一種納米級水泥制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種納米級水泥制備方法，包括以下步驟：第一步控制水分：第一種是將選取要制備的水泥做烘干處理，在120℃電熱干燥設(shè)備中烘干4小時，第二種是制備含高聚物或纖維的共磨水泥，水泥中需添加添加劑，該添加劑的添加量為占水泥的0.25%至2%之間，在密閉環(huán)境抽濕6小時，上述兩種讓水泥其含水量小于3%；第二步進(jìn)行球錘式球磨粉碎：將上述第一步水泥做原料，磨球原料比為2:1，將磨球與原料裝入吊簧式雙筒液冷微納米球磨機磨罐中，進(jìn)行高能球錘式密閉球磨，采用100目篩對球料分離和包裝，具有以下優(yōu)點：納米水泥可進(jìn)入微米以下空隙的低滲地層或混凝土縫隙；抗壓強度提高了3倍；氣相滲透率低一倍以上微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生根本變化。
【專利說明】一種納米級水泥制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械法制備超微細(xì)水泥【技術(shù)領(lǐng)域】，特別提供了一種納米級的水泥制備 方法，適用于納米級水泥的工業(yè)化生產(chǎn)。

【背景技術(shù)】
[0002] 水泥是一種能在空氣和水中硬化的粉末狀水硬性膠凝材料，廣泛的應(yīng)用于人類生 活依賴的各個領(lǐng)域，如建筑、交通、水利、石油、電力和國防工程等領(lǐng)域都離不開水泥，因而 構(gòu)成世界第二大產(chǎn)品（按重量)。
[0003] 隨著超細(xì)粉碎技術(shù)的發(fā)展，水泥顆粒尺寸變得越來越小，使其在微細(xì)裂縫中的滲 透性增大，大大擴寬了水泥灌漿工程法應(yīng)用范圍。因此超細(xì)水泥的各種新功能的研究成了 國內(nèi)外工程界和學(xué)術(shù)界研究的熱點。綜合國內(nèi)外的文獻(xiàn)資料看來，對超細(xì)水泥研究主要集 中在超細(xì)水泥的工程性的改變。目前，首先集中在灌漿超細(xì)水泥的應(yīng)用工程中，成為納米水 泥的前奏。超細(xì)水泥灌漿材料的工程性能研究主要包括漿體的可灌性、流變性能、結(jié)石強 度、膨脹性等方面。對超細(xì)水泥的工程性能研究有力的推動超細(xì)水泥工程應(yīng)用，并得出了一 些有意義的結(jié)論。 美國的工程實踐表明超細(xì)水泥灌漿是一種極好的方法，可以灌入細(xì)沙和細(xì)裂縫的巖石 和混凝土中，其可灌性與化學(xué)漿料相當(dāng)?shù)聡腜. N0SKE和T. MIRZX在論文中指出200年以 來灌漿液的特性已經(jīng)發(fā)生了很大變化，由簡單泥漿懸浮到水泥懸浮液和超細(xì)水泥新品種。 對于浮動裂縫或者低溫下進(jìn)行灌漿還要保持結(jié)構(gòu)完整性，則推薦使用超細(xì)水泥。 還有認(rèn)為超細(xì)水泥作為灌漿材料在加固密實及修補灌漿中占據(jù)越來越重要的地位，它 的應(yīng)用范圍大體上與化學(xué)灌漿材料相同。中國在超細(xì)水泥灌漿應(yīng)用中也取得了很大的進(jìn) 展，在水電工程基礎(chǔ)加固、油井、建筑物修補、地下工程等領(lǐng)域都用應(yīng)用超細(xì)水泥的報道。尤 其在水電工程應(yīng)用超細(xì)水泥灌漿取得的成功工程較多，如黑龍灘、兩盆灘水庫灌漿、金盆大 帷幕灌漿、五強溪水電站基帷幕灌漿、舉世矚目的三峽工程，96%的灌漿工程材料都是使用 超細(xì)水泥。蔣碩忠澤文指出超細(xì)水泥擴展了水泥漿料在裂縫中的應(yīng)用范圍，可以部分取代 化學(xué)漿料，能用水泥漿料解決的問題絕對不用化學(xué)漿料。國內(nèi)外的灌漿工程實踐表明，超細(xì) 水泥在灌漿行業(yè)中是很有應(yīng)用前景的灌漿材料。國內(nèi)外的灌漿進(jìn)步，超細(xì)水泥研究的深入 及性能的不斷提高，必將得到更廣泛的應(yīng)用，超細(xì)高性能灌漿是水泥灌漿材料的發(fā)展方向。 超細(xì)水泥還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，美國的標(biāo)準(zhǔn)是100%的粒子粒徑小于15 μ m ;歐洲用 比表面積800M2 /KG，粒子粒徑小于20 μ m歸為超細(xì)水泥；我國《水工建筑物水泥漿料施工 技術(shù)規(guī)范》定義最大粒徑小于32 μ m，平均粒徑為6-10 μ m的水泥為超細(xì)水泥，而納米級水 泥還沒有標(biāo)準(zhǔn)，我們根據(jù)水泥的特性將企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義為平均粒度200納米。如果再加細(xì)會 使水泥中的膠質(zhì)與石質(zhì)分離而形成多顆粒型團(tuán)聚。目前超細(xì)水泥粉碎分濕磨法和干磨法兩 種。由于濕磨法必須在現(xiàn)在加工，不能包裝、存儲、運輸，所以我們選擇了干磨法。干磨法的 設(shè)備有超細(xì)珠磨、震動磨、氣流磨、雷蒙磨、康必丹磨、環(huán)琨磨等。只能完成超細(xì)微米級水泥 的制備。經(jīng)我們科學(xué)實驗，只有使用吊簧式雙筒液冷微末納米球磨機(商品名稱：球錘式納 米沖擊磨）按照我們的發(fā)明技術(shù)，可以制備出平均粒度200納米以下的納米級水泥。
[0004] 由近15年的有關(guān)文獻(xiàn)檢索和分析中可知，目前只有在超細(xì)水平上主體或全體水 泥或在傳統(tǒng)水泥或超細(xì)水泥中添加納米材料的水泥，如申請?zhí)朇N10179 2660A及申請?zhí)?2012102523137等。目前還沒有用球錘式球磨技術(shù)制造出全體純納米級水泥，或與添加物全 體共磨成的全體納米級水泥。
[0005] 微米超細(xì)水泥在封固高滲地層、中滲地層是有效的，但對空隙較小的低滲地層則 無能為力。所以，制備生產(chǎn)納米級水泥是地層灌注研究工作者及其他需求高強度，高密度的 水泥是行業(yè)同仁關(guān)注的熱點。行業(yè)人士認(rèn)為：若能使水泥細(xì)化到納米級，水泥漿的流變性能 增強，可灌性增強，滲透能力提高，凝固后有輕微的膨脹，不出現(xiàn)裂紋，抗壓強度增高，氣相 滲透率減少，水泥石耐久性能提高等綜合性能將明顯優(yōu)化。將廣泛應(yīng)用于油井封堵、大壩地 層灌漿、核工業(yè)防滲、核子捕捉、制作核廢料長期過渡性儲存的高強度容器、建筑防震、橋基 體補縫、機場跑道及軍事工程中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種機械法制備超細(xì)水泥 從微米級向納米級細(xì)化問題而提供一種新方法，水泥顆粒粒度平均200±10nm以下，其對 應(yīng)的粒徑以比表面積2187CM 2/KG，水化后生長為絨線條狀結(jié)構(gòu)，直徑在80納米以下的一種 納米級水泥制備方法。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的一種納米級水泥制備方法，其特征在于：該制 備方法包括以下步驟：第一步控制水分：可分為兩者方式：第一種是將選取要制備的水泥 做烘干處理，先在120°c電熱干燥設(shè)備中烘干4小時，讓水泥其含水量小于3% ;第二種是制 備含高聚物或纖維的共磨水泥，水泥中需添加添加劑，該添加劑的添加量為占水泥的〇. 25% 至2%之間，該添加劑添加后的處理方法為密閉環(huán)境抽濕6小時，讓水泥其含水量小于3% ; 第二步進(jìn)行球錘式球磨粉碎：將上述第一步干燥后的水泥做為原料或配以添加物共磨 水泥原料，配以鋼球、氧化鋯球或氧化鋁球其中一種做為磨球，磨球原料比為2:1，選取不 同大小的磨球，該磨球的直徑依次選取為直徑8mm、10mm、12mm、14mm各25%，將磨球與原料 裝入吊簧式雙筒液冷微納米球磨機磨罐中，進(jìn)行高能球錘式密閉球磨，設(shè)置每分鐘沖擊600 次，磨罐夾層水溫控制在35°C以下，原料為普通水泥需進(jìn)行球錘式球磨8小時，原料為超細(xì) 水泥需進(jìn)行球錘式球磨6小時，原料為共磨水泥需球磨10小時，通過上述不同時間的球磨 均能得到平均粒度為200 ±10nm水泥； 第三步球料分離及包裝：將第二步得到的水泥取出后用1〇〇目篩對球料分離，分離開 的水泥其平均粒度為200納米，用雙鋁箔PEP、PVP復(fù)合膜真空包裝。
[0008] 優(yōu)選地，所述的第一步中的水泥采用普通或超細(xì)硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、齒科的 水泥以及快干水泥或油井水泥的一種作為原料水泥。
[0009] 優(yōu)選地，該添加劑為聚丙烯酸酯（PAE)、或者是聚乙烯酸酯（PVE)、或者是聚偏乙 烯（PVDC)、或者是玻璃纖維、或者是鋼纖維、或者是碳纖維、或者是芳綸纖維、或者是超高分 子量聚乙烯纖維。
[0010] 優(yōu)選地，該添加劑添加后的處理方法為35°c密閉環(huán)境抽濕6小時。
[0011] 本發(fā)明得到的一種納米級水泥制備方法，具有以下優(yōu)點：1、小尺寸納米水泥可進(jìn) 入微米以下空隙的低滲地層或混凝土縫隙；2、抗壓強度提高了 3倍；3、氣相滲透率低了一 倍以上,微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了根本變化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1 :吊簧式液冷微納米球磨機的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖中：支架1、電動機2、傳動輪3、偏心總成4、磨罐5、懸臂6、軸承總成7、軸8、冷 卻水箱9、冷卻管10、彈性膠管11、金屬管12、冷卻夾套13、吊簧14、萬向節(jié)15、氣塞16、閥 門17。

【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015] 實施例1 : 本發(fā)明提供的一種納米級水泥制備方法，第一步：控制水分：1、采用市場有售的普通 或超細(xì)硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、齒科水泥以及其他品種的快干水泥或油井水泥的一種作為 水泥原料，在電熱干燥設(shè)備中烘干備用。采用優(yōu)選法選定用120攝氏度烘干4小時，含水量 小于3%，以保證在沖擊時不粘球， 2、制備復(fù)合高聚物或纖維的共磨水泥：采用如上條件所述的水泥的一種如法干燥，添 力口齊U為聚丙烯酸酯（PAE);或者是聚乙烯酸酯（PVE);或者是聚偏乙烯（PVDC);或者是超高分 子量聚乙烯纖維等添加量至水泥的量優(yōu)選為0. 25%-2% ;而對應(yīng)的添加劑為下列的物品時： 玻璃纖維；或者是鋼纖維；或者是碳纖維；或者是芳綸纖維或聚丙烯纖維，其對應(yīng)的添加劑 的量優(yōu)選為占水泥1%至2%之間；采用優(yōu)選法在35°C環(huán)境密閉抽濕干燥6小時，水份在3% 以下。
[0016] 第二步：球錘式球磨粉碎 將干燥后的普通或超細(xì)水泥原料，配以兩倍的鋼球，或者氧化鋯球或者氧化鋁球做為 磨球，克服了傳統(tǒng)20:1，10:1的大球料比的缺點，大幅度提高了產(chǎn)量，因球錘式?jīng)_擊磨是拋 打，料少會產(chǎn)生磨球跑空，球與球沖撞過多而碎球率增加，后采用優(yōu)選法逐步增加原料，最 后選定的球料比為2:1，磨球直徑為8mm，10mm，12mm，14, mm各占25% ;如加入太小的球會被 擊碎，加過大的球細(xì)度受影響。用優(yōu)選法最后定為如上四種直徑的球料比例。將球與料裝 入吊簧式液冷微納米球磨機(簡稱為球錘式納米沖擊磨)，進(jìn)行高能球錘式密閉球磨。本發(fā) 明優(yōu)選的參數(shù)為每分鐘沖擊600次，用優(yōu)選法結(jié)果為：普通水泥進(jìn)行球錘式球磨8小時，如 剛開始選用的水泥為超細(xì)水泥其需6小時球磨為最佳；共磨復(fù)合物水泥球磨10小時；用優(yōu) 選法選定磨罐夾層循環(huán)冷卻水控制在35°C以下最為重要。
[0017] 第三步：球料分離 開啟罐蓋，將球取出，用100目篩輕搖將球料分離，分離后的水泥即可達(dá)到納米級。
[0018] 第四步：抽測檢驗 根據(jù)治療標(biāo)準(zhǔn)抽取樣品做比表面積檢測，采用X線小角散射法進(jìn)行粒度及分布檢測、 掃描電鏡進(jìn)行形態(tài)檢測、水泥石進(jìn)行改性后微觀結(jié)構(gòu)檢測、并采用抗壓強度測試儀進(jìn)行抗 壓強度檢測、采用氣相滲透儀進(jìn)行滲透率檢測。
[0019] 第五步：采用充氮包裝法包裝 納米級水泥采用用雙鋁箔PEP、PVP復(fù)合膜，用真空包裝機密封裝才能不吸潮變質(zhì)，每 包1-25KG，外用木桶裝好，入庫。
[0020] 對上述得到的一種納米級水泥制備方法做進(jìn)一步說明：選一種普通純硅酸鹽水 泥5KG，放干燥設(shè)備中用120°C烘干4小時，置入12L型雙筒吊簧液冷微納米球磨機，每罐裝 2. 5公斤水泥，5公斤磨球，球?qū)α媳?: 1，在35°C下進(jìn)行球錘式粉碎，每分鐘共錘擊600次， 8小時后取出。將球料分離。取樣后用真空包裝機將水泥用雙鋁復(fù)合膜密封包裝、入庫。同 時將樣品采用X線小角散射法測定顆粒分布、平均粒度及比表面積。并檢測比表面積及水 泥石的強度、滲透率及微觀結(jié)構(gòu)。
[0021] 對于上述的吊簧式液冷微納米球磨機的原理以及結(jié)構(gòu)做說明：單筒磨罐5在多維 擺動中產(chǎn)生巨大偏心力，全靠彈簧底座消減；而雙筒式或多筒運轉(zhuǎn)時，可平衡穩(wěn)定運行，吊 簧通過萬向節(jié)15可控制磨罐5沿固定軌跡運行，由于簡磨罐5加大、運轉(zhuǎn)范圍加大，使磨球 拋距加大，沖擊力增強，進(jìn)而使物料顆粒達(dá)到納米級。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由支架1上的電 動機2帶動傳動輪3中軸8,通過中軸承總成7的支撐、潤滑，完成帶動偏心總成4的偏心 轉(zhuǎn)動，再由懸臂6帶動磨罐5橢圓轉(zhuǎn)動，使磨罐中磨球雙向撞擊，完成高能球磨動作。為了 降低由球磨撞擊產(chǎn)生的高溫，由冷卻水箱9泵出冷卻水（液）經(jīng)冷卻管10、彈性膠管11、金 屬管12注入冷卻夾套13中，實現(xiàn)常溫球磨。采用防凍液加強冷卻水箱的制冷與循環(huán)，即可 實現(xiàn)-5至-40°C低溫球磨，確保長期工作，在吊簧控制方面，磨罐由吊簧14通過機架上的 萬向節(jié)和磨罐上萬向節(jié)15聯(lián)接控制罐體橢圓運動，通過罐體的橢圓運動，產(chǎn)生雙向拋球動 作，使磨球往返拋擊，通過球與壁、球與球的撞擊在冷卻環(huán)境中實現(xiàn)高能球磨。對易燃易爆 物料通過氣塞16加入惰性氣體進(jìn)行高能球磨，閥門17為調(diào)換彈性膠管時使用。
[0022] 實施例2 : 該實施例與實施例1基本相似，對共磨水泥做進(jìn)一步的實施做說明，添加劑選為聚丙 烯纖維100G加入干燥過的硅酸鹽水泥5KG中，添加的比例為2%，將水泥與聚丙烯纖維裝入 12L型雙筒吊簧液冷微納米球磨機，每罐裝2. 5KG，聚丙烯纖維50G，5KG鋼球，球?qū)α媳燃s等 于2:1，在35°C下進(jìn)行球錘式粉碎，每分鐘共錘擊式球磨600次，8小時后取出。將球料分 離。取樣后用真空包裝機將水泥用雙鋁復(fù)合膜密封包裝、入庫。同時將樣品采用X線小角 散射法測定顆粒分布、平均粒度及比表面積。并檢測比表面積及水泥石的強度、滲透率及微 觀結(jié)構(gòu)。
[0023] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其架構(gòu)形式能夠靈活多變，只是做出若干簡單推演或替換，都 應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種納米級水泥制備方法，其特征在于：該制備方法包括以下步驟： 第一步控制水分：可分為兩種方式：第一種是將選取要制備的水泥做烘干處理，先在 120°C電熱干燥設(shè)備中烘干4小時，讓水泥其含水量小于3% ;第二種是制備含高聚物或纖維 的共磨水泥，水泥中需添加添加劑，該添加劑的添加量為占共磨水泥的0. 25%至2%之間，該 添加劑添加后的處理方法為密閉環(huán)境抽濕6小時，讓水泥其含水量小于3% ; 第二步進(jìn)行球錘式球磨粉碎：將上述第一步干燥后的水泥或者配以添加物的共磨水泥 做為原料，配以鋼球、氧化鋯球或氧化鋁球其中一種做為磨球，磨球原料比為2:1，選取不 同大小的磨球，該磨球的直徑依次選取為直徑8mm、10mm、12mm、14mm各25%，將磨球與原料 裝入吊簧式雙筒液冷微納米球磨機磨罐中，進(jìn)行高能球錘式密閉球磨，設(shè)置每分鐘沖擊600 次，磨罐夾層水溫控制在35°C以下，原料為普通水泥需進(jìn)行球錘式球磨8小時，原料為超細(xì) 水泥需進(jìn)行球錘式球磨6小時，原料為共磨水泥需球磨10小時，通過上述不同時間的球磨 均能得到平均粒度為200 ±10nm水泥； 第三步球料分離及包裝：將第二步得到的水泥取出后用1〇〇目篩對球料分離，分離開 的水泥其平均粒度為200納米，用雙鋁箔PEP、PVP復(fù)合膜真空包裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級水泥制備方法，其特征在于：所述的第一步中的 水泥采用普通或超細(xì)硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、齒科的水泥以及快干水泥或油井水泥的一種 作為原料水泥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米級水泥制備方法，其特征在于：該添加劑為聚丙烯 酸酯（PAE)、或者是聚乙烯酸酯（PVE)、或者是聚偏乙烯（PVDC)、或者是玻璃纖維、或者是鋼 纖維、或者是碳纖維、或者是芳綸纖維、或者是超高分子量聚乙烯纖維。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種納米級水泥制備方法，其特征在于：該添加劑添加 后的處理方法為35°C密閉環(huán)境抽濕6小時。
【文檔編號】C04B7/52GK104058618SQ201410318749
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】曲少忠 申請人:秦皇島市太極環(huán)納米制品有限公司