一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性的高活性复合混合材料的制作方法

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性的高活性复合混合材料。
背景技术：
：现有技术和缺陷：混合材料是指以活性氧化硅、氧化铝和其他有效矿物为主要成分，在水泥生产中替代熟料，或在混凝土搅拌过程中替代水泥，具有火山灰活性或潜在水硬性，且能够改善水泥和混凝土性能的粉体材料。在水泥和混凝土中大掺量使用混合材料除了可以降低成本以外，还可以一定程度上改善水泥和混凝土的工作性和耐久性，日益受到生产企业的重视。目前我国水泥和混凝土工业主要采用的混合材料还是传统的磨细矿渣、粉煤灰等工业废料，大量研究表明，矿渣和粉煤灰均可以增强水泥和混凝土的密实度，提高水泥石硬化体抵抗外界侵蚀离子渗透的能力，然而这种密实度的改善作用需要建立在较高掺量的基础上，也不可避免会带来其他不利的影响：1)矿渣由于含有较高的铝相，水化后生成更多的afm(单硫型水化铝酸钙)，在硫酸盐侵蚀环境下更容易生成二次钙矾石(aft，三硫型水化铝酸钙)，发生钙矾石结晶膨胀，使其抗硫酸盐侵蚀性能降低；2)大掺量使用粉煤灰容易造成水泥石中连通孔增多，使得侵蚀离子在水泥石中更容易迁移扩散，造成水泥和混凝土抗氯离子渗透性降低；3)我国水泥工业经过十余年的飞速发展以及商品混凝土的集约化发展，大量的优质混合材料已经基本消耗殆尽，剩余的矿渣和粉煤灰等工业废料或活性不高，难以保证强度，或价格高，运距远，难以广泛使用。解决上述技术问题的难度和意义：因此，基于这些问题，提供了一种以煅烧粘土、低品位石灰石和减水剂制备的复合混合材料，其具有较高的活性，大掺量使用时可保证水泥和混凝土强度不降低，同时可以显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透的能力的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料具有重要的现实意义。技术实现要素：本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种以煅烧粘土、低品位石灰石和减水剂制备的复合混合材料，其具有较高的活性，大掺量使用时可保证水泥和混凝土强度不降低，同时可以显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透的能力的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料，所述由以下重量份的原料制成：50-80份煅烧粘土，19-49.9份石灰石，0.1-1份减水剂，所述石灰石中cao的质量百分比小于48％。本发明提供了一种从水泥和混凝土抗侵蚀破坏机理出发，多方面优化改善抗侵蚀性能的复合混合材料，能够显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀和氯离子渗透性能，同时具有很好的水化反应活性，且其制备方法具有生产工艺简单，适于工业化生产的特点。其具有较高的活性，大掺量使用时可保证水泥和混凝土强度不降低，同时可以显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透的能力。本发明还可以采用以下技术方案：在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料中，进一步的，所述的煅烧粘土为高岭土选矿尾矿和低品质高岭土中的一种或两种组合，经煅烧后制备而成，其化学成分按重量百分比计，所述煅烧粘土的烧失量≤2.0％，al2o3≥25％，fe2o3和tio2≤4.0％。在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料中，进一步的，所述高岭土选矿尾矿和低品质高岭土，其化学成分按重量百分比计，干基烧失量≥8.5％，al2o3≥23％，其矿物组成按重量百分比计，高岭石类矿物≥35％，其余为石英类、长石类、云母类和含铁钛矿物的任意一种或至少两种的组合。在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料中，进一步的，所述石灰石的化学成分按重量百分比计，35.0％≤cao≤47.0％，mgo≤20.0％，烧失量≥35.0％，其矿物组成主要矿物为方解石和白云石的一种或两种复合，其余为石英类、长石类和云母类矿物的任意一种或至少两种的组合。在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料中，进一步的，所述减水剂包括聚羧酸减水剂和萘系减水剂中的任意一种。所有减水剂均可，这两种最常见。本发明另一目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种具有工艺简单，适于规模化工业生产特点的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料的制备方法。一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料的制备方法，所述用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：对高岭土选矿尾矿或低品质高岭土原料进行煅烧，使煅烧粘土烧失量≤2.0％；步骤二：将步骤一所得煅烧粘土粉磨至粉体比表面积为550～900m2/kg；步骤三：将石灰石单独粉磨，控制粉体比表面积为380～500m2/kg；步骤四：将步骤二所得煅烧粘土与步骤三所得石灰石粉和干粉减水剂按照以下原料重量份比例取料后混合均匀：50-80份煅烧粘土，19-49.9份低品位石灰石、0.1-1份减水剂，得到所述用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料。将煅烧粘土和石灰石分别粉磨，再与减水剂按比例混合均匀后得到。具有工艺简单，适于规模化工业生产等特点。在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料的制备方法中，进一步的，步骤一采用回转窑工艺煅烧粘土，具体步骤为：原状高岭土选矿尾矿或低品质高岭土原料经计量喂入烘干机，烘干至含水率≤2％后由窑尾喂入回转式煅烧窑，窑头温度控制850℃至950℃，原料在回转窑内煅烧充分后由窑头卸出，调整窑速控制原料在窑内停留时间确保煅烧粘土烧失量≤2.0％，煅烧粘土经转筒式冷却机冷却待用。在上述的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料的制备方法中，进一步的，步骤一采用预热分解窑工艺煅烧粘土，具体步骤为：原状高岭土选矿尾矿或低品质高岭土原料经计量喂入烘干机，烘干至含水率≤5％后经立式辊磨或球磨机粉磨烘干至含水率≤1％、80μm筛余≤10％，原料经提升机送入多级旋风预热器，经逐级预热后送入在线式分解炉，控制分解炉中部温度750℃至800℃，调整原料喂料量以确保煅烧粘土烧失量≤2.0％，原料在分解炉内快速煅烧后经流化床冷却机冷却后待用。综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：1、本发明利用煅烧粘土与细磨石灰石粉复合，通过二者的颗粒填充效应、熟料水化加速效应、高火山灰反应活性和碳铝酸盐反应活性，充分参与水泥水化反应，具有非常好的复合反应活性，其水化产物能够形成三维网络结构，细化水泥硬化体孔结构，密实水泥水化基体，保证大掺量条件下水泥和混凝土强度不降低。2、本发明通过混合材料自身水化机理研究形成突破，利用煅烧粘土和细磨石灰石的本征反应，细化水泥硬化体孔结构，减少侵蚀性硫酸盐和氯盐的渗透；其水化产物能够稳定钙矾石，阻碍二次钙矾石和二次石膏等膨胀源生成，具有优异的抗硫酸盐侵蚀性能；同时能够固化氯离子，阻碍其在水泥石中的迁移扩散，显著提高抗氯离子渗透的能力。该复合混合材料能够有效提高水泥和混凝土抗侵蚀的能力，延长钢筋混凝土建筑服役寿命，特别适合在近海、沿海及海上工程和盐碱地区等高盐环境下使用。3、本发明利用以高岭土选矿尾矿和低品质高岭土为原料煅烧制备的煅烧粘土替代传统昂贵的偏高岭土材料作为水泥和混凝土的混合材料，扩大了原材料来源，显著降低材料成本，同时为高岭土选矿尾矿和高铁钛的低品质高岭土的综合处理与高质化利用提供了一个新方法。4、本发明利用低品位石灰石作为水泥混合材料，提高了石灰石矿利用率，为建筑行业难以大规模利用的低钙石灰石，特别是低钙高镁石灰石的利用提供了一个新方法。附图说明以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。图1为粘土原料a的矿物组成衍射分析；图2为粘土原料b的矿物组成衍射分析。具体实施方式本发明的复合混合材料具有高活性的原理是：本发明所用高岭土选矿尾矿或低品质高岭土中含有一定含量的高岭石，其经过适宜温度煅烧后脱水分解成为偏高岭土，具有较高的高火山灰活性；细磨石灰石粉本身具有较好的颗粒填充效应和加速水泥熟料矿物水化的作用；同时石灰石中的方解石和白云石在熟料水化产生的氢氧化钙作用下，可以与偏高岭土中的活性铝组分发生碳铝酸盐反应，生成c-a-s-h凝胶和单/半碳水化铝酸钙/镁等水化产物，进一步提高复合混合材料的反应活性。本发明的复合混合材料提高水泥和混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的原理是：首先本发明利用煅烧粘土中偏高岭土组分的颗粒填充效应和高火山灰活性，加速硅酸盐熟料水化，生成大量c-a-s-h凝胶，细化水泥水化基体微观结构，利用低品位石灰石中的方解石或白云石的颗粒填充效应，及其与偏高岭土复合水化生成单/半碳水化铝酸钙/镁，形成三维网络结构，细化水泥硬化体孔结构，密实水泥水化基体，阻碍硫酸盐侵蚀离子的渗透；同时本发明制备的复合混合材料中的偏高岭土组分和碳酸盐组分复合后可以快速消耗吸收水泥熟料水化生成的氢氧化钙，减少氢氧化钙与硫酸盐侵蚀离子及afm(单硫型水化铝酸钙)反应生成二次钙矾石，有效降低钙矾石膨胀破坏和石膏膨胀破坏的发生；最后，细磨石灰石粉与偏高岭土发生碳铝酸盐反应，生成的单/半碳水化铝酸钙/镁化学稳定性高于aft(三硫型水化铝酸钙)，使得aft向afm的转变反应受阻，从而减少afm的生成，进而从根本上减少二次钙矾石生成，因而降低钙矾石膨胀破坏发生的可能，显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。本发明的复合混合材料提高水泥和混凝土抗氯离子渗透性能的原理是：首先本发明利用煅烧粘土中偏高岭土组分的颗粒填充效应和高火山灰活性，加速硅酸盐熟料水化，生成大量c-a-s-h凝胶，细化水泥水化基体微观结构，利用低品位石灰石中的方解石或白云石的颗粒填充效应，及其与偏高岭土复合水化生成单/半碳水化铝酸钙，形成三维网络结构，细化水泥硬化体孔结构，密实水泥水化基体，阻碍外来氯离子的渗透；同时本发明制备的复合混合材料中的偏高岭土组分消耗吸收水泥熟料水化生成的氢氧化钙的同时可以吸收渗透进入水泥石中的少量氯离子，生成弗里德尔盐(friedel’ssalt)，从而固化水泥石内的氯离子，进而阻碍氯离子在水泥石基体中的迁移扩散，因而显著提高水泥和混凝土抗氯离子渗透的性能。为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：方案1：所用粘土原料和低品位石灰石成分见表1表1原材料成分原料losssio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2otio2total粘土原料a9.8957.7023.471.242.830.870.123.040.100.6599.90石灰石a36.3813.060.580.2446.021.010.520.130.021.8099.76粘土原料a为一种高岭土选矿湿排尾矿，矿物组成分析见说明书附图1，经x射线衍射分析，粘土原料a的主要所含矿物为石英，其次为高岭石和少量白云母。粘土原料a经计量喂入烘干机，烘干至含水率≤2％后，由窑尾喂入回转式煅烧窑，在重力作用和传动装置带动下随着筒体的转动沿着筒体由窑尾向窑头运动，窑头温度控制850℃至950℃，调整窑速至0.3rpm，煅烧粘土经转筒式冷却机冷却后，进一步粉磨至粉体比表面积为550～750m2/kg，所得煅烧粘土a化学成分见表2。表2：煅烧粘土成分原料losssio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2otio2total煅烧粘土a0.7363.4425.811.363.110.960.133.340.110.7199.70将石灰石a粉磨至比表面积380～450m2/kg，按表3所列实施例配比，将煅烧粘土a、石灰石a和聚羧酸干粉减水剂混匀，得到所述高活性高抗侵蚀性复合混合材料，按照gb/t17671、gb/t749和jc/t1086测试混合材料大掺量(45％)掺加水泥样品的28天胶砂强度、抗硫酸盐侵蚀系数和氯离子扩散系数(rcm)，测试结果列于表4。表3用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料组成配比表4性能测试结果上述数据表明，本发明的一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料在相同水泥替代量(45％)条件下与市售优质矿渣粉和粉煤灰，及未掺混合材料的基准水泥进行性能对比，可见：1)大掺量下，本发明的复合混合材料配制水泥强度均高于基准水泥，说明其活性较高；同时抗硫酸盐侵蚀系数明显高于基准水泥，而氯离子扩散系数显著低于基准水泥，最低可降低88％，表明其对水泥混凝土抗侵蚀性能的综合提高；2)与同掺量矿粉相比，本发明的复合混合材料配制水泥强度略有提高，抗硫酸盐侵蚀性能和氯离子渗透均好于矿渣粉；3)与同掺量粉煤灰相比，本发明的复合混合材料配制水泥抗硫酸盐侵蚀性能略有提高，而水泥强度和抗氯离子渗透性显著优于粉煤灰。方案2：所用粘土原料和低品位石灰石成分见表5表5原材料成分原料losssio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2otio2total粘土原料b11.0448.8232.871.820.340.190.063.060.081.5899.86石灰石b44.522.210.760.6835.2216.000.080.080.020.0099.57粘土原料b为一种高铁钛、难漂白的高岭土，矿物组成分析见图2，经x射线衍射分析，粘土原料b的主要所含矿物为高岭石，其次为石英和白云母，以及少量的钛铁矿。粘土原料b经计量喂入烘干机，烘干至含水率≤5％后经立式辊磨粉磨烘干至含水率≤1％、80μm筛余≤10％，原料经提升机送入五级旋风预热器，经五级预热后送入在线式分解炉，控制分解炉中部温度750℃至800℃，原料在分解炉内快速煅烧后经流化床冷却机冷却，调整原料喂料量以确保煅烧粘土烧失量≤2.0％，进一步粉磨至粉体比表面积为750～900m2/kg，所得煅烧粘土b化学成分见表6。表6煅烧粘土成分原料losssio2al2o3fe2o3caomgoso3k2ona2otio2total煅烧粘土b1.9254.2836.552.020.380.210.073.400.091.7699.69将石灰石b粉磨至比表面积450～500m2/kg，按表7所列实施例配比，将煅烧粘土b、石灰石b和萘系干粉减水剂混匀，得到所述高活性高抗侵蚀性复合混合材料，按照gb/t17671、gb/t749和jc/t1086测试混合材料大掺量掺加水泥样品的28天胶砂强度、抗硫酸盐侵蚀系数和氯离子扩散系数(rcm)，测试结果列于表8。表7用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料组成配比表8性能测试结果上述数据表明，本发明的一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料在相同水泥替代量(45％)条件下与市售优质矿渣粉和粉煤灰，及未掺混合材料的基准水泥进行性能对比，可见：1)大掺量下，本发明的复合混合材料配制水泥强度均高于或略低于基准水泥，最大强度增幅15％，说明其活性较高；同时抗硫酸盐侵蚀系数明显高于基准水泥，而氯离子扩散系数显著低于基准水泥，最低可降低92％，表明其对水泥混凝土抗侵蚀性能的综合提高；2)与同掺量矿粉相比，本发明的复合混合材料配制水泥强度略有提高，抗硫酸盐侵蚀性能和氯离子渗透均好于矿渣粉；3)与同掺量粉煤灰相比，本发明的复合混合材料配制水泥抗硫酸盐侵蚀性能略有提高，而水泥强度和抗氯离子渗透性显著优于粉煤灰。本发明的一种用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料可以在保证水泥和混凝土强度同时，显著提高水泥和混凝土抗硫酸盐侵蚀和氯离子渗透的能力，有效提高水泥和混凝土的耐久性和服役寿命，特别适合在在近海、沿海及海上工程和盐碱地区等高盐严酷环境下使用；该复合混合材料具有较高反应活性，可以大掺量替代水泥熟料和减少混凝土的水泥用量，是一种低碳环保绿色材料；该复合混合材料可以高掺量利用低品质石灰石和高岭土选矿尾矿及低品质高岭土等难用资源，有利于打造零排放绿色矿山，具有很好的经济效益和环境社会效益。综上所述，本发明可提供了一种以煅烧粘土、低品位石灰石和减水剂制备的复合混合材料，其具有较高的活性，大掺量使用时可保证水泥和混凝土强度不降低，同时可以显著提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透的能力的用于提高水泥混凝土抗侵蚀性能的高活性复合混合材料。以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。当前第1页1 2 3