專利名稱：：一種高鎂中熱硅酸鹽水泥及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種水泥及其制備方法，尤其涉及一種利用煤矸石、石煤、石煤渣、爐渣、粉煤灰、脫硫石膏、硫酸渣、高鎂灰?guī)r等工業(yè)廢渣生產(chǎn)的高鎂中熱硅酸鹽水泥及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著人們對水泥工業(yè)高能源、高資源消耗、環(huán)境負荷相對嚴重等問題認識的不斷深入和對改善水泥混凝土耐久性的閂益重視，節(jié)能、降耗、環(huán)保、以及進一歩提高水泥混凝土性能已經(jīng)成為國際水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。對大體積混凝土工程尤其是對大壩混凝土而*，其混凝土內(nèi)部溫度升高主要是由于水泥水化放熱所致，混凝土內(nèi)部溫度過高，就可能導致混凝土的內(nèi)外溫差過大，從而產(chǎn)生較大的溫度應力。當溫度應力大于混凝土的抗拉強度時，會導致大體積混凝土的丌裂。據(jù)水工混凝土耐久性的調(diào)查，大型混凝土壩在建設(shè)和運行過程中均可能產(chǎn)生裂縫。因此半個多世紀以來，如何提高大壩混凝土的抗裂能力，減少或避免裂縫的產(chǎn)生，一直是從事大壩設(shè)計、施工、試驗研究人員所非常關(guān)注的問題。故一般大體積混凝土工程尤其是水電大壩工程，通常采用水化放熱相對較少的中熱、低熱、低熱礦渣硅酸鹽水泥作膠凝材料，然而在應用、研究過程中還是發(fā)現(xiàn)，其澆筑的混凝土的自生體積變形有微收縮，這對混凝土的抗裂性能不利，為此研究和開發(fā)出了一種氧化鎂含量高的中熱硅酸鹽水泥以補償混凝土的后期收縮。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠在旋窯工藝上普遍生產(chǎn)的高鎂中熱硅酸鹽水泥及其制備方法。在其制備過程中，它大量利用了煤矸石、石煤、石煤渣、爐渣、粉煤灰、脫硫石膏、硫酸渣、高鎂灰?guī)r等工業(yè)廢渣；該水泥產(chǎn)品不僅性能優(yōu)越，而且由于其含有經(jīng)過高溫煅燒而形成的方鎂石晶體和其固溶物，它們具有緩慢水化的特性，其完全水化后，固相體積雖然增漲98%，但一是其水化速度慢，其膨脹時間拉得很長，要3~5年才能完全水化；二是通過膨脹源總量的合理控制，使該水泥在水化硬化過程中，既不至于引起水泥安定性不良，又有合理的膨脹量和膨脹分布，來補償混凝土在硬化過程中的體積收縮，從而達到能夠顯著提高混凝土的抗裂能力的目的。因工程的破壞大都是從混凝土的裂縫丌始的，故使用該水泥可大大提高工程的耐久性和安全性。改水泥的制備過程主要分為生料磨制、熟料煅燒、水泥磨制三個工段，即所謂"二磨一燒"；組成生料的原料配比的重量百分比為石灰石質(zhì)原料65~85%，硅質(zhì)原料8~15%，鎂質(zhì)原料8~15%，校正原料0~10%，其中，所述石灰石質(zhì)原料為石灰石、低品位石灰石或高鎂灰?guī)r中的一種或一種以上的組合；所述硅質(zhì)原料為煤矸石、石煤、石煤渣、爐渣、粉煤灰的一種或一種以上的組合，所述鎂質(zhì)原料為白云石、高鎂灰?guī)r中的一種或其組合；所述校正原料為鐵礦石、硫酸渣、脫硫石膏、矽砂的一種或一種以上的組合。將各原料按配比要求在生料磨中磨制成細度0.08mm篩余不大于20%，生料中MgO、CaO、Fe203分別控制在2.5~3.8%、38.0~42.0%、3.5~4.5%的范圍的某一值，一旦確定某一值后，其波動范圍分別控制在±0.10%、±0.20%、±0.15%以內(nèi)，同時要求利用先進的計量、控制儀器設(shè)備并加強均化；將上述生料送入水泥旋窯中噴煤煅燒，得到一種高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料，其礦物組成的重量百分比控制如下C3S3555%，C2S1535%，C3A1~6%，C4AF10~25%;且該熟料中，MgO含量在3.06.5%、f-CaO不大于0.8%、升重13751475克/升。同時要求①與燒通用熟料相比，窯速和臺產(chǎn)分別提高5~10%，并穩(wěn)定料層厚度與喂料量，嚴格風、煤、料的合理匹配；②煅燒操作時應保證火焰順暢有力，避免短焰急燒和窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛；③嚴格控制熟料的結(jié)粒、立升重及游離氧化鈣；將上述熟料配入不同類型的緩凝劑如二水石膏、硬石膏、脫硫石膏或其它工業(yè)副產(chǎn)品石膏中的一種或其組合，在水泥磨中粉磨至細度0.08mm篩余為0.8~3.5%、比表面積為280~350m2/kg的粉體，同時要求粉體中的S03含量控制在1.4~2.2%，MgO含量在36.5%，即可得高鎂中熱硅酸鹽水泥。依據(jù)上述技術(shù)思路，采用"二中一低"的率值控制方案，即中飽和比、中硅酸率、低鋁氧率，較優(yōu)范圍為KH=0.87~0"0，SM=1.7~2.2，IM=0.7~1.0，并將高鎂中熱硅酸鹽水泥中的MgO提高到3.06.5M后，可充分發(fā)揮MgO的微膨脹性能，以補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。另外，制備該種水泥除采用通用水泥的生產(chǎn)原料外，還可采用各種低品位石灰石，高鎂灰?guī)r及較大量的工業(yè)廢渣，如煤矸石、石煤、石煤渣、爐渣、粉煤灰、脫硫石膏、硫酸渣及其它廢渣等。與通用水泥相比，該水泥在礦物組成的種類上，雖與之相同，但在礦物組成的數(shù)量、MgO、CaO、fCaO、S03含量上，卻有著明顯的區(qū)別。由這種水泥配制的混凝土具有流動性好、需水量低、水泥熱中等、后期強度高、耐久性好且具有微膨脹性能等特點，比傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥更有利于實現(xiàn)混凝土的高性能化。圖1為本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖。具體實施例方式依據(jù)上述思路，本發(fā)明具體實施例如下實施例一采用配比為石灰石白云石煤矸石硫酸渣矽砂=69.95:8.85-14.20:5.11:1.89進行配料，原材料化學成分見表l中1、3、4、8、9。在水泥回轉(zhuǎn)窯上煅燒出高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料，熟料成分、率值及礦物組^S見表2中例1。將這種熟料配以不同類型的石膏作緩凝劑，磨制出高鎂中熱硅酸鹽水泥，其常規(guī)物理性能見表3中例1。其詳細生產(chǎn)過程見圖1生產(chǎn)工藝流程圖。表1實施例一至五原材料化學成分％<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表3實施例一至五高鎂中熱硅酸鹽熟料的物理性會l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例二采用配比為石灰石高鎂灰?guī)r煤矸石硫酸渣矽砂=32.85:46.78:13.12:5.42:1.83進行配料，原材料化學成分見表1中1、2、4、8、9，用實施例一的方法生產(chǎn)出高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料和水泥，其熟料成分、率值及礦物組成見表2中例2，水泥常規(guī)物理性能見表3中例2。實施例三采用配比為石灰石白云石石煤渣硫酸渣粉煤灰=68.71:10.95:9.78:5.55:5.01進行配料，原材料化學成分見表1中1、3、5、8、〗0，用實施例一的方法生產(chǎn)出高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料和水泥，其熟料成分、率值及礦物組成見表2中例3，水泥常規(guī)物理性能見表3中例3。實施例四采用配比為石灰石白云石石煤渣硫酸渣=69.70:9.35:15.16:5.79進行配料，原材料化學成分見表l中1、3、5、8，用實施例一的方法生產(chǎn)出高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料和水泥，其熟料成分、率值及礦物組成見表2中例4，水泥常規(guī)物理性能見表3中例4。實施例五采用配比為石灰石高鎂灰?guī)r石煤硫酸渣矽砂=33.30:45.89:11.37:5.76:3.68進行配料，原材料化學成分見表1中1、2、6、8、9，用實施例一的方法生產(chǎn)出高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料和水泥，其熟料成分、率值及礦物組成見表2中例5，水泥常規(guī)物理性能見表3屮例5。高鎂中熱硅酸鹽水泥的特性1.強度性能將實施例一所得的熟料與脫硫石膏共同粉磨至比面積310m2/kg左右，進行水泥的物理性能試驗，結(jié)果見表4。從結(jié)果可知，普通水泥(P.O)早期水化速度較快，普通水泥的7天強度就達到其28天強度的60~80%，而本發(fā)明的高鎂中熱硅酸鹽水泥(MP.MH)，早期水化活性相對較低，7天強度約為其28天強度的5065%，7天以后的強度增進率明顯高于P.O水泥。表4高鎂中熱硅酸鹽水泥的強度性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2.水化熱從表5中可知，高鎂屮熱硅酸鹽水泥水化熱比普通水泥低得多，與一般屮熱硅酸鹽水泥(P.MH)相當，且絕熱溫升僅為普通水泥的75%,這表明用高鎂中熱硅酸鹽水泥配制的大體積混凝土可以減少因水泥水化放熱而導致內(nèi)外溫差過高而產(chǎn)生的開裂。眾所周知，硅酸鹽水泥的熟料四種單礦物水化放熱量順序是C3A〉C3S〉C4AF>C2S，高鎂中熱硅酸鹽水泥較低的C3A含量及較高的C2S含量決定了它具有優(yōu)良的低水化熱性能，是配制大體積混凝土的理想膠凝材料。表5高鎂中熱硅酸鹽水泥的水化熱、耐磨及干縮特性<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>3.耐磨及干縮性表5給出了低熱硅酸鹽水泥的耐磨及干縮試驗數(shù)據(jù)，高鎂中熱硅酸鹽水泥具有較高的耐磨性及較低的干縮率，28天干縮率為一般中熱硅酸鹽水泥(P.MH)的50%60%，僅為普通水泥(P.O)的20%30%，14天前還有微量的膨脹，二個月后基本穩(wěn)定，表明其具有優(yōu)良的體積穩(wěn)定性。4.抗化學侵蝕性能-用不同檢驗方法檢驗其抗化學侵蝕性能，結(jié)果匯于表6?？梢钥闯龈哝V中熱硅酸鹽水泥具有較強的抗化學侵蝕性能，抗硫酸鹽侵蝕性能尤其突出，浸泡在3%的Na2S04溶液中6個月強度不下降，同條件F普通水泥抗侵蝕系數(shù)在0.60以下。在對高鎂中熱硅酸鹽水泥抗硫酸鹽侵蝕性的深入研究中，考慮構(gòu)筑物實際運行環(huán)境中，混凝土是處在一定荷載和硫酸鹽侵蝕介質(zhì)環(huán)境條件卞，因此，研究了高濃度和存在應力狀態(tài)下混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗方法。試驗結(jié)果表明，在浸泡2個月和干濕循環(huán)IO次這兩種環(huán)境因素下，高鎂中熱硅酸鹽水泥在有無應力狀態(tài)下的抗侵蝕系數(shù)都遠遠超過普通水泥。高鎂中熱硅酸鹽水泥的抗侵蝕系數(shù)基本不降低，而普通水泥浸泡在80g/LNa2SO4溶液中抗侵蝕系數(shù)降至50%以下，10次干濕循環(huán)條件下抗侵蝕系數(shù)降低80%之多，也就是說，如果就兩種水泥的抗蝕系數(shù)比較來說，在浸泡條件下高鎂中熱硅酸鹽水泥的抗侵蝕性能是普通水泥的2~3倍，而干濕循環(huán)條件下則高達4~6倍。高鎂中熱硅酸鹽水泥優(yōu)異的抗硫酸鹽侵蝕性能是緣于其較低C3A含量和C2S水化生成Ca(OH)2的濃度緩慢。表6高鎂中熱硅酸鹽水泥抗化學抗侵蝕性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種高鎂中熱硅酸鹽水泥，其特征在于①水泥中MgO、SO3含量分別在3.0～6.5％，1.4～2.2％；②用其磨制水泥的熟料的礦物組成重量百分比為C3S35～55％，C2S15～35％，C3A1～6％，C4AF10～25％；且上述水泥熟料中，MgO含量在3.0～6.5％；③用其煅燒熟料的生料中，MgO、CaO、Fe2O3含量分別控制在2.5～3.8％、38.0～42.0％、3.5～4.5％的范圍的某一值，其波動范圍分別控制在±0.10％、±0.20％、±0.15％以內(nèi)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂中熱硅酸鹽水泥，其特征在于，該水泥的制備過程主要分為生料磨制、熟料煅燒、水泥磨制三個工序，即所謂"二磨一燒"；組成生料的原料配比的重量百分比為石灰石質(zhì)原料6585%，硅質(zhì)原料8~15%，鎂質(zhì)原料8~15%,校正原料010%，其中，所述石灰石質(zhì)原料為石灰石、低品位石灰石或高鎂灰?guī)r中的一種或一種以上的組合；所述硅質(zhì)原料為煤矸石、石煤、石煤渣、爐渣、粉煤灰的一種或一種以上的組合，所述鎂質(zhì)原料為白云石、高鎂灰?guī)r中的一種或其組合；所述校正原料為鐵礦石、硫酸渣、脫硫石膏、矽砂的一種或一種以上的組合，將各原料按配比要求在生料磨中磨制成細度0.08mm篩余不大于20e/。，生料中MgO、CaO、Fe203分別控制在2.53.8。/。、38.042.0%、3.5~4.5%的范圍的某一值，一旦確定某一值后，其波動范圍分別控制在±0.10%、±0.20%、±0.15%以內(nèi)，并加強均化；將上述生料送入水泥旋窯中噴煤煅燒，得到一種高鎂中熱硅酸鹽水泥熟料，其礦物組成的重量百分比控制如下C3S35~55%，C2S15~35%，C3A1~6%，C4AF10~25%;且該熟料中，MgO含量在3.06.5%、f-CaO不大于0.8%、升重1375~1475克/升；將上述熟料配入不同類型的緩凝劑如二水石膏、硬石膏、脫硫石膏或其它工業(yè)副產(chǎn)品石膏中的一種或其組合，在水泥磨中i分磨至細度0.08mm篩余為0.8~3.5%、比表面積為280~350m2/kg的粉體，同時要求粉體中的S03含量控制在1.42.2%，MgO含量在3~6.5%，即可得高鎂中熱硅酸鹽水泥。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂中熱硅酸鹽水泥，其特征在于，熟料率值的較優(yōu)范圍為KH=0.87-0.90，SM=1.72.2，IM=0.71.0。全文摘要一種高鎂中熱硅酸鹽水泥，其特征在于①水泥中MgO、SO₃含量分別在3.0～6.5％，1.4～2.2％；②用其磨制水泥的熟料的礦物組成重量百分比為C₃S35～55％，C₂S15～35％，C₃A1～6％，C₄AF10～25％；且上述水泥熟料中，MgO含量在3.0～6.5％；③用其煅燒熟料的生料中，MgO、CaO、Fe₂O₃含量分別控制在2.5～3.8％、38.0～42.0％、3.5～4.5％的范圍的某一值，其波動范圍分別控制在±0.10％、±0.20％、±0.15％以內(nèi)。該水泥的生產(chǎn)方法主要分為生料磨制、熟料煅燒、水泥磨制三個工序，即所謂“二磨一燒”，由這種水泥配制的混凝土具有流動性好、需水量低、水泥熱中等、后期強度高、耐久性好且具有微膨脹性能等特點，比傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥更有利于實現(xiàn)混凝土的高性能化。文檔編號C04B7/02GK101353231SQ20081003198公開日2009年1月28日申請日期2008年8月1日優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日發(fā)明者丁大利,侯益紅,劉冬生,劉圣山,徐合林,皮光忠,覃愛平,鄧建華申請人:湖南石門特種水泥有限公司