CN109133684A - 一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，包括以下按质量百分比计的原料：钙质材料55～65%，硅质材料5～35%，铝质材料0～20%，铁铝质材料5～35%，石膏类材料5～15%；所述熟料的矿物组成为C4A3S:10～30%，C2S：40～55%，C4AF：10～35%。本发明采用品位较差的钙质材料、石膏类材料等作为原材料制作水泥熟料，具有早期强度、后期强度均高于普通硅酸盐水泥的特性，其特定的矿物组成还决定其整体水化热低，具有体积稳定性好的特点。
Description
技术领域
本发明是一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，属于水泥熟料生产技术领域。
背景技术
经过200多年的发展，水泥逐步形成了硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐三大品种系列。其中硅酸盐水泥是当今使用最为广泛的无机胶凝材料。但是，硅酸盐水泥自身的性能和特点决定了它不能满足一些特殊工程的需要和施工新技术的需求，因此，世界各国都在研究和发展专用水泥及特种水泥。二十世纪70年代，中国建筑材料科学研究院自主研究发明了硫铝酸盐系列水泥，该水泥是把适当成分的生料，经过锻烧所得的以硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料，掺加不同量的石灰石适量的石膏共同磨细制成。该水泥具有凝结快、强度高、微膨胀和耐腐蚀等特性，使其成功应用于抢修抢建工程、抗渗堵漏、城市道路的抢修、冬季施工、GRC制品等建筑工程中硫铝酸盐水泥，作为中国人发明的水泥，发展历史有近40年，但涉及到工业生产以及工业生产的理论指导文献报道却偏少，市场应用的硫铝酸盐水泥的质量也良莠不齐，究其原因实际生产过程对硫铝酸盐水泥质量影响的因素较多，首先从原材料方面：受原材料铝矾土中的铝含量、铝的存在形式、铁含量过高、硅含量过高、石灰石中的硅含量过高等占据了有效矿物成分，使硫酸盐水泥的早期强度受影响，不能充分发挥优势；从烧成上面，现在生产操作参数没有比较统一的思想、没有如普通硅酸盐一样的理论做指导。
现有专利文献CN108046628A（一种硫铝酸盐水泥熟料、水泥及其制备方法，2018.05.18）公开了一种由电镀污泥、石灰石以及油田污泥等原料制得的水泥熟料，其矿物组成为38～44%C4A3S’、5～32%C2S、0～34% C3S、8～9%C4AF，其水泥性能可达到抗压强度3d36.2MPa，7d 39.0 MPa，28d 46.1 MPa。
现有专利文献CN102936104A（一种制备快硬早强水泥熟料的方法，2013.02.20）公开了一种使用石灰石、铝土矿选矿尾矿、普通粉煤灰和石膏为原料制备而成的硫铝酸盐水泥熟料，其矿物组成为50～52% C2S、28～30% C4A3S、16～18%C4AF，以及少量的非晶相物质，获得的水泥熟料初凝时间小于5分钟，6小时强度可达30 MPa以上，同时熟料的28d强度也能都达到55 MPa左右。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，采用品位较差的钙质材料、石膏类材料等作为原材料制作水泥熟料，具有早期强度、后期强度均高于普通硅酸盐水泥的特性，其特定的矿物组成还决定其整体水化热低，具有体积稳定性好的特点。
本发明的另一目的在于提供一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，在低温下进行煅烧，煤耗低，烧成成本低于普通硅酸盐水泥，主要为固相反应，易磨性较好，粉磨成本低，因此整个生产成本相比于普通硅酸盐水泥大幅度降低。
本发明通过下述技术方案实现：一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，包括以下按质量百分比计的原料：钙质材料55～65%，硅质材料5～35%，铝质材料0～20%，铁铝质材料5～35%，石膏类材料5～15%；所述熟料的矿物组成为C4A3S:10～30%，C2S：40～55%，C4AF：10～35%。
所述钙质材料包括低品位石灰石、电石渣中的至少一种。
所述硅质材料包括低品位石灰石、低品位铝矾土、砂岩、页岩、铝矿废石中的至少一种，所述低品位石灰石中的含硅量≥3%，所述低品位铝矾土中的含硅量≥17%。
所述铝质材料包括低品位铝矾土、炼铝废渣、铝尾矿、粉煤灰中的至少一种。
所述铁质材料包括高铁铝矾土、铁渣、钢渣、硫酸渣中的至少一种。
所述石膏类材料包括二水石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、脱硫灰渣中的至少一种。
一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括配料和煅烧两个步骤，所述配料是指将各原料破碎、粉磨后，进行混合；所述煅烧是指将混合后的原料于1100～1300℃的温度下，煅烧20～90min，冷却后即制得所述熟料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过选择的钙质材料，硅质材料，铝质材料，铁质材料，石膏类材料为原料，并设计特定比例，制得的熟料具有以下矿物组成：C4A3S:10～30%，C2S：40～55%，C4AF：10～35%，该熟料中其中含有一定量的早强矿物硫铝酸钙，不含有铝酸三钙，可大大减少水泥的收缩；并且能够在水化过程中形成钙矾石，不仅产生早期强度，而且还可以弥补水化过程中整体体积膨胀以及普通硅酸盐水泥体系硬化后造成的干缩现象，本发明的熟料在失去层间水后呈现低收缩，对工程应用没有破坏性；同时含有较高量的硅酸二钙，使后期强度稳定增长，水化浆体致密，抗渗性好；相比其他水泥熟料，铁含量高，C4AF含量可达到35%，增加了其后期韧性。
（2）本发明通过对原料：硅质材料，铝质材料，铁质材料，石膏类材料的进一步优选，可有效解决大量低品位钙质、铝质材料以及工业废弃物的堆放，减轻填埋的环境压力以及现在建材行业出现的资源短缺、高消耗的技术问题，并实现降低生产成本、提高资源利用率的有益效果，实现环境效益、经济效益、社会效益三位一体的统一，符合国家国情。
（3）本发明的配方中，原料来源广泛，可充分利用废物，降低石灰石的消耗量，减少二氧化碳的排放，适应性更广。
（4）本发明的制备方法中，煅烧的温度为1100～1300℃，比普通硅酸盐水泥的煅烧温度低，水泥的易烧性好，且煅烧后的熟料易磨性好，可大大降低能耗，并缩短生产时间，提高经济效益。
（5）采用本发明的熟料制得的水泥，不仅具有低收缩性，还具有早强、低碱度、快硬、抗冻、抗渗、耐蚀、低热、后期强度增长稳定、耐久性好等良好的性能，其低收缩性可以减少工程中出现的开裂造成的破坏；本发明的熟料广泛用于修补工程、防水建筑工程等，具有良好的建筑施工性能，尤其适用于海洋建筑工程。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：钙质材料65%，硅质材料5%，铁铝质材料10%，石膏类材料15%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1100℃的温度下，煅烧90min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：30%，C2S：40%，C4AF：25%，其他：5%。
实施例2：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：钙质材料55%，硅质材料35%，铁质材料5%，石膏类材料5%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1245℃的温度下，煅烧30min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：10%，C2S：55%，C4AF：30%，其他：5%。
实施例3：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：低品位石灰石61%，页岩9%，低品位铝矾土5%，高铁铝矾土15%，脱硫石膏10%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1200℃的温度下，煅烧60min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：26%，C2S：43%，C4AF：23%，其他：8%。
实施例4：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：低品位石灰石63%，页岩2%，炼铝废渣5%，高铁铝矾土21%，脱硫石膏9%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1150℃的温度下，煅烧80min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：25%，C2S：48%，C4AF：21%，其他：6%。
实施例5：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：低品位石灰石47%，页岩6%，铝尾矿7%，高铁铝矾土30%，脱硫石膏10%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1100℃的温度下，煅烧70min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：27%，C2S：47%，C4AF：20%，其他：6%。
实施例6：
本实施例提出了一种高贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：电石渣65%，低品位铝矾土（含硅量≥17%）9%，铝炼铝废渣8%，硫酸渣12%，脱硫灰渣6%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1200℃的温度下，煅烧40min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：28%，C2S：50%，C4AF：19%，其他：3%。
实施例7：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：电石渣55%，粉煤灰18%，铁渣22%，二水石膏5%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1300℃的温度下，煅烧20min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：27%，C2S：45%，C4AF：22%，其他：6%。
实施例8：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：低品位石灰石55%，低品位铝矾土（含硅量≥17%）5%，高铁铝矾土35%，磷石膏5%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1200℃的温度下，煅烧90min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：30%，C2S：55%，C4AF：10%，其他：5%。
实施例9：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：电石渣55%，低品位石灰石（含硅量≥3%）20%，炼铝废渣15%，高铁铝矾土5%，脱硫石膏5%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1150℃的温度下，煅烧60min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：21%，C2S：40%，C4AF：35%，其他：4%。
实施例10：
本实施例提出了一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料。
该水泥熟料由以下质量百分比计的原料组成：低品位石灰石58%，砂岩5%，低品位铝矾土5%，高铁铝矾土17%，石膏类材料5%。
水泥熟料的制备方法如下：将前述各原料破碎、粉磨后，进行混合，然后再将混合后的生料于1180℃的温度下，煅烧70min，冷却后即制得所述水泥熟料。该水泥熟料的矿物组成为C4A3S：26%，C2S：47%，C4AF：25%，其他：2%。
分别在上述实施例1～10制得的水泥熟料中，掺入一定量的二水石膏，进行粉磨，然后检测器物理性能，其抗压强度性能指标如下：
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：包括以下按质量百分比计的原料：钙质材料55～65%，硅质材料5～35%，铝质材料0～20%，铁铝质材料5～35%，石膏类材料5～15%；所述熟料的矿物组成为C4A3S:10～30%，C2S：40～55%，C4AF：10～35%。
2.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：所述钙质材料包括低品位石灰石、电石渣中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：所述硅质材料包括低品位石灰石、低品位铝矾土、砂岩、页岩、铝矿废石中的至少一种，所述低品位石灰石中的含硅量≥3%，所述低品位铝矾土中的含硅量≥17%。
4.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：所述铝质材料包括低品位铝矾土、炼铝废渣、铝尾矿、粉煤灰中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：所述铁质材料包括高铁铝矾土、铁渣、钢渣、硫酸渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于：所述石膏类材料包括二水石膏、硬石膏、脱硫石膏、磷石膏、脱硫灰渣中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高铁贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，其特征在于：包括配料和煅烧两个步骤，所述配料是指将各原料破碎、粉磨后，进行混合；所述煅烧是指将混合后的原料于1100～1300℃的温度下，煅烧20～90min，冷却后即制得所述熟料。
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