專利名稱:早期和終期高強度波特蘭水泥及其配料方法
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領域：
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波特蘭水泥是世界上使用范圍最廣，用量最大的水泥品種，尤其在土木建筑工程領域中作為主要建筑材料被廣泛使用。
制造波特蘭水泥的原料普遍易得。其工藝成熟具有多方面的良好性能，但它的早期和終期強度與特種高強度的水泥品種相比尚存在著一定的不足。
根據(jù)《水泥新標準選編》(國家建筑材料科學研究院水泥所1985年1月編輯)所述“我國水泥與其他國家相比普遍存在早期強度偏低現(xiàn)象。……但早期強度指標的提高大部份廠在生產(chǎn)上有困難，實際上難于實行。”要使我國水泥趕上國際水平標準，早期強度指標的提高是個重要方面。
《水泥物理性能及其檢驗》上冊(國家建筑材料科學研究院水泥所1982年6月出版)一書第二章第一節(jié)“硅酸鹽水泥”一文所述我國出口的五羊牌波特蘭水泥一般3天的抗壓強度可達到28天的50-57%，7天可達到73-78%。這種水泥與摻入了混合材料的水泥相比其早期強度比較高，但與早期和終期高強度的特種水泥，如高鋁水泥、硫鋁酸鹽等水泥相比其強度則較低。
1978年12月30日蘇聯(lián)專利文獻SU-639828中公開的《粘合料》，是在波特蘭水泥熟料中添加石膏和含堿鋁代硅酸鹽物料高溫化學處理產(chǎn)物的添加劑。其抗壓強度3天為270公斤力/厘米2，28天為566公斤力/厘米2。這種摻入添加劑的波特蘭水泥需經(jīng)熱化學方法處理，工藝較為復雜，其早期和終期強度僅相似于我國525標號波特蘭水泥標準。
1980年3月26日日本專利文獻JP-80011632中公開的《水泥混合料》，是在波特蘭水泥中添加由鋁酸鈣、硫酸鈣和碳酸鈉的混合料。其抗壓強度1天為205公斤力/厘米2，28天為512公斤力/厘米2。這種水泥2小時和5小時的快硬強度較高，但早期和終期強度較低，相似于我國425標號快硬波特蘭水泥標準。
1980年11月27日日本專利文獻JP-80046984中公開的《早高強水泥》，是在波特蘭水泥中添加鋁酸鈣和硫酸鈣能產(chǎn)生2小時強度，其1天抗壓強度為396公斤力/厘米2，終期強度為574公斤力/厘米2，這種水泥快硬強度較高，僅超過我國425標號快硬波特蘭水泥標準，但終期強度并不高。
1981年2月20日日本專利文獻JP-56017959中公開的《高強度砂漿和混凝土的制造方法》，是在波特蘭水泥中添加特殊硬石膏和二氧化硅質(zhì)物料及氧化鋁質(zhì)物料的混合料制成的砂漿在50-100℃加熱處理。其早期強度3天為439公斤力/厘米2，終期強度為679公斤力/厘米2，早期強度增進率為65%。用這種方法配制的水泥早期和終期強度有所提高，相似于我國625標號波特蘭水泥標準，但其砂漿需加熱處理，施工中極不方便。
1981年8月15日蘇聯(lián)專利文獻SU-854906中公開的《粘合料》，是在波特蘭水泥熟料中摻入含堿金屬或堿土金屬、木質(zhì)素磺酸鹽、堿金屬碳酸鹽或硅酸鹽和單糖，以提高混凝土蒸氣養(yǎng)護后的抗壓強度，其抗壓強度1天為675公斤力/厘米2，28天為703公斤力/厘米2。這種水泥1天的強度較高，但1天以后增長很少，相似于我國625標號早強型波特蘭水泥標準。由于它的添加物料多，制作工藝極為繁雜，而且又是價值較高的化工原料作添加物，因而生產(chǎn)成本較高。
1982年1月18日日本專利文獻JP-82002667中公開的《早強水泥的制法》，是先生產(chǎn)出不含C3S的特殊水泥熟料后加入70%的波特蘭水泥混合磨制而成。其抗壓強度3天為175公斤力/厘米2，28天為395公斤力/厘米2，早期強度增進率為44%。這種方法制成的水泥早期強度有所增長，但終期強度僅相同于普通波特蘭水泥，而且其工藝也極為復雜。
上述國外專利文獻中所述的波特蘭水泥其共同特點施工性能一般良好，國外在研制提高波特蘭水泥早期和終期強度所取得的效果方面作了些努力，但尚存在些不足，如有的水泥早期強度較高，終期強度則低，有的終期強度較高，早期強度則低，而且它們的快硬或早強普遍又都是在波特蘭水泥或者波特蘭水泥熟料中添加了快硬或早強物料混合制成的。其生產(chǎn)工藝繁雜，有的甚至采用了價值較高的化工原料作添加物使生產(chǎn)成本增高。
它們的2小時、5小時和1天的強度較高，只能適用于對快硬有特殊要求的工程上，但3天和28天抗壓強度并不高，因此在使用上有著較大的局限性。它們有的需在50-100℃之間加熱處理后才可能提高其快硬或早強，在工程施工中使用極不方便。
能否利用一般生產(chǎn)波特蘭水泥熟料的原料和工藝，研制一種改善波特蘭水泥熟料的性能，并在不摻入任何添加物料的前提下使波特蘭水泥同時具備快硬早強和終期高強兩個重要特性，這在目前國內(nèi)外波特蘭水泥中是沒有的。
本發(fā)明人針對國內(nèi)外波特蘭水泥中所存在著的上述尚未實現(xiàn)的問題，經(jīng)過認真研究完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的目的是研制一種同時具備早期和終期高強度的波特蘭水泥，另一個目的是提供配制上述波特蘭水泥的方法。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的要使波特蘭水泥同時具備快硬早強和終期高強兩個重要特性提高早期強度增進率，其關(guān)鍵在于著重調(diào)整好石灰飽和比(KH)、硅酸率(n)、鋁氧率(p)這三個率值之間相鋪相成和互相制約的關(guān)系，采用“三率值”的“兩高一低”法，即KH為0.905-0.930、n為1.80-1.94、p為1.40-1.60。同時確定C3S、C2S、C3A和C4AF為主要礦物，并調(diào)整它們之間合理的比例關(guān)系，其熟料礦物的組成為(重量百分比)C3S56.00-58.50%、C2S14.00-17.00%、C3A8.00-10.50%、C4AF11.00-13.50%、Mgo及其它2.50-3.94%。
本發(fā)明采用的石灰飽和比和C3S都高，由于C3S的水化合物反應速度凝結(jié)硬化快以及四大礦物合理的比例關(guān)系，促使波特蘭水泥早期和終期強度能夠同時提高。
對熟料的化學成分控制為(重量百分比)Sio220.20-21.50%、Al2o36.20-6.80%、Fe2o34.10-4.45%、Cao64.00-65.50%、Mgo2.50-3.10%、So31.20-1.50%、CaF20.30-0.60%。在熟料中加入(重量百分比)CaSo4·2H2o4.50-6.00%。
在提高石灰飽和比時往往會給燒成帶來一定的困難因而不能獲得高強度的熟料，本發(fā)明針對這一問題在配料時配入了礦化劑，經(jīng)試驗由如下表1驗證選用了CaF2作礦化劑，用量為0.45-0.90%。
表1三種礦化劑分別試驗后的抗壓、抗折強度和早期強度增進率比較
當本發(fā)明因配入了0.45-0.90%的CaF2作礦化劑而促使燒成溫度降低110-120℃左右，使液相出現(xiàn)的時間也就提前，促成C2S與Cao化合生成大量的C3S，同時還配有足夠的液相量，使C3A+C4AF的和保持在22.0-23.5%。
由于采用了適當?shù)匿X氧率即適量多的C3A和較少量的C4AF就限制了鐵量，避免了在燒成中生成熔融大塊和減少煉邊及結(jié)瘤事故的發(fā)生，使燒成順利。
適量的C3A(8.0-10.5%)是促進波特蘭水泥快硬早強的重要因素，適量即可保證早期強度的需要，但過量時會造成液相的粘度增大有礙于C3S的生存。
實現(xiàn)本發(fā)明時在熟料中還應加入二水石膏(CaSo4·2H2o)作緩凝劑，使初凝時間不早于45分鐘，波特蘭水泥中含有So3不得大于3.5%，加入的二水石膏以4.50-6.00%為宜。
本發(fā)明配制的水泥物理性能按照國家標準檢測如下表2。
表2本發(fā)明水泥的物理性能試驗數(shù)據(jù)
用本發(fā)明所配制的水泥與國家新增725標號早強型波特蘭水泥標準的抗壓、抗折強度和早期強度增進率比較如下表3。
表3兩種水泥的抗壓、抗折強度和早期強度增進率比較
本發(fā)明的水泥與國家新增725標號早強型水泥相比其3天早期抗壓強度超出126公斤力/厘米2，抗折強度超出16公斤力/厘米2，早期抗壓強度增進率高于我國目前平均水平(我國早期抗壓強度增進率平均水平為49.8%)，也高于世界目前平均水平(世界早期抗壓強度增進率平均水平為52%)。
本發(fā)明在遵義市十字水泥廠磨機的喂料裝置和生、熟料庫未安裝前進行了工業(yè)試驗并按照國家標準檢測如下表4。
表4本發(fā)明水泥工業(yè)試驗的物理性能檢測數(shù)據(jù)(在上述條件下進行)
實施本發(fā)明的最佳方式1、KH為0.910-0.920、n為1.80-1.90、P為1.40-1.50。
2、熟料礦物的組成為(重量百分比)C3S56.00-57.00%、C2S14.00-15.00%、C3A8.00-9.00%、C4AF12.00-13.00%、Mgo及其它2.50-3.00%。
本發(fā)明由于改進了波特蘭水泥的性能因而能同時具備快硬早強和高強兩種重要特性，是一種新型水硬性膠凝材料，其3天早期強度高于快硬波特蘭水泥，28天終期強度高于高鋁水泥，體現(xiàn)了本發(fā)明的波特蘭水泥優(yōu)良的物理性能和具有特殊的使用價值及廣泛用途。它不僅能保持和用于原來的工程建筑及預制品，還可配制特殊高標號的混凝土，適用于機場的跑道、橋梁、隧道和緊急搶修等工程。
配制本發(fā)明的水泥不需外加任何快硬或早強添加物，其砂漿也不需加熱處理，生產(chǎn)工藝簡單，能夠用原生產(chǎn)波特蘭水泥的生產(chǎn)設備制作。
本發(fā)明的水泥由于早期強度高，安定性和施工性能良好因此可加快工程的施工進度，縮短工期節(jié)省施工費用，有利于推廣使用。
用本發(fā)明的水泥熟料適量摻入混合材料可配制高標號的混合水泥，以提高產(chǎn)品標準。也可以多摻入混合材料提高產(chǎn)量，節(jié)省大量能耗，降低生產(chǎn)成本，其社會經(jīng)濟效益不論生產(chǎn)廠還是用戶都是很明顯的。
用含Sio238.11%、Al2o327.70%、Fe2o30.36%、Cao16.83%、Mgo5.54%、Mno7.00%，其質(zhì)量系數(shù)為1.11(低于國家標準)的錳鐵冶金礦渣摻入本發(fā)明水泥的熟料配制。
實施例用60%的本發(fā)明的水泥熟料摻入40%的上述化學成分的錳鐵冶金礦渣而配制了625標號性能的礦渣水泥。
根據(jù)實施例，若采用45%的本發(fā)明的水泥熟料摻入55%的礦渣即可配制525標號性能的礦渣水泥。如果原年產(chǎn)525標號波特蘭水泥100，000噸的水泥廠，使用本發(fā)明的水泥熟料摻入55%的礦渣即可年產(chǎn)525標號礦渣水泥223，000噸。又如以525標號波特蘭水泥熟料摻入55%礦渣的原年產(chǎn)325標號礦渣水泥100，000噸的水泥廠，使用本發(fā)明的水泥熟料可年產(chǎn)525標號礦渣水泥100，000噸。由于提高了兩級標號能節(jié)省大量的能耗。
上述使用本發(fā)明的水泥熟料摻入混合材料配制混合水泥時，根據(jù)所摻入的混合材料的多少，應適當減少石膏用量。
權(quán)利要求
1.一種早期和終期高強度波特蘭水泥由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣組成。其特征在于KH為0.905～0.930、n為1.80～1.94、p為1.40～1.60，熟料礦物的成分為(重量百分比)C3S56.00～58.50%、C2S14.00～17.00%、C3A8.00～10.50%，C4AF11.00～13.50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求
①所述的波特蘭水泥，其特征在于熟料的化學成分為(重量百分比)Sio220.20～21.50%、Al2O36.20～6.80%、Fe2o34.10～4.45%、Cao64.00～65.50%、Mgo2.50～3.10%、So31.20～1.50%、CaF20.30～0.60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求
②所述的波特蘭水泥，其特征在于熟料中摻入了(重量百分比)CaSo4·2H2o4.50～6.00%。
4.一種早期和終期高強度波特蘭水泥的配料方法，其特征在于生料中配入了(重量百分比)0.45～0.90%的CaF2作礦化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求
④所述的波特蘭水泥的配料方法，其特征在于液相量C3A+C4AF的和為22.0～23.5%。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種早期和終期高強度的波特蘭水泥及其配料方法，它使用了一般生產(chǎn)波特蘭水泥熟料的原料和工藝，著重調(diào)整好“三率值”關(guān)系KH0.905～0.930、n1.80～1.94、P1.40～1.60，并用螢石作礦化劑、二水石膏作緩凝劑配制而成。其抗壓強度3天為496～503公斤力/厘米
文檔編號C04B7/00GK86106022SQ86106022
公開日1988年3月23日 申請日期1986年9月3日
發(fā)明者李紹模 申請人:遵義市十字水泥廠, 李紹模導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan