一种高抗蚀硅酸盐水泥及其生产方法

技术领域

本发明属于硅酸盐水泥技术领域，具体是一种高抗蚀硅酸盐水泥及其生产方法。

背景技术

硅酸盐水泥，就是以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，以及规定的混合材制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥是我国建筑行业的基础性原料。

随着科技的发展和社会的进步，陆地环境越来越难以满足人类发展的要求，海洋作为一个广阔的资源成为新的开发目标。但是，海洋环境的特殊性决定着海洋工程建设必然面临严峻的考验。水泥基材料是海洋工程基础建设不可或缺的重要原材料，其耐蚀性直接关系海洋工程耐久性和服役寿命。在海洋环境下，水泥基材料耐久性问题十分突出，海工结构服役寿命受到的不良影响严重。海水中氯离子浓度约为19g/L，硫酸根浓度约为2.2g/L，氯离子容易通过水泥基材料内部，迁移至钢筋表面使其发生锈蚀，降低钢筋握裹力从而导致结构失效；硫酸盐侵蚀则是由于生成钙矾石、石膏等膨胀性产物使水泥基材料开裂。据研究表明，在氯离子存在的条件下，硫酸盐侵蚀过程会受到抑制，海洋环境中氯离子侵蚀是影响水泥基材料耐久性的主要因素。因此，提高硅酸盐水泥的抗海水侵蚀性能，尤其是抗氯离子侵蚀性能是解决硅酸盐水泥基材料在海洋环境中耐久性不良的重要方法。

目前国内也有大量研究改善硅酸盐水泥的性能，不同体系的硅酸盐水泥的性能侧重点不同，应用的领域也不同。例如有的要求低碱，有的要求低热，还有的想要成本较低，等等。但是在复杂的海洋环境下，很多水泥基材料的抗海水腐蚀性能还有待提高。

如中国专利201610117439.1，公开了一种海工硅酸盐水泥的制备方法，主要由熟料38～42％，石膏7～9％，矿粉32～42％，粉煤灰5～15％，硅灰4～6％，其各项性能也达到了海工水泥的相关标准，但其中需要加入较大比例的其他原料，熟料的占比仅为38～42％，同时也增加了生产成本，其抗压强度和抗海水腐蚀性能也还有待提高。又如中国专利201610407168.3，公开了一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥及其制备方法，包括高铁低钙水泥熟料矿物组分60％～90％，辅助功能组分2％～10％，辅助胶凝组分5％～25％，工业石膏3％～7％，经单独粉磨、共同混合粉磨等工艺生产。该水泥虽然提高了早期水泥的抗压强度，但其抗海水腐蚀性能还有待提高。

为了满足海洋工程用预制构件混凝土的高抗蚀、高耐久、高抗冲磨的要求，需要使用耐磨、抗蚀、抗冻性强，尤其是抗海水侵蚀性能良好的水泥，本发明研制出一种高抗蚀硅酸盐水泥，以表现出更好的抗海水侵蚀性能和抗海水冲磨性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高抗蚀硅酸盐水泥及其生产方法，制备的高抗蚀硅酸盐水泥，3天抗压强度和28天抗压强度均高于国家标准GB/T 31289-2014《海工硅酸盐水泥》中的最高强度等级的要求，具有很好的抗压性能；氯离子扩散系数<0.5×10

为实现上述目的，本发明提供的方案如下：

一种高抗蚀硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：高抗蚀硅酸盐熟料93～97％，天然石膏3～7％；

所述的高抗蚀硅酸盐熟料的原料要求为：钙质原料石灰石指标要求：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm；硅质原料选用高硅砂岩，要求SiO

优选的，所述的高抗蚀硅酸盐熟料中各原料的重量百分比为：石灰石80％，高硅砂岩13％，硫铁矿7％。

优选的，所述的高抗蚀硅酸盐熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1；其中LSF表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度，SM表示熟料中SiO

优选的，所述的天然石膏的材料要求为：SO

进一步的，本发明所述的高抗蚀硅酸盐水泥的生产方法，该生产方法包括以下步骤：

(1)生料制备：将石灰石78～82％，高硅砂岩11～15％，硫铁矿6～8％按比例混合，加入适量的水，经过球磨机粉磨后过滤，制备成含水量32～36％的料浆，搅拌均匀，备用；

(2)料浆脱水：步骤(1)的料浆经真空吸滤机脱水后形成含水18～20％的料饼；

(3)料饼烘干破碎：步骤(2)的料饼通过喂料机喂到烘干破碎机内，从窑尾来的热风将其烘干成含水1～3％的生料粉，然后进入旋风分离器进行料气分离，分离出来的生料粉分别进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，得到预热分解后的料粉，备用；

(4)熟料烧成：将步骤(3)预热分解后的料粉喂入回转窑，借助回转窑的斜度和旋转、慢慢地向窑头运动，在烧成带用燃煤将其烧结成高抗蚀硅酸盐熟料，烧结温度为1250～1400℃，时间50～70min；烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料出窑落入篦式冷却机，冷却至80～120℃，然后进入锤式破碎机打碎后备用；

(5)水泥粉磨：步骤(4)得到的高抗蚀硅酸盐熟料经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照高抗蚀硅酸盐熟料：天然石膏＝93～97∶3～7进行配比，入磨进行粉磨，即可得到高抗蚀硅酸盐水泥。

具体的，步骤(3)所述的窑尾来的热风即为步骤(4)中篦式冷却机出来的的热风，其温度为580～620℃。

优选的，步骤(3)所述分解炉的温度为850～880℃。

优选的，步骤(4)中所述烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料中，游离氧化钙f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L。

优选的，步骤(4)中所述的回转窑转速为3.2～3.5rpm，所述的篦式冷却机推杆速度为10～18次/min。

优选的，步骤(4)中所述的篦式冷却机出来的的热风作为二次风再次入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风。

本发明生产的高抗蚀硅酸盐水泥，适用于各种严苛的海洋条件，可用于海港码头、水库大坝、海上桥梁、涵洞引水、海上建筑等工程。

本发明具有以下有益效果：

1、按照本发明的生产方法生产出来的高抗蚀硅酸盐水泥，其矿物含量组成中，铁铝酸四钙和硅酸三钙的质量百分比含量为：C

2、本发明生产的高抗蚀硅酸盐水泥，3天抗压强度>23MPa，28天抗压强度>52.5MPa，其3天抗压强度和28天抗压强度均高于国家标准GB/T 31289-2014《海工硅酸盐水泥》中的最高强度等级的要求，具有很好的抗压性能，适用于各种严苛的海洋条件。

3、本发明生产的高抗蚀硅酸盐水泥，7天水化热≤230kJ/kg，属于中地热硅酸盐水泥，氯离子扩散系数<0.5×10

4、本发明采用科学的熟料配方和“湿磨干烧”半干法的工艺，在无需添加助磨剂等辅料的前提下，提高水泥的抗海水侵蚀性能和抗压强度，并尽量降低水泥水热化，将熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1；f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L，控制铁铝酸四钙和硅酸三钙的质量百分比含量C

5、本发明采用“湿磨干烧”半干法的生产工艺，具有生料均化性好、熟料质量高、转产便利、热耗低等优点。

6、本发明严格筛选原料，使生产的高抗蚀硅酸盐水泥游离氧化钙含量低，结晶度高，抗蚀性能佳，其各项性能均符合GB/T 31289-2014《海工硅酸盐水泥》的国家标准的指标要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

一种高抗蚀硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：高抗蚀硅酸盐熟料97％，天然石膏3％；

所述的高抗蚀硅酸盐熟料的原料要求为：钙质原料石灰石指标要求：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm；硅质原料选用高硅砂岩，要求SiO

所述的高抗蚀硅酸盐熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1。所述的天然石膏的材料要求为：SO

所述的高抗蚀硅酸盐水泥的生产方法，其生产方法包括以下步骤：

(1)生料制备：将高抗蚀硅酸盐熟料的原料备好，经过原料磨磨头电子皮带秤按比例配料入磨进行粉磨，采用湿法粉磨工艺，入磨物料配合一定比例的水分，经过球磨机粉磨成含水量32％的料浆，将料浆泵入料浆泵系统，进行精确配料，放入料浆搅拌大池；

(2)料浆脱水：步骤(1)的料浆经均匀配料泵进入料浆过滤系统，再经真空吸滤机脱水后形成含水18％的料饼；

(3)料饼烘干破碎：料饼通过箱式喂料机，喂到烘干破碎机内，从窑尾来的热风将其烘干成含水1％的生料粉，经烘干后带入旋风分离器内，进行料气分离，分离出来的生料粉分别进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，得到预热分解后的料粉，备用；出旋风分离器的废气用窑尾风机送入除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；

所述的窑尾来的热风即为步骤(4)中篦式冷却机出来的的热风，其温度为620℃；所述分解炉的温度为870℃。

(4)熟料烧成：将步骤(3)预热分解后的料粉喂入回转窑，借助回转窑的斜度和旋转、慢慢地向窑头运动，在烧成带用燃煤将其烧结成高抗蚀硅酸盐熟料，烧结温度为1250℃，时间70min；

煅烧后的高抗蚀硅酸盐熟料出窑落入篦式冷却机，冷却至80℃，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，备用；

所述烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料中，游离氧化钙f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L；所述的回转窑转速为3.2rpm，所述的篦式冷却机推杆速度为10次/min；

所述的篦式冷却机出来的的热风作为二次风再次入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风；

(5)水泥粉磨：步骤(4)得到的高抗蚀硅酸盐熟料经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照高抗蚀硅酸盐熟料：天然石膏＝97∶3进行配比，入磨进行粉磨，即可得到高抗蚀硅酸盐水泥。

实施例2

一种高抗蚀硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：高抗蚀硅酸盐熟料93％，天然石膏7％；

所述的高抗蚀硅酸盐熟料的原料要求为：钙质原料石灰石指标要求：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm；硅质原料选用高硅砂岩，要求SiO

所述的高抗蚀硅酸盐熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1。所述的天然石膏的材料要求为：SO

所述的高抗蚀硅酸盐水泥的生产方法，其生产方法包括以下步骤：

(1)生料制备：将高抗蚀硅酸盐熟料的原料备好，经过原料磨磨头电子皮带秤按比例配料入磨进行粉磨，采用湿法粉磨工艺，入磨物料配合一定比例的水分，经过球磨机粉磨成含水量33％的料浆，将料浆泵入料浆泵系统，进行精确配料，放入料浆搅拌大池；

(2)料浆脱水：步骤(1)的料浆经均匀配料泵进入料浆过滤系统，再经真空吸滤机脱水后形成含水18％的料饼；

(3)料饼烘干破碎：料饼通过箱式喂料机，喂到烘干破碎机内，从窑尾来的热风将其烘干成含水2％的生料粉，经烘干后带入旋风分离器内，进行料气分离，分离出来的生料粉分别进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，得到预热分解后的料粉，备用；出旋风分离器的废气用窑尾风机送入除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；

所述的窑尾来的热风即为步骤(4)中篦式冷却机出来的的热风，其温度为610℃；所述分解炉的温度为880℃。

(4)熟料烧成：将步骤(3)预热分解后的料粉喂入回转窑，借助回转窑的斜度和旋转、慢慢地向窑头运动，在烧成带用燃煤将其烧结成高抗蚀硅酸盐熟料，烧结温度为1300℃，时间60min；

煅烧后的高抗蚀硅酸盐熟料出窑落入篦式冷却机，冷却至100℃，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，备用；

所述烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料中，游离氧化钙f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L；所述的回转窑转速为3.3rpm，所述的篦式冷却机推杆速度为12次/min；

所述的篦式冷却机出来的的热风作为二次风再次入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风；

(5)水泥粉磨：步骤(4)得到的高抗蚀硅酸盐熟料经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照高抗蚀硅酸盐熟料：天然石膏＝93∶7进行配比，入磨进行粉磨，即可得到高抗蚀硅酸盐水泥。

实施例3

一种高抗蚀硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：高抗蚀硅酸盐熟料96％，天然石膏4％；

所述的高抗蚀硅酸盐熟料的原料要求为：钙质原料石灰石指标要求：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm；硅质原料选用高硅砂岩，要求SiO

所述的高抗蚀硅酸盐熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1。所述的天然石膏的材料要求为：SO

所述的高抗蚀硅酸盐水泥的生产方法，其生产方法包括以下步骤：

(1)生料制备：将高抗蚀硅酸盐熟料的原料备好，经过原料磨磨头电子皮带秤按比例配料入磨进行粉磨，采用湿法粉磨工艺，入磨物料配合一定比例的水分，经过球磨机粉磨成含水量35％的料浆，将料浆泵入料浆泵系统，进行精确配料，放入料浆搅拌大池；

(2)料浆脱水：步骤(1)的料浆经均匀配料泵进入料浆过滤系统，再经真空吸滤机脱水后形成含水20％的料饼；

(3)料饼烘干破碎：料饼通过箱式喂料机，喂到烘干破碎机内，从窑尾来的热风将其烘干成含水3％的生料粉，经烘干后带入旋风分离器内，进行料气分离，分离出来的生料粉分别进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，得到预热分解后的料粉，备用；出旋风分离器的废气用窑尾风机送入除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；

所述的窑尾来的热风即为步骤(4)中篦式冷却机出来的的热风，其温度为600℃；所述分解炉的温度为860℃。

(4)熟料烧成：将步骤(3)预热分解后的料粉喂入回转窑，借助回转窑的斜度和旋转、慢慢地向窑头运动，在烧成带用燃煤将其烧结成高抗蚀硅酸盐熟料，烧结温度为1350℃，时间55min；

煅烧后的高抗蚀硅酸盐熟料出窑落入篦式冷却机，冷却至110℃，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，备用；

所述烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料中，游离氧化钙f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L；所述的回转窑转速为3.4rpm，所述的篦式冷却机推杆速度为15次/min；

所述的篦式冷却机出来的的热风作为二次风再次入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风；

(5)水泥粉磨：步骤(4)得到的高抗蚀硅酸盐熟料经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照高抗蚀硅酸盐熟料：天然石膏＝96∶4进行配比，入磨进行粉磨，即可得到高抗蚀硅酸盐水泥。

实施例4

一种高抗蚀硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：高抗蚀硅酸盐熟料95％，天然石膏5％；

所述的高抗蚀硅酸盐熟料的原料要求为：钙质原料石灰石指标要求：CaO≥53％，MgO≤1.2％，粒度≤25mm；硅质原料选用高硅砂岩，要求SiO

所述的高抗蚀硅酸盐熟料率值控制为：石灰饱和系数LSF＝89±1.5，硅酸率SM＝2.2±0.1，铝氧率IM＝0.75±0.1。所述的天然石膏的材料要求为：SO

所述的高抗蚀硅酸盐水泥的生产方法，其生产方法包括以下步骤：

(1)生料制备：将高抗蚀硅酸盐熟料的原料备好，经过原料磨磨头电子皮带秤按比例配料入磨进行粉磨，采用湿法粉磨工艺，入磨物料配合一定比例的水分，经过球磨机粉磨成含水量36％的料浆，将料浆泵入料浆泵系统，进行精确配料，放入料浆搅拌大池；

(2)料浆脱水：步骤(1)的料浆经均匀配料泵进入料浆过滤系统，再经真空吸滤机脱水后形成含水19％的料饼；

(3)料饼烘干破碎：料饼通过箱式喂料机，喂到烘干破碎机内，从窑尾来的热风将其烘干成含水3％的生料粉，经烘干后带入旋风分离器内，进行料气分离，分离出来的生料粉分别进入烧成系统的旋风预热器、分解炉中，得到预热分解后的料粉，备用；出旋风分离器的废气用窑尾风机送入除尘器进行净化后，经烟囱排入大气；

所述的窑尾来的热风即为步骤(4)中篦式冷却机出来的的热风，其温度为580℃；所述分解炉的温度为850℃。

(4)熟料烧成：将步骤(3)预热分解后的料粉喂入回转窑，借助回转窑的斜度和旋转、慢慢地向窑头运动，在烧成带用燃煤将其烧结成高抗蚀硅酸盐熟料，烧结温度为1400℃，时间50min；

煅烧后的高抗蚀硅酸盐熟料出窑落入篦式冷却机，冷却至120℃，通过推杆的往复运动，进入冷却机尾部的锤式破碎机，经打碎后卸落到链斗输送机上，再由链斗输送机输送至联合库的熟料堆场，备用；

所述烧结后的高抗蚀硅酸盐熟料中，游离氧化钙f-CaO≤0.8％，立升重≥1200g/L；所述的回转窑转速为3.5rpm，所述的篦式冷却机推杆速度为18次/min；

所述的篦式冷却机出来的的热风作为二次风再次入窑，也作为三次风抽往窑尾分解炉燃烧用风及供煤磨烘干原煤用热风；

(5)水泥粉磨：步骤(4)得到的高抗蚀硅酸盐熟料经水泥磨磨头电子皮带秤配料，按照高抗蚀硅酸盐熟料：天然石膏＝95∶5进行配比，入磨进行粉磨，即可得到高抗蚀硅酸盐水泥。

对比例1：中国专利CN106082724B中实施例4的生产方法。

一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，由包含高铁低钙水泥熟料矿物组分、辅助功能组分、辅助胶凝组分、工业石膏制备而成，上述组分按重量百分数为：高铁低钙水泥熟料矿物组分90％，辅助功能组分2％，辅助胶凝组分5％，工业石膏3％(经单独粉磨、共同混合粉磨等工艺生产)。

所述的辅助功能组分为层状锌铝双金属氢氧化物。所述的辅助胶凝组分为矿渣微和钢渣，质量比为1:1的混合物,其比表面积不小于7800m2/kg。所用工业石膏为氟石膏。

所述的高铁低钙水泥熟料矿物组分主要是由高铁低钙硅酸盐水泥熟料与高铁低钙Q相水泥熟料按照10:1配制而成。

所述的高铁低钙硅酸盐水泥熟料由钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料、矿化剂和活化剂制备而成，质量百分数为：大理岩62.86％、黏土13.56％、页岩17.35％、铁尾矿6.23％，所述的矿化剂为晶种熟料和铜渣，质量各占1/2；所述的活化剂为高钛渣中。矿化剂掺入钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料总质量的2％，活化剂的掺入钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料总质量的2％；在温度为1350℃烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为2小时，冷却方式为急冷。

所述的高铁低钙Q相水泥熟料由镁渣、钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料制备而成，质量百分数为：镁渣2.23％、石灰石56.72％、煤矸石27.63％、污泥13.42％和铁矾土10.36％；并在温度1260烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为2小时，冷却方式为急冷。

制备方法包括如下步骤：

1)按上述配比将高铁低钙硅酸盐水泥熟料和高铁低钙Q相水泥熟料混合，得到高铁低钙水泥熟料矿物组分；

2)按上述配比选取高铁低钙水泥熟料矿物组分、辅助功能组分、辅助胶凝组分、工业石膏；先将高铁低钙水泥熟料矿物组分、辅助功能组分、辅助胶凝组分、工业石膏分别单独粉磨，然后混合(均化设备中)，粉磨，得到一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥。

按照实施例1-4和对比例1的方法生产的高抗蚀硅酸盐水泥，进行质量检测。按照GB/T17671-1999标准检测3天和28天抗压强度，按照GB/T 12959-2008测定其7天水化热，按照JC/T 1086-2008测定其氯离子扩散系数，按照GB/T 749-2008测定其28天抗海水侵蚀系数。检测数据如下表1所示，GB/T 31289-2014《海工硅酸盐水泥》中对于强度的要求如下表2所示。

表1 实施例1-4和对比例1的的高抗蚀硅酸盐水泥检测结果

表2 海工硅酸盐水泥抗压强度数值

由表1、2可知，本发明实施例1-4中生产的高抗蚀硅酸盐水泥各项性能均符合GB/T31289-2014《海工硅酸盐水泥》的国家标准的指标要求。其中，3天抗压强度为24.5～25.1MPa，28天抗压强度为55.4～56.1MPa，而《海工硅酸盐水泥》中强度等级为42.5的抗压强度要求为：3天抗压强度达到15.0，28天抗压强度达到42.5，可见，本发明的高抗蚀硅酸盐水泥抗压强度高于国家标准中的最高强度等级的要求。其7天水化热为210～230kJ/kg，属于中地热硅酸盐水泥；其28天氯离子扩散系数为0.45×10

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。