水泥-SCM混合料使用颗粒堆积原理增加颗粒堆积密度和减小水泥和SCM之间的填隙间距。颗粒堆积减小了获得具有期望的流动的水泥浆需要的水量，降低了水-胶凝材料比(w/cm)，并增加了早期和长期强度。这可通过提供具有窄的PSD的水硬水泥部分和至少一种SCM部分来实现，所述至少一种SCM部分具有的平均粒径以3.0或更多倍数不同于窄的PSD水泥的平均粒径，以获得具有至少57.0％的颗粒堆积密度的水泥-SCM混合料。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】颗粒堆积的水泥-SCM混合料专利技术背景1.专利
本专利技术一般是水硬水泥和混凝土的领域。2.相关技术补充水泥材料(SupplementaryCementitious Materials) ( “SCMs”)，如粉煤灰、炉渣、天然火山灰，和石灰岩，在混凝土中经常用来代替部分硅酸盐水泥。SCMs能够产生具有更高耐久性、更低氯离子渗透性能、蠕动减小、对化学侵蚀的抗性增加、更低的成本和对环境影响减小的改进的混凝土。火山灰与水泥水化期间释放的氢氧化钙反应。石灰岩能够提供填充作用和成核位置。硅酸盐水泥，有时还称作“水泥熟料”或“0PC” ( “普通硅酸盐水泥(dinaryPortland cement) ”的首字母缩写)，是混凝土中最昂贵的组分。水泥熟料的制造贡献了所有人造CO2的估计5-7%。对于降低水泥熟料(“熟料”)消耗存在长期但未满足的需要。已经有大量的学术会议和刊物致力于用SCM取代部分熟料的理念。尽管低成本的SCMs供大于求，但是业界仍不能克服技术障碍以更有效地利用SCMs。经过数年的研究和讨论后，这种不能充分利用容易获得的且比较便宜的SCMs以降低熟料消费(尽管这样做可降低成本并有益于环境)意味着利用SCMs的常规实践是不恰当的。全球每年有数亿吨的废弃SCMs如粉煤灰和钢渣丢弃到环境中，这对生产者有一定的成本而对环境的成本更大。 SCMs是非故意产生的用于与OPC混合的典型废品。因为OPC和SCMs经常是由不同行业为了不同原因生产的，OPC制造商对SCM生产影响很小或没影响且SCM生产商对OPC制造影响很小或没影响。结果是水泥制造商继续生产并优化单独使用的0PC，而不考虑当用SCMs代替时OPC的表现。水泥制造商刻意生产具有宽的粒径分布(“PSD”)(例如，大约1-60 μ m之间)的OPC试图在牵制效应和反应性要求、强度发展速率、需水量、内部颗粒空隙、浆密度、孔隙率、自收缩和研磨成本之间取得平衡。选择PSD和化学性以优化OPC的单独使用。SCM替代是次级的并且对水泥如何制造影响小或没影响。在相互研磨熟料和SCM时稍微升高布莱恩细度(Blainefineness)以抵消阻滞仅仅是“优化” SCM替代的水泥的商业尝试。SCMs通常比熟料反应性更小并且通过稀释阻碍强度发展。尽管有些OPC-SMC混合料能够接近OPC在后期(>56天)的强度，然而当超过10-20%的OPC由SCM代替时，早期(1-28天)强度严重受影响。早期强度损失和/或凝固时间延迟限制了 SCM在混凝土中的使用。常规的解决方案是“固定”SCMs以使它们更有活性，例如，通过更细地研磨它们，独立地或通过与熟料相互研磨。还没有方案解决SCM未充分利用的问题。同时，废弃的SCMs以令人担心的数量继续在世界各地累积，并且在OPC生产和SCM的有效利用上仍然是分离的。专利技术实施方案概述[0011 ] 优化与彼此一起使用的水硬水泥和SCMs O在一个方面中,水泥-SCM混合料可利用颗粒堆积原理增加颗粒堆积密度(“PPD”)并减小颗粒之间的空隙。生产颗粒堆积的水泥部分和SCM部分减小获得具有期望的流动的水泥浆所需要的水量，降低“水与总胶凝材料比”(w/cm)，和增加早期和长期强度。颗粒堆积的水泥-SCM混合料相比于单独的OPC和常规的水泥-SCM混合料，特别是具有比OPC更高的布莱恩的相互研磨的材料增加了浆密度且降低了需水量。高的颗粒堆积密度可通过优化水泥部分和SCM部分各自的PSD以减小填隙空位空间(interstitial void space)完成。独立地处理水泥部分和SCM部分，当优化它们用于相互混合时，还允许选择PSDs和/或化学性以优化每种组分各自的贡献和/或混合料的整体协同。根据一个实施方案，具有窄的PSD的水硬水泥部分和具有以3倍或更多倍数不同于窄的PSD水泥平均粒径的平均粒径的至少一种SCM部分提供了具有至少57.0%颗粒堆积密度的水泥-SCM混合料。通过下面的说明书和所附权利要求，本专利技术的这些和其他的优势和特征将变得更加明显，或者可通过下文所列举的本专利技术的实施了解到。【附图说明】为了进一步阐明本专利技术上述的和其他的优势和特征，本专利技术更具体描述将参考在附图中说明的其具体 实施方案而提出。应当理解，这些附图仅描述本专利技术的说明性的实施方案并因此不应认为限制其范围。通过使用如下的附图将更具体和详细地描述和解释本专利技术，其中:图1A-1B为制造具有期望的PSD的水硬水泥和水泥-SCM混合料的示例性方法的流程图；图2为图示说明越级配的水泥-SCM混合料中的水泥和SCM组分的PSD实例的曲线图；图3A-3E为图示说明示例性的颗粒堆积的水泥-SCM混合料中的水泥和SCM组分的PSD实例的曲线图；图4A-4D图示说明用于制造窄的PSD水硬水泥的单一分级器研磨和分级体系实例；图5A-5D图示说明用于制造窄的PSD水硬水泥的两个分级器研磨和分级体系实例；图6A-6F图示说明用于制造窄的PSD水硬水泥的三个分级器研磨和分级体系实例；图7A-7F图示说明用于制造窄的PSD水硬水泥的四个分级器研磨和分级体系实例。优选实施方案详述1.介绍水泥-SCM混合料包括水泥部分和SCM部分，当期望好的流动特性时，将其在早期阶段优化以获得水泥浆(例如，灰浆或混凝土中)的高的颗粒堆积密度(“PPD”)。高PPD混合料使水泥部分的强度赋予性能(strength-1mparting property)最优化,提高SCM部分的空间填充能力，和，在许多情况下，从SCM部分的至少一部分获得额外的长期强度。使用级配良好的骨料(aggregate)增加骨料堆积密度的“颗粒堆积”的理念在混凝土中已经有极大优势用于减少生产具有期望强度的混凝土所需的水泥浆的量。以实例说明，单一骨料混凝土砂浆可包括具有55 %的天然PPD的砂。因此，大体积的砂浆包括45 %的颗粒之间的空的空位空间(void space)。结果,所述砂衆包括至少45%体积的水泥衆。在这一假设下，简单地使用具有不同平均粒径的第二骨料，如小卵石或岩石，可将骨料部分的颗粒堆积密度从55%增加到70-85%，其大幅地降低了生产同样强度的混凝土所需的水泥浆的量。加入第三骨料可进一步增加骨料堆积密度并减少水泥浆体积。使用挑选的级配良好的骨料以优化骨料堆积密度可用于设计具有最优的水泥浆体积的高强度混凝土。类似的颗粒堆积理念还未用于OPC或水泥-SCM混合料中，其中仍在使用宽的粒径分布(例如，Fuller分布)或者较窄的分布(例如，由Tsivilis主张的)。在实际中，使用常规方法生产具有高的PPD的OPC的唯一办法是使PSD曲线变平和延伸端点(例如，降低dlO和/或提高d90)。然而，简单地降低dlO至已发现为最佳的dlO以下增加了研磨成本而没有相应的效益。例如，在某一尺寸(例如，0.5-1.5 μ m)以下的水泥颗粒当与水混合时几乎立即溶解。增加快速溶解于水中的水泥颗粒的量不增加其余的水泥颗粒的PPD。另一方面，实际上，增加水泥颗粒的d90可增加在水泥浆中的水泥颗粒的PPD。但是净效应(neteffect)可为减小水泥的整体表面面积和反应性，其减小了强度发展速率并增加了不能完全水化但是仍为昂贵的填充物的大的水泥颗粒的数目。鉴于前述本文档来自技高网...
【技术保护点】
水泥‑SCM混合料，包含：窄的PSD水硬水泥部分，其具有由PSD低端点、粒径中值和PSD高端点表征的PSD；和至少一种SCM部分，其具有由不同于水硬水泥部分的PSD低端点、粒径中值和PSD高端点的PSD低端点、粒径中值和PSD高端点表征的PSD，以便水泥‑SCM混合料形成具有至少57.0％的最大颗粒堆积密度的水泥浆。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.20 US 61/549,7421.水泥-SCM混合料，包含: 窄的PSD水硬水泥部分，其具有由PSD低端点、粒径中值和PSD高端点表征的PSD ;和至少一种SCM部分，其具有由不同于水硬水泥部分的PSD低端点、粒径中值和PSD高端点的PSD低端点、粒径中值和PSD高端点表征的PSD，以便水泥-SCM混合料形成具有至少57.0%的最大颗粒堆积密度的水泥浆。2.如权利要求1所述的水泥-SCM混合料，其中所述水泥-SCM混合料形成具有至少60%的最大颗粒堆积密度的水泥浆。3.如权利要求1所述的水泥-SCM混合料，其中所述水泥-SCM混合料形成具有至少65%的最大颗粒堆积密度的水泥浆。4.如权利要求1所述的水泥-SCM混合料，其中所述水泥-SCM混合料形成具有至少70%的最大颗粒堆积密度的水泥浆。5.如权利要求1-4任一项所述的水泥-SCM混合料，其中所述水泥-SCM混合料包含第一 SCM部分，其具有使得水硬水泥部分的粒径中值为所述第一 SCM部分的粒径中值的至少3.0倍的粒径中值，和第二 SCM部分，其具有为水硬水泥部分的粒径中值的至少3.0倍的粒径中值。6.如权利要求5所述的水泥-SCM混合料，其中水硬水泥部分的粒径中值为第一SCM部分的粒径中值的至少3.5倍和/或第二 SCM部分的粒径中值为水硬水泥部分的粒径中值的至少3.5倍。7.如权利要求5所述的水泥-SCM混合料，其中水硬水泥部分的粒径中值为第一SCM部分的粒径中值的至少4倍和/或第二 SCM部分的粒径中值为水硬水泥部分的粒径中值的至少4倍。8.如权利要求5所述的水泥-SCM混合料，其中水硬水泥部分的粒径中值...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·M·桂恩，安德鲁·S·汉森，
申请(专利权)人：罗马水泥有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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