一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥
阅读说明：本技术 一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥 (Composite cement using carbide slag and fly ash as mixed material ) 是由 张红卫 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥,属于水泥生产技术领域,由如下重量份的物质组成：6~10份改性电石渣、8~12份粉煤灰、12~15份矿渣、65~70份硅酸盐水泥熟料、3~6份石膏。本发明在水泥中添加了特殊处理的电石渣和粉煤灰作为混合材,充分利用了废弃物质,降低了水泥成本,保护了自然环境,同时因改性电石渣和粉煤灰的配伍使用,有效的提升了水泥的综合强度及耐候性能,延长了水泥的寿命。(The invention discloses composite cement using carbide slag and fly ash as a mixed material, which belongs to the technical field of cement production and comprises the following substances in parts by weight: 6-10 parts of modified carbide slag, 8-12 parts of fly ash, 12-15 parts of slag, 65-70 parts of portland cement clinker and 3-6 parts of gypsum. According to the invention, the specially treated carbide slag and the fly ash are added into the cement as a mixed material, so that waste substances are fully utilized, the cement cost is reduced, the natural environment is protected, meanwhile, due to the compatibility of the modified carbide slag and the fly ash, the comprehensive strength and the weather resistance of the cement are effectively improved, and the service life of the cement is prolonged.)
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域，具体涉及一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥。
背景技术
水泥是加水拌合成塑性浆体，能胶结砂、石等材料，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。水泥的种类很多，分为通用水泥、专用水泥及特种水泥三大类，其中，复合水泥就是通用水泥的品种之一。水泥加水拌和后具有较好的可塑性，水泥硬化后可获得较高的强度，且水泥的耐久性较好。因此，水泥不但大量应用于工业与民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利及海洋等工程，且新型的水泥基复合材料还应用于核工业、宇航工业及其它新型工业的建设，为保证国家建设计划的顺利进行起着十分重要的作用，具有十分广泛的应用前景。
水泥生产的主要原料有石灰石、粘土与铁粉，由于水泥生产规模的不断扩大，这些天然原料矿山的资源不断被开发利用而逐渐减少，就迫切需要有新的原料资源加以替代。
电石渣是化工厂生产乙炔与聚氯乙烯等生产过程中排出的工业废渣，其主要成分为Ca(OH)2，目前电石渣的主要利用途径有三个方面：第一是用于生产建筑材料，第二是生产化工产品，第三是用于环境治理。近年来，有人进行利用电石渣作原料经过高温煅烧制备水泥的研究，但生产工艺复杂，燃料消耗与热耗较高，废气排放量较大，增加了生产成本。
粉煤灰是指燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出、被收尘器收集的物质，是我国目前排放量最大的燃煤副产品之一，其比表面积为2500-7000cm2/g，主要成分为SiO2，Al2O3及Fe2O3，它是一种典型的具有潜在活性的火山灰质材料，粉煤灰作为水泥、混凝土掺合料用于水泥、烧结砖与其它新型建筑材料的生产以及土木、水利和海洋等工程领域是目前国内外粉煤灰利用的主要途径，目前鲜少见到利用电石渣与粉煤灰作为混合材制备复合水泥的报道。此外，即便有些水泥中添加了上述原料成分，但其在性能上普遍存在短板，强度、耐候性等均无法很好的满足使用要求，需要不断进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，能够有效的利用废料，同时又能增强水泥的整体性能。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
6~10份改性电石渣、8~12份粉煤灰、12~15份矿渣、65~70份硅酸盐水泥熟料、3~6份石膏。
优选的，由如下重量份的物质组成：
8份改性电石渣、10份粉煤灰、14份矿渣、68份硅酸盐水泥熟料、5份石膏。
进一步的，所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，1~2h后取出备用；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；
（3）将步骤（2）处理后的电石渣投入到反应釜内，然后向反应釜内加入硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土，然后不断进行搅拌处理，同时还对反应釜进行变温加热处理，先控制反应釜内的温度为110~120℃，保温处理5~8min后，再将反应釜内的温度升至200~220℃，保温处理15~20min后，再将反应釜内的温度升至330~360℃，保温处理25~30min后，最终将反应釜内的温度降至22~24℃取出即得。
进一步的，步骤（1）中所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为80~85℃。
进一步的，步骤（2）中所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为10~15%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的12~16%。
进一步的，步骤（3）中所述的硝酸铝的加入量是电石渣总质量的15~20%、聚乙二醇的加入量是电石渣总质量的4~6%、聚脲甲醛的加入量是电石渣总质量的3~5%、硬脂酸锌的加入量是电石渣总质量的0.2~0.4%、稀土的加入量是电石渣总质量的0.03~0.05%。
进一步的，所述的稀土为硝酸镧、硝酸铈、硝酸镱中的任意一种。
进一步的，所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
进一步的，所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
本发明水泥中添加的电石渣富含Ca(OH)2 ，添加的粉煤灰颗粒较细，具有潜在的火山灰活性的特点，两者复配使用后能够有效的提升水泥的强度，并能缩短水泥的凝结时间，为了进一步增强电石渣的添加使用品质，对电石渣进行了特殊了改性处理，其中先将电石渣干燥处理，因电石渣含有大量的水分，干燥完全后便于后续的加工处理，接着雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液在电石渣上，利用钛酸酯偶联剂增强了电石渣的表面活性，便于改性进程；随后利用硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土与电石渣进行混合，制成了一种增强的复合材料，此复合材料具有大量的孔洞结构，其表层多数孔洞为微米级，此结构能更好的与粉煤灰掺杂融合，在水泥中起到了增强组织强度和稳定性的作用，从而实现了两者配伍的增强作用；最终制得的水泥综合性能得到有效的提高。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明在水泥中添加了特殊处理的电石渣和粉煤灰作为混合材，充分利用了废弃物质，降低了水泥成本，保护了自然环境，同时因改性电石渣和粉煤灰的配伍使用，有效的提升了水泥的综合强度及耐候性能，延长了水泥的寿命，提高了水泥的市场竞争力，具有很好的经济效益和推广价值。
附图说明
图1是本发明耐候性稳定性试验测试对比数据图。
具体实施方式
实施例1
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
6份改性电石渣、8份粉煤灰、12份矿渣、65份硅酸盐水泥熟料、3份石膏。
所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，1h后取出备用；所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为80℃；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为10%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的12%；
（3）将步骤（2）处理后的电石渣投入到反应釜内，然后向反应釜内加入硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土，然后不断进行搅拌处理，同时还对反应釜进行变温加热处理，先控制反应釜内的温度为110℃，保温处理5min后，再将反应釜内的温度升至200℃，保温处理15min后，再将反应釜内的温度升至330℃，保温处理25min后，最终将反应釜内的温度降至22℃取出即得；所述的硝酸铝的加入量是电石渣总质量的15%、聚乙二醇的加入量是电石渣总质量的4%、聚脲甲醛的加入量是电石渣总质量的3%、硬脂酸锌的加入量是电石渣总质量的0.2%、稀土的加入量是电石渣总质量的0.03%。
所述的稀土为硝酸镧。
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
实施例2
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
6份改性电石渣、12份粉煤灰、12份矿渣、65份硅酸盐水泥熟料、6份石膏。
所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，1h后取出备用；所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为85℃；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为15%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的16%；
（3）将步骤（2）处理后的电石渣投入到反应釜内，然后向反应釜内加入硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土，然后不断进行搅拌处理，同时还对反应釜进行变温加热处理，先控制反应釜内的温度为110℃，保温处理5min后，再将反应釜内的温度升至220℃，保温处理15min后，再将反应釜内的温度升至330℃，保温处理25min后，最终将反应釜内的温度降至22℃取出即得；所述的硝酸铝的加入量是电石渣总质量的15%、聚乙二醇的加入量是电石渣总质量的6%、聚脲甲醛的加入量是电石渣总质量的3%、硬脂酸锌的加入量是电石渣总质量的0.4%、稀土的加入量是电石渣总质量的0.03%。
所述的稀土为硝酸铈。
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
实施例3
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
8份改性电石渣、10份粉煤灰、14份矿渣、68份硅酸盐水泥熟料、5份石膏。
所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，1.5h后取出备用；所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为83℃；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为12%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的14%；
（3）将步骤（2）处理后的电石渣投入到反应釜内，然后向反应釜内加入硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土，然后不断进行搅拌处理，同时还对反应釜进行变温加热处理，先控制反应釜内的温度为115℃，保温处理7min后，再将反应釜内的温度升至210℃，保温处理18min后，再将反应釜内的温度升至350℃，保温处理28min后，最终将反应釜内的温度降至23℃取出即得；所述的硝酸铝的加入量是电石渣总质量的18%、聚乙二醇的加入量是电石渣总质量的5%、聚脲甲醛的加入量是电石渣总质量的4%、硬脂酸锌的加入量是电石渣总质量的0.3%、稀土的加入量是电石渣总质量的0.04%。
所述的稀土为硝酸镧。
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
实施例4
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
10份改性电石渣、12份粉煤灰、15份矿渣、70份硅酸盐水泥熟料、6份石膏。
所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，2h后取出备用；所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为85℃；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为15%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的16%；
（3）将步骤（2）处理后的电石渣投入到反应釜内，然后向反应釜内加入硝酸铝、聚乙二醇、聚脲甲醛、硬脂酸锌、稀土，然后不断进行搅拌处理，同时还对反应釜进行变温加热处理，先控制反应釜内的温度为120℃，保温处理8min后，再将反应釜内的温度升至220℃，保温处理20min后，再将反应釜内的温度升至360℃，保温处理30min后，最终将反应釜内的温度降至24℃取出即得；所述的硝酸铝的加入量是电石渣总质量的20%、聚乙二醇的加入量是电石渣总质量的6%、聚脲甲醛的加入量是电石渣总质量的5%、硬脂酸锌的加入量是电石渣总质量的0.4%、稀土的加入量是电石渣总质量的0.05%。
所述的稀土为硝酸镱。
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
对比实施例1
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
6份改性电石渣、8份粉煤灰、12份矿渣、65份硅酸盐水泥熟料、3份石膏。
所述的改性电石渣的制备方法包括如下步骤：
（1）先将电石渣放入到真空干燥箱内进行干燥处理，1h后取出备用；所述的干燥处理时控制真空干燥箱内的气压为1~10Pa、温度为80℃；
（2）向步骤（1）处理后的电石渣均匀雾化喷覆钛酸酯偶联剂水溶液，完成后将电石渣取出备用；所述的钛酸酯偶联剂水溶液中钛酸酯偶联剂的质量分数为10%；所述的钛酸酯偶联剂水溶液的雾化喷覆量是电石渣总质量的12%；
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
本对比实施例1与实施例1相比，在改性电石渣的制备中，省去了步骤（3）的处理操作，除此外的方法步骤均相同。
为了对比本发明效果，对上述实施例1、实施例2、对比实施例1对应制得的复合水泥试样，参照GB/T17671-1999进行性能测试，具体对比数据如下表1所示：
表1
由上表1可以看出，本发明方法制得的改性电石渣能够有效的提升水泥的强度特性，增强了水泥的使用品质。
对比实施例2
一种利用电石渣与粉煤灰作为混合材的复合水泥，由如下重量份的物质组成：
8份电石渣、10份粉煤灰、14份矿渣、68份硅酸盐水泥熟料、5份石膏。
所述的粉煤灰选用混凝土公司的粉煤灰。
所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏均选用水泥厂的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏；所述的矿渣、硅酸盐水泥熟料和石膏的颗粒粒径均不大于15mm。
本对比实施例2与实施例3相比，省去了对电石渣的改性处理操作，用常规的电石渣取代改性的电石渣，除此外的方法步骤均相同。
为了进一步对比本发明效果，对上述实施例3、实施例4、对比实施例2对应制得的复合水泥试样，进行耐候性稳定性试验测试，也即进行人工加速冻融试验，具体是对各组制成的水泥试样进行一个周期内以-20℃×15h+23℃×8h进行15次循环的处理；每个周期处理后再参照GB/T17671-1999进行性能测试，具体对比数据如附图1中所示。
由附图1中可以看出，本发明制得的复合水泥在多个周期的人工加速冻融试验处理后，其抗压强度性能仍能保持很佳，达40MPa以上，仍能满足实际的使用性能要求，具有很强的耐候性及品质稳定性，极具推广实用价值和市场竞争力。