CN86103649A - 阿利特硫铝酸钙水泥的组成及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种阿利特硫铝酸钙水泥的组成和制造工艺；该水泥熟料组成(重量)如下：

C₃S30～50％，C₂S30～40％，C₄A₃S10～20％，C₄AF3～10％，及少量未化合的CaSO₄。

该水泥的配料K值控制在0.8～1.10，在1200℃～1300℃烧成。该水泥的特点是制造工艺简便，使用时，可掺加大量混合材而凝结时间短，强度降低幅度不大，成本低。

Description

本发明是一种以C₃S-C₂S-C₄A₃ S-C₄AF矿物为主要组份的阿利特硫铝酸钙新品种水泥的制造方法，所得到的产品，既保持了硅酸盐水泥的优良特性，又具有硫铝酸盐水泥不收缩和早期強度较高的特性，克服了硅酸盐水泥在硬化过程中产生收缩、导致裂纹的缺点，这对传统的硅酸盐水泥改性有着深远的意义。而且煆烧温度低、生产工艺简便、大量掺加尾矿和废渣作混合材后，強度降低幅度不大。

膨胀水泥和不收缩水泥历来是用硅酸盐水泥和膨胀组份共同混合粉磨而成，1963年P.E.Halstead，在“Expanding and Stressing Cement”《Tne Chemistry of Cements》，H.F.W.Taylor，P87～99中提出“制造一种含有一定比例无水硫铝酸钙而本质属于波特兰水泥的熟料”用它直接制造膨胀水泥是可行的”。围绕这个问题，国内外都展开大量的研究工作，美国在1975年公布了美国W.A.Borje关于含有C₄A₂ S-βC₂S为主要成分的超早強水泥的专利（3860433），1978年苏联的И.в.К

在实验室配制并在米哈尔洛夫水泥厂烧成了阿利特硫铝酸盐熟料，但他们把此熟料作为添加物配制高強水泥、膨胀水泥、快凝膨胀水泥，但未见详细报导。

硅酸盐水泥具有悠久的历史，良好的性能，但烧成温度要1450℃;而且此种水泥在硬化时，伴随着产生收缩，是造成混凝土裂缝的主要原因;而由硅酸盐水泥配制的混合材水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、赤泥水泥等，其共同的缺点是凝结较慢，尤其是早期強度偏低。

本发明的目的是用低温煆烧方法制造一种以C₃S-C₂S-C₄A₃S-C₄AF为主要矿物的熟料及由此种熟料所配制的矿渣水泥、赤泥水泥等加有混合材的水泥。此种水泥比普通硅酸盐熟料加混合材所制得的同种水泥凝结时间大大缩短，早期（1，3天）強度明显提高，掺等量混合材时其水泥強度比熟料強度下降幅度小，从而可以多掺加混合材，而其凝结时间、早期強度等性能降低不多。

本发明在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-SO₃系统的生料中引入F^-，使得C₃S与C₄A₃ S得以共存，并需严格控制熟料中下列成分才能获得理想的C₃S与C₄A₃ S的适宜匹配，其熟料成分为：

Al₂O₃为7～10%、Fe₂O₃1～3.5%、SO₃4～6%、F^-为0.1～0.4%。

其理由在于，当煆烧温度为1200～1300℃时：

（一）配料中F^-的影响如下：若不掺加F^-，在1300℃以下煆烧时生成的熟料，用X射线分析几乎没有撿出C₃S;F^-在熟料中如果小于0.1～0.4%，则形成的C₃S量甚少;F^-在熟料中如果大于0.1～0.4%的范围，则C₁₁A₇·CaF₂的形成难以避免。实践证明，C₁₁A₇·CaF₂和C₄A₃ SC₃S同时共存，其水泥性能难以控制。

（二）熟料中SO₃量的影响如下：若小于4～6%，C₄A₃ S形成量少，甚至X射线分析不出来，C₃A大量形成;若大于4～6%的范围，则C₃S的量明显减少;况且未化合的CaSO₄多了，导致水泥膨胀过大，強度反而降低。

（三）熟料中Al₂O₃量的影响如下：Al₂O₃量若小于7～10%，C₄A₈ S甚少，X射线分析难以撿出C₄A₃ S的存在。若Al₂O₃高于规定范围，则C₄A₃ S形成量太多，水泥膨胀量过大。

（四）熟料中Fe₂O₃量的影响：此项指标视原料而定，由于Fe₂O₃在煆烧过程中消耗Al₂O₃，所以为了保证熟料中形成所需要的C₄A₃ S的量，Fe₂O₃的量可以上下波动。如原料本身含Al₂O₃低，为使熟料中C₄A₃ S的量在规定范围，则生料中不必再另加铁粉。所以在某种意义上说，适当增减Fe₂O₃的含量来调节C₄A₃ S的量是可行的。

阿利特硫铝酸钙熟料的制造工艺要点如下：

（1）本发明所用原料为石灰石、页岩、煤矸石、粉煤灰、低品位矾土等含铝硅质原料，以及石膏、萤石或含氟工业废料等。

（2）配料 控制石灰饱和度K值在0.8～1.10。若K值低于规定范围，不能保证足够的C₃S量，达不到提高強度的目的;若K值高于规定范围，在1200～1300℃煆烧范围烧成时，游离CaO太多，导致水泥膨胀过急，安定性不好。

K= (C_总-0.55(A-0.64F)-0.35F-0.7(SO₃+TiO₂)-1.48F^-)/(2.8×SiO₂)

式中：C……代表熟料中CaO重量百分数

A……代表熟料中Al₂O₃重量百分数

F……代表熟料中Fe₂O₃重量百分数

SO₃……代表熟料中SO₃重量百分数

TiO₂……代表熟料中TiO₂重量百分数

F^-……代表熟料中F^-重量百分数

SiO₂……代表熟料中SiO₂重量百分数

（3）熟料的矿物组成如下（重量）：

C₃S 30～50%、C₂S 30～40%、

C₄A₃ S10～20%、C₄AF 3～10%、

及少量未化合的CaSO₄。

（4）烧成工艺：

控制以下工艺参数：

控制煆烧温度在1200～1300℃，能得到较满意的C₃S-C₄A₃ S匹配比例。如低于此温度范围，虽然C₄A₃ S已基本形成，但形成的C₃S很少;如高于此温度范围，C₄A₃ S量趋向减少，C₃A量增加。

煆烧时避免还原气氛。

（5）水泥的制备：

①阿利特硫铝酸钙熟料与硬石膏共同粉磨到比表面积为＞3000cm³/g。

加入石膏(重量百分数)=0.13M (1.99(A-0.64F))/(SO₃)

式中M代表所配水泥中

克分子比

C₄A₃ S＝1.99（A-0.64F）

M控制在0.5～1.0

SO₃代表石膏中SO₃百分数。

A代表熟料中Al₂O₃百分数

F代表熟料中Fe₂O₃百分数

②阿利特硫铝酸钙矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、赤泥水泥的制备：

将阿利特硫铝酸钙熟料掺加适量石膏和20～40%的混合材共同粉磨到比表面积为＞3000cm²/g。

阿利特硫铝酸钙水泥的基本性能为：

初凝：不早于45分钟

终凝：不迟于4小时

一天耐压強度＞20.0MPa

28天耐压強度＞50.0MPa

线膨胀率：一天＞0.05%，28天＜0.5%

（一）配料计算：表1

＊外掺0.7%桃林尾矿，相当于生料成份中 F^-＝0.25%，

熟料成份F^-＝0.36%。

生料粉磨细度4900孔筛筛余＜10%。

（二）生料的化学分析：表2

（三）生料煆烧：

生料采用长焰煆烧，物料温度为1100～1300℃，无还原气氛，测定窑尾废气中CO＜1.0%，O₂为1～3.0%。生料的化学组成如表2所示。

（1）不收缩阿利特硫铝酸钙水泥

本发明的用途和积极效果如下：

1.用途：

阿利特硫铝酸钙水泥熟料和石膏共同粉磨，单独使用作为不收缩水泥、膨胀水泥和快凝膨胀水泥、高強水泥使用。也可加入20～40%的混合材，配成矿渣水泥、粉煤灰水泥、赤泥水泥、煤矸石水泥等，相对于硅酸盐水泥来说，加入混合材比例高，強度降低小，凝结时间短，早期強度高。

2.积极效果：

（1）这种水泥含钙量低，从而减少碳酸钙分解热，降低热耗。

（2）该水泥熟料烧成温度低（1200～1300℃），操作简便。

（3）生产该水泥熟料所用原料广泛：如页岩、粉煤灰、煤矸石、赤泥等工业废料。

（4）该水泥对混合材适应性好，可以提高加有混合材水泥的早期強度，从而可以多掺混合材;一般掺加20～40%（重量百分数），強度降低幅度不大，因此，可以处理大批工业废渣。

Claims (2)

1、一种以C₃S-C₂S-C₄A₃ S矿物组成为主要组份的阿利特硫铝酸钙的水泥组成，其特征在于：

Ⅰ、该水泥熟料组成(重量)如下：

(1)以矿物组成计：

C₃S30～50%，C₂S30～40%，

C₄A₂ S10～20%，C₄AF3～10%，

及少量未化合的CaSO₄

(2)以化学成分计：

除CaO、SiO₂外，Al₂O₃7～10%，

Fe₂O₃1～3.5%，SO₂4～6%，F-0.1～0.4%

Ⅱ、该水泥是由上述成分的熟料与适量的石膏共同粉磨配制而成。石膏加入量(重量百分数)=0.13M (1.99(A-0.64F))/(SO₃)

式中：

M值为0.5～1.0，SO₃为石膏中SO₃%，

A为熟料中Al₂O₃%，F为熟料中Fe₂O₃%

Ⅲ、或者将Ⅰ项的熟料加入适量石膏和其它混合材配制成混合材水泥。

2、一种阿利特硫铝酸钙水泥的制造方法，其特征是：

Ⅰ、在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-SO₃系统中引入F^-，在煆烧时使得C₂S-C₄A₃ S两种矿物得以共存。

Ⅱ、该水泥的配料K值控制在0.8～1.10。

K值的计算方法为：

K= (C_总-0.55(A-0.64F)-0.35F-0.7(SO₃+TiO₂)-1.48F^-)/(2.8×SiO₂)

Ⅲ、该水泥的煆烧温度为1200℃～1300℃。

Ⅳ、该水泥需磨制到比表面积为＞3000CM²/g。