一种低热水泥及其生产工艺的制作方法

本技术涉及水泥制备，更具体地说，它涉及一种低热水泥及其生产工艺。

背景技术：

1、随着我国基础建设的兴起，混凝土由于其成本低、强度高、耐久性好等优点，已成为桥梁、隧道、铁路、水利等大型工程建设中不可或缺的材料，同时，在国防工程和精密工程领域，为了减少磁干扰，也需要降低混凝土的磁性。水泥作为混凝土中主要的胶凝材料，其性能关系到混凝土的力学性能和耐久性等多个方面，同时，影响混凝土的磁性。混凝土强度随着水泥水化的进行不断增长，水泥水化放出的热量聚集在混凝土内部不易散失使混凝土内部温度升高。混凝土内部温度的升高使得混凝土内、外部之间形成巨大的温差与温度应力，易导致混凝土裂缝的产生，形成混凝土的结构损伤，给工程带来危害。因此，为了保证混凝土工程的质量，除在施工时采取适当的降热措施外还须对所用水泥的水化热进行控制。

2、为了减少热量对混凝土工程质量的影响，研究开发了一种以硅酸二钙为主导矿物的低热硅酸盐水泥，也即低热水泥，低热水泥具有水化热低、后期强度增长率大等特点，低热水泥应用在混凝土中，水化温升较低，达到峰值温度的时间较长，便于减少热量对水泥制品的影响。

3、低热硅酸盐水泥中硅酸二钙含量高，使其具有水化热低、后期强度高等性能优势，但由于硅酸二钙前期水化速度慢从而导致水泥早期强度低，从而影响了低热硅酸盐水泥的使用。

4、因此，亟需制备一种早期强度高、水化热低的低热水泥。

技术实现思路

1、为了进一步提高低热水泥的早期强度，本技术提供一种低热水泥及其生产工艺。

2、第一方面，本技术提供一种低热水泥，采用如下的技术方案：

3、一种低热水泥，主要由如下重量份数的原料制成：硅酸盐水泥熟料70-80份、石膏8-9份、粉煤灰5-10份、助磨剂1-2份、辅助剂3-5份、增强剂5-8份，所述辅助剂包括三羟甲基乙烷、煤焦沥青和微硅粉，所述增强剂包括石灰石、改性空心玻璃微珠和碳纤维；所述改性空心玻璃微珠的制备方法，包括如下步骤：s1、中间料一制备：将玄武岩纤维、空心玻璃微珠粉磨并混合均匀，加入熔融后的聚酯树脂，冷却，粉磨，得到中间料一；s2、中间料二制备：将肉豆蔻酸、二甲基甲酰胺、氯化亚砜混合，反应，得到预处理肉豆蔻酸，将半乳糖醇与预处理肉豆蔻酸混合，反应，得到肉豆蔻酸半乳糖酯；将肉豆蔻酸半乳糖酯、聚乙二醇、氧化铝混合，得到混合物，将混合物与珍珠岩混合，得到混合珍珠岩，在真空条件下，放置，干燥，得到中间料二；s3、改性空心玻璃微珠生产：将步骤s1制得的中间料一浸渍在丙烯酸乳液中，得到预处理中间料一，将预处理中间料一与步骤s2制得的中间料二、玻璃纤维、四针状氧化锌晶须、氮化硼、苯基硅油、氧化铝混合，干燥，即得。

4、优选的，所述氮化硼为六方晶型氮化硼。

5、通过采用上述技术方案，在水泥制备过程中加入助磨剂、辅助剂和增强剂三种组分，助磨剂、辅助剂和增强剂三种组分与水泥熟料、石膏相互作用，一方面便于减少水泥在使用过程中的水化热，一方面便于将水泥水化过程中产生的水化热导出，降低水泥水化过程中热量聚集，从而减少热量对水泥制得的水泥制品强度的影响；其中，

6、辅助剂包括三羟甲基乙烷、煤焦沥青和微硅粉，三羟甲基乙烷、煤焦沥青、微硅粉三种组分相互配合，便于与增强剂协同作用，从而降低水泥的水化热，同时，减少水化热对水泥性能的影响，提高水泥的抗压强度；

7、增强剂包括石灰石、改性空心玻璃微珠和碳纤维，石灰石颗粒成为晶核，表面会沉积大量的水化产物连生体并形成密集的毯状堆积物和清晰的毛丛区，从而提高了水泥各组分的连接强度，从而使得制得的水泥膨胀率低，且微观结构致密，微裂纹明显减少；碳纤维容易相互接触，且与增强剂相互配合，形成导热通路，便于与改性空心玻璃微珠表面的四针状氧化锌晶须、氮化硼相互配合，减少热量对于水泥性能的影响；改性空心玻璃微珠为以空心玻璃微珠为芯层，壳层填充混杂原料，在空心玻璃微珠表面形成不同堆砌度的导热粒子分布及立体结构，形成最大粒子堆度，充分发挥各组分之间的协同导热通路效应，改善基体的导热性能。

8、优选的，所述增强剂由石灰石、改性空心玻璃微珠、碳纤维按质量比(5-10):(8-15):(2-3)组成。

9、通过采用上述技术方案，增强剂由石灰石、改性空心玻璃微珠、碳纤维三种组分复配得到，对三种组分的配比进行调整，使得三种组分的配比达到最佳；石灰石与石膏相互配合，共同参与水泥的水化作用，生成以单碳型铝酸钙为主的水化产物，水化碳铝酸钙膜包覆在熟料颗粒上，减缓了水泥熟料的水化与凝结，使得凝结结构形成延迟，有利于水泥浆体致密结构的形成，减少钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙的转变，稳定钙矾石的生成，而单碳型铝酸钙为六方片状晶体，这些晶体的尺寸在水化初期会迅速增大，并且转变为牢固连生的结晶聚集体；碳纤维容易相互接触，且与增强剂相互配合，形成导热通路，便于与改性空心玻璃微珠表面的四针状氧化锌晶须、氮化硼相互配合，减少热量对于水泥性能的影响；改性空心玻璃微珠采用自制的方式，壳层含有四针状氧化锌晶须、氮化硼、氧化铝导热材料以及含有肉豆蔻酸半乳糖酯、珍珠岩的包覆层材料，芯层为空心玻璃微珠、玄武岩纤维混合材料，由此制得的改性空心玻璃微珠耐热性佳，且导热性较强，同时将产生的热量通过相变的形式储存起来，当温度低于某一个阈值时释放，使温度处于合理的范围，减少热量对水泥性能的影响，苯基硅油有助于润湿改性空心玻璃微珠表面的导热混合材料，从而更好的建立导热通道，有效降低复合材料的黏度，增加材料的热导率。

10、优选的，所述辅助剂由三羟甲基乙烷、煤焦沥青、微硅粉按质量比(3-5):(2-3):(7-8)组成。

11、通过采用上述技术方案，辅助剂由三羟甲基乙烷、煤焦沥青、微硅粉三种组分复配得到，对三种组分的配比进行调整，使得三种组分的配比达到最佳；微硅粉为低水化热材料，且耐热性佳，不参与水化反应，与水化产物相互连接，使得整体结构紧凑致密，孔隙和裂缝较少，渗透性低，具有高强度的性能；煤焦沥青具有吸热储能效果，便于更好地控制水化过程中水泥浆浆体的问题，有助于水泥浆实现低放热且满足抗压强度的生产需求；三羟甲基乙烷发生相变前，羟基形成了分子间缔合的氢键，相变后，三羟甲基乙烷分子沿着分子层移动并导致氢键发生断裂，从而与煤焦沥青、微硅粉相互配合，减少热量对水泥水化过程的影响。

12、优选的，所述氧化铝的粒径级配为10μm的质量占比30-40%、40μm的质量占比为45-50%、80μm的质量占比为10-25%。

13、通过采用上述技术方案，氧化铝采用多种粒径进行混合的方式，大粒径的氧化铝分散在玻璃纤维、四针状氧化锌晶须、氮化硼的间隙中，有助于提高改性空心玻璃微珠表面的密实性，从而提高改性空心玻璃微珠的导热性，提高热量传递的速度，小粒径氧化铝在包覆层表面分散均匀，部分小粒径氧化铝主要填充于大粒径氧化铝之间缝隙，使得氧化铝之间构成更加多的联接点，构成紧密的堆砌结构，增加导热通路。

14、优选的，所述碳纤维为预处理碳纤维，所述预处理碳纤维的制备方法，包括如下步骤：将碳纤维、浓硝酸混合，超声处理，真空抽滤去酸，冲洗至中性，烘干，即得。

15、通过采用上述技术方案，碳纤维具有高强度、高模量的特点，其在水泥基体中以三维网络均匀分布，能够分散和传递基体受到的应力，限制微裂缝的发展；浓硝酸超声处理后的碳纤维表面附着了大量水泥水化产物，且与水泥基体相容性好，界面粘结增强，有效提高了水泥基体的强度。

16、优选的，所述碳纤维的直径为20-30μm，长度为1-2mm。

17、通过采用上述技术方案，高长径比的碳纤维容易相互接触，形成导热通路，且容易形成导热网链结构，便于将水泥水化过程中产生的水化热导出，与改性空心玻璃微珠表面的四针状氧化锌晶须、氮化硼相互配合，进而减少热量对于水泥在水泥制品中性能的影响。

18、优选的，所述助磨剂由三异丙醇胺、糖蜜、2，4-二甲苯磺酸按质量比(1-2):(2-3):(4-5)组成。

19、通过采用上述技术方案，助磨剂由三异丙醇胺、糖蜜、2，4-二甲苯磺酸三种组分复配得到，对三种组分的配比进行调整，使得三种组分的配比达到最佳；由于助磨剂加入到水泥中，使得水泥颗粒的离子键的断裂，产生了电子密度的差异，使得颗粒达到更细的状态，从而降低水泥颗粒的粒径；三异丙醇胺有助于促进铁铝酸四钙的水化，通过络合作用促进铁离子和铝离子的溶解，加快铁离子和铝离子向水化产物生长点移动和沉积，在三异丙醇胺的作用下，不断促进铁铝酸四钙的水化，有助于增强水泥的强度；糖蜜中的糖类物质可以吸附在水泥颗粒或者水化产物表面，形成临时保护膜，从而抑制水泥早期水化，延长诱导期，从而减少水化热的释放量，这层临时保护膜在水化过程中逐渐被破坏，糖类物质消耗在水化产物中，水化逐渐正常，浆体结构不会受到不良影响；同时，通过吸附或者络合作用，使得水化产物均匀生长，结构致密，提高水泥强度。

20、优选的，所述石膏为磷石膏、柠檬石膏、脱硫石膏中的任意一种。

21、通过采用上述技术方案，石膏在使用时，作为缓凝剂与铝酸三钙反应，有效降低矿物的水化热，提高了水泥的力学性能。

22、第二方面，本技术提供一种低热水泥的生产工艺，采用如下技术方案：

23、一种低热水泥的生产工艺，包括如下步骤：

24、（1）混合料制备：将硅酸盐水泥熟料、石膏、粉煤灰、助磨剂、辅助剂、增强剂混合，得到混合料；

25、（2）水泥制备：将步骤（1）得到的混合料共同粉磨，即得。

26、通过采用上述技术方案，本技术水泥采用合理的原料搭配，形成具有力学性能佳的低热水泥，且制备工艺简单。

27、优选的，所述步骤（1）混合采用的拌合叶片为塑料叶片。

28、通过采用上述技术方案，混合采用的拌合叶片为塑料叶片，便于减少生产过程中产生磁化效应的情况出现。

29、综上所述，本技术具有以下有益效果：

30、1、本技术的低热水泥在制备过程中加入助磨剂、辅助剂和增强剂三种组分，助磨剂、辅助剂和增强剂三种组分与水泥熟料、石膏相互作用，一方面便于减少水泥在使用过程中的水化热，一方面便于将水泥水化过程中产生的水化热导出，降低水泥水化过程中热量聚集，从而减少热量对水泥制得的水泥制品强度的影响。

31、2、本技术的低热水泥的增强剂由石灰石、改性空心玻璃微珠、碳纤维复配得到，石灰石与石膏相互配合，共同参与水泥的水化作用，生成以单碳型铝酸钙为主的水化产物，水化碳铝酸钙膜包覆在熟料颗粒上，减缓了水泥熟料的水化与凝结，使得凝结结构形成延迟，有利于水泥浆体致密结构的形成；碳纤维容易相互接触，且与增强剂相互配合，形成导热通路，便于与改性空心玻璃微珠表面的四针状氧化锌晶须、氮化硼相互配合，减少热量对于水泥性能的影响；改性空心玻璃微珠采用自制的方式，壳层含有四针状氧化锌晶须、氮化硼、氧化铝导热材料以及含有酸酯、珍珠岩的包覆层材料，芯层为空心玻璃微珠、玄武岩纤维混合材料，由此制得的改性空心玻璃微珠耐热性佳，且导热性较强，便于减少热量对于水泥性能的影响。