一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥及制备方法

技术领域

本发明涉及硅酸盐水泥技术领域，具体涉及一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥及制备方法，主要用于铁路工程建设领域，也可用于水工和公路工程领域。

背景技术

在实际工程应用中，铁路现浇混凝土凝结硬化后，在约束条件下产生的自收缩和干燥收缩容易导致混凝土出现开裂现象，而开裂现象一旦出现，将严重影响混凝土的服役寿命和耐久性。

硅酸盐水泥是配制铁路现浇混凝土的主要胶凝材料，其品质是决定混凝土质量的关键。相关文献表明，混凝土的开裂与水泥性能密切相关。

CN 1356281A公开了一种低热硅酸盐水泥及其制备和应用，通过控制硅酸二钙含量大于40％，有效降低了水泥及其配制混凝土的水化放热量和干燥收缩值，对于改善混凝土的开裂情况起到积极作用，但存在早期强度低的显著缺陷。

CN 110615627A针对低热硅酸盐水泥早期强度不高，不适用于铁路工程等问题，通过适当降低硅酸二钙含量，最低降至35％，提出了一种铁道工程用早强型低热水泥及其制备方法，在一定程度上提高了低热硅酸盐水泥的早期强度，但提高幅度有限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥及制备方法。

本发明公开了一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥，包括：低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分和石膏组分；

所述低收缩硅酸盐水泥熟料由钙质原料、硅铝质原料、铁质原料、第一活化剂和矿化剂制备而成；按质量份数计，所述低收缩硅酸盐水泥熟料的矿物组成包括：C

所述早强组分由F类粉煤灰或C类粉煤灰、石灰石、氧化镁和第二活化剂制备而成；按质量份数计，所述早强组分的矿物组成包括：C

作为本发明的进一步改进，按质量百分计，所述高早强低收缩复合硅酸盐水泥包括：低收缩硅酸盐水泥熟料50～80份、早强组分15～30份、石膏组分5～15份。

作为本发明的进一步改进，按质量百分计，所述低收缩硅酸盐水泥熟料的原料组成包括：钙质原料45～70份、硅铝质原料15～35份、铁质原料8～15份、矿化剂0.05～1.5份、第一活化剂0.8～2.5份；按质量百分计，所述早强组分的原料组成包括：F类粉煤灰或C类粉煤灰30～40份、石灰石55～70份、氧化镁0.5～2份和第二活化剂0.1～0.8份。

作为本发明的进一步改进，所述石膏组分为二水石膏、α半水石膏、β半水石膏、αIII型硬石膏和βIII型硬石膏中至少一种。

作为本发明的进一步改进，所述钙质原料包括石灰岩、大理岩、泥灰岩和白垩中的一种或多种；所述硅铝质原料包括黏土、页岩、泥岩中的一种或多种；所述铁质原料包括铁尾矿、硫酸渣、铜矿渣中的一种；所述第一活化剂包括黄铜矿、辉铜矿、蓝铜矿中的一种；所述矿化剂包括石膏、萤石、矿渣、磷渣中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述第二活化剂包括闪锌矿、黄铜矿、软锰矿中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述低收缩硅酸盐水泥熟料的烧成温度为1250～1350℃，烧成时间为2～4小时；所述早强组分的烧成温度为1200～1300℃，烧成时间为2～4小时。

本发明还公开了一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥的制备方法，包括：

取钙质原料、硅铝质原料、铁质原料、矿化剂和第一活化剂共同粉磨，得到水泥生料；将水泥生料在1250～1350℃温度下煅烧2～4小时得到水泥熟料，通过控制球磨机转速和选粉机效率得到满足粒度要求的低收缩硅酸盐水泥熟料；

取F类粉煤灰或C类粉煤灰、石灰石、氧化镁和第二活化剂共同粉磨，得到粉磨料；将粉磨料在1200～1300℃温度下煅烧2～4小时，冷却至室温后，粉磨至200目以上，得到早强组分；

将石膏组分与制得的低收缩硅酸盐水泥熟料和早强组分充分混合，得到高早强低收缩复合硅酸盐水泥。

作为本发明的进一步改进，低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分与石膏组分的混合方式为高速混合，混合速度为1000～2000rad/min，混合时间为20～60s。

作为本发明的进一步改进，制得的所述高早强低收缩复合硅酸盐水泥的性能为：1天抗压强度≥15MPa，3天抗压强度≥30MPa，28天抗压强度≥45MPa，28天干燥收缩率≤0.04％。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)本发明的低收缩硅酸盐水泥熟料烧成所用原材料来源广泛，生产成本低，经济性好，烧成温度低，经济环保；

(2)本发明的早强组分原料主要为粉煤灰和石灰石，原料价格便宜，来源广泛；

(3)本发明在熟料配料过程中，加入含铜矿物，引入铜离子定向活化铁相，降低铁相的熔融温度，降低硅酸三钙和硅酸二钙的生成温度，提高铁相和硅酸二钙的水化活性；

(4)本发明的低收缩硅酸盐水泥熟料中小于5μm的熟料颗粒含量小于10％，熟料的干燥收缩性能和抗裂性能好，同时，熟料中小于45μm的熟料颗粒含量大于90％，熟料具有适宜的早期强度和良好的后期强度；

(5)本发明的早强组分采用离子掺加技术，进一步提高了早强组分的水化活性；

(6)Q相组分和石膏组分的加入导致本发明的早强低收缩硅酸盐水泥在早期水化时可以产生钙矾石，弥补了水泥的早期收缩，降低水泥基材料的开裂概率。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的高早强低收缩复合硅酸盐水泥制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1

一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由低收缩硅酸盐水泥熟料68份、早强组分20份、石膏组分12份组成；其中，低收缩硅酸盐水泥熟料由石灰岩58份、黏土31份、铁尾矿9份、黄铜矿0.9份和石膏1.1份均匀混合，在1300℃下煅烧2.5小时制成，其矿物组成为C

将低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1800rad/min，混合时间为35s，得到高早强低收缩复合硅酸盐水泥。制得的高早强低收缩复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T 17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T 603-2004进行，测试结果见表1。

实施例2

一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由低收缩硅酸盐水泥熟料72份、早强组分16份、石膏组分12份组成；其中，低收缩硅酸盐水泥熟料由石灰岩67份、页岩23份、铁尾矿8份、蓝铜矿1.2份和萤石0.8份均匀混合，在1280℃下煅烧3.8小时制成，其矿物组成为C

将低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1200rad/min，混合时间为55s，制得高早强低收缩复合硅酸盐水泥。制得的高早强低收缩复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T 17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T 603-2004进行，测试结果见表1。

实施例3

一种高早强低收缩复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由低收缩硅酸盐水泥熟料65份、早强组分22份、石膏组分13份组成；其中，低收缩硅酸盐水泥熟料由石灰岩61.1份、泥岩26份、铁尾矿10份、辉铜矿2份和磷渣0.9份均匀混合，在1320℃下煅烧2小时制成，其矿物组成为C

将低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为2000rad/min，混合时间为25s，制得高早强低收缩复合硅酸盐水泥。制得的高早强低收缩复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T 17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T 603-2004进行，测试结果见表1。

对比例1

一种复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由硅酸盐水泥熟料45份、早强组分35份、石膏组分20份组成；其中，硅酸盐水泥熟料由石灰岩58份、黏土31份、铁尾矿9份、黄铜矿0.9份和石膏1.1份均匀混合，在1300℃下煅烧2.5小时制成，其矿物组成为C

将硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1750rad/min，混合时间为30s，制得复合硅酸盐水泥。制得的复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T603-2004进行，测试结果见表1。

对比例2

一种复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由硅酸盐水泥熟料82份、早强组分9份、石膏组分9份组成；其中，硅酸盐水泥熟料由石灰岩61.1份、页岩26份、铁尾矿10份、辉铜矿2份和磷渣0.9份均匀混合，在1320℃下煅烧2小时制成，其矿物组成为C

将低收缩硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1650rad/min，混合时间为38s，制得复合硅酸盐水泥。制得的复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T 17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T603-2004进行，测试结果见表1。

对比例3

一种复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由硅酸盐水泥熟料72份、早强组分14份、石膏组分14份组成；其中，硅酸盐水泥熟料由石灰岩67份、泥岩23份、铁尾矿8份、蓝铜矿1.2份和萤石0.8份均匀混合，在1280℃下煅烧3.8小时制成，其矿物组成为C

将硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1800rad/min，混合时间为40s，制得复合硅酸盐水泥。制得的复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T603-2004进行，测试结果见表1。

对比例4

一种复合硅酸盐水泥，按质量份数计(合计100份)：由硅酸盐水泥熟料68份、早强组分20份、石膏组分12份组成；其中，硅酸盐水泥熟料由石灰岩58份、黏土31份、铁尾矿9份、黄铜矿0.9份和石膏1.1份均匀混合，在1300℃下煅烧2.5小时制成，其矿物组成为C

将硅酸盐水泥熟料、早强组分和二水石膏进行混合，混合速度为1700rad/min，混合时间为38s，制得复合硅酸盐水泥。制得的复合硅酸盐水泥的强度测试按照标准GB/T17671-1999进行，干缩率测试按照标准JC/T603-2004进行，测试结果见表1。

表1

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。