一种高强度贝壳粉煅烧渣土水泥及其制备方法

本发明涉及一种高强度贝壳粉煅烧渣土水泥及其制备方法，属于建筑材料。

背景技术：

1、随着全球经济的快速发展，基础设施的不断建设，人们对水泥的需求量越来越大，然而，生产1吨硅酸盐水泥会产生约0.9吨的二氧化碳温室气体，造成严重的温室效应，这与我国环境保护和低碳生产的主题不符。用补充胶凝材料代替部分水泥来制备低碳足迹水泥，以实现可持续性发展，是目前水泥行业越来越依赖的手段。

2、石灰石煅烧粘土水泥因为其低成本、容易获得、可持续的特点获得了越来越多的关注。与传统水泥相比，石灰石煅烧粘土水泥用煅烧的粘土、石灰石替代了部分水泥熟料，而且与传统水泥具有相似的机械性能。然而，高质量粘土和优质石灰石都是不可再生资源，其品质和产量是制约石灰石煅烧粘土水泥发展的关键性因素，所以寻找其合适的替代品是三元水泥可以推广使用以及为水泥生产行业在降低污染和生产成本方面的关键一环。

3、随着各国地下工程的不断建设，工程渣土的产生量也在逐年增加，造成大量渣土堆积，严重影响城市生态环境，已逐渐成为目前最严重的环境问题之一。

4、目前已有将工程渣土或余泥渣土煅烧后作为胶凝材料或者添加到水泥中，但得到的水泥强度不高，力学性能较差，如中国专利文献cn111454011a公开的利用工程渣土制备碱激发胶凝材料的方法，包括以下步骤：将工程渣土进行粉碎，得到渣土粉末；将所述渣土粉末进行煅烧，得到煅烧渣土；将所述煅烧渣土和碱激发剂溶液混合，得到碱激发胶凝材料，如中国专利文献cn111875268a公开一种煅烧粘土及其制备方法和石灰石煅烧粘土水泥，将余泥渣土煅烧，得到煅烧渣土，作为煅烧粘土应用在石灰石煅烧粘土水泥的制备过程中，但优质石灰石为不可再生资源，其品质和产量是制约其发展的关键，所以寻找其合适的替代品得到效果相似的三元水泥是未来发展的关键。

5、牡蛎和扇贝是目前世界上养殖最多的贝类，每年产生的贝壳废弃物约有数百万吨，由于缺乏适当的处理方法，这些废弃物对耕地、水源和空气造成了严重的污染，也是目前主要的环境问题之一。

6、目前，针对水泥的低碳生产，如何利用工程渣土或余泥渣土和废弃贝壳简便、低成本的制备高强度三元水泥是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高强度贝壳粉煅烧渣土水泥及其制备方法。

2、本发明用高温煅烧工程渣土代替煅烧粘土，以解决工程渣土长期堆放带来的各种环境问题，实现工程渣土的高附加利用，用贝壳粉代替石灰石粉，为三元水泥提供新的碳酸钙来源，解决废弃贝壳无法有效利用所带来的各种生态环境问题，同时减少对优质粘土和石灰石不可再生资源的开采，实现三元水泥的绿色可持续发展，更重要的是贝壳粉、煅烧渣土与水泥发生化学反应，使水泥强度能得到大幅提升，本发明用废弃的原料得到了高强度的水泥，降低材料的生产成本并且能够满足三元水泥的对高强度的需求。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种高强度贝壳粉煅烧渣土水泥，按质量份计，所述水泥是由以下原料组成：

5、50％～85％的水泥、5％～15％的贝壳粉、10％～30％的煅烧渣土、1％～3％的石膏、0.4％～0.8％的聚羧酸减水剂。

6、根据本发明优选的，所述水泥为p.o42.5级普通硅酸盐水泥。

7、根据本发明优选的，所述贝壳粉是按如下方法制备得到：

8、1)将收集的废弃贝壳用清水清洗干净，放入真空干燥箱中进行烘干；

9、2)采用颚式破碎机将烘干后的贝壳进行初步破碎，然后过4-20mm筛；

10、3)将过筛后的贝壳，加入到研磨机中进行机械研磨，直至全部通过0.05-0.5mm筛，得到贝壳粉。

11、根据本发明优选的，步骤1)中，烘干温度为80-100℃，烘干时间为6-10h。

12、根据本发明优选的，所述煅烧渣土是按如下方法制备得到：

13、(1)除去工程渣土中的水分；

14、(2)将晒干的渣土过筛，除去渣土中的砂石颗粒；

15、(3)将过筛后的渣土，加入到研磨机中进行机械研磨，得到渣土粉；

16、(4)将渣土粉在700℃～900℃下进行高温煅烧，得到煅烧渣土粉末。

17、根据本发明优选的，步骤(1)中，除去工程渣土中的水分为：自然晾晒7-14天，或用真空干燥箱80-100℃烘8-10h进行烘干。

18、根据本发明优选的，步骤(2)中，过筛为过4-20mm筛。

19、根据本发明优选的，步骤(3)中，过筛为过0.05-0.5mm筛。

20、根据本发明优选的，步骤(4)中，高温煅烧，其保温时间为1.5～3h，升温速率为10℃/min，降温方式为自然降温。

21、根据本发明优选的，所述石膏为无水石膏、半水石膏、二水石膏中的一种或多种。

22、根据本发明优选的，所述聚羧酸减水剂为普通市售聚羧酸减水剂，其固含量为10％-20％，减水率10％-15％。

23、本发明的第二个目的，提供上述高强度贝壳粉煅烧渣土水泥的制备方法。

24、高强度贝壳粉煅烧渣土水泥的制备方法，步骤如下：

25、按配方，将贝壳粉、水泥、煅烧渣土、石膏、聚羧酸减水剂加入搅拌机中干混0.5-3min，即得。

26、本发明的第三个目的，提供上述高强度贝壳粉煅烧渣土水泥的使用方法，步骤如下：

27、将高强度贝壳粉煅烧渣土水泥和水加入搅拌机中，混合1-5min，得到贝壳粉煅烧渣土水泥浆液，最后，将所得到的贝壳粉煅烧渣土水泥浆液用于实际工程中。

28、本发明利用废弃贝壳与煅烧渣土、水泥制备三元水泥，废弃贝壳中碳酸钙的存在形态为文石，文石是一种亚稳态形式，文石在化学上比方解石更活跃，更容易参与到水泥的早期水化过程中，从而使三元水泥具有更高的强度和更优异的力学性能。

29、水泥水化产生的氢氧化钙与煅烧渣土发生火山灰反应生成c-a-s-h凝胶，贝壳粉在水泥碱性环境中释放出碳酸钙，与水泥中的铝酸盐相发生反应开始生成碳铝酸盐，此反应阻止了钙矾石向单硫铝酸盐的转化，进而稳定了钙矾石，这些水化产物填充了大量的孔隙，使微观结构更加致密，从而使材料具有更高的的强度。因此，本发明用废弃的原料得到了高强度的水泥，降低材料的生产成本并且能够满足三元水泥的对高强度的需求，石灰石和粘土都是不可再生资源，本发明用煅烧渣土和贝壳粉为高强度水泥提供新的材料来源，同时又解决了渣土和废弃贝壳的处置问题，变废为宝。

30、相对于现有技术，本发明所述的贝壳粉煅烧渣土水泥具有以下优势：

31、1、本发明的三元水泥，用贝壳粉代替石灰石粉生产三元水泥，为三元水泥提供了新的碳酸钙来源，避免了石灰石开采过程中造成的植被破坏、污染水源等一系列环境问题，促进了水泥行业的绿色可持续发展。同时，碳酸钙在废弃贝壳中的多晶形态为文石，文石是一种亚稳态形式，在化学上比方解石更活跃。相比于石灰石粉来说，贝壳粉中的碳酸钙更容易与水泥和煅烧渣土的有效矿物成分进行反应，生成力学性能更好的结石体。

32、2、本发明提出的用煅烧工程渣土代替煅烧优质粘土，解决了工程渣土以长期堆放为主，难以高附加值利用的难题，避免了渣土长期堆放，造成的土壤、水质污染和地表塌陷等生态环境问题。同时为三元水泥生产提供了新的粘土来源，进一步促进了水泥行业的绿色可持续发展。

33、3、本发明提出的贝壳粉煅烧渣土水泥中，贝壳粉和煅烧渣土通过物理和化学作用共同改善水泥的水化程度，优化水泥的水化产物，提高水泥结石体的强度。其中物理作用是通过贝壳粉和煅烧渣土粉颗粒对于水泥浆液的改性分散，使水泥颗粒与水有更大的接触面积，从而加速了水泥的水化速率和提高了水泥的水化程度。化学作用是煅烧渣土和贝壳粉中的氧化铝和碳酸钙通过与水泥水化产物中的氢氧化钙发生反应，促进水泥的二次水化，抑制钙矾石向单硫铝酸盐转化，并促进半碳铝酸盐和单碳铝酸盐的生成，使得三元水泥结石体致密程度提高，孔隙率下降，从而改善了三元水泥结石体的力学性能和耐久性能。

34、4、本发明提出的贝壳粉煅烧渣土水泥，制备方法简单，成本低，材料力学能优越，耐久性好，实用性强，可以广泛应用于各种施工现场。