本发明专利技术涉及一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥及其制备方法，属于水泥生产领域，主要应用于复杂海洋环境、西部严酷环境中的工程项目，也涉及建筑材料领域。一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于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60%‑90%，辅助功能组分2%‑10%，辅助胶凝组分5%‑25%，工业石膏3%‑7%；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相水泥熟料配制而成，高铁低钙硅酸盐水泥熟料与高铁低钙Q相水泥熟料的质量比为5‑15:1。该水泥不仅抗海水侵蚀能力强、早期强度高，而且具有低收缩、低水化热的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥及其制备方法，属于水泥生产领域，主要应用于复杂海洋环境、西部严酷环境中的工程项目，也涉及建筑材料领域。
技术介绍
硅酸盐水泥是我国建筑行业基础性原材料。随着我国国家海洋战略和“一带一路”战略的实施，将掀起我国复杂近、远海环境下基础设施建设新高潮，硅酸盐水泥基材料在海洋浪、潮汐、干湿循环、盐、高温/冻融等复杂环境下的开裂、耐久性退化等劣化现象非常严重，根据住建部一项调查表明，海洋建筑的使用寿命仅为15-20年左右，盐湖地区普通混凝土1-2年腐蚀，远不能达到耐久性寿命50年甚至更长的要求，这不仅影响基础设施的使用性和安全性，而且造成国民经济巨大损失。同时海洋恶劣施工环境，对于水泥基材料具有高早强、快施工的要求，因此，用于复杂海洋环境中的水泥需同时具备优良的抗侵蚀能力、早期强度。硅酸盐水泥的主要水化产物如氢氧化钙、水化硫铝酸钙、C-S-H凝胶等在侵蚀环境中具有热力学不稳定性的特征，单采用普通水泥和调整水灰比的方法不能解决水泥基材料在海洋环境下海洋工程的耐久性问题。因此，研究者们提出了提升水泥基材料长寿命的方法，一是通过掺加活性掺合料的方式，并基于此思路生产了海工硅酸盐水泥，通过大量掺加粉煤灰、矿粉、硅灰等，增加水泥基材料致密性，提高有害离子的吸附能力，这种方法存在诸多问题，易受到原材料的地域和组成、与外加剂的相容性、施工工艺等因素影响，具有较大的局限性，同时一些掺合料对水泥基材料耐久性的改善效果也存在争议，例如高铝掺合料对抗硫酸盐侵蚀不利，粉煤灰等掺合料将显著降低水泥基材料的早期强度，对于施工不利；二是通过调控C3S和C3A含量，减少水化硫铝酸钙和氢氧化钙等水化产物的生成量，提高抗硫酸盐和镁盐侵蚀性能，目前国内抗硫酸盐侵蚀水泥是基于此思路生产使用，然而由于矿物相的变化不仅造成水泥基材料早期强度降低，而且导致抗氯离子侵蚀等性能显著降低，不能满足复杂海洋海洋环境下的工程建设要求。目前，国内大量研究和专利基于上述两个思路改善水泥和混凝土的抗侵蚀性能，例如专利《一种提高普通混凝土耐久性的复合掺合料及其制备方法》、《一种混凝土抗侵蚀剂及其制备方法和应用》、《抗侵蚀MEC海工水泥基复合材料及制造方法》、《一种掺加改性偏高岭土的海工水泥》等以粉煤灰、偏高岭土、废渣、尾矿等活性掺合料大比例取代水泥的方式，提高混凝土的抗侵蚀性能；专利《抗侵蚀低钙硅酸盐水泥及其制备方法》通过提高水泥中贝利特含量，降低铝酸三钙含量来提升其抗离子侵蚀性能，但都不利于早期强度的发挥。针对早强的不足，武汉工业大学冯修吉、黄从运等学者通过提高硅酸盐水泥中铁相的含量和活性来提高早期强度和抗硫酸盐侵蚀性能，但因其本质上还主要是铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥，与本专利的硅酸盐体系不同，反应增强机理不同。另外姜奉华、焦有宙、孟涛等研究了一种含Q相的铝酸盐水泥熟料，该种熟料具有早期强度高、后期强度持续增长的特点，具有较好的应用前景，但是其本质上是一种低碱度体系，与广泛应用的硅酸盐水泥具有本质的区别。中国建筑材料研究总院开发了硫铝酸盐水泥等低钙水泥，其具有早期强度高、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点，但带来钢筋锈蚀等劣化隐患。虽然上述水泥明显改善了海洋环境下抗硫酸盐和化、早期强度等某些方面性能，但同时带来其他问题。综上所述，大量的文献调研和专利发现，国内外研究主要集中于通过掺加矿物掺合料、提高混凝土生产质量、改善施工工艺等提升工程的耐久性能，取得了一些成果，但仍显不足，复杂海洋环境下水泥基材料的抗劣化能力还较弱，尤其无法满足远海复杂工况条件下工程施工要求，已有的措施显著降低了早期强度，增加了施工难度，这与恶劣施工环境高早强、快施工的要求相悖。针对水泥早期强度不足，国内开发了高铁铝酸盐水泥、含Q相铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，但因其带来海洋严酷环境下某些性能的大幅下降，仍不能满足工程建设的要求。为了彻底解决复杂海洋环境下工程结构过早劣化的问题，设计生产一种成本较低、早期强度高、抗冲刷能力强、抗侵蚀性能好的新型硅酸盐水泥是实现这一目标的关键。
技术实现思路
本专利技术目的旨在提供一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥及其制备方法，该水泥不仅抗海水侵蚀能力强、早期强度高，而且具有低收缩、低水化热的特点。本专利技术目的采用下述技术方案来实现：一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于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)。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相水泥熟料配制而成，高铁低钙硅酸盐水泥熟料与高铁低钙Q相水泥熟料的质量比为5-15:1。高铁低钙水泥熟料矿物组分的主要成分包括C3S、C2S、C3A、C4AF、Q相，其组成按重量分数为C3S 40％-50％、C2S 20％-40％、C3A 1％-3％、C4AF 15％-25％、Q相3％-10％。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，钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料按照预设水泥熟料的矿物组成质量百分比计算各原料配比，矿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0.5-2％，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1-3％；在温度为1300-1400℃烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为0.5-3小时，冷却方式为急冷。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，钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料所占质量百分数为38.0％-66.0％、24.0％-53.0％、6.0％-11.0％。所述的钙质原材料为石灰石、大理岩中的一种；所述的铝硅质原材料为黏土、页岩、泥岩中的一种或几种按任意配比的混合(所述任意配比是指：原料所占质量百分数的下限取值大于0％，上限取值小于100％，以下相同)；所述的铁质原材料为铁尾矿；所述的矿化剂为萤石、石膏、BaSO4、晶种熟料、铜渣中的一种或几种按任意配比的混合；所述的活化剂为锰渣、高钛渣中的一种。所述的高铁低钙硅酸盐水泥熟料组成按重量分数为C3S 45％-55％、C2S 20％-40％、C3A 1％-3％、C4AF 15％-25％。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，镁渣、钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料按照预设水泥熟料的矿物组成质量百分比计算各原料配比，并在温度1200℃-1300℃烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为0.5-3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，镁渣、钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料的质量百分数为2.0％-3.0％、55.0％-59.0％、36.0％-42.0％、2.0％-11.0％。所述的钙质原材料包括低品位石灰石、钢渣、废弃碳酸钙渣中的一种或几种按任意配比的混合；所述的铝硅质原材料包括煤矸石、页岩、污泥中的一种或两种按任意配比的混合；所述的铁质原材料为铁矾土。原材料配合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于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60％‑90％，辅助功能组分2％‑10％，辅助胶凝组分5％‑25％，工业石膏3％‑7％；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相水泥熟料配制而成，高铁低钙硅酸盐水泥熟料与高铁低钙Q相水泥熟料的质量比为5‑15:1。
【技术特征摘要】
1.一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于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60％-90％，辅助功能组分2％-10％，辅助胶凝组分5％-25％，工业石膏3％-7％；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相水泥熟料配制而成，高铁低钙硅酸盐水泥熟料与高铁低钙Q相水泥熟料的质量比为5-15:1。2.根据权利要求1所述的一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于：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，钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料按照预设水泥熟料的矿物组成质量百分比计算各原料配比，矿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0.5-2％，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1-3％；在温度为1300-1400℃烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为0.5-3小时，冷却方式为急冷。3.根据权利要求2所述的一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于：所述的钙质原材料为石灰石、大理岩中的一种；所述的铝硅质原材料为黏土、页岩、泥岩中的一种或几种按任意配比的混合；所述的铁质原材料为铁尾矿；所述的矿化剂为萤石、石膏、BaSO4、晶种熟料、铜渣中的一种或几种按任意配比的混合；所述的活化剂为锰渣、高钛渣中的一种。4.根据权利要求1所述的一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，其特征在于：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，镁渣、钙质原材料、铝硅质原材料和铁质原材料按照预设水泥熟料的矿物组成质量百分比计算各原料配比；并在温度1200℃-1300℃烧制而成，其在烧成温度下的保温时间为0.5-3小时，冷却方式为急冷。5.根据权利要求4所述的一种高早强、高抗蚀硅酸盐水泥，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王发洲，穆元冬，申培亮，黄啸，何永佳，刘云鹏，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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