专利名称：一种高镁微膨胀低热水泥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水泥，特别是涉及一种可用于高性能混凝土、大体积混凝土和水工混凝土等工程的可有效减少混凝土裂缝的高性能高镁微膨胀低热水泥及其制备工艺。
背景技术：
20世纪70年代世界能源危机期间，随着对水泥工业高能源资源消耗、环境负荷相对严重等问题认识的不断深化，引发了贝利特体系水泥的第一次研究热潮，但由于未能解决闻贝利特水泥的稳定与活化关键技术而因此告终；贝利特体系水泥的第_■次研究闻潮始于20世纪80年代末国际砼工程界对混凝土耐久性的高度重视，节能、降耗、环保以及进一步提高水泥混凝土性能成为了国际水泥工业可持续发展的方向，日本、德国、俄罗斯和印度等国均进行了贝利特体系水泥的研发。在中国，中国建筑材料科学研究总院从1996年起就踏上了低热硅酸盐水泥的研·发征程。从国家“九五”重点科技攻关计划专题项目“混凝土新型胶凝材料的研究”，到国家“十五”重点科技攻关计划课题“高贝利特水泥的开发与应用研究”，再到与中国长江三峡工程开发总公司合作开展“高贝利特水泥在水工混凝土的专项应用研究”，直至2006年的国家高技术研究发展计划(西部行动)专题“高海拔高寒地区用低热大坝水泥的研究”，整个项目历时10年多的时间。项目的研究成果“一种高贝利特水泥熟料及其制备工艺”和“一种低热硅酸盐水泥及其制备和应用”分别获国家发明专利(专利号为ZL 98 I 00581. O,ZL 02I 00189.8)。虽然低热硅酸盐水泥具有水化低热、高耐久等优异特点，但对于大体积混凝土来说，由于混凝土中水泥水化过程中要放出热量且放出的热量不能够及时的传递给外界，因此，混凝土中会有一个温度随着龄期的延长先上升然后再下降的过程。大体积混凝土通常在浇筑后6 12天达到最高温度，然后就是持续较长时间的温度下降过程，这个过程持续时间可达3个月。在温度下降的过程中，混凝土会发生收缩(混凝土的热膨胀系数约为IOX 10_6/°C)，并产生收缩应力，当收缩应力大于混凝土的抗拉强度的时候便会产生收缩裂缝，裂缝给大坝的安全造成了极大的威胁，因此，如何减少甚至消除混凝土大坝的裂缝，一直是广大工程技术人员希望解决的难题。为此，研究及开发了一种可用于高性能混凝土、大体积混凝土和水工混凝土等工程并有效减少混凝土裂缝的高性能水泥——高镁微膨胀低热水泥。
发明内容
为解决现有水泥在高性能混凝土、大体积混凝土和水工混凝土等工程中易产生混凝土裂缝的缺点，本发明的目的是提供一种能够在一般水泥厂普遍生产的，自身水化热低、干缩率低、抗侵蚀性及耐磨性好，特别是在混凝土工程使用中可以提高抗裂性能的高镁微膨胀低热水泥熟料。本发明提供的高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(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含量为6. O 8. 0%之间。一个优选方案，所述高镁微膨胀低热水泥熟料的矿物组成为(重量百分比):C3S (硅酸三钙)11. 83 31. 35%,C2S (硅酸二钙)44. 08 64. 04%,C3A (铝酸三钙)I. 63 3. 36%,C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 91%。另一优选方案，所述高镁微膨胀低热水泥熟料的矿物组成为(重量百分比):C3S (硅酸三钙)16. 41 31. 35%,C2S (硅酸二钙)44. 08 59. 27%,C3A (铝酸三钙)I. 96 3. 36%，C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 54%。另一优选方案，所述高镁微膨胀低热水泥熟料的矿物组成为(重量百分比)=C3S(硅酸三钙)27. 66%，C2S (硅酸二钙)48. 04%，C3A (铝酸三钙)2. 79%，C4AF (铁铝酸四钙)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量为6.71%。
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所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，生成所述矿物组成的原材料配比为(重量百分t匕)石灰质原料50 80 %，粘土质原料5 30 %，铁粉O 10 %，工业废渣O 40 %，高镁质石灰石原料5 20%，以及校正原料O 50%，其中，铁粉、工业废渣和校正原料不同时为O。所述石灰质原料为石灰石、泥灰岩、白垩中的一种或一种以上的组合；所述粘土质原料为粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾矿中的一种或一种以上的组合；所述铁粉为铁矿石粉、铁粉尾矿；所述工业废渣为铜矿渣、硫酸渣、石煤渣等；所述高镁质石灰石原料为白云石，Mg含量为15 40% ;所述校正原料为铁粉或硫酸渣类铁质校正原料，石英石、硅石、黄砂或红砂类硅质校正原料，以及白云石类镁质校正原料中的一种或一种以上的组合。具体原材料配比(重量百分比)优选为石灰石65 80%，粘土 5 18%，铁矿石2%，硫酸渣O 4%，白云石5 20% (MgO含量为15 40% )，石英砂O 4%。本发明的另一目的是提供一种上述高镁微膨胀低热水泥熟料的制备方法。该方法包括将水泥生产原材料生产成水泥熟料的必要步骤，并包括使水泥熟料中氧化镁含量控制在6. O 8. O %之间的步骤。本发明还一目的在于提供一种高镁微膨胀低热水泥。该水泥为前述水泥熟料和按水泥熟料中SO3重量计算的I. O 3. 5%的石膏类缓凝剂的混合物；所述石膏类缓凝剂优选二水石膏；所述水泥的粉磨细度控制比表面积为300 500m2/kg。本发明再一目的在于提供所述高镁微膨胀低热水泥的制备方法。该方法将所述高镁微膨胀低热水泥熟料配以石膏类缓凝剂，共同粉磨至比表面积300 500m2/kg得到；缓凝剂的掺量以水泥中SO3总量进行控制，范围在I. O 3. 5% (重量百分比)。本发明以上述方案分别提供了高镁微膨胀低热水泥熟料、水泥及其制备方法。制备该种水泥熟料时除采用通用硅酸盐水泥生产用原材料外，还可采用各种低品位原材料，如低品位石灰石及工业废渣，如煤矸石、赤泥、粉煤灰、尾矿及其它废渣等，这种水泥在熟料矿物组成种类上，和传统的硅酸盐水泥相同，都是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成，但其中硅酸二钙的含量达40 65%，氧化镁的含量在6. O 8. 0%之间，经煅烧所得的这种高镁低热硅酸盐水泥熟料配入不同类型的缓凝剂(二水石膏、硬石膏或其它工业副产石膏等)，即可制得高镁微膨胀低热水泥。由这种水泥配制的混凝土具有流动性好、需水量低、水化热低、后期强度高、耐久性好、具有微膨胀性能等特点，并且可用以补偿大体积混凝土、水工混凝土等的收缩，减少混凝土裂缝，比传统硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥更有利于实现混凝土的体积稳定性和安全性。本发明具有以下优点I、在本发明高镁微膨胀低热水泥熟料的生产中，所用原材料来源广泛，可充分利用低品位原料及各 种工业废渣，且生产工艺简单，适用于所有的回转窑水泥生产厂家。2、由本发明所得熟料制得 的高镁微膨胀低热水泥是一种抗裂性能优异的新型胶凝材料，通过利用MgO的延迟膨胀来补偿混凝土的收缩，减少混凝土裂缝，因此特别适合于大体积混凝土、水工混凝土等工程的应用。3、用本发明技术制备高镁低热硅酸盐水泥，具有原料来源广(可充分利用工业废渣及低品位原材料等)、成本较低、制备工艺简单等特点，可广泛适用于我国现有水泥企业生产，因此具有良好的经济社会效益。综上所述，本发明的高镁微膨胀低热水泥是一种比通用硅酸盐水泥更适于配制高性能混凝土的新型胶凝材料，其综合性能优越，是重点工程特别是大体积混凝土及水工混凝土工程等的理想胶凝材料，它的问世将填补国内空白，市场前景及潜力广阔。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施例方式本发明所提供的可用于水工混凝土等工程并有效减少混凝土裂缝的高性能水泥一一高镁微膨胀低热水泥和传统的硅酸盐水泥相同，都是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成，其水泥中按质量硅酸三钙的含量达1(Γ35%，硅酸二钙的含量达40 65%，铝酸三钙的含量达1飞％，铁铝酸四钙的含量达10 20%，氧化镁的含量在6. O 8. 0%之间(意为“大于6. 0%小于8. 0% ”)，经煅烧得到高镁微膨胀低热水泥熟料。该水泥熟料中再配入不同类型的缓凝剂(二水石膏、硬石膏或其它工业副产石膏等)，即可制得高镁微膨胀低热水泥。用这种水泥配制的混凝土具有流动性好、需水量低、水化热低、后期强度高、耐久性好、具有微膨胀性能等特点，并且可用以补偿大体积混凝土、水工混凝土等的收缩，减少混凝土裂缝，比传统硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥更有利于实现混凝土的体积稳定性和安全性。具体来讲，本发明所提供的高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(重量百分比):C3S (硅酸三钙)10^35%, C2S (硅酸二钙)40 65% ,C3A (铝酸三钙)I 5%，C4AF (铁铝酸四钙)10 20% ;并且，上述水泥熟料中，MgO含量为6. O 8.0%之间。实施例1-5中列举的高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(重量百分比)=C3S(硅酸三钙)11. 83 31. 35%，C2S(硅酸二钙)44. 08 64. 04%，C3A(铝酸三钙)1. 63 3. 36%,C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18%;水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 91%。该方案可作为优选。实施例1-4中列举的高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(重量百分比)=C3S(硅酸三钙)16. 41 31. 35%，C2S (硅酸二钙)44. 08 59. 27%，C3A (铝酸三钙)1. 96 3. 36%，C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18%;水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 54%。该方案可作为更优选。实施例2中列举的高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(重量百分比)=C3S(硅酸三钙)27. 66%，C2S (硅酸二钙)48. 04%，C3A (铝酸三钙)2. 79%，C4AF (铁铝酸四钙)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量为6. 71%。该方案可作为最优选。以上虽依据表2列出了各优选方案的具体数值，但可以理解，所列数据在实际应用中是依据水泥原料组成的变化而变化的，变化的浮动在±10%范围内均为正常值。上述高镁微膨胀低热水泥熟料中，生成所述矿物组成的原材料配比为(重量百分t匕):石灰质原料50 80 %，粘土质原料5 30 %，铁粉O 10 %，工业废渣O 40 %，高镁质石灰石原料5 20%，以及校正原料O 50%，其中，铁粉、工业废渣和校正原料不同时为O。所述石灰质原料为石灰石、泥灰岩、白垩中的一种或一种以上的组合；所述粘土质原料为粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾矿中的一种或一种以上的组合；所述铁粉为铁矿石粉、铁粉尾矿；所述工业废渣为铜矿渣、硫酸渣、石煤渣等中的一种或一种以上的组合；所述高镁质石灰石原料为白云石，MgO含量为15 40% ;所述校正原料为铁粉或硫酸渣类铁质校正原料，石英石、硅石、黄砂或红砂类硅质校正原料，以及白云石类镁质校正原料中的一种或一种以上的组合。优选方案上述高镁微膨胀低热水泥熟料中，生成所述矿物组成的原材料配比为 (重量百分比):石灰石65 80%，粘土 5 18%，铁矿石2%，硫酸渣O 4%，白云石5 20% (MgO含量为15 40% )，石英砂O 4%。水泥熟料中配入5%的二水石膏得到高镁微膨胀低热水泥。依据上述技术方案，将高贝利特水泥熟料中的MgO含量提高到6. O 8. 0%之间后，可充分发挥MgO的后期微膨胀性能，以补偿大体积混凝土的收缩，减少混凝土裂缝，从而提高混凝土的体积稳定性和安全性。所制备的高镁微膨胀低热水泥熟料配以不同种类石膏作缓凝剂，共同粉磨至一定细度，就可制得高镁微膨胀低热水泥，缓凝剂石膏的掺量以水泥中SO3总量进行控制，范围在SO3重量的I. O 3. 5%，水泥的粉磨细度控制比表面积在300 500m2/kg。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。实施例1-5、制备高镁微膨胀低热水泥本发明实施例1-5的高镁微膨胀低热水泥的原料配方如表I所示表I高镁微膨胀低热水泥的原料配方(单位重量百分比)
权利要求
1.高镁微膨胀低热水泥熟料，其矿物组成为(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含量为6. O 8. O %之间。
2.根据权利要求I所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于所述高镁微膨胀低热水泥熟料矿物组成为(重量百分比):C3S(硅酸三钙)11. 83 31. 35%，C2S(硅酸二钙)44. 08 64. 04%, C3A (铝酸三钙)I. 63 3. 36%, C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18% ;水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 91 %。
3.根据权利要求I或2所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于所述高镁微膨胀低热水泥熟料矿物组成为(重量百分比)=C3S (硅酸三钙)16. 4Γ31. 35%，C2S (硅酸二钙)44. 08 59. 27%, C3A (铝酸三钙)I. 96 3. 36%，C4AF (铁铝酸四钙)14. 26 16. 18% ；水泥熟料中MgO含量为6. 47 7. 54%。
4.根据权利要求I或2或3所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于所述高镁微膨胀低热水泥熟料矿物组成为(重量百分比)=C3S (硅酸三钙)27. 66%，C2S (硅酸二钙)48. 04%, C3A (铝酸三钙)2.79 %，C4AF (铁铝酸四钙)14. 92% ;水泥熟料中MgO含量为6.71%。
5.根据权利要求I至4任一所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于生成所述矿物组成的原材料配比为(重量百分比) 石灰质原料50 80%， 粘土质原料5 30%， 铁粉O 10%， 工业废渣O 40%， 高镁质石灰石原料5 20%，以及 校正原料O 50%， 其中，铁粉、工业废渣和校正原料不同时为O。
6.根据权利要求5所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于所述石灰质原料为石灰石、泥灰岩、白垩中的一种或一种以上的组合；所述粘土质原料为粘土、粉煤灰、赤泥、煤矸石和尾矿中的一种或一种以上的组合；所述铁粉为铁矿石粉、铁粉尾矿；所述工业废渣为铜矿渣、硫酸渣、石煤渣等；所述高镁质石灰石原料为白云石，Mg含量为15 40% ;所述校正原料为铁粉或硫酸渣类铁质校正原料，石英石、硅石、黄砂或红砂类硅质校正原料，以及白云石类镁质校正原料中的一种或一种以上的组合。
7.根据权利要求5或6所述的高镁微膨胀低热水泥熟料，其特征在于 具体原材料配比(重量百分比)为石灰石65 80 %，粘土 5 18 %，铁矿石2 %，硫酸禮O 4%,白z 石5 20% (MgO含量为15 40% ),石英砂O 4%。
8.一种制备权利要求1-4任一项所述高镁微膨胀低热水泥熟料的方法，包括将水泥生产原材料生产成水泥熟料的必要步骤，并包括使水泥熟料中氧化镁含量控制在6. O .8.O %之间的步骤。
9.一种高镁微膨胀低热水泥，其特征在于，为权利要求I至7任一所述水泥熟料和按水泥熟料中S03重量计算的I. O 3. 5%的石膏类缓凝剂的混合物；所述石膏类缓凝剂优选二水石膏；所述水泥的粉磨细度控制比表面积为300 500m2/kg。
10.权利要求9所述高镁微膨胀低热水泥的制备方法，其特征在于将权利要求I至7任一所述高镁微膨胀低热水泥熟料配以石膏类缓凝剂，共同粉磨至比表面积300 500m2/kg得到；缓凝剂的掺量以水泥中SO3总量进行控制，范围在I. O 3. 5% (重量百分比)。
全文摘要
本发明公开了一种高镁微膨胀低热水泥及其制备方法。该高镁微膨胀低热水泥熟料的矿物组成为(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含量为6.0～8.0％之间。由这种水泥配制的混凝土具有流动性好、需水量低、水化热低、后期强度高、耐久性好、具有微膨胀性能等特点，并且可用以补偿大体积混凝土、水工混凝土等的收缩，减少混凝土裂缝，比传统硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥更有利于实现混凝土的体积稳定性和安全性，是重点工程特别是大体积混凝土及水工混凝土工程等的理想胶凝材料。
文档编号C04B7/345GK102898050SQ20121040308
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者王晶, 王敏, 文寨军, 刘云, 王显斌, 刘克忠 申请人:中国建筑材料科学研究总院