CN104402270A

CN104402270A - 一种高钙粉煤灰水泥及其制备方法

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Publication number: CN104402270A
Application number: CN201410711210.1A
Authority: CN
Inventors: 易龙生; 霍成立; 李来顺; 刘泽军; 金晶; 郑中华; 郑峰; 王正中; 洪慧兰
Original assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Current assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2034-12-01
Also published as: CN104402270B

Abstract

本发明公开了一种高钙粉煤灰水泥及其制备方法，含有如下质量百分比的成分：硅酸盐水泥熟料30~50%；高钙粉煤灰40~60%；脱硫石膏3.1~3.3%；硅灰4.8~5.0%；水玻璃1.0~1.1%；复合激发剂0.7~1.0%；其中，所述复合激发剂为三乙醇胺和硫酸钠的混合物。本发明提供一种大掺量高钙粉煤灰水泥，提高粉煤灰利用率，可以减少硅酸盐水泥熟料的用量，同时利用工业副产脱硫石膏和硅灰为原料，又满足工业废渣的处理及循环利用。

Description

一种高钙粉煤灰水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高钙粉煤灰水泥及其制备方法。

背景技术

粉煤灰是煤粉在锅炉燃烧后收集到的细粒粉尘，其产生量约占燃煤量的1/4。电力行业的快速发展使得火力发电厂粉煤灰的产量不断增加，统计显示，2013年中国粉煤灰产量达到5.3亿吨，相比上一年增长2.31%。粉煤灰已经成为我国固体废弃物的主要来源。粉煤灰的大量堆存不仅会占用大量土地，而且会造成严重的环境污染。因此，实现粉煤灰的大规模综合利用、变废为宝已成为迫在眉睫的问题。

粉煤灰主要由氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化铁、未燃尽的炭以及少量其它氧化物所组成，其物质组成主要有玻璃相、无定形相和结晶矿物相三大类。其中，玻璃相和无定形相含量较大，结晶相主要有莫来石、石英、长石等。粉煤灰具有与水泥相似的化学成分，同时又具有火山灰活性，利用粉煤灰制备水泥是实现粉煤灰大规模利用的途径之一。目前，国内已生产大量的粉煤灰硅酸盐水泥，所掺入的粉煤灰大多是氧化钙含量较低的普通粉煤灰，其活性指数较低。同时，粉煤灰的掺加量仅限于20%～30%之间，使得粉煤灰的总体利用率相对较低。因此，开发粉煤灰在水泥工业的大规模综合利用技术势在必行。

高钙粉煤灰是指氧化钙含量大于10%的粉煤灰，含有大量的富钙、富铁玻璃体以及较多的氧化钙结晶体。与普通粉煤灰相比，高钙粉煤灰具有需水量小、烧失量低、细度细、活性指数高等优点。因此，高钙粉煤灰取代普通粉煤灰成为水泥工业的主要灰源已成为趋势。但是高钙粉煤灰同时含有更高的游离氧化钙，使用不当有可能会带来水泥(混凝土)安定性不良的后果，必须对其进行有效控制。因此，目前高钙粉煤灰的掺量较低，建议掺量一般控制在30%以内，至今仍未能得到大规模地应用。为了实现高钙粉煤灰在水泥工业的大规模利用，就必须解决大掺量高钙粉煤灰(≥40%)由于游离氧化钙引起的体积安定性和掺量增大导致水泥强度降低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是大掺量高钙粉煤灰(≥40%)中游离氧化钙引起的体积安定性问题和由于掺加量增大而引起水泥强度降低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种大掺量高钙粉煤灰水泥。本发明的高钙粉煤灰水泥，利用了大量的工业副产物，并添加了外加剂和复合激发剂，由此对高钙粉煤灰进行机械化学活化处理即可消解粉煤灰中的游离氧化钙，从而解决游离氧化钙引起的体积安定性问题，同时保证了粉煤灰水泥具有较高的强度；最终实现高钙粉煤灰在水泥中的大掺量利用(掺加量≥40%)，得到一种大掺量高钙粉煤灰水泥。

具体的，本发明的高钙粉煤灰水泥，含有如下质量百分比的成分：

硅酸盐水泥熟料30~50%；

高钙粉煤灰40~60%；

脱硫石膏3.1~3.3%；

硅灰4.8~5.0%；

水玻璃1.0~1.1%；

复合激发剂0.7~1.0%；

其中，所述复合激发剂为三乙醇胺和硫酸钠的混合物。

优选地，所述复合激发剂中三乙醇胺和硫酸钠的质量比为1:3。

优选地，所述高钙粉煤灰中CaO所占的质量百分比≥15%。进一步优选地，所述高钙粉煤灰的粒度400目筛余不大于10%。

优选地，所述硅灰为冶炼工业副产尾灰，其中SiO₂所占的质量百分比为≥90%。

优选地，所述脱硫石膏为燃煤电厂所得的工业副产品，其中CaSO₄所占的质量百分比为≥90%。其中，所述脱硫石膏的制备方法为：在燃煤电厂取得副产脱硫石膏，将副产脱硫石膏在100~120°C下热处理1~3h，以烘干。

本发明提供的大掺量高钙粉煤灰水泥的制备方法是采用粉磨、无煅烧工艺制备，具体步骤如下：

将适合比例的硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏首先在对辊球磨机中混合球磨1-3小时，控制粒度300目筛余不大于10%；然后加入一定比例的高钙粉煤灰、硅灰、水玻璃、复合激发剂再进行混磨激发活化处理2小时制备大掺量高钙粉煤灰水泥。

本发明的积极效果是：

1、本发明提供一种大掺量高钙粉煤灰水泥，提高粉煤灰利用率，可以减少硅酸盐水泥熟料的用量，同时利用工业副产脱硫石膏和硅灰为原料，又满足工业废渣的处理及循环利用。

2、与现有技术相比，本发明所制备的大掺量高钙粉煤灰水泥不需要煅烧工艺，减少了能耗，仅通过机械化学激发处理，就可以实现高钙粉煤灰在水泥中的大掺量利用。其掺加量(质量比)为60%所得的粉煤灰水泥的28天抗压强度仍能满足42.5强度等级标准。采用本发明，不仅可以节约能耗、减少熟料用量，而且也降低了水泥成本，用本发明生产的水泥，可广泛用于建筑领域中。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供的一种高钙粉煤灰水泥，含有如下质量百分比的成分：

硅酸盐水泥熟料30~50%；

高钙粉煤灰40~60%；

脱硫石膏3.1~3.3%；

硅灰4.8~5.0%；

水玻璃1.0~1.1%；

复合激发剂0.7~1.0%；

其中，复合激发剂为三乙醇胺和硫酸钠的混合物。

本发明的高钙粉煤灰水泥的制备方法，包括如下步骤：

1）球磨：将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏混合球磨，得混合物；

2）机械化学激发处理：步骤1）得到的混合物与高钙粉煤灰、硅灰、水玻璃和复合激发剂再进行混合球磨，获得高钙粉煤灰水泥。

本发明高钙粉煤灰水泥的各组分通过球磨即可进行机械化学活化处理，消解粉煤灰中的游离氧化钙，从而解决游离氧化钙引起的体积安定性问题。其中复合激发剂（三乙醇胺和硫酸钠的混合物）在球磨条件下能够高效激发机械化学活化处理，而硅灰和水玻璃更进一步辅助促进复合激发剂作用。由于这些外加剂和复合激发剂（脱硫石膏，硅灰，水玻璃）的加入，使得本发明仅通过机械化学激发处理，就可以实现高钙粉煤灰在水泥中的大掺量利用，而不需要煅烧工艺，减少了能耗；并且由于硅灰颗粒细、活性高，能够提高水泥的早期强度。

以下以实施例对本发明进行说明

本发明的实施例中所使用的粉煤灰化学成分如表1所示，更高氧化钙含量的粉煤灰同样适用于本发明的高钙粉煤灰水泥，该高钙粉煤灰的粒度400目筛余不大于10%。

表1 高钙粉煤灰化学成分

实施例中所使用的硅灰为冶炼工业副产尾灰，经检测，其中SiO₂所占的质量百分比为92.8 %。脱硫石膏为燃煤电厂所得的工业副产品，经检测，其中CaSO₄所占的质量百分比为92.1%。

实施例1

本实施例的高钙粉煤灰水泥的重量百分比组成如下：

硅酸盐水泥熟料50%；

高钙粉煤灰40%；

脱硫石膏3.3%；

硅灰5.0%；

水玻璃1.0%；

复合激发剂（三乙醇胺和硫酸钠质量比1:3的混合物）0.7%。

制备方法为：1）球磨：首先将水泥熟料和脱硫石膏在滚筒球磨机中进行球磨3h，控制粒度300目筛余不大于10%；2）机械化学激发处理：然后将高钙粉煤灰、硅灰、水玻璃、复合激发剂一起加入球磨机中进行球磨2h，获得高钙粉煤灰水泥。

按照GB/T17671-1999的方法对本实施例制得的水泥强度进行检验，结果如表2所示，可知本实施例所得的高钙粉煤灰水泥达到GB175-2007中42.5强度等级的标准要求。并且，经检验实验表明，本实施例的高钙粉煤灰水泥经粉煤灰水泥胶砂试体养护28天后体积无开裂。

实施例2

本实施例的高钙粉煤灰水泥的重量百分比组成如下：

硅酸盐水泥熟料40%；

高钙粉煤灰50%；

脱硫石膏3.2%；

硅灰4.9%；

水玻璃1.0%；

复合激发剂（三乙醇胺和硫酸钠质量比1:3的混合物）0.9%。

制备方法为：1）球磨：首先将水泥熟料和脱硫石膏在滚筒球磨机中进行球磨2h，控制粒度300目筛余不大于10%；2）机械化学激发处理：然后将高钙粉煤灰、硅灰、水玻璃、复合激发剂一起加入球磨机中进行球磨2h，获得高钙粉煤灰水泥。

按照GB/T17671-1999的方法对本实施例制得的水泥强度进行检验，结果如表2所示，可知本实施例2所得的高钙粉煤灰水泥达到GB175-2007中42.5强度等级的标准要求。并且，经检验实验表明，本实施例的高钙粉煤灰水泥经粉煤灰水泥胶砂试体养护28天后体积无开裂。

实施例3

本实施例的高钙粉煤灰水泥的重量百分比组成如下：

硅酸盐水泥熟料30%；

高钙粉煤灰60%；

脱硫石膏3.1%；

硅灰4.8%；

水玻璃1.1%；

复合激发剂（三乙醇胺和硫酸钠质量比1:3的混合物）1.0%。

按照GB/T17671-1999的方法对本实施例制得的水泥强度进行检验，结果如表2所示，可知本实施例3所得的高钙粉煤灰水泥达到GB175-2007中42.5强度等级的标准要求。并且，经检验实验表明，本实施例的高钙粉煤灰水泥经粉煤灰水泥胶砂试体养护28天后体积无开裂。

表2 各实施例所得大掺量高钙粉煤灰水泥的抗折抗压强度

从上述试验表明，实施例3利用30%的熟料、60%的高钙粉煤灰再加入总量10%的外加剂和复合激发剂，仍可以制得42.5标号的高钙粉煤灰水泥。大大提高了工业副产物粉煤灰在水泥中的利用率。

采用本发明的方法，可以在不加煅烧的情况下，使高钙粉煤灰被大量利用，掺加量高达60%时仍能确保水泥具有合格的性能，满足GB175-2007中42.5强度等级的粉煤灰硅酸盐水泥标准。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种高钙粉煤灰水泥，其特征在于，含有如下质量百分比的成分：

硅酸盐水泥熟料30~50%；

高钙粉煤灰40~60%；

脱硫石膏3.1~3.3%；

硅灰4.8~5.0%；

水玻璃1.0~1.1%；

复合激发剂0.7~1.0%；

其中，所述复合激发剂为三乙醇胺和硫酸钠的混合物。

2.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述复合激发剂中三乙醇胺和硫酸钠的质量比为1:3。

3.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述高钙粉煤灰中CaO所占的质量百分比≥15%。

4.根据权利要求3所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述高钙粉煤灰的粒度400目筛余不大于10%。

5.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述硅灰为冶炼工业副产尾灰，其中SiO₂所占的质量百分比为≥90%。

6.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述脱硫石膏为燃煤电厂所得的工业副产品，其中CaSO₄所占的质量百分比为≥90%。

7.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰水泥，其特征在于，所述脱硫石膏的制备方法为：在燃煤电厂取得副产脱硫石膏，将副产脱硫石膏在100~120°C下热处理1~3h，以烘干。

8.权利要求1~7任一项所述的高钙粉煤灰水泥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将硅酸盐水泥熟料和脱硫石膏混合球磨，得混合物；

2）步骤1）得到的混合物与高钙粉煤灰、硅灰、水玻璃和复合激发剂再进行混合球磨，获得高钙粉煤灰水泥。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1）球磨时间为1~3小时，所得混合物的粒度300目筛余不大于10%。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤2）粉磨时间为1~3小时。