專利名稱：低收縮低水化熱抗裂水泥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑材料領域，特別是一種通過添加大量工業(yè)廢渣和微量化學外加劑制備的低收縮、低水化熱抗裂水泥。
背景技術：
早期水化速率過快，水化放熱量和化學收縮率大是傳統硅酸鹽水泥的一個主要缺陷。一方面，它直接影響到混凝土工作性能，導致坍落度損失過快，泵送施工困難，影響混凝土澆注成型質量；其次，對于大體積混凝土或高強混凝土來說，因早期水化放熱快和自收縮(化學收縮)大而引起的早期開裂已成為長期困擾工程界與學術界的一大難題?？梢哉f，硅酸鹽水泥的早期水化放熱和化學收縮率大直接影響著混凝土工程的長期性能和耐久性。針對這一問題，很多研究機構都投入了大量的物力和人力進行研究解決，但效果并不理想。
目前主要采取的解決辦法有三種第一種是使用緩凝劑，這種方法經常用于配制泵送混凝土以防止其坍落度損失過快，但是當其緩凝作用失效后，還會加速水泥水化速度，不能有效改善其抗裂性能，同時緩凝劑與水泥間還存在適應性問題，當摻量不當時會出現緩凝失效或長時間不凝的現象；第二種是簡單摻加礦物摻合料，目前使用最多摻量較大的是單摻磨細礦渣粉的方法，它在一定程度上降低了混凝土早期水化放熱量，但大量實驗表明礦渣細粉摻入并不能降低甚至增加了早期自收縮和干燥收縮，抗裂效果不佳，同時礦渣粉產量有限，必須結合使用其它礦物摻合料以節(jié)約成本；第三種是摻加膨脹劑，目前很多膨脹劑都存在著膨脹過程與水泥的收縮過程在時間上不一致現象，后期膨脹作用消失，混凝土在早期和后期的體積變化差值同樣很大，容易開裂，另外膨脹劑摻入后會增加早期水化放熱量，其膨脹作用只有在有充分的外部水養(yǎng)護條件下才能發(fā)揮，因而此方法對提高實際應用中的混凝土結構的抗裂作用有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為克服上述現有技術的不足，提供一種低收縮低水化熱抗裂水泥，該類水泥早期水化速率緩慢，水化放熱量和化學收縮率明顯降低，在提高水泥早期抗裂性能和提高耐久性等方面具有很好的使用性能。同時其制備工藝簡單，適于工業(yè)化生產，從而為推動其大規(guī)模應用于建筑工程以提高結構耐久性和使用壽命做出貢獻。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案如下一種低收縮低水化熱抗裂水泥，該水泥是按質量份數為純硅酸鹽水泥40～50份、礦渣+氟石膏粉10～30份、鋼渣粉20～40份和硫酸鋅粉0.2～0.3份配制的混合物，其中礦渣粉與氟石膏粉的質量比為9∶1。
其中所述的純硅酸鹽水泥可采用C3S含量高于55％的高活性熟料和天然石膏混合制得的水泥，其強度標號在52.5以上。
所述的礦渣粉是治煉生鐵時排出的熔融渣，經粉磨后，得到的勃氏比表面積為400～500m2/kg、(CaO+MgO)/(SiO2+TiO2)質量比大于1的干粉。
所述的鋼渣粉是轉爐鋼渣，經除鐵工藝并磨細制成的勃氏比表面積為400～500m2/kg、游離CaO質量含量為2～3％、MgO質量含量為5～7％的干粉。
所述的氟石膏粉是勃氏比表面積大于400m2/kg，CaSO4含量大于85％的干粉。
本發(fā)明的低收縮低水化熱抗裂水泥的制備方法是首先將礦渣粉與氟石膏粉按質量比9∶1稱取混合均勻；然后按質量比稱取純硅酸鹽水泥40～50份、礦渣+氟石膏粉10～30份、鋼渣粉20～40份和硫酸鋅粉0.2～0.3份，混合均勻即得到低收縮低水化熱抗裂水泥。
本發(fā)明提供的低收縮低水化熱抗裂水泥與現有技術相比，具有如下主要優(yōu)點其一.水泥早期水化速度明顯減慢，水泥的水化放熱速率和放熱總量明顯降低，水泥漿體長時間保持塑性，初凝時間延長，既降低了工作性損失，又能減輕水泥混凝土早期溫度開裂趨勢。由于水泥中摻入50～60％的礦渣粉和鋼渣粉，水泥熟料數量明顯減少，反應速度最快也是導致工作性損失的最主要礦物C3A數量變得更少；同時硫酸鋅中的鋅離子與水泥水化產物反應生成不溶性絡合物覆蓋在水泥粒子表面，阻礙水泥水化，因此水泥漿體凝結時間延長，工作性損失明顯減少，克服了實際工程中因坍落度損失造成的混凝土泵送困難，保證了施工質量。與此相對應，早期最先參加水化反應的C3A、C3S數量減少和鋅鹽的緩凝作用，使水泥早期水化放熱速率和放熱總量明顯降低，從而大大減少了因集中放熱造成的早期熱裂縫。
其二.早齡期膠凝材料體系的化學收縮量明顯減少，避免或減輕了低水灰比混凝土常常因早期自收縮大而產生的開裂。一方面，礦渣粉和鋼渣粉的大量摻入代替硅酸鹽水泥，使膠凝材料的整體水化反應過程滯后，早期化學收縮速率延緩；同時氟石膏、礦渣粉和鋼渣粉中的硫酸鈣、游離CaO、MgO和鐵粉等與水結合后產生一定的微膨脹作用，生成的鈣礬石系列晶體在水泥石結構中形成堅實骨架，水泥石結構的致密度提高，對體積收縮產生抑制作用。
其三.基于次第水化調控技術，使水泥熟料、礦渣粉和鋼渣粉分別在膠凝材料水化的早、中、后齡期作為主要強度來源發(fā)揮作用，保證了所制備的水泥在添加大量工業(yè)廢渣的同時具備良好的早期和長期力學強度，具有明顯的環(huán)保效益和經濟效益。高活性的水泥熟料與水接觸后很快反應，促使材料體系早期結構形成，保證了水泥早期強度滿足施工要求。水泥水化后產生的氫氧化鈣和摻加的氟石膏對礦渣粉起著激活作用，加快了礦渣粉的水化反應速率，使其主要在3～28天齡期內參加水化反應，加之水泥熟料的不斷水化，保證了此期間內水泥石強度發(fā)展；另一方面，大量游離氫氧化鈣在此期間被礦渣粉水化反應吸收，消除了硅酸鹽水泥中存在的大量氫氧化鈣晶體的定向生長，提高了水泥石的致密性和強度。鋼渣的活性相對較低，其中包含有大量的C2S礦物，水化速率較慢，主要在7天以后發(fā)揮作用，與未反應的礦渣粉一起繼續(xù)參與水化，消耗游離氫氧化鈣，改善水泥石孔結構，從而保證了水泥石在28天齡期后強度和抗?jié)B性能不斷增長，提高耐久性。
同時，本發(fā)明提供的制備低收縮低水化熱抗裂水泥的方法，具有生產工藝簡單、操作方便、易于推廣和適于工業(yè)化生產的諸多優(yōu)點。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種利用多種工業(yè)廢渣制備低收縮低水化熱抗裂水泥，其原材料包括純硅酸鹽水泥、礦渣粉、鋼渣粉、氟石膏和硫酸鋅，并且由以下方法制成首先將礦渣粉、氟石膏按質量比9∶1稱取混合均勻；然后再將純硅酸鹽水泥、礦渣+氟石膏粉、鋼渣粉和硫酸鋅按質量比40～50、10～30、20～40、0.2～0.3稱取各組份(見表一)，經混合均勻得到。
其中所述的純硅酸鹽水泥可采用C3S含量高于55％的高活性熟料和天然石膏混合制得的水泥，其強度標號在52.5以上，以保證所制得水泥早期強度發(fā)展。礦渣粉可采用治煉生鐵時排出的熔融渣，經噴水急速冷卻處理后成為0.5～5mm大小的顆粒渣，經自然堆放后，再經烘干、破碎、粉磨后，制成勃氏比表面積為400～500m2/kg、(CaO+MgO)/(SiO2+TiO2)質量比大于1的堿性礦渣干粉。鋼渣粉可采用轉爐鋼渣，在經若干次水淋并飽水浸泡3個月后，經自然堆放至水份重量含量低于20％，再經破碎、篩選、烘干和粉磨工序，并在各工序前進行除鐵工藝制成的勃氏比表面積為400～500m2/kg、游離CaO質量含量為2～3％、MgO質量含量為5～7％的干粉。氟石膏可采用氫氟酸生產工業(yè)中產生的副產品，預先經烘干并篩選為粒徑為0～3mm的顆粒及粉料混合體，再經過粉磨加工成勃氏比表面積大于400m2/kg，CaSO4含量大于85％的干粉。硫酸鋅可采用工業(yè)品無水硫酸鋅粉末。
下面通過實施例及試驗數據進行詳細說明。
實施例1～7是本發(fā)明的低收縮低水化熱抗水泥配方例，其配方見表1以表1中的實施例號1、2、4、6的配料方案為四個獨立的實施例，分別測量了水泥的凝結時間、抗壓強度、水化熱和化學收縮量。其中凝結時間依據國標GB1346-89的方法進行測試；水化熱依據GB2022-80的方法進行測試；化學收縮采用水泥-水體系減縮試驗方法，測量了膠凝材料體系28天齡期內的化學收縮值；抗壓強度采用水膠比為0.3的水泥凈漿，試件尺寸為20×20×20mm，成型后浸入水中在室溫下養(yǎng)護，測試了3、7、28、90天的抗壓強度。測量結果分別見表2～表5。
表1 低收縮低水化熱抗水泥配制方案(質量比)

表2 低收縮低水化熱抗裂水泥的凝結時間(分鐘)

由表2可見，本發(fā)明水泥的凝結時間比純硅酸鹽水泥明顯延長，初凝時間在6～8小時，初凝與終凝時間間距較短，終凝時間在10小時之內。從而有利于所配制混凝土長時間保持塑性，減少坍落度損失，便于長距離運輸和泵送施工；同時施工結束后混凝土會快速凝結硬化，保證強度發(fā)展，不影響工期。
由表3數據可見，本發(fā)明的水泥早期水化放熱速率慢，水泥水化溫峰出現時間明顯推遲，3d水化放熱比純硅酸鹽水泥降低30％左右，從而明顯減輕了水泥混凝土早期溫度開裂趨勢。
表3 低收縮低水化熱抗裂水泥的水化熱

表4 低收縮低水化熱抗裂水泥的化學收縮(ml/kg)

表5 低收縮低水化熱抗裂水泥的抗壓強度(MPa)

表4的數據表明本發(fā)明水泥化學收縮量小，特別是7天前化學收縮量不到純硅酸鹽水泥的50％，因而大大提高了水泥早齡期的體積穩(wěn)定性和抗裂性能。
從表5數據可見，本發(fā)明水泥的早期強度發(fā)展較慢，但后期強度增長較多，到90天時強度與基準純硅酸鹽水泥相當。因而有利于混凝土結構發(fā)育完善，水泥石結構致密度高，對于混凝土工程的耐久性和長期使用壽命有利。
綜上所述，由于本發(fā)明應用了大量工業(yè)廢渣，控制各原材料的含量范圍，充分發(fā)揮了不同廢渣之間的協同作用，因而本發(fā)明水泥具有早期水化放熱速率慢，工作性損失小，化學收縮量小，后期強度和耐久性高以及明顯的環(huán)保效益的特點，特別適用于要求早期水化熱低和抗裂性要求較高的大體積混凝土工程，如水壩、橋梁、高層建筑基礎等，也可用于抗腐蝕和抗?jié)B要求較高的工程。
權利要求
1.一種低收縮低水化熱抗裂水泥，其特征在于該水泥是按質量份數為純硅酸鹽水泥40～50份、礦渣+氟石膏粉10～30份、鋼渣粉20～40份和硫酸鋅粉0.2～0.3份配制的混合物，其中礦渣粉與氟石膏粉的質量比為9∶1。
2.根據權利要求1所述的水泥，其特征在于純硅酸鹽水泥可采用C3S含量高于55％的高活性熟料和天然石膏混合制得的水泥，其強度標號在52.5以上。
3.根據權利要求1所述的水泥，其特征在于礦渣粉是治煉生鐵時排出的熔融渣，經粉磨后，得到的勃氏比表面積為400～500m2/kg、(CaO+MgO)/(SiO2+TiO2)質量比大于1的干粉。
4.根據權利要求1所述的水泥，其特征在于鋼渣粉是轉爐鋼渣，經除鐵工藝并磨細制成的勃氏比表面積為400～500m2/kg、游離CaO質量含量為2～3％、MgO質量含量為5～7％的干粉。
5.根據權利要求1所述的水泥，其特征在于氟石膏粉是勃氏比表面積大于400m2/kg，CaSO4含量大于85％的干粉。
6.權利要求1所述的低收縮低水化熱抗裂水泥的制備方法，其特征在于首先將礦渣粉與氟石膏粉按質量比9∶1稱取混合均勻；然后按質量比稱取純硅酸鹽水泥40～50份、礦渣+氟石膏粉10～30份、鋼渣粉20～40份和硫酸鋅粉0.2～0.3份，混合均勻即得到低收縮低水化熱抗裂水泥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低收縮低水化熱抗裂水泥。該水泥包括純硅酸鹽水泥、礦渣粉、鋼渣粉、氟石膏和硫酸鋅，并且由以下方法制成首先將礦渣粉、氟石膏按質量比9∶1稱取混合均勻；然后再將純硅酸鹽水泥、礦渣+氟石膏粉、鋼渣粉和硫酸鋅按質量比40～50、10～30、20～40、0.2～0.3稱取各組份，經混合均勻而成。本水泥具有早期水化放熱速率慢，工作性損失小，化學收縮量小，后期強度和耐久性高的優(yōu)點，可用于要求早期水化熱低和抗裂性要求較高的大體積混凝土工程，如水壩、橋梁、高層建筑基礎等，也可用于抗腐蝕和抗?jié)B要求較高的工程。同時，由于吸納了大量不同種類的工業(yè)廢渣，具有明顯的環(huán)保效益。
文檔編號C04B7/14GK1609032SQ20041006106
公開日2005年4月27日 申請日期2004年11月9日 優(yōu)先權日2004年11月9日
發(fā)明者馬保國, 高小建, 朱洪波 申請人:武漢理工大學