專(zhuān)利名稱(chēng)：添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥及其燒制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有新組分的水泥，及其生產(chǎn)方法，特別是一種添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥，以及這種水泥的燒制方法。
背景技術(shù)：
堿集料反應(yīng)(這里主要指堿硅酸反應(yīng))作為導(dǎo)致混凝土耐久性下降的重要原因之一，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，已在世界范圍內(nèi)造成了巨大的損失。同時(shí)，由堿集料反應(yīng)造成的開(kāi)裂破壞難以阻止其繼續(xù)發(fā)展并使修補(bǔ)失效，因而堿集料反應(yīng)的預(yù)防已成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。目前防止堿集料反應(yīng)的措施主要有(1)使用非活性集料；(2)控制混凝土堿含量；(3)控制濕度；(4)使用混合材(硅灰，粉煤灰，礦渣)或化學(xué)外加劑。其中(1)、(4)兩項(xiàng)是指在混凝土使用過(guò)程中，在配比料中加入非活性集料或混合材或化學(xué)外加劑。
使用非活性集料是防止堿集料反應(yīng)最安全可靠的措施，但由于活性集料特別是硅質(zhì)活性集料分布廣泛，且集料資源亦非“取之不盡”的可再生資源，隨資源不斷消耗和受工程造價(jià)等因素影響，集料可選擇的余地往往受到限制。另外，目前對(duì)評(píng)定集料堿活性特別是慢膨脹集料潛在堿活性尚無(wú)絕對(duì)可靠的方法，正確判斷集料堿活性也并非易事。
控制混凝土堿含量主要是基于當(dāng)混凝土堿含量低于一定值，通常認(rèn)為3kg/m3，混凝土孔溶液中K+、Na+和OH-濃度便低于某臨界值，堿集料反應(yīng)難于發(fā)生或反應(yīng)程度較輕，不足以使混凝土開(kāi)裂破壞。在早期發(fā)生堿集料反應(yīng)破壞嚴(yán)重的國(guó)家，如美國(guó)、英國(guó)、日本、新西蘭等曾廣泛使用堿含量低于0.60％的水泥以降低混凝土中的堿含量，并在一定程度上緩解了堿集料反應(yīng)問(wèn)題。但是，由于混凝土中堿能隨水分的遷移而富集，此措施并不總是有效。而且，對(duì)于混凝土孔溶液中OH-濃度臨界值的確認(rèn)也尚不統(tǒng)一。高活性集料在混凝土堿含量大于2kg/m3時(shí)即可導(dǎo)致顯著膨脹。另一方面，隨優(yōu)質(zhì)水泥原料的消耗及節(jié)約資源、降低成本和保護(hù)環(huán)境的壓力增加，世界范圍內(nèi)水泥堿含量呈上升趨勢(shì)。而且近年來(lái)，由于追求混凝土高強(qiáng)度，單位混凝土水泥用量增加和多種早強(qiáng)外加劑(大部分含堿)使用，限制混凝土堿含量愈加困難。對(duì)存在外部堿源的混凝土工程，如海工混凝土、暴露于鹽堿地和使用去冰鹽的混凝土工程，即使堿含量較低也可發(fā)生堿集料反應(yīng)。在這些條件下，限制混凝土本身堿含量意義亦不大。
有研究表明，降低相對(duì)濕度可以減少堿集料反應(yīng)膨脹。但實(shí)際混凝土所處濕度條件是不易人為控制的，而且干濕循環(huán)、通電等因素還可以導(dǎo)致混凝土中的堿遷移并在局部富集，從而加劇堿集料反應(yīng)。
雖然在混凝土中摻加混合材是抑制堿集料反應(yīng)的重要途徑，但隨著深入研究，這一措施也存在許多問(wèn)題，比較特出的是(1)有些條件下混合材需要有相當(dāng)高的置換率才能有效抑制堿集料反應(yīng)，這往往給混凝土其它性能帶來(lái)不利影響；(2)混合材抑制堿集料反應(yīng)的長(zhǎng)期有效性、尤其是混凝土處于含堿環(huán)境時(shí)的長(zhǎng)期有效性仍值得懷疑，有些場(chǎng)合下已被證實(shí)是有限的。即使被認(rèn)為抑制堿集料反應(yīng)效果最好的硅灰也存在一些問(wèn)題。尤其因硅灰資源緊缺，過(guò)大的置換率在工程中是不現(xiàn)實(shí)的。
有研究表明，使用化學(xué)外加劑(主要是鋰鹽)能抑制堿集料反應(yīng)膨脹，它不必改變混凝土施工條件，操作簡(jiǎn)單可行，摻加量少，在外加劑廣泛使用的當(dāng)代工程界容易被接受。但鋰鹽較高的價(jià)格限制了這一方法的普及使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種采用質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、資源豐富的添加劑，并與水泥生料共同粉磨燒制優(yōu)質(zhì)抗堿集料反應(yīng)水泥熟料的生產(chǎn)方法，采用本法所用的添加劑，不僅可以克服鋰鹽原料價(jià)格高的不利因素生產(chǎn)出抗堿集料反應(yīng)的水泥，而且可以提高水泥熟料強(qiáng)度，并提高水泥熟料產(chǎn)量，降低能耗。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥，其生料由石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、鐵質(zhì)校正原料等傳統(tǒng)的組分構(gòu)成，其特征在于還包括有復(fù)合廢渣作為添加劑，復(fù)合廢渣摻入量的重量百分比為生料的10～20％，所述的復(fù)合廢渣為60～80％鋰渣、10～20％磷石膏渣、5～10％螢石廢渣、5～10％稀土廢渣的混合物。
該種水泥的優(yōu)化方案是所述的復(fù)合廢渣的組成為66～75％鋰渣、12～18％磷石膏渣、6～8％螢石廢渣、6～8％稀土廢渣的混合物。
以上含新組分水泥的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)水泥基本相同，即生料制備(包括原料破碎、原料預(yù)均化、原料的配合、生料的粉磨和均化等)；熟料的煅燒；水泥的粉磨與包裝等。
本發(fā)明所提供生產(chǎn)方法的特征在于在水泥生產(chǎn)工藝中包括有以下步驟在水泥生料中摻入復(fù)合廢渣作添加劑，摻入量的重量百分比為10～20％，所述的復(fù)合廢渣的組成為所述的復(fù)合廢渣為60～80％鋰渣、10～20％磷石膏渣、5～10％螢石廢渣、5～10％稀土廢渣的混合物。
以上方法的優(yōu)化方案是，所述的復(fù)合廢渣的組成為66～75％鋰渣、12～18％磷石膏渣、6～8％螢石廢渣、6～8％稀土廢渣的混合物。
上述燒制水泥技術(shù)中所添加的復(fù)合工業(yè)廢渣為鋰渣、磷石膏渣、螢石廢渣和稀土廢渣的混合物。鋰渣指碳酸鋰和氫氧化鋰生產(chǎn)過(guò)程中排出的酸性廢渣，經(jīng)放射性強(qiáng)度檢測(cè)達(dá)到GB9196-88《建筑材料用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。磷石膏渣指磷肥廠、洗滌劑廠等生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢渣。螢石廢渣指有色金屬冶煉的低品位螢石廢棄物以及采礦如浮選法選螢石的尾礦。稀土廢渣指所有含稀土元素的尾礦、頁(yè)巖渣或者提煉稀土金屬后剩余的冶煉渣，經(jīng)放射性強(qiáng)度檢測(cè)達(dá)到GB9196-88《建筑材料用工業(yè)廢渣放射性物質(zhì)限制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
在水泥生料的配料之前預(yù)先將上述復(fù)合工業(yè)廢渣按比例配入并混合均勻，在水泥生料配料時(shí)，用配料秤摻入適量的復(fù)合工業(yè)廢渣，并與其它原料共同粉磨成生料，入窯煅燒。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于鋰渣中的含鋰化合物在水泥熟料煅燒后形成具有溶出能力的Li+，磷石膏渣中的含磷化合物在水泥熟料煅燒后形成具有溶出能力的PO4-，磷石膏渣和螢石廢渣中的含氟化合物在水泥熟料煅燒后形成具有溶出能力的F-，而且上述三種離子(Li+、PO4-、F-)均具有不同程度的堿集料反應(yīng)抑制能力，此法生產(chǎn)的水泥具有抗堿集料反應(yīng)能力。
2、由于稀土廢渣中的稀土元素和螢石廢渣中的CaF2具有助焙和礦化作用，在煅燒過(guò)程中可以改善水泥生料易燒性，加速熟料礦物形成反應(yīng)，提高水泥熟料產(chǎn)量、質(zhì)量，降低能耗。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合最佳實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的論述0組為以425號(hào)硅酸鹽水泥的實(shí)際生產(chǎn)配料率值制成的生料煅燒成的熟料，其配料率值具體為飽和比為0.96，硅酸率為1.82，鋁率為0.98。0組試樣水泥與堿活性集料——南京雨花石參照《砂、石堿活性快速試驗(yàn)方法》(CECS48∶93)以水泥∶集料(重量比)為2∶1的方法制成塊體在20℃條件下長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)1年的膨脹試驗(yàn)結(jié)果為0.046。
實(shí)施例1，在0組試樣生產(chǎn)配料基礎(chǔ)上，添加10％的復(fù)合工業(yè)廢渣，所用復(fù)合工業(yè)廢渣由以下原料構(gòu)成鋰渣為75％(重量)，磷石膏渣為12％(重量)，螢石廢料為6％(重量)，稀土廢料為7％(重量)，同時(shí)各原料配比略加調(diào)整，以保證添加復(fù)合工業(yè)廢渣后的試樣成份與0組基本一致，其配料率值具體為飽和比為0.95，硅酸率為1.81，鋁率為1.00。實(shí)施例1參照0組試樣同齡期膨脹值為0.031，堿集料反應(yīng)膨脹抑制率為33％。
實(shí)施例2，在0組試樣生產(chǎn)配料基礎(chǔ)上，添加15％的復(fù)合工業(yè)廢渣，同時(shí)各原料配比略加調(diào)整，以保證添加復(fù)合工業(yè)廢渣后的試樣成份與0組基本一致，其配料率值具體為飽和比為0.94，硅酸率為1.81，鋁率為1.02。實(shí)施例1參照0組試樣同齡期膨脹值為0.029，堿集料反應(yīng)膨脹抑制率為37％。
實(shí)施例3，在0組試樣生產(chǎn)配料基礎(chǔ)上，添加20％的復(fù)合工業(yè)廢渣，同時(shí)各原料配比略加調(diào)整，以保證添加復(fù)合工業(yè)廢渣后的試樣成份與0組基本一致，其配料率值具體為飽和比為0.93，硅酸率為1.80，鋁率為1.08。實(shí)施例1參照0組試樣同齡期膨脹值為0.015，堿集料反應(yīng)膨脹抑制率為67％。
以下為水泥熟料0組和實(shí)施例1至3所得硅酸鹽水泥(堿含量均低于0.60％，即為低減水泥)的測(cè)試結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明涉及的復(fù)合工業(yè)廢渣為水泥制造行業(yè)提供了一種來(lái)源豐富的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的添加劑，將這種添加劑摻入到水泥生料中，不僅可以提高水泥熟料的強(qiáng)度，提高水泥熟料產(chǎn)量，降低水泥能耗和生產(chǎn)成本，而且可以提高水泥的抗堿集料反應(yīng)能力。本發(fā)明水泥中的主要成分為硅酸鹽水泥熟料，其品質(zhì)達(dá)到相同標(biāo)號(hào)純硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)指標(biāo)。
實(shí)施例4，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣68％(重量)，磷石膏渣為18％(重量)，螢石廢料為8％(重量)，稀土廢料為6％(重量)。
實(shí)施例5，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣72％(重量)，磷石膏渣為15％(重量)，螢石廢料為6％(重量)，稀土廢料為7％(重量)。
實(shí)施例6，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣66％(重量)，磷石膏渣為18％(重量)，螢石廢料為8％(重量)，稀土廢料為8％(重量)。
實(shí)施例7，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣70％(重量)，磷石膏渣為16％(重量)，螢石廢料為8％(重量)，稀土廢料為6％(重量)。
實(shí)施例8，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣69％(重量)，磷石膏渣為17％(重量)，螢石廢料為6％(重量)，稀土廢料為8％(重量)。
實(shí)施例9，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣60％(重量)，磷石膏渣為20％(重量)，螢石廢料為10％(重量)，稀土廢料為10％(重量)。
實(shí)施例10，與實(shí)施例1基本相同，但復(fù)合工業(yè)廢渣的原料構(gòu)成為鋰渣80％(重量)，磷石膏渣為10％(重量)，螢石廢料為5％(重量)，稀土廢料為5％(重量)。
權(quán)利要求
1.一種添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥，其生料由石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、鐵質(zhì)校正原料等傳統(tǒng)的組分構(gòu)成，其特征在于還包括有復(fù)合廢渣作為添加劑，復(fù)合廢渣摻入量的重量百分比為生料的10～20％，所述的復(fù)合廢渣為60～80％鋰渣、10～20％磷石膏渣、5～10％螢石廢渣、5～10％稀土廢渣的混合物。
2.按照權(quán)利要求1所述的添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥，其特征在于，所述的復(fù)合廢渣的組成為66～75％鋰渣、12～18％磷石膏渣、6～8％螢石廢渣、6～8％稀土廢渣的混合物。
3.一種權(quán)利要求1所述的添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥的燒制方法，包括生料制備；熟料的煅燒；水泥的粉磨等，其特征在于在生產(chǎn)工藝中包括有以下步驟在水泥生料中摻入復(fù)合廢渣作添加劑，摻入量的重量百分比為10～20％，所述的復(fù)合廢渣的組成為所述的復(fù)合廢渣為60～80％鋰渣、10～20％磷石膏渣、5～10％螢石廢渣、5～10％稀土廢渣的混合物。
4.按照權(quán)利要求3所述的添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥的燒制方法，其特征在于所述的復(fù)合廢渣的組成為66～75％鋰渣、12～18％磷石膏渣、6～8％螢石廢渣、6～8％稀土廢渣的混合物。
全文摘要
添加復(fù)合工業(yè)廢渣的抗堿集料反應(yīng)水泥，其生料由石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料、鐵質(zhì)校正原料等傳統(tǒng)的組分構(gòu)成，其特征在于還包括有復(fù)合廢渣作為添加劑，復(fù)合廢渣摻入量的重量百分比為生料的10～20％，所述的復(fù)合廢渣為60～80％鋰渣、10～20％磷石膏渣、5～10％熒石廢渣、5～10％稀土廢渣的混合物。優(yōu)化方案中復(fù)合廢渣的組成為66～75％鋰渣、12～18％磷石膏渣、6～8％熒石廢渣、6～8％稀土廢渣。本發(fā)明水泥的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)水泥基本相同，特征是在水泥生產(chǎn)工藝中包括有以下步驟在水泥生料中摻入復(fù)合廢渣作添加劑。此法生產(chǎn)的水泥具有良好的抗堿集料反應(yīng)能力；而且可改善水泥生料易燒性，降低能耗。
文檔編號(hào)C04B7/36GK1594173SQ200410041159
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月5日
發(fā)明者莫翔銀 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)