一种改性磷铝酸钙矿物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水泥材料技术领域，特别涉及一种改性磷铝酸钙矿物。
【背景技术】
[0002]硅酸盐水泥是现今世界上在建筑领域用量最大、最广泛的胶凝材料。该水泥熟料主要是由C3S、C2S、C3A和C4AF四种矿物组成。该水泥水化产物主要是C-S-H凝胶、氢氧化钙和钙矾石(AFt)等。然而硅酸盐水泥越来越难以满足重点工程或特殊工程的性能和施工要求，其主要缺点是早期强度偏低、水化过程中体积收缩过大等。因此，满足特殊工程需求的特种胶凝材料的研究、开发和应用就具有十分重要的意义。
[0003]磷铝酸盐水泥是具有我国自主知识产权的新型特种水泥，是一种具有高性能、低碱性及生物相容性好的胶凝材料。该水泥熟料的主要矿相为:磷铝酸钙Ca0.(1-x-y)Al2O3.XS12.yP205、磷酸钙CP1-X(As)、铝酸钙CApy(Py)和玻璃体。根据专利CN 1498870A，该水泥特征之一在于水泥熟料中形成了一种三元磷铝酸钙相，其晶体结构属于等轴(立方)晶系，其X射线衍射一个主要的衍射花样范围为:d=0.3723-0.3754nm，0.2629-0.2650nm和0.2147-0.2160nm，其主要化学成分含量为:Ca0.(1-χ-γ)Α1203.xSi02.yP205, χ=0.146-
0.206，y=0.048-0.081。作为磷铝酸盐水泥的主要特征矿物，磷铝酸钙的早期强度并不突出，对整个体系的强度贡献主要体现在中后期。
[0004]由于Ba2+ (Sr2+)半径比Ca2+大，因此Ba-O(Sr-O)键的键强要弱于Ca-O键。当Ba2+(Sr2+)进入矿相晶格取代Ca2+位置，会导致晶格畸变程度变大，稳定性下降，从而有望提高被取代晶体的水化活性。人们发现采用Ba2+(Sr2+)取代硅酸盐矿物中的Ca2+，取代后C3S、C2S矿物水化活性均得到提高;通过Ba2+(Sr2+)部分取代硫铝酸钙(C4A3S)中的Ca2+可以得到系列的硫铝酸钡钙矿物，其分子式为(3-x)Ca0.XBa(Sr)0.3A1203.CaSO4,即C4-XBXA3S，它具有比C4A3S更为突出的早强特性。受上述研究启发，本发明提供的方法是将Ba2+(Sr2+)引入磷铝酸钙矿物中并取代矿物中的Ca2+，从而使得磷铝酸钙的晶体结构发生变形，激发磷铝酸钙矿物的早期水化活性，同时辅以CaSO4和Fe2O3降低煅烧温度。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种早期水化活性高的改性磷铝酸钙矿物。
[0006]本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种改性磷铝酸钙矿物，是由生料、改性剂和矿化剂在1450-1550°C温度下煅烧，保温时间l-3h，急冷到室温得到的；
所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100:7-14:3-5；
所述生料中各氧化物的摩尔百分比为:S12 8.5-11.9,P2O5 2.6-5.0,Al2O3 39.3-46.UCaO 39.4-47.2；
所述改性剂为BaO或SrO;
所述矿化剂中]\%0:2110:卩6203的重量比为1:1-1.5:1-2.5。
[0007]优选的，生料、改性剂和矿化剂的重量比为100:ll:4o
[0008]优选的，矿化剂中MgO: ZnO:Fe2O3的重量比为1: 1.2:1.5。
[0009]本发明的改性磷铝酸钙矿物是由以下步骤制备得到的:
1)将水泥各种原料、改性剂和矿化剂分别粉磨，过200目筛，筛余〈5%;
2)将粉磨后的水泥原料按照生料中各氧化物的摩尔百分比进行配料，按照重量比加入配比量的改性剂和矿化剂，按水料比3.5: I加水制得浆体，球磨混匀，烘干至含水率为5-8%，压制成试饼，100°C下烘Ih，得烘干试饼；
3)将烘干试饼放在高温炉内在1480-1530°C条件下煅烧，保温时间为l_3h，急冷到室温;
4)将冷却好的烘干试饼破碎，粉磨至规定细度，即可制得改性磷铝酸钙矿物。
[0010]本发明的有益效果:
(1)本发明的改性磷铝酸钙矿物早期水化活性高，7d水化程度达到80%以上，比未改性磷铝酸钙矿物7d水化程度高出20%以上；
(2)本发明的改性磷铝酸钙矿物ld、3d、7d、28d和90d抗压强度分别为25-30MPa,60-65MPa^90-95 MPa、110-120 MPa和120_130MPa，未添加改性剂的磷铝酸钙矿物的ld、3d、7d、28d和90d抗压强度分别为 15-20 MPa^40-45 MPa、64_70 MPa^85-90 MPa、100-1 1MPa，同时，本发明的改性磷铝酸钙矿物的长期强度仍不断增长；
(3)本发明使得改性磷铝酸钙矿物的合成温度降低约30-70°C，节能降耗显著，适合工业上大规模推广使用。
【附图说明】
[0011]图1为实施例1制备的改性磷铝酸钙矿物的XRD图谱；
图2为实施例2制备的改性磷铝酸钙矿物的XRD图谱；
图3为实施例3制备的磷改性铝酸钙矿物的XRD图谱；
图中.为改性磷铝酸钙矿物衍射峰。
【具体实施方式】
[0012]实施例1
一种改性磷铝酸钙矿物，是由生料、改性剂和矿化剂在1450°C温度下煅烧，保温时间3h，急冷到室温得到的；
所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100:7: 5；
所述生料中各氧化物的摩尔百分比为:S12 11.9,P2O5 2.6,Al2O3 46.UCaO 39.4； 所述改性剂为SrO;
所述矿化剂中MgO:ZnO:Fe2O3的重量比为I: 1.5:1。
[0013]—种改性磷铝酸钙矿物是由以下步骤制备得到的:
1)将水泥各种原料、改性剂和矿化剂分别粉磨，过200目筛，筛余〈5%;
2)将粉磨后的水泥原料按照生料中各氧化物的摩尔百分比进行配料，按照重量比加入配比量的改性剂和矿化剂，按水料比3.5: I加水制得浆体，球磨混匀，烘干至含水率为5-8%，压制成试饼，100°C下烘Ih，得烘干试饼； 3)将烘干试饼放在高温炉内在1480-1530°C条件下煅烧，保温时间为l_3h，急冷到室温;
4)将冷却好的烘干试饼破碎，粉磨至规定细度，即可制得改性磷铝酸钙矿物。
[0014]经力学性能测试得知净浆抗压强度:Id为25MPa，3d为60MPa，7d为90MPa、28d为11010^和90(1为12010^。
[0015]实施例2
一种改性磷铝酸钙矿物，是由生料、改性剂和矿化剂在1500°C温度下煅烧，保温时间2h，急冷到室温得到的；
所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100:11:4;
所述生料中各氧化物的摩尔百分比为:S12 10.2,P2O5 3.9,Al2O3 42.6,CaO 43.3； 所述改性剂为BaO;
所述矿化剂中MgO:ZnO:Fe2O3的重量比为1: 1.2:1.5。
[0016]—种改性磷铝酸钙矿物的制备方法同实施例1。
[0017]经力学性能测试得知净浆抗压强度:Id为30MPa，3d为65MPa，7d为95MPa、28d为120MPa 和 90d 为 130MPa。
[0018]实施例3
一种改性磷铝酸钙矿物，是由生料、改性剂和矿化剂在1550°C温度下煅烧，保温时间Ih，急冷到室温得到的；
所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100: 14:3；
所述生料中各氧化物的摩尔百分比为:S12 8.5,P2O5 5.0,Al2O3 39.3,CaO 47.2； 所述改性剂为BaO;
所述矿化剂中MgO:ZnO:Fe2O3的重量比为1:1: 2.5。
[0019]—种改性磷铝酸钙矿物的制备方法同实施例1。
[0020]经力学性能测试得知净浆抗压强度:Id为27MPa，3d为63MPa，7d为92MPa、28d为114]\0^和90(1为124]\0^。
【主权项】
1.一种改性磷铝酸钙矿物，其特征在于，是由生料、改性剂和矿化剂在1450-1550°c温度下煅烧，保温时间I_3h，急冷到室温得到的； 所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100: 7-14: 3-5 ； 所述生料中各氧化物的摩尔百分比为:S12 8.5-11.9,P2O5 2.6-5.0,Al2O3 39.3-46.UCaO 39.4-47.2； 所述改性剂为BaO或SrO; 所述矿化剂中CaSO4: B2O3: Fe2O3的重量比为1: 1-1.5:1 _2.5。2.根据权利要求1所述的磷铝酸钙矿物，其特征在于，所述生料、改性剂和矿化剂的重量比为100:11:4。3.根据权利要求1所述的磷铝酸钙矿物，其特征在于，所述矿化剂中CaSO4: B2O3: Fe2O3的重量比为1:1.2:1.5。
【专利摘要】本发明公开了一种改性磷铝酸钙矿物，是由生料、改性剂和矿化剂在1450-1550℃温度下煅烧，保温时间1-3h，急冷到室温得到的；所述改性剂为BaO或SrO。本发明的改性磷铝酸钙矿物早期水化活性高，7d水化程度达到80%以上，比未改性磷铝酸钙矿物7d水化程度高出20%以上；本发明的改性磷铝酸钙矿物抗压强度显著提高，且长期强度不断增长，改性磷铝酸钙矿物的合成温度降低约30-70℃，节能降耗显著，适合工业上大规模推广使用。
【IPC分类】C04B12/02
【公开号】CN105502981
【申请号】CN201510928967
【发明人】王守德, 杨帅, 芦令超, 赵丕琪, 宫晨琛
【申请人】济南大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月15日