窄粒度分布的水硬性水泥-SCM掺混物及其制备方法技术

水硬性水泥，如波特兰水泥和其他包括基本含量为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和/或铁铝酸四钙(C4AF)的水泥，经过粒度的最优化，以具有与类似化学组成的水泥相比增加了的反应性和/或与类似细度的水泥相比减少了的水的需求。增加水硬性水泥的反应性增加了早期强度发展，并释放活性氢氧化钙，相对于传统波特兰水泥和一种或更多种SCM(如煤灰、炉渣或天然火山灰)的掺混物，二者均提高了SCM的替代和1-28天强度。减少水的需求可通过降低对于给定的可加工性的水与水泥的比例来改善强度。窄PSD的水泥非常适用于制备混合水泥料，包括二元、三元和四元掺混物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】窄粒度分布的水硬性水泥-SCM掺混物及其制备方法
技术介绍

本专利技术主要涉及用于制造混凝土的水硬性水泥领域，如波特兰型水泥 (Portland-type cements)。相关技术在现代混凝土中，辅助胶凝材料(SupplementaryCementingMaterials, “SCM”)， 如飞灰、熔渣、天然火山灰和石灰石有时被用来替代部分波特兰水泥。SCM的使用可得到改善的混凝土，所述改善的混凝度具有更高的耐用性、更低的氯离子渗透性、降低了的蠕变性、增强了的耐化学腐蚀性、更低的成本，以及减少了的对环境的影响。飞灰和其他的火山灰与波特兰水泥水化过程中释放的过量的氢氧化钙反应，但可延缓强度发展。波特兰水泥是混凝土中最昂贵的组分，且贡献了所有人造CO2的大约5%以上。几十年来，存在着察觉已久但未能满足的降低波特兰水泥消耗量的需求。有学术会议讨论将波特兰水泥替换为SCM。尽管低成本的SCM严重的供过于求，该行业一直未能克服更多使用这些材料的技术障碍。此外，在与2010年10月Pittsburgh，PA的ACI会议同期举行的 2010可持续发展论坛上，一位著名学者公开质疑了用SCM替代波特兰水泥在混凝土行业是否是实现可持续发展的可行的解决方案。经过几十年的研究和讨论，对于充分利用现成且更便宜的SCM废料以减少波特兰水泥消耗量的失败，尽管这样做会减少成本和温室气体排放量，意味着传统的利用SCM的做法是不够的。结果，每年亿万吨的多余SCM废料如飞灰继续在全世界各地被丢弃到环境中，对生产者是一项成本，对环境则付出更大的代价。通常而言，水泥制造商故意地生产具有宽粒度分布(particle sizedistribution,“PSD”)的水泥以在水泥颗粒间创造更好的堆积,减小颗粒间距,提高水泥浆密度和强度，改善流动性，并减少自收缩。公开实施方案的简要概述水硬性水泥，如波特兰水泥和其他与水混合时变成水合物的水泥，是粒度最优化的以使其与相似化学性质和细度的水硬性水泥相比具有增加了的反应性和降低了的水的需求。增加水硬性水泥的反应性增加了早期强度发展和活性氢氧化钙的释放，与传统的波特兰水泥和SCM的掺混物相比，二者均提高了 SCM的置换和1-28天强度。降低水的需求改善了在指定水/水泥比例下的可加工性，降低了减水剂和其他化学外加剂的需求，改善了固化时间，降低了收缩率。通过设计具有比传统波特兰水泥(例如I-V型型)相对窄PSD的水硬性水泥获得改善了的反应性和/或降低了的水的需求，特别是当部分水泥-SCM掺混物具有互补的SCM 颗粒时，所述互补的SCM颗粒相比于水泥自身的部分，拓宽了整体水泥-SCM掺混物的PSD。 缩窄水硬性水泥的PSD与传统的保持宽PSD的习惯相反。也不同于仅仅将PSD的曲线向左移动(例如形成III型型水泥)。在一些情况中，可能期望不仅降低与OPC相比的d90，而且保持相似的dlO甚至是提高dlO以减少超细水泥颗粒(例如1-5 μ m以下)的量，所述超细水泥颗粒提高了水的需求且不提供相应的强度益处和/或可有利地增加或被超细SCM颗粒替代(例如较慢反应或非反应性的SCM颗粒可填充空隙空间、减少孔隙体积、改善水的传输、提高可加工性，而不是加水后立刻或短时间内溶解)。在一个实施方案中，公开的水硬性水泥的PSD可通过PSD上“端点”和下“端点”dlO 和d90而定义。水硬性水泥还可以通过d90和dlO之间的幅度或差异(“d90-dl0”)而定义。在另一个实施方案中，水泥颗粒的PSD可通过上部和下部端点的比例d90/dl0而定义。 在又一个实施方案中，PSD可通过下中部的范围dlO至d50而定义。在又一实施方案中，PSD 可通过下中比d50/dl0而定义。在另一个实施方案中，PSD可通过上中部的范围d50至d90 而定义。在又一个实施方案中，PSD可通过水泥颗粒上中比d90/d50而定义。PSD还可通过任意前述的组合和/或使用相似的方法而定义。窄PSD水泥除了其PSD之外，还可具有如下化学性质，即在保持高早期强度的同时，进一步增加其反应性以及与SCM和/或填料混合和被SCM和/或填料替代的能力。为了进一步增加反应性，可能期望增加较高反应性的水泥成分的量，如硅酸三钙(C3S)和/或铝酸三钙(C3A)。通过包含更快的反应物种而增加初始水化热可增加SCM的替代水平，同时保持早期强度发展。熟料矿物可被硅酸镁水泥改良或被硅酸镁水泥替代，所述硅酸镁水泥同样可通过降低生产能耗和/或部分CO2封存而减少CO2足迹。在一些情况中，在本公开范围内的窄PSD水硬性水泥可被设计为具有如此的反应性以致于需要一定的SCM替代水平，所述的SCM替代是由于过度的水化热、水的需求和/或自收缩。当这种水泥被主要数量的慢反应SCM替代时，其产生了协同效应，所述协同效应通过这种水泥保持可接受的固化时间和早期强度以及提高SCM反应性的强大能力而产生，同时SCM可减少净水化热、水的需求，和/或自收缩至正常或可接受的水平。本公开范围内的水硬性水泥可被用作任意需要的目的，但特别用于增加SCM的替代，同时保持与100%水泥相似的早期强度和/或水的需求(例如具有比水泥部分本身更宽的PSD的二元掺混物、三元掺混物和四元掺混物)。一个示例性的二元掺混物包括具有如本文公开的dlO和d90的水泥部分以及SCM部分，所述SCM部分贡献了相对于水泥部分自身在水泥部分和/或掺混物d90以上的更粗的颗粒。SCM部分也可贡献水泥部分dlO和d90 之间的细颗粒和/或水泥部分dlO以下的超细颗粒。SCM部分可包括一种或更多种火山灰和/或一种或更多种研磨SCM填料，例如微粉化的石灰石或石英。一个示例性的三元掺混物包括提供具有本文所公开的dlO和d90细颗粒的水泥部分，第一 SCM部分，其中至少一部分提供低于水泥部分的dlO的超细颗粒，以及第二 SCM部分，其中至少一部分提供高于水泥部分的d90的粗颗粒。在一个变体中，第一 SCM部分可包含反应性SCM，第二 SCM部分可包含相同或不同的反应性SCM。在另一个变体中，第一和/ 或第二 SCM部分可包括非反应性SCM (或填料)。一个示例性的四元掺混物包括提供具有本文所公开的dlO和d90细颗粒的水泥部分，第一反应性和/或非反应性SCM部分，其提供低于水泥部分的dlO的超细颗粒，第二反应性SCM部分，其提供高于水泥部分的d90的粗颗粒，第三非反应性SCM (或填料)部分，其提供闻于水泥部分的d90的粗颗粒。高反应性的水硬性水泥有益的应用是最大限度地利用某些形式的煤灰和其他SCM 的能力，所述飞灰如底灰和一些类型的飞灰，所述其他SCM如冶金渣，所述冶金渣在未密封时(例如当用作路基、填料或水泥窑生料或倾倒入填埋场或湿沉淀池时)其可能被归类为 “有害的”乃至“有毒的”。通过将有害或有毒的金属或其他元素密封和封存入刚性的、基本是防水的水泥基体中，高反应性的水硬性水泥可有效地“处置”大量这样的SCM，同时有益地利用其水泥特性。在特别有毒或有害的SCM不能用于地面上的建筑或暴露在外的混凝土中的情况中，其可以例如有益地用于高SCM填充的油井水泥中，其被泵入地平面以下并在地平面以下固化。固体或密封形式的有毒或有害SCM的地下封存将大大有益于环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·M·古恩，安德鲁·S·汉森，
申请(专利权)人：罗马水泥有限责任公司，
类型：
国别省市：