一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法与流程

本发明涉及到水泥材料制备技术领域，尤其涉及含c3s的硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法。

背景技术：

硫铝酸盐水泥是一种具有早强、高强、高抗渗和微膨胀等性能胶凝材料，其主要矿物硫铝酸钙（c4a3$）在熟料体系中其大量形成的温度在1200℃左右，在较高的温度下，c4a3$会分解，一般认为其稳定存在的上限温度为1350℃。硅酸盐水泥熟料主矿相硅酸三钙（c3s）是在有液相存在的情况下形成的，而液相形成温度至少要在1250℃，c3s的大量形成温度一般在1350℃以上。而熟料体系中存在高so3含量下，会抑制c3s矿物形成，因此，一般情况下，c3s不能在硫铝酸盐水泥熟料中存在。氧化物简写为：c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。

现有技术在硫铝酸盐水泥熟料中引入c3s矿物，基本上是通过熟料体系中加入矿化剂caf2，降低c3s烧成温度，进而实现c3s引入到硫铝酸盐水泥熟料体系。专利硫铝酸钙-阿利特复合矿相水泥熟料及其制备方法（公开号cn1951853a）和专利一种c3s型硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法（cn104326687a）均是使用了矿化剂caf2实现c3s和c4a3$共存。但是矿化剂caf2的使用会对环境造成污染，且对水泥窑炉系统具有腐蚀性，同时随着caf2掺量增加会对水泥性能有不利影响，限制了其在水泥熟料制备中的应用。

因此，开发一种新的含c3s的硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法的研究对熟料工业发展具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，采用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o为原料，解决向硫铝酸盐水泥熟料中引入c3s矿物问题。

本发明还提供上述含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，通过调整熟料体系铁相组成和含量，采用离子掺杂技术，制备含硅酸三钙（c3s）的硫铝酸盐水泥熟料。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，矿物组成中，矿物组成中，铁相为c2f；硫铝酸盐矿物为c3ba3$；

所述c2f，即铁酸二钙，化学计量式为2cao·fe2o3；所述c3ba3$，即硫铝酸钡钙，化学计量为3cao·3al2o3·baso4。

所述含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，其矿物百分含量组成为：

c3s5～30％，

c3ba3$20～65％，

c2s30～60％，

c2f3～25％；

其中，氧化物简写为c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。

所述含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，化学组成及百分含量为：

cao47～60%，

sio211～29%，

al2o38～28%，

fe2o31～15%，

bao5～17%，

so32～8%。

上述含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，步骤包括：

1）配料：按下述重量份称取原料caco383～107份、baco36.4～21.8份、sio211～29份、al(oh)312.2～43.8份、fe2o31～15份和caso4·2h2o4.3～17.2份，然后将配好的原料经湿法混合后，烘干，压片，备用；

2）煅烧：将步骤1）处理后原料，以5℃/min从室温升至900℃，然后保温煅烧1h，再以3℃/min升至1300～1410℃，并保温煅烧0.5～1.5h；

3）冷却：煅烧结束后，空气急冷，得到含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料。

优选地，步骤1）中，原料粒度在80μm以下。

优选地，步骤1）中，烘干温度为105℃。

优选地，步骤1）中，压片方法为：烘干后原料中加入质量分数为7%的水，混合均匀后，在钢模中16mpa下压制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h。

优选地，步骤2）中，以3℃/min升至1320℃，并保温煅烧1h。

本发明含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，煅烧过程中液相主要是由cao、al2o3和fe2o3等组成，熟料烧结形成c3s的过程，与液相形成温度、液相量、液相性质以及cao、c2s溶解于液相的溶解速度、离子扩散速度等各因素有关。因此通过调节铁相组成和含量，同时采用离子掺杂技术，解决在硫铝酸盐水泥熟料中生成一定量的c3s矿物。从而避免了引入caf2对水泥性能和设备的影响。通过调控熟料体系液相性质，制备出中后期强度持续增加的含c3s的硫铝酸盐水泥熟料，同时克服了硫铝酸盐水泥由于碱度低而限制混合材的使用。

本发明含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，原料矿物均采用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o配料，熟料烧结形成c3s的过程需要液相环境，本发明通过设计铁相组成为c2f，铁相量在3～25%之间，可有效促进c2s更多溶解于液相并吸收cao转化为c3s，同时设计引入bao使硫铝酸盐矿物分解温度提高30℃，扩大了c3s和硫铝酸盐矿物温度共存区间。

本发明技术方案的有益效果和特点：

1）通过调整铁相组成，可以明显降低c3s矿物形成温度，有利于节能降耗。

2）本发明含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料中硫铝酸盐矿物为含硫铝酸钡钙（3cao·3al2o3·baso4），其分解温度较c4a3$高30℃，扩大了c3s和硫铝酸盐矿物共存区间。

3）本发明含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料可以增加硫铝酸盐水泥中混合材掺量。

附图说明

图1为实施例1制备的含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料矿物组成xrd图谱；

图2为实施例2制备的含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料矿物组成xrd图谱；

图3为实施例3制备的含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料矿物组成xrd图谱；

图4为对比例1制备的水泥熟料矿物组成xrd图谱；

图5为对比例2制备的水泥熟料矿物组成xrd图谱；

图6为对比例3制备的水泥熟料矿物组成xrd图谱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下利用实施例进一步阐明本发明，但本发明内容不能认为限制发明的范围。

实施例1

一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，步骤包括：

1）配料：按下述重量份称取原料caco389.8份、baco36.4份、sio218.6份、al(oh)315.2份、fe2o311.7份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后将配好的原料经湿法混合后，105℃烘干，加入质量分数为7%的水，混合均匀后，在钢模中16mpa下压制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，备用；

2）煅烧：将步骤1）处理后原料，以5℃/min从室温升至900℃，然后保温煅烧1h，再以3℃/min升至1320℃，并保温煅烧1h；

3）冷却：煅烧结束后，空气急冷，得到含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料。

实施例1含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，其矿物百分含量组成为：c3s15%，c2s42%，c2f20%，c3ba3$23%。其中，氧化物简写为c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料样品矿物组成详见附图1xrd图谱，可见，矿物组成中，铁相为c2f；硫铝酸盐矿物为c3ba3$；

其化学组成及百分含量为：cao52.1%，sio218.6%，al2o39.9%，fe2o311.8%，bao5.0%，so32.6%。

实施例2

一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，步骤包括：

1）配料：按下述重量份称取原料caco391.9份、baco36.4份、sio220.4份、al(oh)315.2份、fe2o38.8份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后将配好的原料经湿法混合后，105℃烘干，加入质量分数为7%的水，混合均匀后，在钢模中16mpa下压制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，备用；

2）煅烧：将步骤1）处理后原料，以5℃/min从室温升至900℃，然后保温煅烧1h，再以3℃/min升至1350℃，并保温煅烧1h；

3）冷却：煅烧结束后，空气急冷，得到含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料。

实施例2含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，其矿物百分含量组成为：c3s15%，c2s47%，c2f15%，c3ba3$23%。其中，氧化物简写为c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料样品矿物组成详见附图2xrd图谱，可见，矿物组成中，铁相为c2f；硫铝酸盐矿物为c3ba3$；

其化学组成及百分含量为：cao53.3%，sio220.4%，al2o39.9%，fe2o38.8%，bao5.0%，so32.6%。

实施例3

一种含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，步骤包括：

1）配料：按下述重量份称取原料caco386.3份、baco37.5份、sio217.2份、al(oh)317.9份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后将配好的原料经湿法混合后，105℃烘干，加入质量分数为7%的水，混合均匀后，在钢模中16mpa下压制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，备用；

2）煅烧：将步骤1）处理后原料，以5℃/min从室温升至900℃，然后保温煅烧1h，再以3℃/min升至1380℃，并保温煅烧1h；

3）冷却：煅烧结束后，空气急冷，得到含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料。

实施例3含硅酸三钙的硫铝酸盐水泥熟料，其矿物百分含量组成为：c3s15%，c2s38%，c2f20%，c3ba3$27%。其中，氧化物简写为c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料样品矿物组成详见附图3xrd图谱，图中明显可见c3s的衍射峰(d＝1.76)和c3ba3$(d＝3.77)。

其化学组成及百分含量为：cao50.5%，sio217.2%，al2o311.7%，fe2o311.7%，bao5.8%，so33.1%。

对比例1

制备方法同实施例1，不同之处在于步骤1）配料组成：按下述重量份称取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份。

对比例1所得水泥熟料，其矿物百分含量组成为：主要是c2s，c2f，c4a3$(d＝3.75)和游离钙，没有发现c3s特征衍射峰（d＝1.76）；所得熟料样品矿物组成详见附图4xrd图谱，可见，矿物组成中，铁相为c2f；硫铝酸盐矿物为c4a3$。

对比例2

制备方法同实施例2，不同之处在于步骤1配料组成：caco398.0份、sio220.3份、al(oh)322.5份、fe2o34.9份和caso4·2h2o6.5份。

对比例2所得水泥熟料，其矿物百分含量组成为：主要是c2s，c4af，c4a3$(d＝3.75)和游离钙，没有发现c3s特征衍射峰（d＝1.76）；

矿物组成详见附图5xrd图谱，可见，矿物组成中，铁相为c4af；硫铝酸盐矿物为c4a3$。

对比例3

制备方法同实施例1，不同之处在于步骤1）：按下述重量份称取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份，然后将配好的原料经湿法混合后，烘干压片，备用；

将步骤1）处理后原料，以5℃/min从室温升至900℃，然后保温煅烧1h，再以3℃/min升至1380℃，并保温煅烧1h。

对比例3所得水泥熟料，其矿物百分含量组成为：主要是c2s，c2f，c4a3$和游离钙，没有发现c3s特征衍射峰；所得熟料样品矿物组成详见附图6xrd图谱，可见，矿物组成中，铁相为c2f；硫铝酸盐矿物为c4a3$。