一种硫硅酸钙矿物的制备及应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水泥添加剂技术领域；特别是涉及一种硫硅酸钙矿物的制备及应用方 法。
【背景技术】
[0002] 硫铝酸盐水泥以其早期强度高，抗冻、抗渗、耐腐蚀等耐久性优良，应用于负温施 工、地下、快速抢修工程及预制品等行业，不足的是后期强度尤其是后期抗折强度倒缩，需 要不断地改进和完善，是本领域技术人员一直在关注和研究的要点。同时硫铝酸盐水泥作 为一种特种水泥，原料品质要求高，为了克服以上缺点引入了贝利特硫铝酸盐水泥和高硅 硫铝酸盐水泥，但是贝利特硫铝酸盐水泥依然没有解决该系列水泥强度后期倒缩的问题， 特别是需要采用矾土等含氧化铝的高铝原材料。另一方面，一些工业废渣在水泥生产和混 凝土制备过程中得到大量应用，但大量的高硫酸钙含量的硅酸盐类的工业废渣目前基本未 被利用，虽然传统硫铝酸盐水泥熟料的烧成可以消耗一定化学石膏或含硫酸钙的废渣，但 总的掺量很低。传统硫铝酸盐水泥后期强度倒缩也是限制其扩大应用领域的主要问题。因 此提高硫铝酸盐水泥中硫酸钙含量和改善后期强度倒缩是硫铝酸盐水泥发展的主要方向。
[0003] 硫娃酸興（4Ca02Si02 CaSO4)，又称硫娃f丐石、横基灰令丐石。以往认为是硫错酸盐水 泥熟料形成过程中的过渡相，在熟料煅烧温度较低时，或CaSO 4较多时，最终产物中可能会 有硫娃酸興存在。
[0004] 但现有技术中，普遍的观点是认为硫硅酸钙是惰性矿物，甚至被认为有害矿物。故 在水泥生产时，一般均是会极力避免水泥中生成硫硅酸钙成分。但申请人最新研究发现，硫 硅酸钙可以提高硫铝酸盐水泥后期强度，解决目前的硫铝酸盐水泥强度倒缩问题，同时硫 硅酸钙还可以激发工业废渣的火山灰活性，对于工业废渣掺量较大的硅酸盐水泥后期和长 期强度发展具有促进作用，同时还能在后期具有明显的补偿收缩的作用。因此，申请人认为 硫硅酸钙可以作为硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥外加改性组分，也可以作为普通混凝土膨胀 剂组分使用。
[0005] 硫铝酸盐水泥烧成过程中，硫硅酸钙（4Ca02Si02CaS04)在微还原气氛中形成的温 度范围为1100?1250°C，超过1250°C就会消失。目前硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度通常 在1250?1350°C之间，因此硫铝酸盐水泥中即使存在硫硅钙石，含量也非常低。目前在 硅酸盐水泥的烧成过程中，特别是采用高硫燃料或者含硫酸钙含量比较高的废渣煅烧熟料 时，也会生成硫硅钙石过渡相，但硅酸盐水泥熟料的烧成温度远比硫铝酸盐水泥为高，因此 硫硅钙石更容易分解，硅酸盐水泥则不会残留有硫硅酸钙矿物。
[0006] 因此，现有方法制备的硫铝酸盐水泥中即使含有硫硅酸钙，但含量也很低，不足以 用作为外加组分。同时自然界中目前还没有可供使用的天然硫硅酸钙石，因此如何提供一 种以硫硅酸钙为主要有效成分的水泥添加剂制备方法，以利于提高硫铝酸盐水泥后期强 度，成为申请人考虑研究的方向。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种制备简 单，实施方便，成本低廉的硫硅酸钙矿物的制备及应用方法。使其能够有效地改善硫铝酸盐 水泥后期强度倒缩，提高最终产品混凝土的质量。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案： 一种硫硅酸钙矿物的制备方法，其特征在于，制备时将氧化钙原料、氧化硅原料和石膏 分别磨细后混合均匀，在高温下煅烧并保温一段时间得到以硫硅酸钙为主要组分的混合矿 物组分，然后粉磨至一定细度得到产品。
[0009] 该方法具体包括以下步骤： a. 配料： 将含氧化钙原料、含氧化硅原料和石膏分别粉磨至一定细度，然后按照配料中氧化物 Ca0:Si02:S0@量比例范围在7:3:2?7:3:2. 8配料混匀混匀； b. 矿物合成： 将步骤a制备的配料置于高温炉进行煅烧，煅烧温度为1100?1250°C，并保温一段时 间，保温时间为2?8小时，然后取出在空气中急速冷却； c. 粉磨： 将步骤b经球磨机粉磨至比表面积为300?450 m2/kg得到产品。
[0010] 故本发明所制得的硫硅酸钙矿物，是以硫硅酸钙为有效成分的粉末状固体产品。
[0011] 现有技术中，普遍的观点是认为硫硅酸钙是惰性矿物，甚至被认为有害矿物。故在 水泥生产时，一般均是会极力避免水泥中生成硫硅酸钙成分。但申请人最新研究发现，硫硅 酸钙可以提高硫铝酸盐水泥后期强度，解决目前的硫铝酸盐水泥强度倒缩问题，同时硫硅 酸钙还可以激发工业废渣的火山灰活性，对于工业废渣掺量较大的硅酸盐水泥后期和长期 强度发展具有促进作用，同时还能在后期具有明显的补偿收缩的作用。因此，申请人克服了 现有技术偏见，认为硫硅酸钙可以作为硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥外加改性组分，也可以 作为普通混凝土膨胀剂组分使用，并研发了本水泥添加剂。这对于现有技术有突出的实质 性贡献作用。
[0012] 所述步骤a中，本发明采用的是具有高SiO2含量、高比表面积的含氧化硅原料以 增大粉料的接触面积使硫硅酸钙矿化完全。其中，作为参数的优选含氧化硅原料中Sicv^ 量宜大于80%，且采用比表面积大于600 m2/kg以上的粉料，优选的是比表面积1000?1500 m2/kg。这样更加利于含氧化娃原料参与反应。
[0013] 上述方案过程中考虑到石膏的分解，按照配料中氧化物Ca0:Si02:S0 3质量比例范 围在7:3:2?7:3:2. 8配料，以提高硫硅酸钙矿物纯度，降低贝利特的残留。
[0014] 上述技术方案中，粉磨混匀后配料的细度为100?200目，以更好地使硫硅酸钙矿 化完全。
[0015] 上述技术方案中制备的配料在1100?1250°C条件下高温煅烧并保温2?8小时， 以得到高纯度的硫硅酸钙矿物。优选的是1150?1200°C条件下高温煅烧并保温5小时，这 样更加利于硫硅酸钙的生成，提高产物纯度。
[0016] 作为技术方案的优化，制备的混合矿物中硫娃酸I丐的质量含量大于50%。这样保证 其使用时作为主要有效成分参与反应，保证其使用效果。更好的选择是得到的混合矿物组 分中，硫硅酸钙含量在50%?90%，贝利特10?50%，没有高温硬石膏残留。
[0017] 上述方案C步骤中，将烧成的矿物粉磨至比表面积为300?450 m2/kg。这样更加 利于水泥添加剂使用是参与反应。
[0018] 作为上述方案的优化，含氧化钙原料可采用石灰石或电石渣。这样成本低廉且利 于实施。
[0019] 作为上述方案的优化，含氧化硅原料可采用石英砂，或者采用合金生产产生的硅 灰，娃灰中二氧化娃质量含量应大于80%。这样成本低廉且利于实施。
[0020] 作为上述方案的优化，所述石膏可以采用二水石膏或硬石膏。这样成本低廉且利 于实施。
[0021] 作为优选，制得的硫硅酸钙矿物中，硫硅酸钙含量占质量份50%?90%，剩余成分 为贝利特成分。这样含有少量的贝利特成分，贝利特矿物同样也能对水泥体系的后期强度 起到促进作用。硫硅酸钙和贝利特复合矿物组分能激发火工业废渣火山灰活性，改善硫铝 酸盐水泥、硅酸盐水泥后期强度和长期强度发展。
[0022] 本发明还公开了上述方法制得的硫硅酸钙矿物的应用方法，其特征在于，将所述 硫硅酸钙矿物作为硫铝酸盐水泥添加剂，