硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法与流程

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法。

背景技术：

硫铝酸盐水泥具有高的早期强度以及高后期强度，还有抗渗、抗冻、耐蚀等优点。硅酸二钙(c2s)和硫铝酸钙(c4a3$)为硫铝酸盐水泥的主要矿物，c4a3$水化活性很高，早期能形成大量的钙矾石(aft)、c-s-h和氢氧化铝(ah3)凝胶，使水泥的早期强度大大提高，其煅烧温度一般在1250-1300℃；c2s水化反应慢，早期强度低，主要为水泥提供后期强度。

硅酸三钙(c3s)是硅酸盐水泥熟料的主要矿物，其由sio2和cao在高温下反应生成，其煅烧温度一般在1450-1500℃。c3s矿物水化较快，早期强度高，后期强度增进率大，其含量是决定硅酸盐水泥强度的主要因素。研究表明，在硅酸二钙硫铝酸盐水泥中添加c3s矿物，可以有效提高水泥的各龄期强度。但由于c3s煅烧温度远高于c4a3$，在此温度下，c4a3$已经发生分解，因此通过一次煅烧的方法制备硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸盐水泥是困难的。

目前沈晓冬等人采取二次煅烧的方式制备硅酸三钙-硫铝酸盐水泥熟料，但由于煅烧温度低，熟料中的硅酸三钙未完全形成，含量较低；胡月阳等人发现钢渣，铜渣可以降低硅酸三钙烧成温度，促进硅酸三钙与硫铝酸钙的共存；马素花等人发现金属氧化物如mno2、zno等能够扩大硅酸三钙与硫铝酸钙的共存温度，但额外添加矿化剂会提高水泥生产的成本。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法，以克服上述现有技术中的工艺复杂、能耗高的不足，而且能够实现废渣的有效处理。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸盐水泥，其水泥熟料包括以下质量配比的矿物组成：硅酸三钙：5-45％，硅酸二钙：20-50％，硫铝酸钙：18-40％，含铁相：0-10％，具体的含铁相包括c4af、cf、c2f、c4(a,f)3$。

一种硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法，包括如下步骤：

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

(1)将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按29.5-66.7：10.1-21.51：8.6-56.14：5.4-13.7的质量比配料，进行球磨，得到生料；

(2)将步骤(1)得到的生料在3-5mpa下压片，将片在1150-1290℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷；

(3)将步骤(2)中急冷后得到的熟料，与二水石膏、0-20％混合材混匀、磨细，得到硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸盐水泥。

所述步骤(1)中硅质原料为煤矸石、粉煤灰、钢渣，铝质原料为铝矾土、铝渣，钙质原料为石灰石、电石渣，工业石膏为脱硫石膏，混合材为矿粉或者粉煤灰。

有益效果：本发明提供的硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法，与现有技术相比，具有以下优势：本发明以工业废渣为主要原料，一方面可以节约原料成本，另一方面可以更有效的处理和利用废渣。本发明通过将原料进行活化处理，降低硅酸三钙的煅烧温度，可在1150-1290℃通过一步煅烧的方式制备硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸盐水泥熟料，比传统煅烧温度低了150℃左右。本发明工艺简单、低碳、绿色环保。

附图说明

图1为实施例1所得产物的xrd图。

具体实施方式

本发明的一种硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸钙水泥及其低温制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅质原料、铝质原料、钙质原料和工业石膏分别破碎成10mm以下的颗粒，然后按29.5-66.7：10.1-21.51：8.6-56.14：5.4-13.7的质量比配料，进行球磨，得到生料；

其中，原料包括硅质原料、铝质原料、钙质原料、工业石膏；硅质原料为煤矸石、粉煤灰、钢渣中的一种，铝质原料为铝矾土、铝渣中的一种，钙质原料为石灰石、电石渣中的一种，工业石膏为脱硫石膏，混合材为矿粉或者粉煤灰。

(2)将步骤(1)得到的生料在3-5mpa下压片，将其在1150-1290℃下煅烧，保温1-3h后，取出急冷；

(3)将步骤(2)中急冷后的熟料，与二水石膏、0-20％混合材混匀、磨细，得到硅酸二钙硫铝酸盐水泥。

本发明所用的原料的主要化学成分如表1所示。

表1所用原料主要化学成分(wt％)

下面根据具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

原料配比如表2所示：

表2实施例1原料配比

具体步骤如下：

(1)球磨：将表2原料按质量比配料，进行球磨(球料比4:1，转速150r/min)，粉磨24h后取样(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，过45μm方孔筛，筛余小于10％，得到生料；

(2)压片：将生料在3mpa下压片；

(3)煅烧：置于高温电炉内，1290℃煅烧，保温1h，然后取出急冷；

(4)物相分析：将熟料磨至其颗粒能够全部通过孔径为80μm的方孔筛，进行x射线衍射分析，如图1所示，在1290℃煅烧，保温1h合成目标水泥矿物，主要矿物有c4a3$、c2s、c3s、c2f、cf。

实施例2

原料配比如表3所示：

表3实施例2原料配比

具体步骤如下：

(1)球磨：将表3原料按质量比配料，进行球磨(球料比5:1，转速250r/min)，粉磨48h后取样(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；

(2)压片：将生料在3mpa下压片；

(3)煅烧：置于高温电炉内，1250℃煅烧，保温2h，然后取出急冷；

(4)强度测试：将熟料与二水石膏混匀、磨细至其颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，制成水泥，按照gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对水泥胶砂试件强度进行测试进行3d，28d抗折、抗压强度性能测试，如表4。

表4实施例2强度性能测试

实施例3

原料配比如表5所示：

表5实施例3原料配比

具体步骤如下：

(1)球磨：将表5原料按质量比配料，进行球磨(球料比6:1，转速350r/min)，粉磨60h后取样(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；

(2)压片：将生料在4mpa下压片；

(3)煅烧：置于高温电炉内，1200℃煅烧，保温2h，然后取出急冷；

(4)强度测试：将熟料与二水石膏、矿粉(10％)混匀、磨细至其颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，制成水泥，按照gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对水泥胶砂试件强度进行测试进行3d，28d抗折、抗压强度性能测试，如表6。

表6实施例3强度性能测试

实施例4

原料配比如表7所示：

表7实施例4原料配比

具体步骤如下：

(1)球磨：将表7原料按质量比配料，进行球磨(球料比6:1，转速350r/min)，粉磨72h后取样(期间每隔3h取出捣碎沉底料)，得到生料；

(2)压片：将生料在5mpa下压片；

(3)煅烧：置于高温电炉内，1150℃煅烧，保温3h，然后取出急冷；

(4)强度测试：将熟料与二水石膏、粉煤灰(20％)混匀、磨细至其颗粒过孔径为80μm的方孔筛，筛余小于10％，制成水泥，按照gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对水泥胶砂试件强度进行测试进行3d，28d抗折、抗压强度性能测试，如表8。

表8实施例4强度性能测试

综上，本发明将原料进行活化处理，降低硅酸三钙的煅烧温度，可在1150-1290℃通过一步煅烧的方式制备硅酸三钙-硅酸二钙-硫铝酸盐水泥熟料，比传统煅烧温度低了150℃左右。本发明工艺简单、低碳、绿色环保。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。