本发明属于海工建筑材料领域，具体涉及一种C3S型铁铝酸盐水泥熟料。
背景技术：
海洋覆盖着地球面积的71％，拥有十分丰富的矿产，生物及空间资源。人类利用海洋已 有几千年的历史，早期的海洋开发，由于生产条件、技术，人们的认知能力的限制，仅限于 近岸和近海的捕捞业，运输业。随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻， 人们对于认识海洋，利用海洋能力的提高，海洋的价值被越来越多的沿海国家所重视，形成 了一些新的海洋开发产业，如海上钻井平台，潮汐发电站，海底隧道等。我国是一个拥有300 万平方公里的海洋大国，需要建设大量的沿岸和离岸工程。
混凝土作为三大传统建筑材料之一，因其独特且优异的施工性、高强性和耐腐蚀性，被 广泛应用于各种海工建筑物中，如跨海大桥，海底隧道，码头，海堤及海上作业平台等。海 洋环境复杂多变，这些海工建筑所处的情境远比陆上建筑极端恶劣的多：台风、海浪、潮汐 的冲刷，冰凌的碰撞、挤压，温度、地震、海水腐蚀、生物附着等海洋因素，甚至船舶和其 他漂浮物的碰撞，磨损等，无时不刻不对这些海工建筑造成破坏。一旦这些混凝土建筑遭受 破坏，不可避免的会造成生产的损失，环境的污染，甚至人员的伤亡。如何快速且高效的对 混凝土海工建筑的损坏区域进行抢修，成为亟需解决的问题。
硫铝酸盐系列水泥熟料具有良好的抗海水腐蚀性能，且其早期力学性能发展快，基本适 合用于海工工程的快速修复；但该水泥熟料粘结性能偏弱，其水化早期需要形成大量凝胶相 才能更适于与海工的快速修复，早期形成大量C-S-H的设计可以满足海工修复需求，也就是 需要在硫酸盐水泥熟料体系中形成一定量的C3S。但王燕谋等人在《硅酸盐学报》论述到， 在CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3五元体系中，C4A3$与C3S共存存在一定困难；且存该两矿物烧 成温度区间不匹配(C3S单矿相形成温度为1600℃，C4A3$最高形成温度约为1300℃)。例如， 专利CN96103649(阿利特-硫铝酸钙水泥的组成及其制备方法，矿物组成C3S 30～50％，C2S 30～40％，C4AF 10～20％，C4A3$3～10％)提到，在高阿利特的熟料体系中，C4A3$含量被限 制在区间3～10％内；专利CN1490270(含无水硫酸钙矿物的硅酸盐水泥熟料及其生产方法， 矿物组成C3S 40～70％，C4A3$2～10％，C2S余量)提高，在该硅酸水泥熟料体系，C4A3$含量 被限制在2～10％区间以内；此外专利CN101134647A(一种高性能阿利特-硫铝酸盐水泥孰料 后烧成的工艺办法)提到的水泥熟料组成也表现了相同规律。另一项专利由肖忠明，郭俊平， 崔琪于2015年2月4日申请，专利名称为一种C3S型硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，专利 申请号为201410549741.5。根据其摘要，该专利化学组成为：CaO 45-60％，SiO2 7-13％，Al2O3 20-35％,，Fe2O3 1.6-9％，SO3 5-12％，CaF2 0.2-1.0％，ZnO 0.0-0.2％，其中碱度系数cm＝1.2-1.5， 硫铝比为3.5-4.0，烧成温度为1220～1320℃，最佳烧成温度为1250～1270℃。该专利的主要 原理是采用高碱度系数进行配料，确保有足够的CaO生成C3S；采用高铁配料，使得液相量 充足，满足C3S生成的环境；采用CaF2为主的CaF2+ZnO复合矿化剂，降低液相出现温度和 液相粘度，促进C3S低温生成。但该熟料专利煅烧需要污染环境的CaF2，这是目前生产实施 环保要求中所不允许的。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种C3S型磷铁铝酸盐无氟抢修海工水泥熟 料，该水泥熟料在大量SO3和Fe2O3复合矿化作用下，低温煅烧条件下实现C4A3$、C4AF、 C3S和磷铝酸钙的共存；铁铝酸盐水泥具有快硬早强的水化性质，且水化产物含有大量的铁 胶，使其具有良好的抗海水冲刷和侵蚀能力。C3S作为硅酸盐水泥孰料的主要矿物组成，在 水泥石中主要提供早起强度，且水化产物C-S-H凝胶具有优异的粘接性能。本发明制备的C3S 型铁铝酸盐水泥，在铁铝酸盐水泥优异性能的基础上，融入了C3S和磷铝酸钙水化产物粘结 性高的特点，且不会对铁铝酸盐水泥原本的性质造成太大影响。将十分适合用于海洋工程的 抢修工作。
本发明采用以下技术方案：
一种C3S型磷铁铝酸盐无氟抢修海工水泥熟料，该熟料的主要氧化物组成为：CaO 40～50％，SiO2 1～2.5％，Al2O3 30～40％，Fe2O3 7～13％，SO3 4～6.5％，P2O5 1.2～1.8％。
所述的C3S型磷铁铝酸盐水泥熟料的矿相体系成分含量为：C4A3$30～50％，C4AF 20～40％，C3S 3-10％，C8A6P 10-15％，中间相6-10％。
在进行孰料配比时，碱度系数控制在1.1～1.2，铝硫比控制在3.6～3.8；其中碱度系数计算 公式如下：铝硫比计算公式为
所述熟料的煅烧温度为1340-1400℃，烧成后急剧冷却制成。
本发明的矿物组成按以下公式计算：
C4AF＝3.04Fe2O3
C8A6P＝8.47P2O5
C4A3S＝1.99Al2O3-1.27Fe2O3-8.60P2O5
C3S＝3.80SiO2
(上述所有公式符号C,S,F,A,$分别为CaO,SiO2,Fe2O3,Al2O3,SO3质量百分比)
本发明的有益效果是：1)本发明采用高铁配料，较多的铁相不仅能形成大量铁胶，增强 抗海水冲刷能力，使建筑物表面不容易起砂，拥有更好的抗冲刷，抗腐蚀和抗锈能力，还为 煅烧时C3S的形成提供了足够的液相环境；2)为保证Al2O3和SO3的含量充足且适量，通过 铝硫比控制两者的含量保证生成C4AF和磷铝酸钙后仍有足够的CaSO4和剩余的Al2O3反应 生成C4A3$；较高的碱度系数使熟料煅烧时CaO的量不仅满足C4A3S和C4AF的需要，仍有 足够余量的CaO能够被C2S吸收，形成C3S；3)本发明含有独有的磷铝酸钙矿相，同时其 组成上增大了C4AF含量。这些不同造成性能上差异显著，磷铝酸钙矿相可赋予水泥有突出 的早期和后期力学性能，且其水化形成C-A-P-H凝胶提高水泥凝结性能，利于海工工程快速 修复；4)我国优质铝矾土资源逐渐减少，大量C4AF的含量取代了C4A3S的量，大大节约了 铝土资源，节省了成本。其快硬，早强，粘结性强，后期微膨胀，低收缩的特性，十分适合 于海工抢修中的接头，接缝，填缺，堵漏作业。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种C3S型磷铁铝酸盐无氟抢修海工水泥熟料，其熟料化学组成：CaO 46.88％，SiO2 1.98％，Fe2O3 9.06％，Al2O3 34.53％，SO3 6.04％，P2O51.51％；
碱度系数cm＝1.20，铝硫比PA/S＝3.68；
烧成温度1360℃，烧成后急剧冷却制成。
计算矿物组成为C4AF 27.54％，C4A3$44.22％，C3S 7.52％，C8A6P12.79％
实施例2
一种C3S型磷铁铝酸盐无氟抢修海工水泥熟料，其熟料化学组成：CaO 46.14％，SiO2 1.96％，Fe2O3 9.62％，Al2O3 34.86％，SO3 5.93％，P2O51.49％；
碱度系数cm＝1.16，铝硫比PA/S＝3.7；
烧成温度1360℃，烧成后急剧冷却制成。
计算矿物组成为C4AF 29.24％，C4A3$44.34％，C3S 7.45％，C8A6P12.62％。
实施例3
一种C3S型磷铁铝酸盐无氟抢修海工水泥熟料，其熟料化学组成：CaO 45.09％，SiO2 2.02％，Fe2O3 9.94％，Al2O3 35.33％，SO3 6.12％，P2O51.50％
碱度系数cm＝1.11，铝硫比PA/S＝3.68
烧成温度1360℃
计算矿物组成为C4AF 30.22％，C4A3$44.78％，C3S 7.68％，C8A6P12.71％。
表1各种实例水泥凝结时间和力学性能
以上方案均未掺加外加剂。实际应用中可掺加一定量的缓凝剂可对其凝结时间进行科学 的控制，且不会对强度造成明显影响；也可符合掺入其他外加剂如高效减水剂，浆体稳定剂 等，增加其浆体工作性能。含有磷铝酸钙矿相赋予水泥突出的早期和后期力学性能，且其水 化形成C-A-P-H凝胶提高水泥凝结性能，利于海工工程快速修复。
此外，本发明的水泥熟料制备的海工建筑其抗海水冲刷和抗腐蚀性能优良，将上述实例 1～3烧成的水泥熟料和普通42.5海工硅酸盐水泥作为的对比例分别做如下的性能测试。
表2性能测试结果
从上述表2的测试结果中可以看出，采用本发明煅烧的水泥用于海洋环境中时，氯离子 扩散系数更低，有良好的抗氯离子渗透性，且抗硫酸盐侵蚀系数也较高，这是由于本发明水 泥熟料在大量SO3和Fe2O3复合矿化作用下，低温煅烧条件下实现了C4A3$、C4AF、C3S和 磷铝酸钙的共存；另外，本发明28天养护后测得的磨损率很低，原因是铁铝酸盐水泥具有快 硬早强的水化性质，且水化产物含有大量的铁胶，使其具有良好的抗海水冲刷和侵蚀能力， 非常适合于海工建筑中使用。