本发明涉及一种水泥，特别是涉及一种采用石灰石屑、偏高岭土等配料制备道路硅酸盐水泥熟料以及低收缩耐侵蚀道路硅酸盐水泥的方法。
背景技术：
目前通用水泥为硅酸盐水泥系列，其以适当的原材料，设计适宜的率值和成分，经“两磨一烧”的工艺加工而成，是生产和应用最广泛的水硬性胶凝材料。长期以来，硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成基本没有变化，技术发展主要是生产工艺和装备。
随着公路建设的发展及公路里程的增加，公路的通行量和负荷也与日俱增，对水泥混凝土路面的质量和使用寿命也提出了更高的要求。硅酸盐水泥用于水泥混凝土道路时，由于水化发热高、抗折强度不高、耐磨和干缩性能差等因素，易导致道路混凝土破坏，影响道路的使用寿命。2005年交通部发布实施的《公路水混土路面施工技术规范》明确提出特重、重交通路面应优先采用道路酸盐水泥。
石灰石屑为石灰石矿选矿后剩余的品质较低的矿石。为了满足对水泥品质的要求，在选择石灰石矿时，一般选择碳酸钙的质量百分含量大于50％的矿石，其余部分，由于碳酸钙的质量百分含量小于或等于50％，品位低，则被归为不宜生产水泥的石灰石屑。石灰石屑是水泥生产的副产品，每吨矿石产生0.15-0.20吨石屑，且我国石灰石矿产储量大，因此低品位的石灰石屑鲜有水泥工业作为原材料进行使用。
偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有火山灰活性，主要用作混凝土外加剂，也可制作地质聚合物，很少用于水泥工业，特别是用于生产特种水泥。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于，提供一种采用石灰石屑、偏高岭土等配料制备道路硅酸盐水泥熟料以及利用二水石膏或混合石膏作为调凝剂，偏高岭土作为混合材料之一制备道路硅酸盐水泥及其制备方法，所要解决的技术问题是使其以石灰石屑、偏高岭土作为水泥生料组分来制备水泥熟料，进而提高水泥的抗折性能和抗侵蚀能力、减少收缩，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
依据本发明提出的硅酸盐水泥生料，所述的生料的组分以及各组分的质量份数为，
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的一种硅酸盐水泥生料，其中所述的生料中氧化物的种类以及各氧化物的质量百分含量为，
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的硅酸盐水泥熟料，所述的熟料为上述生料经粉磨、煅烧而成。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的硅酸盐水泥熟料，其中所述熟料包含以下组分，
优选的，前述的硅酸盐水泥熟料，其中所述的煅烧温度为1350-1450℃。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的硅酸盐水泥，所述的硅酸盐水泥的组分以及各组分的质量百分含量为，
其中，所述的水泥熟料为上述中任一项所述的水泥熟料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的硅酸盐水泥，其中所述的石膏为二水石膏或混合石膏。
优选的，前述的硅酸盐水泥，其中所述的水泥中SO3含量为2.5-4.5％。
优选的，前述的硅酸盐水泥，其中所述的水泥的28d抗折强度大于或等于9.0MPa；3％Na2SO4溶液里28d抗侵蚀系数为0.90-1.05。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的硅酸盐水泥的应用，所述的硅酸盐水泥用于道路桥梁工程、机场道面工程、水电工程、防水工程等对耐磨性能有较高要求工程的修建。
借由上述技术方案，本发明一种硅酸盐水泥至少具有下列优点：
1、本发明硅酸盐水泥生料的原材料主要为石灰石屑，提高了石灰石矿的利用率。
本发明硅酸盐水泥生料的原材料为碳酸钙的质量百分含量小于或等于50％的石灰石矿，即本发明中称的石灰石屑。本发明硅酸盐水泥原料为石灰石矿选矿之后剩余的原料，为水泥生产的副产物，本发明将石灰石屑作为水泥的主要原料(例如本发明中选择的石灰石屑的碳酸钙的质量百分含量为45-48％)，提高了石灰石矿的利用率。
2、本发明通过粘土的选材、以及添加偏高岭土等方法，来补充石灰石屑中碳酸钙含量较少的缺点，制备出了符合国家标准的水泥。
本发明通通过选用优质的粘土、加入偏高岭土等方法，弥补了石灰石屑中碳酸钙含量不足的缺点，加入偏高岭土后，能够有效降低熟料的烧成温度，提高熟料的烧成质量；选择二水石膏或混合石膏作为调凝剂，偏高岭土作为混合材料制得的低收缩抗侵蚀道路水泥满足道路硅酸盐水泥国家标准规定技术要求的基础上，减少水泥的收缩，降低干缩率，提高抗侵蚀性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的硅酸盐水泥，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提供一种硅酸盐水泥生料。
本发明提供的硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量份数为：
本发明硅酸盐水泥的生料的主要原料为碳酸钙含量较低(小于或等于50％)的石灰石屑。并通过选用优质的粘土(如产地为河北邯郸的SiO2含量较高的粘土)、添加适量的偏高岭土(主要成分是无水硅酸铝Al2O3·2SiO2)和钢渣粉的方式，提高Al2O3及Fe2O3含量，采用高硅酸率(SM)配料，从而增加本发明水泥熟料中硅酸钙矿物的含量，保证熟料强度。
进一步的，本发明所述的硅酸盐水泥生料中氧化物的种类以及各氧化物的质量百分含量为：
通过检测分析，本发明上述的硅酸盐水泥的原料中，各氧化物的质量百分含量如上段所述，即表明，虽然本发明的原材料为碳酸钙含量较少的石灰石屑，降低了CaO的含量，但通过调节本发明硅酸盐水泥的其他原料的选择和品质，提高了SiO2、Al2O3和Fe3O4的含量，最终使得本发明本发明硅酸盐水泥的氧化物的含量满足水泥的煅烧。
本发明提供一种硅酸盐水泥熟料。
本发明提供的硅酸盐水泥熟料，为上述生料，经粉磨、煅烧而成。煅烧温度为1350-1450℃。煅烧后，本发明硅酸盐水泥熟料中的铝酸三钙的质量百分含量为3.0-8.0％；硅酸二钙的质量百分含量为15.0-45.0％；铁铝酸四钙的质量百分含量为16.0-20.0％，其他主要为硅酸三钙。
通过以上数据我们可以发现，本发明硅酸盐水泥生料煅烧后得到的水泥熟料中，硅酸三钙的含量比现有技术水泥熟料中硅酸三钙的含量略低，硅酸二钙及铝酸三钙的含量比现有技术水泥熟料中的含量高，同时规定了铁铝酸四钙的质量百分含量的限值范围。与现有技术相比，硅酸二钙含量的提高，有利于水泥的抗折性能和抗侵蚀性能，铝酸三钙含量的提高则有利于熟料早强强度及微膨胀性能的提高，铁铝酸四钙含量的限值范围则在满足耐磨性能的条件下，提高熟料的综合性能。
本发明提供一种硅酸盐水泥。
本发明所述的硅酸盐水泥的组分以及各组分的质量百分含量为：
其中，所述的水泥熟料为上述的水泥熟料。水泥组分中采用了钢渣粉，钢渣是炼钢副产品，钢渣粉是将钢渣磨至一定比表面积。钢渣粉的掺入可有效提高耐磨性能。偏高岭土的主要成分是无水硅酸铝(Al2O3·2SiO2)，偏高岭土中的活性Al2O3迅速与水泥水化过程中产生的CH反应，生成钙矾石，增加了水泥浆体中钙矾石的含量，加速了水泥的凝结。石膏反应完后，其余的偏高岭土则与水泥熟料水化生成的氢氧化钙继续反应生成C-S-H、水化铝酸三钙(C3AH6)及水化铝酸四钙(C4AH13)等有效水化产物，减少了水泥浆体中氢氧化钙的含量，从而改善了硬化水泥石的结构，提高了水泥的强度。
进一步的，本发明所述的石膏为二水石膏或混合石膏。
本发明所述的混合石膏为二水石膏和硬石膏的混合物(具体请参见石膏国家标准：GB/T 5483《天然石膏》)。
本发明所述的水泥中的SO3含量为2.5-4.5％。
石膏中的SO3在本发明水泥中的主要作用为：1、作缓凝剂，减缓水泥硬化的时间，更加适用于实际施工过程的应用；2、与偏高岭土中的Al2O3发生化学反应，生成钙矾石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O，能使固相体积增大约120％。产生膨胀效应。
本发明提供一种水泥熟料的制备方法。
实施例1
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分及各组分的质量百分含量见表1。
本发明硅酸盐水泥熟料的制备方法为：将粘土和偏高岭土组分在烘干机内烘干至含水量少于2.0％后，磨至0.080mm筛余小于10.0％；将石灰石屑破碎后粉磨至0.080mm筛余小于10.0％；将钢渣粉过筛，至0.080mm筛余小于10.0％；按表1所示的比例将上述研磨成粉的石灰石屑、粘土、偏高岭土和钢渣粉混合均匀，即成本发明硅酸盐水泥的生料。
将所述的生料放入回转窑，在窑内煅烧、煅烧后冷却至常温，即得到本发明所述的低收缩、高抗折道路硅酸盐水泥熟料，煅烧温度见表1。
实施例2
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例3
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例4
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例5
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例6
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例7
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例8
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
实施例9
本实施例中硅酸盐水泥生料的组分以及各组分的质量百分含量、生料的煅烧温度，见表1。
本实施例硅酸盐水泥生料的制备方法、熟料的制备方法与实施例1相似。
表1本发明实施例1-9中各原料的组分
经检测，实施例1-9制得的水泥熟料中的铝酸三钙的质量百分含量在3.0-8.0％之间；硅酸二钙的质量百分含量在15.0-45.0％之间；铁铝酸四钙的质量百分含量在16.0-20.0％之间，其他主要为硅酸三钙。
与现有技术相比，硅酸二钙含量的提高，有利于水泥的抗折性能和抗侵蚀性能，铝酸三钙含量的提高则有利于熟料早强强度及微膨胀性能的提高，铁铝酸四钙含量的限值范围则在满足耐磨性能的条件下，提高熟料的综合性能。
本发明进一步提供了一种硅酸盐水泥的制备方法。
实施例10
采用本发明实施例1制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例11
采用本发明实施例2制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例12
采用本发明实施例3制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例13
采用本发明实施例4制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例14
采用本发明实施例5制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例15
采用本发明实施例6制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例16
采用本发明实施例7制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例17
采用本发明实施例8制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
实施例18
采用本发明实施例9制备得到的水泥熟料制备本实施例的硅酸盐水泥，本实施例硅酸盐水泥的其他原料及配比见表2。
表2实施例10-18中硅酸盐水泥各原料组成及配比(重量百分比)
对上述实施例10-18所得到的道路硅酸盐水泥进行如下性能检测，具体结果见表3。
1)抗折强度性能
通过国家水泥质量监督检验中心按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行性能检测。
2)水泥的耐磨性能
通过国家水泥质量监督检验中心按JC/T421-2005《水泥胶砂耐磨性试验方法》进行性能检测。
3)水泥的干缩性能：
通过国家水泥质量监督检验中心按JC/T 603-2005《水泥胶砂干缩试验方法》进行性能检测。
4)水泥的净浆膨胀率
通过国家水泥质量监督检验中心按JC/T 313-2009《膨胀水泥膨胀率试验方法》进行性能检测。
5)通过国家水泥质量监督检验中心按GB/T 749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》进行性能检测。
表3实例10-18道路硅酸盐水泥的性能检测结果
上述数据表明，本发明的道路硅酸盐水泥除了满足GB13693-2005《道路硅酸盐水泥》标准的各项物理性能要求(28d磨损量达到1.9kg/m2，28d砂浆干缩率达到0.07％)，本发明着重抗折性能、抗侵蚀性能及低收缩性能上有显著的提高。使用道路硅酸盐水泥熟料制备得到的道路硅酸盐水泥的28天抗折强度≥9.0MPa，28d净浆膨胀率达到0.5％；3％Na2SO4溶液中28d抗侵蚀系数达到1.05。其中，石膏类材料选用二水石膏或混合石膏：SO3＞35％，石膏类材料在本法发明中用于调节凝结时间；助磨剂也是选择性添加的组分，根据具体施工要求的不同添加。混合材料选用矿渣粉(或)钢渣粉和偏高岭土。上述所有材料均可以从市场上得到。
本发明制得的硅酸盐水泥可以用于道路桥梁工程、机场道面工程、水电工程、防水工程等对耐磨性能有较高要求工程的修建。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。例如，“所述的煅烧温度为1350-1450℃”，此数值范围包括1350-1450之间所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值(例如：1380、1400)组成的范围值(1380-1400)；本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求书和发明书中出现的技术方案可以进行任意组合，组合得到的技术方案，也在本发明的保护范围之内。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。