本发明属于新型胶凝材料制备领域，涉及一种碳铝酸盐水泥的制备方法及其产品。
背景技术：
石灰石粉是石灰石开采及机制砂生产中产生的副产品，主要成分为碳酸钙，具有来源广、易磨性高、成分稳定等优点。目前各界主要将石灰石粉作为一种惰性填料来使用，但大量文献表明，石灰石粉是具有潜在化学活性的。当石灰石粉掺加到硅酸盐水泥中时，从石灰石中溶出的碳酸钙可与硅酸盐水泥中的铝相水化物反应，生成水化碳铝酸钙，由此改善基体性能，但由于一般条件下生成水化碳铝酸钙的反应的速率极慢，故暂时还未得到广泛的应用。
基于碳酸钙与铝相材料的协同作用，当前有人将石灰石粉与含铝相辅助胶凝材料等复合取代水泥熟料使用，并研发了新的产品，如石灰石煅烧粘土水泥。但由于碳酸钙属难溶性物质，溶解度极低，而常见的胶凝材料中的铝相含量有限且活性差，需要受碱长期激发才能缓慢溶出铝来，因此当前对于碳酸钙的化学活性应用开发，还处于非常浅层的阶段。
通过目前可达到的工艺条件，采用超细碳酸钙，如研磨极限的石灰石粉甚至纳米碳酸钙与含铝量高且活性大的铝相材料，如高铝水泥、人工合成的铝酸一钙等相复合，并经轻烧处理，碳酸钙与铝相之间的反应将得到加快。
因此，基于碳酸钙的潜在化学活性，研发一种以水化碳铝酸钙为主要产物的新型水泥，将能很大程度提高石灰石粉的资源利用率，并解决传统水泥生产带来的巨大能耗和二氧化碳排放问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种碳铝酸盐水泥的制备方法；本发明的目的之二在于提供一种碳铝酸盐水泥。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种碳铝酸盐水泥的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将1.0～8.0份碳酸钙、2.0～9.0份铝酸盐矿物、0.5～2.0份调凝剂以及0.1～0.3份增强剂进行称量备料；
(2)混匀：将步骤(1)中所述碳酸钙与铝酸盐矿物混合后研磨，形成比表面积为400～700m2/kg的混合物；
(3)轻烧处理：将步骤(2)中研磨后的粉料置于焙烧炉中进行轻烧处理，待轻烧处理结束后冷却至室温，在干燥条件下储存待用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将步骤(1)中所述调凝剂与增强剂加入到步骤(3)中轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
优选的，步骤(1)中所述碳酸钙来源于石灰石、大理石、方解石、轻钙粉或者纳米级碳酸钙。
优选的，步骤(1)中所述铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料、铝酸三钙或者七铝酸十二钙中的至少一种。
优选的，步骤(1)中所述调凝剂为二水石膏。
优选的，步骤(1)中所述增强剂为六偏磷酸钠、三异丙醇胺、三乙醇胺或者六氟硅酸镁中的至少一种。
优选的，步骤(3)中所述轻烧的温度为300～600℃，所述轻烧的时间为20～60min。
2、由上述方法制备得到的碳铝酸盐水泥。
优选的，所述碳铝酸盐水泥的水化产物含有水化碳铝酸钙。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的提供了一种碳铝酸盐水泥的制备方法，其方法采用轻烧工艺，无需高温煅烧，便于推广；同时采用的原材料来源广泛、价格便宜，且制备过程中石灰石等碳酸钙物质不需大范围高温煅烧，因而降低了二氧化碳排放量，减少对环境的污染。
2、本发明采用碳酸钙、铝酸盐矿物为主要原材料，使制备的水泥能够在使用过程中形成水化产物水化碳铝酸钙，因此使碳铝酸盐水泥具有早期强度发展快、且后期强度不倒缩的优点，在墙体材料、塑料或橡胶填料、建筑涂料、防火涂层等领域具有广泛的应用；
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物、0.50份调凝剂以及0.10份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于石灰石，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠与三异丙醇胺按1.5：1.0质量比组成；
(2)混匀：将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于600m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，将轻烧温度控制在300℃，轻烧时间为40min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型，试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例2：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物、0.50份调凝剂以及0.10份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于纳米碳酸钙，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六氟磷酸镁与三异丙醇胺按2.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于600m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，将轻烧温度控制在300℃，轻烧时间为20min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型，试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例3：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物、0.50份调凝剂以及0.10份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于纳米碳酸钙，铝酸盐矿物由铝酸盐水泥熟料与铝酸三钙按7.0：3.0质量比组成，调凝剂为二水石膏，增强剂由六氟磷酸镁与三异丙醇胺按2.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将1.0份碳酸钙、9.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于700m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，将轻烧温度控制在300℃，轻烧时间为20min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型，试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例4：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物、0.75份调凝剂以及0.15份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于石灰石，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠与三异丙醇胺按2.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于550m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，将轻烧温度控制在300℃，轻烧时间为50min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型，试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例5：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
本实施例的碳铝酸盐水泥，主要包含了如下重量份原料：碳酸钙3.5份、铝酸盐矿物6.5份，以上组分混合、磨细后经过轻烧，再掺入调凝剂0.75份、增强剂0.15份。
其中，所述的碳酸钙来源于轻钙粉，所述的铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，所述的调凝剂为二水石膏，所述的增强剂由六氟硅酸镁与三异丙醇胺按2.5：1.0质量比组成。
制备方法和制备步骤如下：
(1)备料：按照质量份计，将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物、0.75份调凝剂以及0.15份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于轻钙粉，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六氟硅酸镁与三异丙醇胺按2.5：1质量比组成；
(2)混匀：将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于550m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在400℃，轻烧时间为40min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例6：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
本实施例的碳铝酸盐水泥，主要包含了如下重量份原料：碳酸钙3.5份、铝酸盐矿物6.5份，以上组分混合、磨细后经过轻烧，再掺入调凝剂0.75份、增强剂0.15份。
其中，所述的碳酸钙来源于纳米级碳酸钙，所述的铝酸盐矿物由铝酸盐水泥熟料与七铝酸十二钙按3.0：1.0质量比组成，所述的调凝剂为二水石膏，所述的增强剂由六氟硅酸镁与三异丙醇胺按2.5：1.0质量比组成。
制备方法和制备步骤如下：
(1)备料：按照质量份计，将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物、0.75份调凝剂以及0.15份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于轻钙粉，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六氟硅酸镁与三异丙醇胺按2.5：1质量比组成；
(2)混匀：将3.5份碳酸钙、6.5份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于600m2/kg；
(3)轻烧处理：将研磨后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在400℃，轻烧时间为20min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例7：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物、1.0份调凝剂以及0.15份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于石灰石，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠与三异丙醇胺按4.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于500m2/kg；
(3)轻烧处理：将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在500℃，轻烧时间为40min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例8：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物、1.00份调凝剂以及0.2份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于大理石，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠、六氟硅酸镁及三异丙醇胺按2.0：1.5：1.0质量比组成；
(2)混匀：将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于500m2/kg；
(3)轻烧处理
将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在400℃，轻烧时间为60min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中备用；
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例9：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物、1.00份调凝剂以及0.2份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于轻钙粉，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠、六氟硅酸镁及三乙醇胺按2.0：1.5：1.5质量比组成；
(2)混匀：将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于500m2/kg；
(3)轻烧处理：将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在500℃，轻烧时间为40min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中。
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例10：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物、1.00份调凝剂以及0.2份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于轻钙粉，铝酸盐矿物由铝酸盐水泥熟料、铝酸三钙及七铝酸十二钙按6.0：3.0：2.0质量比组成，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠、六氟硅酸镁及三乙醇胺按2.0：1.5：1.5质量比组成；
(2)混匀：将5.0份碳酸钙、5.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于500m2/kg；
(3)轻烧处理：将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在500℃，轻烧时间为40min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中。
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例11：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将6.0份碳酸钙、4.0份铝酸盐矿物、1.5份调凝剂以及0.2份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于石灰石，铝酸盐矿物为铝酸盐水泥熟料，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠、六氟硅酸镁及三异丙醇胺按3.5：1.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将6.0份碳酸钙、4.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于450m2/kg；
(3)轻烧处理：将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在600℃，轻烧时间为30min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中。
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
实施例12：
一种碳铝酸盐水泥的制备方法，包括如下步骤：
(1)备料：按照质量份计，将8.0份碳酸钙、2.0份铝酸盐矿物、2.0份调凝剂以及0.3份增强剂进行称量备料；
其中碳酸钙来源于石灰石，铝酸盐矿物由铝酸盐水泥熟料、铝酸三钙及七铝酸十二钙按6.0：3.0：2.0质量比组成，调凝剂为二水石膏，增强剂由六偏磷酸钠、六氟硅酸镁及三异丙醇胺按3.5：2.0：1.0质量比组成；
(2)混匀：将8.0份碳酸钙、2.0份铝酸盐矿物混合后研磨至比表面积大于等于400m2/kg；
(3)轻烧处理:将磨细后的粉料放置于焙烧炉中进行轻烧处理，轻烧温度控制在600℃，轻烧时间为30min，待轻烧结束后冷却至室温，并储存在干燥环境中。
(4)制备碳铝酸盐水泥：将称量好的调凝剂与增强剂组分加入到轻烧处理后的粉料中进行二次混匀，即可制得碳铝酸盐水泥。
按碳铝酸盐水泥重量的50％称取适量拌合水，并将其缓慢倒入盛有干拌料的容器中，待浆体搅拌均匀后浇筑成型。试件脱模后置于20±2℃、相对湿度≥95％条件中养护，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
对照例1：
市售普通高铝水泥，与前面实施例1～12保持同一成型及养护条件，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
对照例2：
市售普通42.5硅酸盐水泥，与前面实施例1～12保持同一成型及养护条件，并按照GB/T 17671-1999，分别测试其在3、28天的抗压强度。
具体测试结果如表1所示：
表1为各实施例与对照例的强度检测结果，
表1各实施例与对照例的强度检测结果对比
由表1可知，通过本发明的方法制备得到的碳铝酸盐水泥(实施例1～12)由于容易形成水化碳铝酸钙的水化产物，故其早期强度发展快，均强于采用的对照例1～2中的水泥，并且碳铝酸盐水泥在后期的强度不会出现倒缩，依然具有相当高的强度，在墙体材料、塑料或橡胶填料、建筑涂料、防火涂层等领域具有广泛的应用。
另外本发明中提供的碳铝酸盐水泥的制备方法相对简单，操作简单，无需高温煅烧，便于推广，同时原材料来源广泛、价格便宜，制备过程中石灰石等碳酸钙物质不需大范围高温煅烧，使得二氧化碳排放量低，减少环境污染。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。