CN108101399A - 一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法 - Google Patents

一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分相组合制备硫铝酸钙‑阿利特‑贝利特‑铁相体系水泥熟料的方法，按照煅烧形成温度区间相同的矿物一起制备、煅烧形成温度区间不同的矿物分开制备的原则，将煅烧形成温度区间不同的硅酸三钙‑硅酸二钙‑铁相体系熟料和硫铝酸钙‑贝利特‑铁相体系熟料（即硫铝酸盐水泥熟料）在常温下混合均匀得到。本发明避免了硅酸三钙与硫铝酸钙共同存在制备难和石膏中三氧化硫抑制阿利特生成的难题，降低了制备难度，简化了工艺操作流程，提高了水泥熟料的性能。所得水泥熟料的早期强度和后期强度均很高且凝结时间可控，早期强度与后期强度得到匹配发展。此外，水泥熟料中无铝酸盐矿物，避免了凝结时间异常、外加剂适应性不好等情况的出现。

Description

一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥 熟料的方法
技术领域
本发明涉及一种水泥熟料的制备方法，具体涉及一种采用分相组合法制备高性能硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法，属于水泥熟料技术领域。
背景技术
阿利特-硫铝酸盐水泥是一个具有开发前景的、利用硫铝酸钙改性硅酸盐水泥的品种。该水泥在传统硅酸盐水泥熟料中引入适量的硫铝酸钙以替代铝酸三钙，同时引入少量的硫酸钙，在1250℃～1350℃下烧成，再掺加适量的石膏、混合材等制得。该水泥的熟料矿物组成的一般范围是（wt%）：硅酸三钙含量为30%～50%、硅酸二钙的含量为30%～40%、硫铝酸钙的含量在5%～20%、铁相矿物<10%以及少量的硫酸钙。
硫铝酸钙在熟料体系中其大量形成的温度在1200℃左右，当温度超过1350℃时，硫铝酸钙会分解。硅酸三钙大量形成是在熟料中有液相存在的情况下发生的，最佳形成温度一般在1450℃。通常情况下，硅酸三钙和硫铝酸钙不能在熟料中共存。目前常用的方法为加入矿化剂降低硅酸三钙的烧成温度，进而实现硫铝酸钙和硅酸三钙的共存，但这种方法制备的熟料中阿利特含量较低，使其水化性能达不到最佳，导致强度发展缓慢；同时矿化剂的使用会对水泥窑炉***带来一定的腐蚀，对环境造成污染。此外，硫铝酸钙在煅烧过程中需要大量的石膏等原料，当煅烧温度过高，石膏中的三氧化硫会抑制阿利特的生成，使阿利特与硫铝酸钙的含量降低，游离氧化钙含量增加，导致水泥的早期强度偏低，后期出现安定性不良等情况；硫铝酸钙的分解导致铝酸盐矿物的出现，铝酸盐矿物水化速度快，强度绝对值低，而且容易导致水泥的凝结时间异常、外加剂适用性不好，不能满足实际应用。
为了解决上述问题，目前有针对这方面的改进研究，例如专利“一种高强度硅酸盐水泥熟料及其制备方法”（CN 103232176B）提出了一种不使用矿化剂的情况下用二次烧制合成的方式在硅酸盐水泥熟料中引入硫铝酸钙的方法，但是该方法需要二次烧制，实际生产操作相对困难。专利201410532393.0公开了一种硫铝酸盐水泥熟料的方法，为了解决硅酸三钙与硫铝酸钙在制备过程中难以共存的问题，其先将温度升至硅酸三钙形成温度，然后再降至硫铝酸钙形成温度，得到了游离钙含量少、后期安定性好的水泥熟料。该专利虽然解决了硅酸三钙与硫铝酸钙在制备过程中难以共存的问题，但是当煅烧温度超过1350℃时，原料中的石膏分解会导致硅酸三钙的生成温度变高，消耗更多的燃料；其次在降温过程中，容易导致硅酸三钙分解，同样存在实际生产操作困难等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法。该方法将煅烧形成温度区间不同的矿物分组制备，然后将得到的熟料进行混合，很好的避免了硅酸三钙与硫铝酸钙共同存在制备难的问题，且所得水泥熟料中不含铝酸盐，避免了水泥凝结时间异常、外加剂适应性不好等情况的出现。
本发明具体技术方案如下：
一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法，该方法包括：将煅烧形成温度区间不同的硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料（简写为：C3S -C2S-铁相体系熟料，下同）和无水硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料（即C4A3$-C2S-铁相体系熟料，简写为：硫铝酸盐水泥熟料，下同）在常温下混合均匀，得到硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。
本发明上述方法中，所谓分相组合是指将相同温度区间的矿物相进行组合的意思。其中，煅烧形成温度区间相同是指煅烧形成矿物的煅烧温度相同或相近，使矿物可以混合在一起进行制备。C3S -C2S-铁相体系熟料的煅烧形成温度区间为1380℃及以上，例如1380～1500℃；硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的煅烧形成温度区间为1250～1300℃。
本发明按照煅烧形成温度区间相同的矿物一起制备、煅烧形成温度区间不同的矿物分别制备的原则，将硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成进行分组，将煅烧形成温度区间相同的矿物组合在一起制备，先分别制备不同煅烧形成温度区间的熟料，再将各煅烧形成温度区间不同的熟料按照配比混合，得到所需矿物组成的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。即本发明按照煅烧形成温度区间相同的矿物一起制备、煅烧形成温度区间不同的矿物分别制备的原则，先分别制备硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料和硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料，再将这两种熟料按比例混合均匀。
上述方法中，所述硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成为：阿利特（即硅酸三钙，C3S）、贝利特（即硅酸二钙，C2S）、铁相、无水硫铝酸钙（C4A3$）、游离氧化钙、无水硫酸钙；其中铁相的化学式为C4AxF2-x（C=Ca，A=Al，F=Fe，下同），0≤X＜2。
优选的，硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成及重量百分含量为（wt%）：阿利特即硅酸三钙15～55%，贝利特即硅酸二钙25～50%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙1～45%，游离氧化钙0～1.5%，无水硫酸钙0～3%；更优选的，硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成及重量百分含量为（wt%）：阿利特即硅酸三钙15～20%，贝利特即硅酸二钙25～40%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙30-45%，游离氧化钙0～1%，无水硫酸钙0～3%；其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。该水泥熟料具有硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的特点，硫铝酸钙和阿利特水化速度快，提供良好的早期和中期性能，贝利特水化速度缓慢，可以防止后期强度的倒缩，同时阿利特和贝利特在水化过程中生成大量的氢氧化钙以激发混合材的水化，使水泥石结构变得更加致密，性能更优。此外，适量的硫铝酸钙可以控制水泥的凝结时间。
进一步的，本发明将硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料分为C3S -C2S-铁相体系熟料和硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料两组。硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成为：硫铝酸钙、贝利特即硅酸二钙、铁相、无水硫酸钙、游离氧化钙，其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特、贝利特、铁相、游离氧化钙，其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。在制备水泥熟料时，先分别制备这两组熟料，然后将这两组熟料按照所需水泥熟料的矿物组成按比例混合，即可得到预期的水泥熟料。其中，因为硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料为市售产品，可以直接购买，因此可以仅制备C3S -C2S-铁相体系熟料，简化了工艺和操作流程。但也可以自行制备硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料。
进一步的，所述硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成及质量百分含量可以从现有技术中获取，优选的，硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成为（wt%）：硫铝酸钙50～70%，硅酸二钙15～30%，铁相2～10%，无水硫酸钙0～8%，游离氧化钙0～0.5%。
进一步的，在本发明优选实施方式中，所述C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成及重量百分含量为：阿利特40～60%，贝利特30～50%，铁相8～20%，游离氧化钙0.1～1.5%；其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。
进一步的，C3S -C2S-铁相体系熟料三个率值分别为：KH=0.80～0.87，SM=2.5～3.66，IM=0～0.64。
进一步的，本发明C3S -C2S-铁相体系熟料的制备方法包括以下步骤:
（1）按照硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成计算得到生料量，按生料量进行配料，得到混合均匀的生料。
（2）将生料在 1380～1500℃进行煅烧，然后急冷，得到C3S -C2S-铁相体系熟料。
本发明还提供了一种硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥的制备方法，该方法包括:按照上述分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法制得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料，然后将该水泥熟料与石膏、混合材混合、粉磨，得到硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。
进一步的,硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料矿物组成同上，所用混合材的种类，水泥熟料、石膏、混合材的用量可以根据现有技术及水泥的性能进行调整。
进一步的，水泥制备时，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg。
本发明提出了一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法，对现有的阿利特-硫铝酸盐水泥熟料的制备工艺进行了改进，该方法将煅烧形成温度区间相同的矿物进行组合，然后按照不同煅烧形成温度区间分别制备，最后将所得不同煅烧形成温度区间的熟料进行常温下按比例共同混合。本发明分相组合方式很好的避免了硅酸三钙与硫铝酸钙共同存在制备难和石膏中三氧化硫抑制阿利特生成的难题，降低了制备难度，简化了工艺操作流程，提高了水泥熟料的性能。通过本发明分相组合法制备的水泥熟料具有硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的特点，硅酸三钙和硫铝酸钙含量均可以较高，使熟料同时具有很好的早期强度和后期强度，且凝结时间可控，早期强度与后期强度得到匹配发展。此外，水泥熟料中无铝酸盐矿物，避免了水泥凝结时间异常、外加剂适应性不好等情况的出现。本发明制备思路不仅仅局限于本硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的制备，还可以用于制备磷铝酸盐-硅酸盐体系/铝酸盐体系/硫铝酸盐体系等各种特种水泥体系。
附图说明
图1是工业硫铝酸盐水泥熟料的XRD图谱；
图2是实施例1制备的C3S -C2S-铁相体系熟料的XRD图谱；
图3是实施例2制备的C2S -C2S-铁相体系熟料的XRD图谱；
图4是实施例3制备的C3S -C2S-铁相体系熟料的XRD图谱。
图5是对比例1制备的C3S -铁相熟料的XRD图谱。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的制备方法，熟料的烧成以电炉法为例，具体步骤如下：
1、按照煅烧形成温度区间相同的矿物组合制备的原则，本发明经过筛选将水泥熟料分成C3S -C2S-铁相体系熟料和硫铝酸盐水泥熟料（即硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料）两组，其中硫铝酸盐水泥熟料采用市售产品。在制备时，首先根据设定的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成以及现有的硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成计算C3S -C2S-铁相体系熟料各个矿物的百分含量。
2.制备C3S -C2S-铁相体系熟料：
（1）生料混合：按照C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成，得到三率值（KH、SM、IM），计算生料量。
（2）生料煅烧：将生料进行煅烧，以升温速率5～10℃/min升温至800-1000℃，保温30 ～50 min（确保CaCO3分解），然后以3～5℃/min的速率升温到1380～1500℃，保温1～2h，烧成的熟料在空气中急冷，得C3S -C2S-铁相体系熟料。
3.共同混合：根据所需水泥熟料的矿物组成，将C3S -C2S-铁相体系熟料与硫铝酸盐水泥熟料按比例混合均匀，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。
进一步的，将上述硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料与石膏、混合材等混合、粉磨，可以得到不同性能的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。
进一步的，所述硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成及重量百分含量为：硅酸三钙15～55%，硅酸二钙25～50%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙1～45%，游离氧化钙0～1.5%，无水硫酸钙0～3%，优选的矿物组成含量为（wt%）：硅酸三钙15～20%，硅酸二钙25～40%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙30-45%，游离氧化钙0～1%，无水硫酸钙0～3%；更优选的，矿物组成含量为（wt%）：硅酸三钙17～20%，硅酸二钙26～32%，铁相11～14%，无水硫铝酸钙32-44%，游离氧化钙0.3～0.35%，无水硫酸钙0～3%；其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。
进一步的，本发明硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成为：硫铝酸钙、贝利特即硅酸二钙、铁相、无水硫酸钙；C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特、贝利特、铁相、游离氧化钙。硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成含量为（wt%）：硫铝酸钙50～70%，硅酸二钙15～30%，铁相2～10%，无水硫酸钙0～8%，游离氧化钙0～0.5%。在本发明优选实施方式下，所用硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成含量为（wt%）：硫铝酸钙65%，贝利特即硅酸二钙23.1%，铁相6.1%，无水硫酸钙5.51%，游离氧化钙0.29%；其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。
在硫铝酸盐水泥熟料为上述矿物组成含量的情况下，C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成含量为（wt%）：阿利特40～60%，贝利特30～50%，铁相8～20%，游离氧化钙0.1～1.5%，优选的矿物组成含量为：阿利特40～47.5%，贝利特41～43.5%，铁相9～18.5%，游离氧化钙0.2～0.45%。其中铁相的化学式为C4AxF2-x，0≤X＜2。
进一步的，三率值为：KH=0.80～0.87，例如0.80、0.82、0.84、0.86、0.87。SM=2.5～3.66，例如2.5、2.7、2.9、3.1、3.3、3.5、3.66。IM=0～0.64，例如0.1、0.3、0.5、0.6。
在本发明优选实施方式下，C3S -C2S-铁相体系熟料在水泥熟料中的含量为33～95wt%，硫铝酸盐水泥熟料在水泥熟料中的含量为5～67wt%。
在本发明优选实施方式下，将硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料与石膏混合，经球磨机研磨成粉末至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。在该水泥中，硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的含量为80～95wt%，石膏的含量为5～20wt%。
下面，具体列举几个本发明的实施例。如无特别说明，下述百分含量均为质量百分含量。
实施例1
通过Rietveld全谱拟合计算硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成，结果见表1。图1是硫铝酸盐水泥熟料的XRD图谱。根据设定的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成以及硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成，计算得到C3S -C2S-铁相体系熟料的率值为KH=0.86，SM=3.09，IM=0.64。
配料：按照三率值计算得到生料量，具体氧化物比例见表2。采用湿法混料，按生料：球：水=1：1：1进行。将称量好的样品装入密封的混料罐，球磨混合1～2 h后取出、烘干。混合均匀的生料，加约7～10wt%的水，用φ40 mm*40 mm模具，负荷15～20 MPa，压制成10～15 g的生料片。
烧成制度：将生料片进行煅烧，以5℃/min 的升温速率升到800～1000℃，保温40min，然后以3℃/min的速度升温到烧成温度为1400～1500℃，保温60 min，然后将熟料在空气中急冷，得C3S -C2S-铁相体系熟料。所得C3S -C2S-铁相体系熟料的XRD图谱如附图2所示，通过Rietveld全谱拟合计算C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特54.75%，贝利特31.25%，铁相13.75%，游离氧化钙0.25%。
按照C3S -C2S-铁相体系熟料：硫铝酸盐水泥熟料=9.5：0.5的质量比进行混合，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥熟料的矿物组成，结果为：阿利特52.01%，贝利特30.84%，铁相13.36%，无水硫铝酸钙3.25%，游离氧化钙0.3%，无水硫酸钙0.24%，各矿物含量与设定相符。
共同粉磨配制水泥：将上述水泥熟料与石膏按照95:5的质量比混合，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥的矿物组成，结果为：阿利特49.53%，贝利特29.37%，铁相12.61%，无水硫铝酸钙3.1%，游离氧化钙0.28%，无水硫酸钙5.11%。
用SJ-160型双轴转速水泥净浆搅拌机的自动控制程序，先慢速搅拌120秒，然后调到快速转动挡搅拌120秒，制得水泥浆体，w/c=0.45。在环境温度20℃条件下用维卡仪测试浆体的凝结时间，另外将浆体装入模具（20×20×20 mm），测定3、7 和28天净浆试块的强度，其中压力机加载速度为2 mm/min，强度以及凝结时间结果见表3。同时，在实验过程中观察净浆试块表面，3个月内无开裂现象。
实施例2
所用硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成同实施例1。根据设定的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成以及硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成，计算得到C3S -C2S-铁相体系熟料的率值为KH=0.82，SM=3.44，IM=0。
配料：按照三率值计算得到生料量，具体氧化物比例见表4。采用湿法混料，按生料：球：水=1：1：1进行。将称量好的样品装入密封的混料罐，球磨混合1～2 h后取出、烘干。混合均匀的生料，加约7～10wt%的水，用φ40 mm*40 mm模具，负荷15～20 MPa，压制成10～15 g的生料片。
烧成制度：将压制成型的生料片进行煅烧，以5℃/min 的升温速率升到800～1000℃，保温50 min，然后以3℃/min的速度升温到烧成温度为1400～1500℃，保温60 min，然后熟料在空气中急冷，得C3S -C2S-铁相体系熟料。所得C3S-C2S-铁相体系熟料的XRD图谱如附图3所示，通过Rietveld全谱拟合计算C3S-C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特47.15%，贝利特43.25%，铁相9.15%，游离氧化钙0.45%。
按照C3S-C2S-铁相体系熟料：硫铝酸盐水泥熟料=33：67的质量比进行混合，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥熟料的矿物组成，结果为：阿利特17.55%，贝利特26.5%，铁相11.8%，无水硫铝酸钙43.5%，游离氧化钙0.35%，无水硫酸钙0.3%，各矿物含量与设定相符。
共同粉磨配制水泥：将上述水泥熟料与石膏按照9：1的质量比混合，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥的矿物组成，结果为：阿利特15.80%，贝利特24.8%，铁相9.45%，无水硫铝酸钙39.15%，游离氧化钙0.3%，无水硫酸钙10.5%。
按照实施例1的方法进行凝结时间和抗压强度测试，试块为20×20×20 mm 净浆试块，w/c=0.45，结果见表5。同时，在实验过程中观察净浆试块表面，3个月内无开裂现象。
实施例3
所用硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成同实施例1。根据设定的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成以及硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成，计算得到C3S-C2S-铁相体系熟料的率值为KH=0.80，SM=2.54，IM=0.42。
配料：按照三率值计算得到生料量，具体氧化物比例见表6。采用湿法混料，按生料：球：水=1：1：1进行。将称量好的样品装入密封的混料罐，球磨混合1～2 h后取出、烘干。混合均匀的生料，加约7～10wt%的水，用φ40 mm*40 mm模具，负荷15～20 MPa，压制成10～15 g的生料片。
烧成制度：将压制成型的生料片进行煅烧，以5℃/min 的升温速率升到800～1000℃，保温60 min，然后以3℃/min的速度升温到烧成温度为1380～1500℃，保温60 min，然后熟料在空气中急冷，得C3S-C2S-铁相体系熟料。所得C3S-C2S-铁相体系熟料的XRD图谱如附图4所示，通过Rietveld全谱拟合计算C3S-C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特40.3%，贝利特41.26%，铁相18.24%，游离氧化钙0.2%。
按照C3S-C2S-铁相体系熟料：硫铝酸盐水泥熟料=48:52的质量比进行混合，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥熟料的矿物组成，结果为：阿利特19.01%，贝利特31.82%，铁相13.47%，无水硫铝酸钙32.8%，游离氧化钙0.3%，无水硫酸钙2.6%，各矿物含量与设定相符。
共同粉磨配制水泥：将上述水泥熟料与石膏8.5:1.5的质量比混合，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥的矿物组成，结果为：阿利特16.16%，贝利特27.04%，铁相11.45%，无水硫铝酸钙27.9%，游离氧化钙0.3%，无水硫酸钙17.15%。
按照实施例1的方法进行凝结时间和抗压强度测试，试块为20×20×20 mm 净浆试块，w/c=0.45，结果见表7。同时，在实验过程中观察净浆试块表面，3个月内无开裂现象。
实施例4
所用硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成同实施例1。根据设定的硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成以及硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成，计算得到C3S-C2S-铁相体系熟料的率值为KH=0.80，SM=3. 2，IM=0.42。
配料：按照三率值计算得到生料量，具体氧化物比例见表8。采用湿法混料，按生料：球：水=1：1：1进行。将称量好的样品装入密封的混料罐，球磨混合1～2 h后取出、烘干。混合均匀的生料，加约7～10wt%的水，用φ40 mm*40 mm模具，负荷15～20 MPa，压制成10～15 g的生料片。
烧成制度：将压制成型的生料片进行煅烧，以5℃/min 的升温速率升到800～1000℃，保温60 min，然后以3℃/min的速度升温到烧成温度为1380～1500℃，保温60 min，然后熟料在空气中急冷，得C3S-C2S-铁相体系熟料。通过Rietveld全谱拟合计算C3S-C2S-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特37.3%，贝利特48.26%，铁相14.24%，游离氧化钙0.2%。
按照C3S-C2S-铁相体系熟料：硫铝酸盐水泥熟料=90:10的质量比进行混合，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥熟料的矿物组成，结果为：阿利特33.57%，贝利特45.75%，铁相13.43%，无水硫铝酸钙6.5%，游离氧化钙0.3%，无水硫酸钙0.45%，各矿物含量与设定相符。
共同粉磨配制水泥：将上述水泥熟料与石膏9:1的质量比混合，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥的矿物组成，结果为：阿利特30.12%，贝利特42.18%，铁相11.5%，无水硫铝酸钙5.85%，游离氧化钙0.2%，无水硫酸钙10.15%。
按照实施例1的方法进行凝结时间和抗压强度测试，试块为20×20×20 mm 净浆试块，w/c=0.45，结果见表9。同时，在实验过程中观察净浆试块表面，3个月内无开裂现象。
对比例1
根据硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成，将其分为硅酸三钙-铁相体系熟料和硫铝酸盐水泥熟料两组熟料。设计硅酸三钙-铁相体系熟料的原料化学组成，见表10。
配料：采用湿法混料，按生料：球：水=1：1：1进行。将称量好的样品装入密封的混料罐，球磨混合1～2 h后取出、烘干。混合均匀的生料，加约7～10wt%的水，用φ40 mm*40 mm模具，负荷15～20 MPa，压制成10～15 g的生料片。
烧成制度：将压制成型的生料片进行煅烧，以5℃/min 的升温速率升到800～1000℃，保温40 min，然后以3℃/min的速度升温到烧成温度为1400～1450℃，保温60 min，然后熟料在空气中急冷，得硅酸三钙-铁相熟料。
所得硅酸三钙-铁相体系熟料的XRD图谱如附图5所示，通过Rietveld全谱拟合计算硅酸三钙-铁相体系熟料的矿物组成为：阿利特65.75%，贝利特11.21%，铁相13.24%，游离氧化钙9.8%。游离氧化钙含量过多，会导致后期水泥石的安定性不良，发生开裂等现象。
对比例2
所用硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成和C3S -C2S-铁相体系熟料的矿物组成同实施例3。
按照 C3S -C2S-铁相体系熟料：硫铝酸盐水泥熟料=15：85的质量比进行混合，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。用Rietveld全谱拟合计算所得水泥熟料的矿物组成，结果为：阿利特6.78%，贝利特24.75%，铁相7.91%，无水硫铝酸钙55.25%，游离氧化钙0.41%，无水硫酸钙4.9%。
共同粉磨配制水泥：将上述水泥熟料与石膏按照9:1的质量比混合，粉磨至比表面积为330～400 m2/kg，得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥，用Rietveld全谱拟合计算所得水泥的矿物组成，结果为：阿利特4.8%，贝利特22.4%，铁相6.7%，无水硫铝酸钙51.2%，游离氧化钙0.4%，无水硫酸钙14.5%。
按照实施例1的方法进行凝结时间和抗压强度测试，试块为20×20×20 mm 净浆试块，w/c=0.45，结果见表11。
通过上表的数据发现，该配合比下的水泥凝结时间迅速，早期抗压强度高，但是28天强度没有得到很大的提升，并且出现强度倒缩现象，未能达到设计的标准。

Claims (10)

1.一种分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法，其特征是：将煅烧形成温度区间不同的硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料和硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料在常温下混合均匀，得到硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：按照煅烧形成温度区间相同的矿物一起制备、煅烧形成温度区间不同的矿物分开制备的原则，先分别制备硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料和硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料，再将这两种熟料按比例混合均匀。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是：硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成为：硅酸三钙、硅酸二钙、铁相、无水硫铝酸钙、游离氧化钙、无水硫酸钙；硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成为：硫铝酸钙、硅酸二钙、铁相、无水硫酸钙、游离氧化钙；硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成为：硅酸三钙、硅酸二钙、铁相、游离氧化钙。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征是：所述硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的矿物组成及含量为（wt%）：硅酸三钙15～55%，硅酸二钙25～50%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙1～45%，游离氧化钙0～1.5%，无水硫酸钙0～3%；优选的，硅酸三钙15～20%，硅酸二钙25～40%，铁相8～15%，无水硫铝酸钙30-45%，游离氧化钙0～1%，无水硫酸钙0～3%。
5.根据权利要求1、3或4所述的方法，其特征是：硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成及重量百分含量为：硫铝酸钙50～70%，硅酸二钙15～30%，铁相2～10%，无水硫酸钙0～8%，游离氧化钙0～0.5%；硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成及重量百分含量为：硅酸三钙40～60%，硅酸二钙30～50%，铁相8～20%，游离氧化钙0.1～1.5%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征是：所述铁相化学式为C4AxF2-x,其中0≤X＜2，其中，C=Ca，A=Al，F=Fe。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征是：煅烧形成温度区间相同是指煅烧形成矿物的煅烧温度相同或相近，硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的煅烧形成温度区间为大于等于1380℃，硫铝酸钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的煅烧形成温度区间为1250～1300℃。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征是：硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料三个率值分别为：KH=0.80～0.87，SM=2.5～3.66，IM=0～0.64。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征是：硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的制备方法包括以下步骤:
（1）按照硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料的矿物组成计算得到生料量，按生料量进行配料，得到混合均匀的生料；
（2）将生料在 1380～1500℃进行煅烧，然后急冷，得到硅酸三钙-硅酸二钙-铁相体系熟料。
10.一种硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥的制备方法，其特征是：按照权利要求1-9中任一项所述的分相组合制备硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料的方法制得硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥熟料，然后将该水泥熟料与石膏、混合材混合、粉磨，得到硫铝酸钙-阿利特-贝利特-铁相体系水泥。
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