专利名称：贝利特－硫铝酸钡钙水泥的制作方法
技术领域：
本发明属于水泥材料技术领域，特别涉及一种由硫铝酸钡钙(CBAS)矿物与贝利特(C2S)矿物复合的贝利特-硫铝酸钡钙水泥。
背景技术：
目前，大量使用的硅酸盐水泥存在某些缺点和不足，主要表现为烧成温度高(为1450℃)，生产能耗大；熟料中CaO含量高，消耗大量优质石灰石资源；水泥水化过程产生体积收缩，导致收缩微裂纹，影响混凝土的力学性能；水泥水化后形成大量Ca(OH)2，并存在于硬化水泥浆体中，影响水泥及混凝土的抗蚀性和耐久性。因此，如何进一步降低硅酸盐水泥的烧成温度，节约优质矿产资源，并提高水泥及混凝土工程的性能，是水泥技术领域重点解决的关键问题。
如1989年9月13日公开的公开号为CN1035486A的中国专利“含钡硫铝酸盐水泥”，是以含钡硫铝酸钙为主要矿物成分制成的快硬早强型水泥，其烧成温度低，为1250-1350℃。这种水泥的主要矿物是以含钡硫铝酸盐为主，比例为40-80％，主要原料为重晶石等，成本较高，适用于特殊建设工程，属于特种工程材料，不适合于大批量生产。
如2003年7月21日公开的公开号为CN1513786的中国专利“阿利特-硫铝酸钡钙水泥”，主要是由阿利特(硅酸三钙)与硫铝酸钡钙组成的矿相体系。由于硅酸三钙需要耗费较多的高品质石灰石矿产资源，并且C3S需要在1450℃高温条件下才能大量形成，造成能源消耗较高。另外，C3S含量高将使水化产物中的Ca(OH)2量增加，降低水泥的抗腐蚀性和耐久性。
发明内容本发明为了克服以上不足，提供了一种以贝利特-硫铝酸钡钙为主导矿相体系的新型水泥，具有烧成温度低，可使用低品质石灰质资源，体积收缩小，后期强度增进率高，成本低廉，耐久性好等优点。
本发明通过以下技术方案来实现本发明的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，其水泥熟料主要是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF组成的矿相体系，各矿物的重量百分比为
硫铝酸钡钙 5-45％硅酸二钙30-70％硅酸三钙10-45％铝酸三钙2-20％铁铝酸钙2-20％其中硫铝酸钡钙的分子式为(3-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X＝0.25～3。
优选的，其水泥熟料中各矿物的重量百分比为硫铝酸钡钙10-37％硅酸二钙 41-60％硅酸三钙 10-29％铝酸三钙 6-15％铁铝酸钙 6-15％本发明的述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，所述硫铝酸钡钙(CBAS)的分子式优选为2.75CaO·1.25BaO·3Al2O3·CaSO4。
本发明的述的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，其水泥的生料组成按重量百分比为CaO 30-50％SiO27-20％Al2O3 2-20％Fe2O3 1-4％SO3 0.5-4％BaO 1-8％CaF20.3-1.5％。
硫铝酸钡钙矿物是一种具有突出快硬早强性能的水硬性矿物，其烧成温度低，并可利用工业废渣进行生产。制造该矿物所使用的主要原料为石灰石、低品位铝矾土和含钡尾矿或废渣，在1400℃以下就能低温烧成。所制造的硫铝酸钡钙矿物的抗压强度在1天、3天和7天龄期分别达到35.5MPa、59.3MPa和72.1MPa，并且其水化硬化速度较快，是一种具有突出快硬早强性能的高胶凝性矿物。
本技术是将快硬早强型硫铝酸钡钙矿物与贝利特水泥熟料的主导矿物贝利特在低温条件下复合，形成以贝利特—硫铝酸钡钙为主导矿物的新型水泥熟料矿物体系。该水泥既具有贝利特水泥强度稳定发展的特性，又有快硬水泥所具有的早期强度增进率高的优点，可广泛应用于具有高质量要求、抗腐蚀和良好耐久性的建设工程。硅酸盐水泥以硅酸三钙(C3S，又称阿利特)，硅酸二钙(C2S，又称贝利特)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸盐(C4AF)为主要矿物，C3S的含量一般在50％以上，有时可达60％以上，需要耗费大量高品质石灰石矿产资源，并且C3S需要在1450℃高温条件下才能大量形成，造成能源消耗较高，污染严重。贝利特水泥较硅酸盐水泥在以上几个方面具有优势，煅烧温度比硅酸盐水泥低约100℃，降低了生产能耗；其主导矿物C2S含有的CaO低，可利用低品质石灰石资源；贝利特矿物后期强度持续增长，增进率高；贝利特水泥及其混凝土的抗蚀性和耐久性良好。但是，贝利特水泥的主要缺点是早期强度较低，这是由于熟料中阿利特矿物数量的减少造成的。而硫铝酸钡钙矿物具有突出的快硬早强性能，并具有微膨胀特性，且烧成温度低，约1350℃左右，是一种性能优良的低温早强型矿物。
本发明是将C2S与CBAS进行复合，通过高温固相反应形成以C2S-CBAS为主导矿物的新的水泥熟料矿相体系。与硅酸盐水泥不同，硅酸盐水泥熟料由C3S-C2S-C3A-C4AF四种主要矿物组成，而贝利特—硫铝酸钡钙水泥熟料是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF五种矿物组成的新体系，体系中C2S矿物的含量大于C3S。同时，硫铝酸钡钙矿物在1400℃以下就可以大量形成，而且熟料中C3S含量的降低，使得贝利特—硫铝酸钡钙水泥熟料在1320-1360℃左右就可以烧成，比硅酸盐水泥的烧成温度降低50-100℃。与阿利特-硫铝酸钡钙水泥相比，其烧成温度降低了20-40℃，降低了高品质石灰石的用量，节约了能源，降低了成本。由于硫铝酸钡钙矿物具有突出的快硬早强性能，而且，Ba2+、SO3的引入，能够有效提高β-C2S的水化活性，所以贝利特—硫铝酸钡钙水泥克服了贝利特水泥早期性能差的缺点。该水泥早期强度约比一般贝利特水泥提高达40％以上，后期强度也有一定程度的增加，水泥凝结硬化速度明显加快。贝利特—硫铝酸钡钙水泥的使用对全面提高建筑质量具有显著效果，特别适合于高层建筑、高等级公路、机场、桥梁与隧道等高质量要求的大型建设工程。另外，由于硫铝酸钡钙矿物还具有补偿收缩的作用，因而可降低水泥的收缩率，减少收缩裂纹，提高混凝土工程的耐久性。本技术工艺简单，完全采用现有硅酸盐水泥的制造设备，需要的钡盐组分可由天然重晶石尾矿提供，也可利用含钡工业废渣，原料成本降低。
本发明的要点是利用硅酸盐水泥的原料，同时配入含钡矿石(重晶石尾矿等)或含钡工业废渣与萤石等组分，在低于1400℃条件下烧成，通过固相反应形成以C2S-CBAS为主导矿物的新的水泥熟料矿相体系，达到降低烧成温度，提高水泥早期强度的目的。
本发明的有益效果是，具有烧成温度低，可利用低品质石灰石资源，降低了高品质石灰石的用量，水泥早期强度提高，硬化水泥浆体具有微膨胀、密实度高、微裂纹减少，抗腐蚀和耐久性好和成本低的优点。
图1为本发明的水泥熟料的XRD分析图图中，■代表C3S；▲代表C2S；◆代表C4AF；★代表C2.75B1.25A3S。
图2是贝利特—硫铝酸钡钙水泥熟料的SEM分析图中，1点硫铝酸钡钙矿物；2点贝利特矿物；3点阿利特矿物。
具体实施方式
实施例本发明的贝利特—硫铝酸钡钙水泥的具体实施例见表1、表2和表3。
表1 原料配比(为化学试剂)％
按以上六种配料方案配制生料，同时配入少量萤石，按CaF2计为0.5～1.2％。生料化学成分见表2表2 水泥生料化学成分％
在实验室用硅钼棒电炉对以上熟料烧成，烧成温度为1320℃-1360℃。水泥的物理性能见表3。
表3 水泥物理性能
对其中的4#熟料进行了XRD分析和SEM分析，分别见图1和图2。可以看到在贝利特—硫铝酸钡钙水泥熟料矿物体系中，形成了以贝利特-硫铝酸钡钙为主导矿相体系的新型水泥，进一步说明这两种矿物的复合与共存，可以达到提高水泥早期强度的目的。
权利要求
1.一种贝利特-硫铝酸钡钙水泥，其特征在于其水泥熟料主要是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF组成的矿相体系，各矿物的重量百分比为硫铝酸钡钙 5-45％硅酸二钙30-70％硅酸三钙10-45％铝酸三钙2-20％铁铝酸钙2-20％其中硫铝酸钡钙的分子式为(3-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X＝0.25～3。
2.根据权利要求1所述的水泥，其特征在于其水泥熟料中各矿物的重量百分比为硫铝酸钡钙 10-37％硅酸二钙41-60％硅酸三钙10-29％铝酸三钙6-15％铁铝酸钙6-15％。
3.根据权利要求1或2所述的水泥，其特征在于所述硫铝酸钡钙的分子式为，2.75CaO·1.25BaO·3Al2O3·CaSO4。
4.根据权利要求1或2所述的水泥，其特征在于其水泥的生料组成按重量百分比为CaO30-50％SiO27-20％Al2O32-20％Fe2O31-4％SO30.5-4％BaO1-8％CaF20.3-1.5％。
全文摘要
本发明属于水泥材料技术领域，特别涉及一种由硫铝酸钡钙矿物与贝利特矿物复合的贝利特－硫铝酸钡钙水泥。其水泥熟料主要是由C
文档编号C04B7/345GK1887766SQ20061004550
公开日2007年1月3日 申请日期2006年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者芦令超, 张卫伟, 叶正茂, 常钧, 黄世峰, 周宗辉, 程新 申请人:济南大学