一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，特别是涉及一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法。


背景技术：

2.水泥是世界范围内使用最广泛的建筑材料之一。传统水泥的生产需要巨大的矿产资源作为原材料，化石能源作为燃料，随之而来的是温室气体的大量排放。在水泥工业中，为减少水泥生产的碳排放和能源消耗做出了许多努力，如使用矿物掺合料生产硅酸盐水泥，在混凝土中应用特种水泥(如硫铝酸盐水泥、地质聚合物水泥、超硫酸盐水泥等)，开发替代燃料等。
3.超硫酸盐水泥(ssc,super sulphated cement)是一种由75％-85％的矿渣,10％-20％硫酸盐类(二水石膏或脱硫石膏等)及1％-5％的碱性成分(如熟料、氢氧化钙等),共同粉磨或分别粉磨再混合而制得的水硬性胶凝材料,亦称作矿渣硫酸盐水泥(sulphate-activated slag cement)。
4.其生产不需要经过煅烧工序,熟料用量少,具有更低的能量消耗和更少的co2排放量；其有效利用工业废弃物,获得性能优异的水泥胶凝材料,是实现水泥乃至建筑业绿色化、低碳化发展战略中重要的一环,1920年该类水泥在法国及比利时最初获得应用,目前正引起世界各国的广泛关注。
5.磷石膏主要是磷酸厂、洗涤剂厂等化肥、日化领域湿法制取磷酸产生的固体废渣，其主要成分为二水硫酸钙，还含有少量的磷、氟化合物和有机物等，是一种重要的可再生石膏资源。目前磷石膏主要用于建筑石膏、水泥缓凝剂和石膏砖等，虽然磷石膏的利用途径较多，但实际利用效果并不理想，如2016年，磷石膏产生量达到7600万t，但利用量仅为2770万t，利用率只有36.5％。
6.目前我国磷石膏堆积问题严重，不仅占用了大量土地，还会污染空气、土壤和地下水，对周边环境造成严重破坏。建筑材料行业一直对各类固体废弃物有着极大的容纳能力，并具有较好的处置效果，我国是水泥消耗大国，尤其是最近几年，每年要消耗大概25亿吨水泥，生产这些水泥要消耗大量的能源并造成极大的污染。所以科学家们提出使用磷石膏制备石膏矿渣水泥的思路，这样可以回收利用磷石膏，并有效减少在胶凝材料生产过程中所消耗的不可再生能源，降低co2等温室气体的排放。


技术实现要素：

7.石膏矿渣水泥存在早期强度低，可塑性差的问题。而石膏矿渣水泥的早期强度与矿渣活性有关，高活性的矿渣一般具有较较高含量的al2o3，铝土矿也是一种大宗固废，含有大量的al2o3，通过往矿渣中掺入铝土矿来提高矿渣中的al2o3含量，使得石膏矿渣水泥的早期强度增高。石膏矿渣水泥在搅拌过程中存在闪凝问题，考虑到是碱度过大导致，当ph大于9时，si-o断裂，当ph大于11时al-o键断裂，而材料中ca溶解也会生成氢氧化钙，提供碱性。
初始碱性越大反应越快，造成闪凝。针对这一现象可以通过添加减水剂来调整水化环境的碱度，使得水化环境的碱度降低。同时加入减水剂也会得到更好的流动度便于在施工途中的运输。
8.本发明提供一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，主要为了开发一种凝结时间短、早期强度高、制作工艺简单的水泥制作方法，能够有效的解决磷石膏早期轻度低，可塑性差的问题。
9.本发明采用的技术方案如下：
10.1.一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，其特征在于：方法步骤如下
11.①
磷石膏用球磨机粉磨15min后备用；
12.②
将步骤
①
粉磨后的物料按比例添加磷石膏质量的1％—2％熟石灰混合均匀，使其充分发生中和反应，去除杂质可溶性磷和可溶性氟，将制得的磷石膏放置于鼓风干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，使其脱去游离水，然后在卧式球磨机中粉磨至比表面积为400m2/kg；
13.③
按比例将步骤
②
的物料、强度等级为42.5的硅酸盐水泥熟料和al2o3的含量在12％-15％的超细高炉矿渣矿渣混合粉磨1h，制备水泥。
14.本发明的有益效果在于：
15.1、本发明提供的石膏矿渣水泥较其他体系石膏基水泥早期强度高，较高的早期强度可以缩短施工时间，大大减少工期。
16.2、本发明提供的石膏矿渣水泥较其他体系石膏基水泥可塑性强，凝结时间长、流动度大使得本发明提供的水泥可以更加方便的进行运输。
附图说明
17.图1石膏矿渣水泥7d sem图。
18.图2石膏矿渣水泥28d sem图。
具体实施方式
19.为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
20.实施例1：
21.本实施例一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，包括以下重量份的原料：
22.超细高炉矿渣81份、磷石膏15.2份、熟石灰0.8份、硅酸盐水泥熟料3份、减水剂0.2份。矿渣和磷石膏均为大宗固废，在本实施例中通过掺入铝土矿来调节al2o3的含量，超细高炉矿渣中二氧化硅含量26.6％、氧化铝含量12.1％、氧化钙含量39.3％。磷石膏中二氧化硅含量6.7％、氧化铝含量0.9％、三氧化硫含量47.3％、氧化钙含量42.2％。硅酸盐水泥熟料中二氧化硅含量15.2％、氧化铝含量3.2％、氧化铁含量3.4％、氧化钙含量71.5％。
23.本实施例一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，包括以下步骤：
24.①
磷石膏用球磨机粉磨15min后备用；
25.②
将步骤
①
粉磨后的物料按比例添加磷石膏质量的1％—2％熟石灰混合均匀，使
其充分发生中和反应，去除杂质可溶性磷和可溶性氟，将制得的磷石膏放置于鼓风干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，使其脱去游离水，然后在卧式球磨机中粉磨至比表面积为400m2/kg；
26.③
按比例将步骤
②
的物料、强度等级为42.5硅酸盐水泥熟料和al2o3的含量在12％-15％的超细高炉矿渣矿渣混合粉磨1h，制备水泥。
27.根据国家标准gb/t17671水泥胶砂强度检验方法(ios法)，将实施例1中制备的胶凝材料按照规定的水灰比与ios标准砂搅拌成型，加水搅拌后，制备成40mm
×
40mm
×
160mm的试块，试块放在标准养护箱内养护48小时拆模，拆模后试块放置于20
±
1℃养护箱内水养，检测复合胶凝材料3d、7d、28d的抗折强度和单轴抗压强度，得到复合胶凝材料抗折强度及抗压强度的试验结果为：
28.抗折强度：3d为4.64mpa；7d为8.89mpa；28d为12.52mpa；
29.抗压强度：3d为15.2mpa；7d为37.04mpa；28d为47.6mpa。
30.本发明克服了石膏矿渣水泥可塑性差和早期强度低的问题，具有实际使用价值。因此，本发明利用矿渣、磷石膏、熟石灰、水泥熟料制备水泥，显著提高了大幅提高大宗固废的的利用率，具有显著的经济效益和社会效益。

技术特征：
1.一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，其特征在于：方法步骤如下
①
磷石膏用卧式球磨机粉磨15min后备用；
②
将步骤
①
粉磨后的物料按比例添加磷石膏质量的1％—2％熟石灰混合均匀，使其充分发生中和反应，去除杂质可溶性磷和可溶性氟，将制得的磷石膏放置于鼓风干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，使其脱去游离水，然后在卧式球磨机中粉磨至比表面积为400m2/kg；
③
按比例将步骤
②
的物料、硅酸盐水泥熟料和al2o3的含量在12％-15％的矿渣混合粉磨1h，制备水泥。2.根据权利要求1所述的可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，其特征在于：步骤
③
中，所述矿渣为超细高炉矿渣，采用s95或s105级矿渣，矿渣中al2o3的含量在12％-15％，且超高炉矿渣的比表面积为800m2/kg—1000m2/kg。3.根据权利要求1所述的可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，其特征在于：步骤
③
中，所述硅酸盐水泥熟料的强度等级为42.5，且硅酸盐水泥熟料的比表面积为350m2/kg—400m2/kg。4.一种按照权利1-3中任意一项所述制备方法制备获得的石膏材料的应用，其特征在于：在使用过程中，通过添加聚羧酸减水剂，使石膏矿渣水泥的流动度为180mm—200mm。

技术总结
一种可塑性强的石膏矿渣水泥制备方法，属于建筑材料技术领域。具体方法步骤为：


技术研发人员：张延年 朱德斌
受保护的技术使用者：沈阳建筑大学
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/10/6