低熱微膨脹復合水泥及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領域，具體涉及一種低熱、微膨脹復合水泥及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土是一種使用最廣泛的建筑材料。混凝土在硬化產(chǎn)生強度的過程中會因為水 泥水化或水分向外界環(huán)境的散失等原因產(chǎn)生各種收縮，如自收縮、干燥收縮、溫降收縮等。 在約束條件下，收縮將產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土材料的抗拉極限時將導致混凝土 材料開裂，從而影響混凝土建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命與安全。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，基礎設 施建設的需求持續(xù)增大，大批重大基礎設施建設工程如水利大壩、橋梁、隧道、高速鐵路等 正在或者建設。這些重大工程中需要使用大量的大體積混凝土。溫降收縮引起混凝土材料 的開裂是大體積混凝土面臨的普遍問題，嚴重危害混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與安全性。防止重 大工程中大體積混凝土因溫降收縮引起的開裂，確保工程安全性是國家建設的重大需求。
[0003] 為防止大體積混凝土的開裂，人們常采取冷卻混凝土原材料、加冰拌和、埋設冷卻 水管等傳統(tǒng)的溫控措施，以降低大體積混凝土溫升，減少溫降收縮。這些措施對大體積混凝 土的防裂具有積極作用，但耗資巨大，影響施工進度，且往往不能完全避免混凝土的開裂。 也有研宄使用大摻量礦物摻合料如粉煤灰等來減少水泥用量來降低大體積混凝土的水化 溫升。但是，摻入大量礦物摻合料明顯降低混凝土的早期強度。
[0004] 在混凝土中摻入適量的膨脹劑，利用膨脹劑水化產(chǎn)生的膨脹補償混凝土材料的收 縮是防止混凝土收縮開裂的常用技術(shù)手段之一，該技術(shù)操作簡單，成本相對較低、效果好。 目前，市場上的膨脹劑主要有三類，即硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類和氧化鈣類。含硫 鋁酸鈣類的膨脹劑以鈣礬石（3CaO · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20)作為膨脹源，即膨脹劑在水化 過程中形成鈣礬石而產(chǎn)生膨脹。此類膨脹劑水化膨脹較快，膨脹主要產(chǎn)生在早期，而對混 凝土后期的收縮，特別是大體積混凝土的后期溫降收縮卻不能夠有效補償。鈣礬石在高溫 (如大于80°C )環(huán)境中容易分解脫水，因此含硫鋁酸鈣類的膨脹劑不得用于長期環(huán)境溫度 為80°C以上的工程，因而限制了其在溫升高于80°C的大體積混凝土中的應用。此外，由于 鈣礬石的形成需大量水，此類膨脹劑在水灰比較低的現(xiàn)代高性能混凝土及難以實施濕養(yǎng)護 的混凝土中的膨脹效果也受到影響。氧化鈣（CaO)也常用做膨脹劑，其水化生成氫氧化鈣 (Ca(OH) 2)時產(chǎn)生體積膨脹。氧化鈣類膨脹劑膨脹迅速，膨脹主要產(chǎn)生于早期，因而對混凝 土后期的收縮補償效果不明顯。
[0005] 特定條件下制備的MgO在水化過程中產(chǎn)生早一中一后期持續(xù)膨脹，可用于補償 大體積混凝土的溫降收縮，更好的解決大體積混凝土的開裂問題，且可簡化或取消溫控措 施，節(jié)約工程投資，加快施工進度，社會經(jīng)濟效益巨大。氧化鎂（MgO)水化生成氫氧化鎂 (Mg(OH) 2)時產(chǎn)生體積膨脹，該膨脹劑水化膨脹需水量少，能夠在低水灰比或濕養(yǎng)護不足的 混凝土中使用。此外，氫氧化鎂的脫水溫度高（約為340°C _490°C )，能夠用于大體積混凝 土，補償混凝土的溫降收縮。上世紀80年代，開發(fā)了用于水工大壩混凝土的高鎂水泥，水 泥熟料中含有的游離氧化鎂，由于熟料煅燒溫度高達1450°C，氧化鎂的水化活性低，反應很 慢，膨脹主要集中在后期，因而對后期溫降收縮有明顯補償作用。然而對于規(guī)模相對較小的 大體積混凝土而言，其溫降收縮發(fā)生相對較早，因為水泥熟料中氧化鎂并不能進行有效補 償，特別是對于發(fā)生在早期的自收縮而言，補償效果更差。另一方面，由于水泥安定性的問 題，水泥熟料中氧化鎂的含量不能夠大于5%，因而往往出現(xiàn)氧化鎂含量不夠，膨脹不能完 全補償收縮。后來的研宄開發(fā)了具有不同水化活性的氧化鎂，并用作外摻膨脹劑使用，其用 量和膨脹性能可以較好控制，但其在混凝土中的分散均勻性較難保證，且增加了攪拌時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 解決的技術(shù)問題：本發(fā)明提供一種低熱微膨脹復合水泥及其制備方法，它既能在 早期產(chǎn)生膨脹，又能在中后期產(chǎn)生膨脹，同時滿足補償混凝土早期、中后期的收縮，防止混 凝土的收縮開裂。同時結(jié)合大量工業(yè)廢渣，減少水泥熟料的用量，降低CO 2排放，提高早期 強度。
[0007] 技術(shù)方案：一種低熱微膨脹復合水泥的制備方法，（1)將以下組分按重量份計配 料：氧化鎂膨脹劑：1-8份，工業(yè)廢渣：25-70份，硅酸鹽水泥熟料25-70份，石膏1-4份；（2) 將配料中的氧化鎂膨脹劑、硅酸鹽水泥熟料和石膏混合粉磨制備氧化鎂膨脹水泥，水泥比 表面積不低于300m 2/kg，然后將該氧化鎂膨脹水泥與工業(yè)廢渣按照配比，混合均勻，配制成 復合水泥；或?qū)⒀趸V膨脹劑、水泥熟料、石膏和工業(yè)廢渣按照配比配料，共同粉磨，制備 復合水泥，該方法制備的復合水泥細度為80微米方孔篩篩余小于10%，比表面積不低于 300m 2/kg〇
[0008] 所述氧化鎂膨脹劑以方鎂石為主要組分，氧化鎂含量不低于60wt %，BET-氮吸附 法測得的比表面積為5-80m2/kg，采用檸檬酸法測試活性指數(shù)為30s-600s。
[0009] 所述工業(yè)廢渣由粉煤灰、礦渣、鋼渣、鎂渣中的至少兩種組成。
[0010] 所述分步粉磨的工業(yè)廢渣，其中粉磨高爐粒化礦渣、鋼渣和鎂渣的比表面積不低 于 400m2/kg。
[0011] 上述制備方法所得的低熱微膨脹復合水泥。
[0012] 本發(fā)明利用氧化鎂水化產(chǎn)生的膨脹補償混凝土的收縮。采用工業(yè)廢渣取代部分水 泥，降低水泥用量，從而減少水泥水化放熱，降低因水泥水化產(chǎn)生的自收縮。通過單獨粉磨 氧化鎂微膨脹水泥和工業(yè)廢渣，能夠較方便地分別控制水泥和工業(yè)廢渣的細度，優(yōu)化水泥 與廢渣顆粒級配，提高水泥的水化效率，有利于提高早期水泥水化速度，提高早期強度。同 時摻入工業(yè)廢渣，能充分發(fā)揮工業(yè)廢渣的火山灰效應，提高復合水泥后期強度。此外，這種 低熱微膨脹復合水泥還可以通過將硅酸鹽水泥熟料、氧化鎂膨脹劑、石膏和工業(yè)廢渣按照 配比配料、再共同粉磨至一定細度來制備。這種共同粉磨的方法不能對水泥顆粒和工業(yè)廢 渣顆粒細度進行單獨控制，只能在整體上控制最終產(chǎn)品微膨脹復合水泥的細度，可能會增 加粉磨能耗。
[0013] 上述方案中，可以根據(jù)實際需要，摻入不同活性、不同量的氧化鎂膨脹劑，調(diào)控水 泥膨脹速度和膨脹量，滿足補償混凝土收縮的需求。選用活性高的氧化鎂膨脹劑，可以在早 期產(chǎn)生較多的膨脹，而選用活性較低的氧化鎂膨脹劑，則可在中后期產(chǎn)生更多地膨脹。通過 對工業(yè)廢渣、氧化鎂膨脹劑和水泥熟料等組分配比的改變，可以制備出具有不同力學性能 和體積變形性能的復合水泥。
[0014] 有益效果：本發(fā)明提供了一種低熱微膨脹復合水泥及其制備方法，為防止混凝土 收縮開裂提供新的途徑。該復合水泥的膨脹性能可以方便調(diào)控，即能夠在早期產(chǎn)生迅速、適 量的膨脹補償混凝土早期收縮，又能夠在中后期產(chǎn)生適量膨脹補償混凝土中后期收縮，防 止混凝土的收縮開裂。此外，該復合水泥中水泥熟料用量少，工業(yè)廢渣用量大，水化放熱低， CO2排放少，早期力學強度發(fā)展快的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明低熱無收縮水泥分步研磨的工藝流程圖。首先將水泥熟料、不同活 性的氧化鎂膨脹劑和石膏進行配料，然后將上述混合物共同粉磨至規(guī)定細度，制得氧化鎂 膨脹水泥。單獨粉磨工業(yè)廢渣，然后，將氧化鎂膨脹水泥與磨細的工業(yè)廢渣進行配料，混合， 配制成復合水泥。
[0016] 圖2是本發(fā)明低熱無收縮水泥共同混合研磨的工藝流程圖。將水泥熟料、氧化鎂 膨脹劑、石膏及各種工業(yè)廢渣進行配料、共同粉磨至規(guī)定細度，制成復合水泥。
[0017] 圖3是實施例1和實施例2中制備復合水泥的熱流量測量結(jié)果圖；
[0018] 圖4是實施例1和實施例2中制備復合水泥的水化放熱測量結(jié)果圖；
[0019] 圖5是實施例1、實施例2和實施例3制備復合水泥，采用波紋管法測量的早期自 收縮曲線圖；
[0020] 圖6是實施例2和實施例3復合水泥漿體變形曲線。
[0021] 圖7是實施例1、實施例3和實施例6復合水泥漿體干燥收縮變形曲線。
【具體實施方式】
[0022] 以下實施例進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應理解為對本發(fā)明的限制。在不背離 本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明 的范圍。若未特別指明，實施例中所