专利名称：贝利特-硫铝酸锶钙水泥的制作方法
技术领域：
本发明属于水泥材料技术领域，特别涉及一种利用锶渣为原料制备的以硅酸二钙 和硅酸三钙为主导矿相的贝利特-硫铝酸锶钙水泥。
背景技术：
传统硅酸盐水泥中的硅酸三钙矿物(C3S，又称阿利特)含量一般在50%，甚至 达到60%以上，是水泥中最重要的矿相，需要消耗大量的优质石灰石，其煅烧温度高达 1450°C，排放较多的CO2，增加了生产能耗和污染。而高贝利特水泥中的硅酸二钙含量一般 高于硅酸三钙，其烧成温度一般在1350°C，且长期强度高，降低了能耗，CO2排放量。并且， 硅酸二钙比硅酸三钙少消耗三分之一的CaO，使贝利特水泥中CaO的量明显降低，进而减少 了硬化水泥浆体中Ca(OH)2的形成量，提高了水泥的抗蚀性和耐久性，也有利于低钙质石灰 石的应用。但是由于贝利特矿物水化活性低，导致高贝利特水泥的早期强度低，严重限制了 高贝利特水泥的推广应用，提高贝利特水泥早期强度采取的主要技术措施是活化贝利特矿 物、急冷、细磨，但效果并不理想。而硫铝酸锶钙矿物具有突出快硬早强的特性，有利于水泥 早期强度的提高，并且具有低温烧成和微膨胀性等特点，是一种良好的低温早强型矿物。
发明内容
为解决水泥熟料早期强度低，烧成温度高、水泥制造能耗增加、生产效率降低、优 质资源消耗增加、水泥收缩开裂现象得不到改善的问题，提供了一种贝利特-硫铝酸锶钙 水泥。本发明通过以下措施实现本发明公开了一种贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其水泥熟料是由以下重量配比的矿 相体系组成硫铝酸锶钙1-20%硅酸二钙30-60%硅酸三钙10-45%铝酸三钙2-20%铁铝酸钙2-20%所述硫铝酸锶钙化学式为(3-x)Ca0 · xSrO · 3A1203 · CaSO4,式中χ =广3。作为 本发明的一种优选方式，所述水泥熟料是由以下重量配比的矿相体系组成硫铝酸锶钙5-20%硅酸二钙30-50%硅酸三钙10-35%铝酸三钙2-10%铁铝酸钙5_15%。上述本发明的贝利特_硫铝酸锶钙水泥，是由以下重量配比的原料制成
CaO 30-50%SiO2 5-20%Al2O3:1-20%Fe2O3 0. 6-7%SO3 :0. 1-3%SrO :0. 1-10%CaF2 :0· 1-1%。上述本发明的的贝利特-硫铝酸锶钙水泥，所述的SrO为锶矿或锶渣。本发明主要是将贝利特水泥熟料与硫铝酸锶钙矿物复合，制备出以C2S和 C1.5Sr2.5A3 §为主导矿物的新体系=C2S-C1.5Sr2.5A3 S -C3S-C4AF-C3A,达到优化矿相组成的目 的。硫铝酸锶钙矿物含有的Sr2+和SO3，具有一定的矿化作用，可促进贝利特矿物的形成，并 有利于C3S在低温下合成，对提高贝利特_硫铝酸锶钙水泥的早期强度具有重要作用。研究 发现，贝利特_硫铝酸锶钙水泥的长期强度较高，3天强度虽然低于普通硅酸盐水泥，但明 显高于高贝利特水泥，并且凝结时间缩短，水泥的28天强度接近普通硅酸盐水泥，90天强 度则比普通硅酸盐水泥高10-20%。贝利特-硫铝酸锶钙水泥结合了贝利特水泥水化热低 和硫铝酸锶钙矿物微膨胀的优点，改善了水化放热弓I起的大体积混凝土温度应力的问题， 减少了温度裂缝，并减少了收缩裂纹。该水泥制备工艺与硅酸盐水泥一致，生产方便，并且 能利用工业废渣和低品质石灰石，降低了资源和能源的消耗，成本低廉。传统硅酸盐水泥采用四组分配料，主要有CaO，SiO2, Al2O3，Fe2O3，通过高温固相 反应形成水泥熟料的四种主要矿物相，主要有硅酸三钙(C3S),硅酸二钙(C2S),铝酸三钙 (C3A),铁铝酸四钙(C4AF)。熟料烧成温度为1450°C。贝利特一硫铝酸锶钙水泥采用六组分配料，主要有CaO，SiO2, Al2O3，Fe2O3，SrO, SO3,通过低温固相反应形成水泥熟料的五种主要矿物相，硅酸三钙(C3S),硅酸二钙(C2S), 铝酸三钙(C3A),铁铝酸四钙(C4AF),硫铝酸锶钙的组成为(3-X) CaO ^SrOdAl2O3*CaSO4U =广3)，熟料烧成温度为1300°C -1400°C。本发明的要点是在贝利特水泥原料中加入少量锶渣(锶渣是生产锶盐产生的废 渣，主要成分为SrO、SO3> CaO2和SO3)、硫酸盐等组分，在低于1400°C的低温条件下烧成， 并加入少量的萤石矿化剂，通过固相反应在熟料矿物体系中形成一定数量的硫铝酸锶钙矿 物，组成新的熟料矿相体系，达到提高早期强度的目的。本发明的有益效果是1、提高了贝利特水泥的早期强度。硫铝酸锶钙矿物是一种 具有良好早强性能的水硬性矿物，将它与C2S矿相复合，可使贝利特水泥早期强度有较大提 高；2、节约了能源及资源。该水泥烧成温度低于1400°C，比硅酸盐水泥的烧成温度至少降 低了 50°C，节约了能源；熟料中C2S的含量高，可应用低钙石灰石生产，减少了优质资源的 消耗；3、改善了水泥体积稳定性。硬化水泥浆体具有微膨胀性，微裂纹减少，密实度提高，水 泥的抗腐蚀和耐久性好；4、废弃物资源化。可使用含锶工业废渣提供锶组分，使其转化为无毒的硫铝酸锶 钙矿物，既实现了废弃物利用，又消除了锶渣对环境的污染及对土地的占用；5、改善环境。该水泥体系中C2S的含量高，减少了CO2排放量，减轻了环境污染；6、生产成本低。
图1贝利特-硫铝酸锶钙水泥熟料的XRD分析图。图2贝利特-硫铝酸锶钙水泥熟料的SEM分析图。图中■ C3S, ▲ C2Si^CuSiY5Aj， C4AF ；1、硫铝酸锶钙矿物；2、阿利特矿物；
3、铁铝酸四钙；4、贝利特矿物。
具体实施例方式本发明的贝利特_硫铝酸锶钙水泥的具体实施例见表1。 表1水泥生料化学成分/重量％ 本发明依据1_5#比例的按照上述实施例1_5#的配比将反应物原料CaO，SiO2, Al2O3，Fe2O3，SrO, SO3, CaF2放入高温炉内煅烧，所述SrO为锶矿或锶渣，煅烧温度控制在 13200C -1400°C，通过固相反应在熟料矿物体系中形成表2的硫铝酸锶钙矿物，组成新的熟 料矿相体系，达到提高早期强度的目的。1_5#所得水泥熟料的矿相组成见表2 表2水泥熟料的矿相组成(重量％) 在实验室用硅钼棒电炉对以上熟料烧成。水泥物理性能见表3。
权利要求
一种贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其特征在于其水泥熟料是由以下重量配比的矿相体系组成硫铝酸锶钙1-20％硅酸二钙30-60％硅酸三钙10-45％铝酸三钙2-20％铁铝酸钙2-20％；所述硫铝酸锶钙化学式为(3-x)CaO·xSrO·3Al2O3·CaSO4，式中x＝1~3。
2.根据权利要求1的贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其特征在于所述水泥熟料是由以下 重量配比的矿相体系组成硫铝酸锶钙5-20% 硅酸二钙30-50% 硅酸三钙10-35% 铝酸三钙2-10% 铁铝酸钙5-15%。
3.根据权利要求1或2所述的贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其特征在于是由以下重量 配比的原料制成CaO 30-50% Si02 5-20% A1203 1-20% Fe203 0. 6-7% S03 0. 1-3% SrO 0. 1-10% CaF2 :0. 1-1%。
4.根据权利要求3所述的贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其特征在于所述的SrO为锶矿或锶渣。
全文摘要
本发明公开了一种贝利特-硫铝酸锶钙水泥，其水泥熟料是由以下重量配比的矿相体系组成硫铝酸锶钙1-20％、硅酸二钙30-60％、硅酸三钙10-45％、铝酸三钙2-20％、铁铝酸钙2-20％；所述硫铝酸锶钙化学式为(3-x)CaO·xSrO·3Al2O3·CaSO4，式中x＝1~3。本发明的有益效果1、提高了贝利特水泥的早期强度2、节约了能源及资源3、改善了水泥体积稳定性4、废弃物资源化5、改善环境6、生产成本低。
文档编号C04B12/00GK101857388SQ20101018805
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月1日 优先权日2010年6月1日
发明者叶正茂, 周宗辉, 常钧, 王守德, 王辉, 程新, 芦令超, 黄世峰 申请人:济南大学