一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法
阅读说明：本技术 一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法 (Preparation method of wear-resistant cement suitable for roads and bridges ) 是由 胡龙明 郭文 叶俊 王林海 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法,涉及建筑材料技术领域,该适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法包括如下质量百分比的组分：硅酸盐水泥熟料75％-85％,增强型助磨剂0.02％-0.05％,矿渣微粉5％-15％,钢渣粉3％-8％,二水石膏3％-6％,以及钢纤维0.3-1.0％。本发明旨在研制一种适用于道路、桥梁用的水泥,该水泥的研发制备综合利用了钢渣等固废,不仅满足铁路混凝土标准,有利于提高水泥混凝土的耐久性,而且具有干缩率小、耐磨性好等特性,有效解决了目前水泥产品功能单一的问题。(The invention discloses a preparation method of wear-resistant cement suitable for roads and bridges, which relates to the technical field of building materials, and comprises the following components in percentage by mass: 75-85% of silicate cement clinker, 0.02-0.05% of enhanced grinding aid, 5-15% of slag micropowder, 3-8% of steel slag powder, 3-6% of dihydrate gypsum and 0.3-1.0% of steel fiber. The invention aims to develop the cement suitable for roads and bridges, the research, development and preparation of the cement comprehensively utilizes solid wastes such as steel slag, not only meets the standard of railway concrete and is beneficial to improving the durability of the cement concrete, but also has the characteristics of small shrinkage rate, good wear resistance and the like, and effectively solves the problem of single function of the existing cement product.)
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法。
背景技术
21世纪以来，随着我国基础建设投资、重视程度增加，交通建设发展迅速，全国公路、铁路总里程不断增加。2019年全国公路总里程突破500万公里，其中农村公路里程达到420.05万公里，高速公路的建设呈平稳增长态势， 2020年总里程突破15万公里。截至2020年底，全国铁路营业里程14.63万公里，其中高铁3.79万公里。2021~2025期间国家将继续完善路网建设，完善路网布局，实施建设一批重大工程项目。
无论是公路、铁路建设都离不开水泥混凝土，水泥混凝土独特的物理性能和维护费用低使得其成为在道路、桥梁建设中不可替代。与沥青道路相比水泥混凝土具有强度高，不易产生变形，养护费用低，空气污染小等特点，因此包括农村公路在内的较低等级公路主要采用水泥混凝土道路。然而水泥混凝土道路目前存在一些问题，最主要是耐磨性差，很多混凝土路面通车一两年后出现表面磨损造成起砂、露砂现象，表面破坏引起混凝土耐久性变差，而且路面防滑性能下降影响行车安全，严重制约了混凝土路面的使用寿命和范围。
水泥混凝土路面耐磨性是影响道路耐久性和安全性的重要指标。目前国内外对水泥混凝土路面耐磨性能的研究成果大多集中于从混凝土的角度如优化配合比、添加矿物掺合料，改善施工工艺等，仍然未从根本上解决传统水泥混凝土路面耐磨性差的问题，很重要的一点就是水泥性能达不到要求。水泥混凝土路面的表面是一定厚度的水泥砂浆层，作为混凝土的重要原材料，水泥耐磨性和适用性对混凝土路面的耐磨性能往往具有决定性作用，不容忽视。
与此同时，大型钢铁厂产生的大量钢渣难以得到有效处置，随着水泥对水溶性铬含量的严格控制，钢渣因为其总铬含量高，无法作为生料配料用的铁质原料(生料经过高温煅烧后，三价铬氧化成六价铬)，大量废弃钢渣堆置造成土地资源浪费且造成环境污染，亟需得到有效地利用。
本发明旨在研制一种适用于道路、桥梁用的水泥，该水泥的研发制备综合利用了钢渣等固废，不仅满足铁路混凝土标准，有利于提高水泥混凝土的耐久性，而且具有干缩率小、耐磨性好等特性，有效解决了目前水泥产品功能单一的问题。
发明内容
为了克服现有技术中相关产品的不足，本发明提出一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法。
本发明提供了一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法，包括如下质量百分比的组分：硅酸盐水泥熟料75％-85％，增强型助磨剂0.02％ -0.05％，矿渣微粉5％-15％，钢渣粉3％-8％，二水石膏3％-6％，以及钢纤维0.3-1.0％。
在本发明的某些实施方式中，所述硅酸盐水泥熟料包括如下质量百分比的组分：钙质原材料78.0％-88.0％，硅铝质原材料5.0％-13.0％，铁质原材料5.0％-10.0％，以及生料助剂0.3％；将所述钙质原材料、硅铝质原材料以及铁质原材料分别经过粉磨烘干后得到平均粒径为25～30μm、80μm筛余 10-16％的生料细粉，生料细粉混合均匀后加适量水搅拌制成直径6～12mm生料球，生料球烘干后在1350-1450℃高温下烧制，其在烧成温度下的保温时间为0.5-1.5小时，高温煅烧完毕后立即使用强力冷风急冷至常温，得到所需的硅酸盐水泥熟料；
所述硅酸盐水泥熟料为：碱当量≤0.6％，游离氧化钙≤0.8％，C3A含量≤7.0％，C4AF含量≥12.0％，MgO含量≤3.5％，3天抗压强度≥30.0MPa，28 天抗压强度≥58.0MPa。
在本发明的某些实施方式中，所述钙质原材料包括石灰石以及余量为 0～20％的选矿粉末或高钙废渣，所述选矿粉末或高钙废渣中CaO含量≥45％，所述钙质原材料中CaO含量≥48％，MgO含量≤2.0％，R20含量≤0.2％。
在本发明的某些实施方式中，所述硅铝质原材料为页岩、砂岩中的至少一种，所述硅铝质原材料中R20含量≤1.5％。
在本发明的某些实施方式中，所述铁质原材料为钢渣、铁尾矿以及铜渣中的至少两种，所述铁质原材料中R20含量≤0.3％.
在本发明的某些实施方式中，所述的生料助剂为高分子生料催化剂，包括有机酸盐。
在本发明的某些实施方式中，所述增强型助磨剂为醇胺类的液体助磨剂。
在本发明的某些实施方式中，所述矿渣微粉比表面积为380-420m2/kg、活性达到S95级以上。
在本发明的某些实施方式中，所述的钢渣粉比表面积400-600m2/kg。
在本发明的某些实施方式中，所述二水石膏为脱硫石膏、改性磷石膏中的至少一种。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、本发明提供了一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥，通过筛选原材料，优化配料方案，适当提高熟料组分中铁相含量、降低硅酸三钙、铝酸三钙含量，使熟料的耐磨性大大提高，同时通过加入生料助剂，有助于改进易烧性，降低生料中碳酸盐的分解温度，提高熟料强度，降低熟料游离氧化钙。
2、本发明在水泥中添加适量的钢纤维，有助于提高水泥的耐磨性，通过添加一定比例的钢渣粉，利用钢渣中活性组分活性低，含有较高氧化镁，从而带来常规水泥没有的低水化热、高抗渗、高耐磨、高抗碳化的宝贵性能，水泥添加钢渣粉后能够使水泥混凝土有整体均匀性“微膨胀”的作用，大大减少了水泥的干缩率，有利于提高水泥混凝土的耐久性和耐磨性，避免水泥混凝土出现收缩裂缝。
3、本发明提供的耐磨水泥碱含量低、干缩率小、耐磨性好、早期强度适中，后期强度高，还满足铁路混凝土标准中耐久性设计的水泥各项指标要求，该耐磨水泥需水量低、与混凝土外加剂的适应性好，可广泛用于高性能混凝土，除了适用于道路、桥梁、机场等工程，还可用于铁路、高层建筑等重点工程中。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
实施例1
本发明提供一种适用于道路、桥梁的耐磨水泥的制备方法，包括如下步骤：
选取钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料按照质量百分数分别为 84.0％、10.5％、6.5％，生料助剂的掺量为0.3％；将所述钙质原材料、硅铝质原材料以及铁质原材料分别经过粉磨烘干后得到平均粒径为28μm、80μm 筛余14％的生料细粉，生料细粉混合均匀后加适量水搅拌制成直径12mm生料球，生料球烘干后在1450℃高温下烧制，其在烧成温度下的保温时间为1.5 小时，高温煅烧完毕后立即使用强力冷风急冷至常温，得到所需的硅酸盐水泥熟料。所述硅酸盐水泥熟料为：碱当量≤0.6％，游离氧化钙≤0.8％，C3A 含量≤7.0％，C4AF含量≥12.0％，MgO含量≤3.5％，3天抗压强度≥30.0MPa， 28天抗压强度≥58.0MPa。
选取上述水泥熟料80％，矿渣微粉10％，二水石膏4％，钢渣粉6％，制备过程中添加助磨剂0.03％，钢纤维0.5％。按照以上质量百分比制备所述适用于道路、桥梁的耐磨水泥。其中矿渣微粉、钢渣粉单独经过预粉磨，水泥熟料和工业石膏添加助磨剂混合，通过球磨机粉磨至规定细度，通过混合均匀得到本发明的适用于道路、桥梁的耐磨水泥，水泥比表面积320m2/kg，三氧化硫2.10％，烧失量1.15％。
其中，所述的二水石膏为脱硫石膏：SO3含量≥40％，结晶水≥18％，不溶物≤7％，二水硫酸钙含量≥87％。所述的增强型助磨剂为醇胺类的液体助磨剂，3d强度、28强度增加比例达到10％以上。
实施例2
选取钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料按照质量百分数分别为 78.0％、13％、9％，生料助剂的掺量为0.3％；将所述钙质原材料、硅铝质原材料以及铁质原材料分别经过粉磨烘干后得到平均粒径为15μm、80μm筛余 16％的生料细粉，生料细粉混合均匀后加适量水搅拌制成直径10mm生料球，生料球烘干后在1450℃高温下烧制，其在烧成温度下的保温时间为1小时，高温煅烧完毕后立即使用强力冷风急冷至常温，得到所需的硅酸盐水泥熟料。所述硅酸盐水泥熟料为：碱当量≤0.6％，游离氧化钙≤0.8％，C3A含量≤7.0％，C4AF含量≥12.0％，MgO含量≤3.5％，3天抗压强度≥30.0MPa，28天抗压强度≥58.0MPa。
选取上述水泥熟料85％，矿渣微粉8％，二水石膏3％，钢渣粉4％，制备过程中添加助磨剂0.03％，钢纤维0.5％。按照以上质量百分比制备所述适用于道路、桥梁的耐磨水泥。其中矿渣微粉、钢渣粉单独经过预粉磨，水泥熟料和工业石膏添加助磨剂混合，通过球磨机粉磨至规定细度，通过混合均匀得到本发明的适用于道路、桥梁的耐磨水泥，水泥比表面积320m2/kg，三氧化硫2.10％，烧失量1.15％。
其中，所述的二水石膏为脱硫石膏：SO3含量≥40％，结晶水≥18％，不溶物≤7％，二水硫酸钙含量≥87％。所述的增强型助磨剂为醇胺类的液体助磨剂，3d强度、28强度增加比例达到10％以上。
实施例3
选取钙质原材料、铝硅质原材料、铁质原材料按照质量百分数分别为 79％、13％、8％，生料助剂的掺量为0.3％；将所述钙质原材料、硅铝质原材料以及铁质原材料分别经过粉磨烘干后得到平均粒径为25μm、80μm筛余 14％的生料细粉，生料细粉混合均匀后加适量水搅拌制成直径10mm生料球，生料球烘干后在1450℃高温下烧制，其在烧成温度下的保温时间为0.5小时，高温煅烧完毕后立即使用强力冷风急冷至常温，得到所需的硅酸盐水泥熟料。所述硅酸盐水泥熟料为：碱当量≤0.6％，游离氧化钙≤0.8％，C3A含量≤7.0％， C4AF含量≥12.0％，MgO含量≤3.5％，3天抗压强度≥30.0MPa，28天抗压强度≥58.0MPa。
选取上述水泥熟料75％，矿渣微粉11％，二水石膏6％，钢渣粉8％，制备过程中添加助磨剂0.03％，钢纤维0.5％。按照以上质量百分比制备所述适用于道路、桥梁的耐磨水泥。其中矿渣微粉、钢渣粉单独经过预粉磨，水泥熟料和工业石膏添加助磨剂混合，通过球磨机粉磨至规定细度，通过混合均匀得到本发明的适用于道路、桥梁的耐磨水泥，水泥比表面积320m2/kg，三氧化硫2.10％，烧失量1.15％。
其中，所述的二水石膏为脱硫石膏：SO3含量≥40％，结晶水≥18％，不溶物≤7％，二水硫酸钙含量≥87％。所述的增强型助磨剂为醇胺类的液体助磨剂，3d强度、28强度增加比例达到10％以上。
对水泥性能进行测试：按GB/T 1346-2011标准测定水泥的凝结时间；按 GB/T17671-1999标准测试3天和28天强度。
本发明耐磨水泥的主要性能见下表：
测定项目
检测结果
水泥初凝时间min
198
水泥终凝时间min
254
标准稠度需水量(％)
24.8
比表面积m2/kg
320
水泥的碱当量(％)
0.48
3天抗压强度MPa
28.5
28天抗压强度MPa
58.2
熟料中的C3A(％)
5.12
熟料中的C4AF(％)
12.95
熟料中的游离氧化钙(％)
0.65
28天干缩率(％)
0.06
耐磨性(kg/m2)
1.8
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上仅为本发明的实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书内容所做的等效替换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
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