80 μ m 三個粒度區(qū)間的平均粒徑分別為3 5 μ m、14 18 μ m禾口 40 50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述高活性輔助膠凝材料為礦渣、硅 灰或高鈣粉煤灰；所述水泥熟料顆粒為強(qiáng)度等級42. 5以上的硅酸鹽水泥熟料顆粒；所述低 活性輔助膠凝材料為低鈣粉煤灰、爐渣或鋼渣，所述惰性填料為尾礦、煤矸石或石灰石。
全文摘要
本發(fā)明公開一種低熟料用量、高折壓比復(fù)合水泥的制備方法，其將以下三個粒度區(qū)間的粉體顆粒＜8μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的高活性輔助膠凝材料構(gòu)成，8～24μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的水泥熟料顆粒構(gòu)成，24～80μm粒度區(qū)間的顆粒由該粒徑范圍的低活性輔助膠凝材料或惰性填料構(gòu)成，各區(qū)間所占體積分?jǐn)?shù)分別為25～40％、25～30％和30～45％；混合均勻后制得熟料體積分?jǐn)?shù)為25～30％的復(fù)合水泥，其28天抗壓強(qiáng)度達(dá)35～50MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)10～12MPa，折壓比在1/3～1/4之間，具有較低的水化熱和良好的抗開裂能力，可應(yīng)用于具有抗裂性能要求的土木建筑工程。
文檔編號C04B7/19GK101948255SQ20101026518
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者余其俊, 張同生, 張平平, 韋江雄 申請人:華南理工大學(xué)