阅读说明：本技术 一种水泥混合物及其制备方法 (Cement mixture and preparation method thereof ) 是由 张建华 胡春才 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水泥混合物及其制备方法,按重量份计,水泥混合物包括硅酸盐水泥熟料60-75份、石膏4-10份、石灰石5-10份、矿粉8-15份、钢渣粉10-15份、可再分散乳胶粉2-5份；钢渣原料经粉磨处理获得钢渣粉,粉磨处理期间,加入占钢渣原料重量比为1.3-2.2%的助磨组合添加剂,助磨组合添加剂包括质量比为1:(0.6-1.4)的硼砂和胶体石墨粉。水泥混合物还可包括氢氧化钾2-7份、改性空心玻璃微珠6-12份；采用硅烷偶联剂处理空心玻璃微珠获得改性空心玻璃微珠。水泥混合物的制备包括：制备钢渣粉；制备改性空心玻璃微珠；将水泥混合物的原料组分混合后经水泥粉磨制得水泥混合物。采用本发明的水泥混合物配制的混凝土拌合物的抗压强度高,且实现了钢渣的废物利用。(The invention discloses a cement mixture and a preparation method thereof, wherein the cement mixture comprises, by weight, 60-75 parts of portland cement clinker, 4-10 parts of gypsum, 5-10 parts of limestone, 8-15 parts of mineral powder, 10-15 parts of steel slag powder and 2-5 parts of redispersible latex powder; grinding the steel slag raw material to obtain steel slag powder, and adding a grinding-aid combined additive accounting for 1.3-2.2% of the weight of the steel slag raw material during the grinding treatment, wherein the grinding-aid combined additive comprises borax and colloidal graphite powder in a mass ratio of 1 (0.6-1.4). The cement mixture can also comprise 2-7 parts of potassium hydroxide and 6-12 parts of modified hollow glass beads; and treating the hollow glass beads by adopting a silane coupling agent to obtain the modified hollow glass beads. The preparation of the cement mixture comprises: preparing steel slag powder; preparing modified hollow glass beads; the raw material components of the cement mixture are mixed and ground into the cement mixture. The concrete mixture prepared by the cement mixture has high compressive strength, and realizes the waste utilization of steel slag.)

一种水泥混合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土建材的技术领域，特别涉及一种水泥混合物及其制备方法。

背景技术

钢渣是炼钢过程中排放的一种废渣。目前，我国钢渣的年排放量可达上亿吨，但钢渣利用率不足17％，造成钢渣大量堆积。堆积的钢渣不仅占用了大量的土地资源，而且会造成严重的环境污染。

钢渣的组成成分主要包括炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料、铁液与废钢中所含金属元素形成的氧化物、泥沙、造渣剂、冷却剂、氧化剂、脱氧产物、脱硫产物等。钢渣具有抗压强度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等优良性能。将钢渣应用于水泥混合物中，用于配制混凝土拌合物，不仅有利于提高混凝土拌合物的抗压强度，而且能够实现钢渣的废物利用。

但是，将钢渣加入水泥混合物中，采用该种水泥混合物配制的混凝土拌合物中，钢渣与混凝土拌合物基体之间的结合性能较差，不利于获得高抗压强度的混凝土拌合物，严重制约了钢渣在水泥混合物中的应用。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种水泥混合物，以达到提高采用该种水泥配制的混凝土拌合物的抗压强度，并实现钢渣废物利用的效果。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水泥混合物，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料60-75份、石膏4-10份、石灰石5-10份、矿粉8-15份、钢渣粉10-15份、可再分散乳胶粉2-5份；

所述钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1.3-2.2％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括硼砂和胶体石墨粉，硼砂和胶体石墨粉的质量比为1:(0.6-1.4)。

通过采用上述方案，本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉：首先，对钢渣实现了废物利用，能够减轻钢渣堆积占用土地资源以及污染环境的现象；再者，由于钢渣原料制成的钢渣粉本身具有较高的抗压强度，所以，采用本发明的水泥混合物配制的混凝土拌合物具有抗压强度高的特点。

在钢渣粉的制备步骤中，在粉磨处理时加入硼砂和胶体石墨粉组成的助磨组合添加剂。随着粉磨处理的进行，硼砂和胶体石墨粉附着在钢渣颗粒的表面，不仅有利于钢渣颗粒裂缝的成长，而且能够防止钢渣颗粒再次结合，由此能够加快粉磨处理的过程，提高钢渣粉的产率和效率。

经粉磨处理获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有硼砂，可再分散乳胶粉中含有聚乙烯醇。采用本发明的水泥混合物配制混凝土拌合物时，钢渣粉颗粒表面的硼砂能够与聚乙烯醇形成凝胶网状结构，从而大大改善钢渣粉与混凝土拌合物基体之间的联结性能，由此大大提升混凝土拌合物的抗压强度。而且，同样粘附在钢渣粉颗粒表面的胶体石墨粉能够提高上述凝胶网状结构的耐碱性，从而进一步改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度。

本发明进一步设置为：所述钢渣原料的粒径为1-10mm，粉磨处理获得的钢渣粉的粒径≤0.8mm。

本发明进一步设置为：按重量份计，还包括有以下原料组分：氢氧化钾2-7份、改性空心玻璃微珠6-12份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性。

通过采用上述方案，空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，属无机非金属材料，粒径范围通常在10-180μm，质轻，密度小，堆积密度通常在0.1-0.25g/m³。空心玻璃微珠的主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝，在其改性处理过程中，硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面进行改性处理，空心玻璃微珠表面的二氧化硅、氧化铝成分被硅烷偶联剂活化，形成活性二氧化硅、活性氧化铝。将该种改性空心玻璃微珠加入到本发明的水泥中，在使用本发明的水泥配制混凝土拌合物时：

一方面，改性空心玻璃微珠能够改善混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性，降低用水量，使得混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，混凝土拌合物的密实度提高，从而提高混凝土拌合物的强度，而且，粒径微小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高了混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高了混凝土拌合物的强度；

另一方面，本发明的水泥混合物配方中，石膏作为缓凝剂，主要化学成分是硫酸钙的水化物。采用本发明的水泥混合物配制混凝土拌合物时，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙。氢氧化钙能与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能提高改性空心玻璃微珠与混凝土拌合物基体之间的联结性能，改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，有助于提高混凝土拌合物的抗压强度；

再者，混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，使得混凝土拌合物的密实度提高，但与此同时，由于改性空心玻璃微珠具有质轻、密度小的特点，所以一定程度上降低了混凝土拌合物的密度，即在提高混凝土拌合物强度的前提下，混凝土拌合物的密度升高幅度较小，这对于需要降低混凝土拌合物自重的工程具有重要的意义和用途。

本发明进一步设置为：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性的具体操作为：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5-1％的硅烷偶联剂的水溶液中1-2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠。

本发明进一步设置为：所述改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。

通过采用上述方案，在本发明的水泥配方组分下，具有恰当粒径的改性空心玻璃微珠能够更好地利用本身的微小粒径优势对水泥颗粒之间的空隙进行填充，进一步提高混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高混凝土拌合物的强度。

本发明的目的二：提供一种上述水泥混合物的制备方法，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

本发明的目的三：提供一种上述水泥混合物的制备方法，包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉，不仅使得采用本发明的水泥混合物配制的混凝土拌合物具有抗压强度高的特点，而且实现了对钢渣的废物利用；

2、在钢渣粉的制备步骤中，在粉磨处理时加入硼砂和胶体石墨粉组成的助磨组合添加剂，能够加快粉磨处理的过程，提高钢渣粉的产率和效率；

3、采用本发明的水泥混合物配制混凝土拌合物时，钢渣粉颗粒表面的硼砂能够与混凝土拌合物基体中的聚乙烯醇形成凝胶网状结构，从而提升混凝土拌合物的抗压强度，而且，同样粘附在钢渣粉颗粒表面的胶体石墨粉能够提高上述凝胶网状结构的耐碱性，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度；

4、本发明在水泥的组分配方中加入粒径微小的改性空心玻璃微珠，能够改善混凝土拌合物的流动性、和易性和抗压强度；

5、适宜粒径大小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高混凝土拌合物的密实度和抗压强度；

6、当本发明的水泥配方中包含氢氧化钾和改性空心玻璃微珠时，配制混凝土拌合物的过程中，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅、活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，能够改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，从而提高混凝土拌合物的整体强度；

7、当本发明的水泥配方中包含氢氧化钾和改性空心玻璃微珠时，虽然采用本发明的水泥配制的混凝土拌合物的密实度较高，但与此同时，由于改性空心玻璃微珠具有质轻、密度小的特点，所以一定程度上降低了混凝土拌合物的密度，这对于需要高抗压强度但同时需要降低混凝土拌合物自重的工程具有重要意义。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

以下实施例中：

采用的硅酸盐水泥熟料的细度≤2.0；

改性空心玻璃微珠的粒径为50-100μm。

采用的硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂；

采用的钢渣原料的理化参数如表1所示。

表1钢渣原料的理化参数

实施例1

一种水泥混合物，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料60份、石膏10份、石灰石5份、矿粉15份、钢渣粉10份、可再分散乳胶粉5份；

钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.8mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为1.3％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括硼砂和胶体石墨粉，硼砂和胶体石墨粉的质量比为1:0.6；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

实施例2

一种水泥混合物，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料65份、石膏5份、石灰石8份、矿粉12份、钢渣粉12份、可再分散乳胶粉3份；

钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.8mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为2％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括硼砂和胶体石墨粉，硼砂和胶体石墨粉的质量比为1:1.1；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

实施例3

一种水泥混合物，按重量份计，包括有以下原料组分：硅酸盐水泥熟料75份、石膏4份、石灰石10份、矿粉8份、钢渣粉15份、可再分散乳胶粉2份；

钢渣粉的制备包括有以下步骤：钢渣原料经粉磨处理获得粒径≤0.8mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入占钢渣原料重量比为2.2％的助磨组合添加剂，其中，助磨组合添加剂包括硼砂和胶体石墨粉，硼砂和胶体石墨粉的质量比为1:1.4；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

实施例4

一种水泥混合物，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：氢氧化钾2份、改性空心玻璃微珠12份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5％的硅烷偶联剂的水溶液中1h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

实施例5

一种水泥混合物，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：氢氧化钾5份、改性空心玻璃微珠10份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.7％的硅烷偶联剂的水溶液中1.5h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

实施例6

一种水泥混合物，与实施例2的区别在于，还包括有以下原料组分：氢氧化钾7份、改性空心玻璃微珠6份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为1％的硅烷偶联剂的水溶液中2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

水泥混合物的制备方法包括有以下步骤：

a、制备钢渣粉；

b、制备改性空心玻璃微珠；

c、将水泥混合物的原料组分混合后，经水泥粉磨制得所述水泥混合物。

对比例1

一种水泥混合物，与实施例2的区别在于，钢渣原料在粉磨处理期间，不加入助磨组合添加剂。

对比例2

100％硅酸盐水泥。

水泥性能检测

水泥的组分组成影响拌合用水量，不同水泥品种达到标准稠度的拌合用水量不同。本测试中，先按照标准法测出实施例1-6和对比例1-2的水泥达到标准稠度时的拌合用水量，计算出水灰比，然后，按照GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的规定，对实施例1-6和对比例1-2的水泥进行抗压强度检测，水灰比和抗压强度结果如表2所示。

表2水灰比和抗压强度结果

根据表2，由实施例1-3和对比例2可以看出，采用本发明的水泥混合物配制的混凝土拌合物的抗压强度远高于对比例2中的普通硅酸盐水泥。这是因为：

(1)本发明在水泥中采用了大量的钢渣粉，由钢渣原料制成的钢渣粉本身具有较高的抗压强度，能够大幅提高混凝土拌合物的抗压强度；

(2)经粉磨处理获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有硼砂，可再分散乳胶粉中含有聚乙烯醇。采用本发明的水泥混合物配制混凝土拌合物时，钢渣粉颗粒表面的硼砂能够与聚乙烯醇形成凝胶网状结构，从而大大改善钢渣粉与混凝土拌合物基体之间的联结性能，由此大大提升混凝土拌合物的抗压强度。而且，同样粘附在钢渣粉颗粒表面的胶体石墨粉能够提高上述凝胶网状结构的耐碱性，从而进一步改善钢渣粉颗粒的界面强度，由此进一步提高混凝土拌合物的整体强度。该条优势也可以结合对比例1明显看出。

钢渣粉的加入不仅能够大幅提高混凝土拌合物的抗压强度，而且，能够实现对钢渣的废物利用，由此减轻钢渣堆积占用土地资源以及污染环境的现象。

由实施例2、4-5可以看出，氢氧化钾和改性空心玻璃微珠的加入能够降低配制混凝土拌合物时的用水量，提高混凝土拌合物的抗压强度。这是因为：

(1)改性空心玻璃微珠能够改善混凝土拌合物的流动性，改善混凝土拌合物的和易性，降低用水量，使得混凝土拌合物在凝固过程中，由于水分蒸发留下的空洞减小，混凝土拌合物的密实度提高，从而提高混凝土拌合物的抗压强度，而且，粒径微小的改性空心玻璃微珠能够填充水泥颗粒之间的空隙，进一步提高了混凝土拌合物的密实度，从而进一步提高了混凝土拌合物的抗压强度；

(2)空心玻璃微珠的主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝，在其改性处理过程中，硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面进行改性处理，空心玻璃微珠表面的二氧化硅、氧化铝成分被硅烷偶联剂活化，形成活性二氧化硅、活性氧化铝。而本发明的水泥混合物配方中，石膏作为缓凝剂，主要化学成分是硫酸钙的水化物。采用本发明的水泥混合物配制混凝土拌合物时，在加入的拌合水的作用下，氢氧化钾与石膏中的硫酸钙反应生成氢氧化钙。氢氧化钙能与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅有助于混凝土拌合物的硬化，增加混凝土拌合物的强度，而且还能提高改性空心玻璃微珠与混凝土拌合物基体之间的联结性能，改善改性空心玻璃微珠周围的界面强度，有助于提高混凝土拌合物的抗压强度。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。