低熟料胶凝材料及其制备方法与应用

本发明涉及水泥混凝土生产，尤其涉及混凝土用低熟料胶凝材料领域，具体来讲，涉及低熟料胶凝材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、通用硅酸盐水泥是目前各类建设工程中使用量最大、应用最为广泛的无机非金属胶凝材料。按照建筑物/构筑物的相关设计规范，建设工程混凝土配合比设计中普遍要求须采用p.o42.5及以上等级普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥。而按照gb 175《通用硅酸盐水泥》规定，p.o42.5及以上等级普通硅酸盐水泥(熟料+石膏≥80％)或硅酸盐水泥(熟料+石膏≥95％)中，高碳排放硅酸盐水泥熟料配比因子均过高。硅酸盐水泥行业co2直接排放主要产生于硅酸盐水泥熟料生产过程中的碳酸盐分解和煤炭燃烧，我国水泥行业co2直接排放占全社会co2排放总量的13％以上，全行业co2减排压力巨大。在保障经济社会高速发展对水泥供应总量要求不减少的前提下，进一步降低混凝土用水泥中硅酸盐水泥熟料的用量和进一步降低混凝土中高碳排放硅酸盐水泥熟料含量是目前建材工业“碳达峰”目标达成的最现实和行之有效的手段。

2、c30等级混凝土是当前混凝土行业设计使用量最大的品种，常规配合比设计一般采用p.o42.5等级普通硅酸盐水泥，且同时使用传统粉煤灰、矿渣粉单掺或双掺进行混凝土配制生产，以节约成本和改善混凝土各项性能。但是，随着建材行业碳达峰相关政策实施，一方面，水泥行业需要通过降低硅酸盐水泥中熟料配比系数减少碳排放；另一方面，混凝土行业在水泥中熟料配比系数降低的情况下，在使用低熟料水泥时，仍希望能够使用传统粉煤灰和矿渣粉。

3、因此，设计一种c30等级混凝土用低熟料胶凝材料的制备方法与应用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种c30等级混凝土用低熟料胶凝材料，本发明的目的之二在于降低水泥工业中碳排放，本放明的目的之三在于提供一种低熟料胶凝材料的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种低熟料胶凝材料，所述胶凝材料由多种原料混合而成，所述多种原料按物料干基质量百分比计，包括30％～50％的煅烧高铁矾土尾矿、10％～20％的白云石、35％～45％的硅酸盐水泥熟料以及4％～6％的石膏。

3、可选择地，所述煅烧高铁矾土尾矿活性指数≥100％，其中fe2o3、sio2和al2o3三种氧化物质量总和占比≥95％；fe2o3质量百分含量＞15％且＜20％。

4、可选择地，所述煅烧高铁矾土尾矿经700℃～800℃煅烧0.5h～1.5h后急速冷却获得。

5、可选择地，所述白云石的camg(co3)2品位不低于90％。

6、可选择地，所述石膏包括天然石膏、磷石膏、脱硫石膏和钛石膏中的一种或多种。

7、本发明另一方面提供了一种低熟料胶凝材料的制备方法，所述胶凝材料为上述的胶凝材料，所述方法包括以下步骤：

8、按物料干基质量百分比称取各种原料；

9、喷入粉磨助剂将按配比称取的原料混合粉磨；

10、粉磨至达标后出磨入库，制得低熟料胶凝材料。

11、可选择地，所述粉磨助剂用量占粉磨原料总质量的0.5％～1％。

12、可选择地，所述粉磨助剂由多种原料混合而成，所述多种原料按质量百分比计包括：45％～50％的甲酸钙、45％～50％的萘系磺酸盐减水剂和3％～5％的三乙醇胺。

13、可选择地，所述达标条件包括：将粉磨原料磨至粒度45μm筛余＜20％且比表面积≥600m2/kg。

14、可选择地，所述制得低熟料胶凝材料的胶砂28天抗压强度≥42.5mpa。

15、本发明再一方面提供了一种低熟料胶凝材料在c30等级混凝土中的应用，所述低熟料胶凝材料由上述的方法制备得到。

16、可选择地，所述c30等级混凝土的构成组分用量包括：单方c30等级混凝土胶凝材料用量310～340kg/m3，低熟料胶凝材料用量220～280kg/m3，粉煤灰和矿渣粉总量60～110kg/m3；所述混凝土中水泥熟料含量≤100kg/m3。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

18、1)本发明低熟料胶凝材料中低碳排放材料用量大，混凝土中高碳排放硅酸盐水泥熟料含量低，能够有助于水泥工业碳减排，增加混凝土的绿色低碳属性，应用前景广阔。

19、2)本发明煅烧大宗工业固废高铁矾土尾矿加工过程中，无碳酸盐分解产生二氧化碳，且可以使用碳中性的替代燃料或者直接使用绿电，是一种绿色低碳材料；煅烧高铁矾土尾矿中含有无定型氧化铝、二氧化硅和氧化铁，在胶凝材料体系中具有极高的火山灰活性。

20、3)本发明原料白云石是我国储量巨大、价格低廉的天然矿物材料；其在胶凝材料体系中可以与水泥水化产物氢氧化钙、铝相以及煅烧高铁矾土中的无定型二氧化硅和氧化铝反应，生成碳铝酸盐水化产物以及层状双氢氧化物(ldh)，能够提高胶凝材料力学性能和耐久性。

21、4)本发明实现了固废和大宗天然易得矿物的高效利用；同时，加工过程不直接排放co2，绿色低碳、环保和经济效果显著。

22、5)本发明低熟料胶凝材料强度高，水泥熟料含量低，且可与传统粉煤灰、矿渣粉复合用于配制c30等级混凝土，与传统c30等级混凝土生产工艺无缝链接，且混凝土中水泥熟料用量进一步降低，从而使co2负荷降低。

技术特征：

1.一种低熟料胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料由多种原料混合而成，所述多种原料按物料干基质量百分比计，包括30％～50％的煅烧高铁矾土尾矿、10％～20％的白云石、35％～45％的硅酸盐水泥熟料以及4％～6％的石膏。

2.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述煅烧高铁矾土尾矿活性指数≥100％，其中fe2o3、sio2和al2o3三种氧化物质量占比总和≥95％；fe2o3质量百分含量＞15％且＜20％。

3.根据权利要求2所述的胶凝材料，其特征在于，所述煅烧高铁矾土尾矿经700℃～800℃煅烧0.5h～1.5h后急速冷却获得。

4.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述白云石的camg(co3)2品位不低于90％。

5.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述石膏包括天然石膏、磷石膏、脱硫石膏和钛石膏中的一种或多种。

6.一种低熟料胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述胶凝材料为权利要求1-5中任一项所述的胶凝材料，所述方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述粉磨助剂用量占粉磨原料总质量的0.5％～1％；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述达标条件包括：将粉磨原料磨至粒度45μm筛余＜20％且比表面积≥600m2/kg。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制得低熟料胶凝材料的胶砂28天抗压强度≥42.5mpa。

10.一种低熟料胶凝材料在c30等级混凝土中的应用，其特征在于，所述低熟料胶凝材料由权利要求6-9中任一项所述的方法制备得到；

技术总结
本发明提供了一种低熟料胶凝材料及其制备方法与应用，所述胶凝材料由多种原料混合而成，所述多种原料按物料干基质量百分比计，包括30％～50％的煅烧高铁矾土尾矿、10％～20％的白云石、35％～45％的硅酸盐水泥熟料以及4％～6％的石膏。本发明制得的低熟料胶凝材料可按照常规C30等级混凝土配合比制备混凝土，所制备混凝土力学性能均可达到C30等级，但硅酸盐水泥熟料的含量更低，有助于水泥工业碳减排；本发明原料绿色低碳，在胶凝材料体系中具有极高的火山灰活性，能够提高胶凝材料力学性能和耐久性；本发明实现了固废和大宗天然易得矿物的高效利用，加工过程不直接排放CO2，绿色低碳、环保，经济效果显著。

技术研发人员：李军,王彬,王强,曾计生,李润国,郑现明,李晓英,卢忠远
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25