專利名稱：貝利特－硫鋁酸鋇鈣水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水泥材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種由硫鋁酸鋇鈣(CBAS)礦物與貝利特(C2S)礦物復(fù)合的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥。
背景技術(shù)：
目前，大量使用的硅酸鹽水泥存在某些缺點和不足，主要表現(xiàn)為燒成溫度高(為1450℃)，生產(chǎn)能耗大；熟料中CaO含量高，消耗大量優(yōu)質(zhì)石灰石資源；水泥水化過程產(chǎn)生體積收縮，導(dǎo)致收縮微裂紋，影響混凝土的力學(xué)性能；水泥水化后形成大量Ca(OH)2，并存在于硬化水泥漿體中，影響水泥及混凝土的抗蝕性和耐久性。因此，如何進一步降低硅酸鹽水泥的燒成溫度，節(jié)約優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源，并提高水泥及混凝土工程的性能，是水泥技術(shù)領(lǐng)域重點解決的關(guān)鍵問題。
如1989年9月13日公開的公開號為CN1035486A的中國專利“含鋇硫鋁酸鹽水泥”，是以含鋇硫鋁酸鈣為主要礦物成分制成的快硬早強型水泥，其燒成溫度低，為1250-1350℃。這種水泥的主要礦物是以含鋇硫鋁酸鹽為主，比例為40-80％，主要原料為重晶石等，成本較高，適用于特殊建設(shè)工程，屬于特種工程材料，不適合于大批量生產(chǎn)。
如2003年7月21日公開的公開號為CN1513786的中國專利“阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥”，主要是由阿利特(硅酸三鈣)與硫鋁酸鋇鈣組成的礦相體系。由于硅酸三鈣需要耗費較多的高品質(zhì)石灰石礦產(chǎn)資源，并且C3S需要在1450℃高溫條件下才能大量形成，造成能源消耗較高。另外，C3S含量高將使水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2量增加，降低水泥的抗腐蝕性和耐久性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服以上不足，提供了一種以貝利特-硫鋁酸鋇鈣為主導(dǎo)礦相體系的新型水泥，具有燒成溫度低，可使用低品質(zhì)石灰質(zhì)資源，體積收縮小，后期強度增進率高，成本低廉，耐久性好等優(yōu)點。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)本發(fā)明的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，其水泥熟料主要是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF組成的礦相體系，各礦物的重量百分比為
硫鋁酸鋇鈣 5-45％硅酸二鈣30-70％硅酸三鈣10-45％鋁酸三鈣2-20％鐵鋁酸鈣2-20％其中硫鋁酸鋇鈣的分子式為(3-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X＝0.25～3。
優(yōu)選的，其水泥熟料中各礦物的重量百分比為硫鋁酸鋇鈣10-37％硅酸二鈣 41-60％硅酸三鈣 10-29％鋁酸三鈣 6-15％鐵鋁酸鈣 6-15％本發(fā)明的述的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，所述硫鋁酸鋇鈣(CBAS)的分子式優(yōu)選為2.75CaO·1.25BaO·3Al2O3·CaSO4。
本發(fā)明的述的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，其水泥的生料組成按重量百分比為CaO 30-50％SiO27-20％Al2O3 2-20％Fe2O3 1-4％SO3 0.5-4％BaO 1-8％CaF20.3-1.5％。
硫鋁酸鋇鈣礦物是一種具有突出快硬早強性能的水硬性礦物，其燒成溫度低，并可利用工業(yè)廢渣進行生產(chǎn)。制造該礦物所使用的主要原料為石灰石、低品位鋁礬土和含鋇尾礦或廢渣，在1400℃以下就能低溫?zé)伞Ｋ圃斓牧蜾X酸鋇鈣礦物的抗壓強度在1天、3天和7天齡期分別達到35.5MPa、59.3MPa和72.1MPa，并且其水化硬化速度較快，是一種具有突出快硬早強性能的高膠凝性礦物。
本技術(shù)是將快硬早強型硫鋁酸鋇鈣礦物與貝利特水泥熟料的主導(dǎo)礦物貝利特在低溫條件下復(fù)合，形成以貝利特—硫鋁酸鋇鈣為主導(dǎo)礦物的新型水泥熟料礦物體系。該水泥既具有貝利特水泥強度穩(wěn)定發(fā)展的特性，又有快硬水泥所具有的早期強度增進率高的優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于具有高質(zhì)量要求、抗腐蝕和良好耐久性的建設(shè)工程。硅酸鹽水泥以硅酸三鈣(C3S，又稱阿利特)，硅酸二鈣(C2S，又稱貝利特)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸鹽(C4AF)為主要礦物，C3S的含量一般在50％以上，有時可達60％以上，需要耗費大量高品質(zhì)石灰石礦產(chǎn)資源，并且C3S需要在1450℃高溫條件下才能大量形成，造成能源消耗較高，污染嚴重。貝利特水泥較硅酸鹽水泥在以上幾個方面具有優(yōu)勢，煅燒溫度比硅酸鹽水泥低約100℃，降低了生產(chǎn)能耗；其主導(dǎo)礦物C2S含有的CaO低，可利用低品質(zhì)石灰石資源；貝利特礦物后期強度持續(xù)增長，增進率高；貝利特水泥及其混凝土的抗蝕性和耐久性良好。但是，貝利特水泥的主要缺點是早期強度較低，這是由于熟料中阿利特礦物數(shù)量的減少造成的。而硫鋁酸鋇鈣礦物具有突出的快硬早強性能，并具有微膨脹特性，且燒成溫度低，約1350℃左右，是一種性能優(yōu)良的低溫早強型礦物。
本發(fā)明是將C2S與CBAS進行復(fù)合，通過高溫固相反應(yīng)形成以C2S-CBAS為主導(dǎo)礦物的新的水泥熟料礦相體系。與硅酸鹽水泥不同，硅酸鹽水泥熟料由C3S-C2S-C3A-C4AF四種主要礦物組成，而貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF五種礦物組成的新體系，體系中C2S礦物的含量大于C3S。同時，硫鋁酸鋇鈣礦物在1400℃以下就可以大量形成，而且熟料中C3S含量的降低，使得貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料在1320-1360℃左右就可以燒成，比硅酸鹽水泥的燒成溫度降低50-100℃。與阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥相比，其燒成溫度降低了20-40℃，降低了高品質(zhì)石灰石的用量，節(jié)約了能源，降低了成本。由于硫鋁酸鋇鈣礦物具有突出的快硬早強性能，而且，Ba2+、SO3的引入，能夠有效提高β-C2S的水化活性，所以貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥克服了貝利特水泥早期性能差的缺點。該水泥早期強度約比一般貝利特水泥提高達40％以上，后期強度也有一定程度的增加，水泥凝結(jié)硬化速度明顯加快。貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的使用對全面提高建筑質(zhì)量具有顯著效果，特別適合于高層建筑、高等級公路、機場、橋梁與隧道等高質(zhì)量要求的大型建設(shè)工程。另外，由于硫鋁酸鋇鈣礦物還具有補償收縮的作用，因而可降低水泥的收縮率，減少收縮裂紋，提高混凝土工程的耐久性。本技術(shù)工藝簡單，完全采用現(xiàn)有硅酸鹽水泥的制造設(shè)備，需要的鋇鹽組分可由天然重晶石尾礦提供，也可利用含鋇工業(yè)廢渣，原料成本降低。
本發(fā)明的要點是利用硅酸鹽水泥的原料，同時配入含鋇礦石(重晶石尾礦等)或含鋇工業(yè)廢渣與螢石等組分，在低于1400℃條件下燒成，通過固相反應(yīng)形成以C2S-CBAS為主導(dǎo)礦物的新的水泥熟料礦相體系，達到降低燒成溫度，提高水泥早期強度的目的。
本發(fā)明的有益效果是，具有燒成溫度低，可利用低品質(zhì)石灰石資源，降低了高品質(zhì)石灰石的用量，水泥早期強度提高，硬化水泥漿體具有微膨脹、密實度高、微裂紋減少，抗腐蝕和耐久性好和成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的水泥熟料的XRD分析圖圖中，■代表C3S；▲代表C2S；◆代表C4AF；★代表C2.75B1.25A3S。
圖2是貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的SEM分析圖中，1點硫鋁酸鋇鈣礦物；2點貝利特礦物；3點阿利特礦物。
具體實施方式
實施例本發(fā)明的貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的具體實施例見表1、表2和表3。
表1 原料配比(為化學(xué)試劑)％
按以上六種配料方案配制生料，同時配入少量螢石，按CaF2計為0.5～1.2％。生料化學(xué)成分見表2表2 水泥生料化學(xué)成分％
在實驗室用硅鉬棒電爐對以上熟料燒成，燒成溫度為1320℃-1360℃。水泥的物理性能見表3。
表3 水泥物理性能
對其中的4#熟料進行了XRD分析和SEM分析，分別見圖1和圖2?？梢钥吹皆谪惱亍蜾X酸鋇鈣水泥熟料礦物體系中，形成了以貝利特-硫鋁酸鋇鈣為主導(dǎo)礦相體系的新型水泥，進一步說明這兩種礦物的復(fù)合與共存，可以達到提高水泥早期強度的目的。
權(quán)利要求
1.一種貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，其特征在于其水泥熟料主要是由C2S-CBAS-C3S-C3A-C4AF組成的礦相體系，各礦物的重量百分比為硫鋁酸鋇鈣 5-45％硅酸二鈣30-70％硅酸三鈣10-45％鋁酸三鈣2-20％鐵鋁酸鈣2-20％其中硫鋁酸鋇鈣的分子式為(3-X)CaO·XBaO·3Al2O3·CaSO4，X＝0.25～3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥，其特征在于其水泥熟料中各礦物的重量百分比為硫鋁酸鋇鈣 10-37％硅酸二鈣41-60％硅酸三鈣10-29％鋁酸三鈣6-15％鐵鋁酸鈣6-15％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥，其特征在于所述硫鋁酸鋇鈣的分子式為，2.75CaO·1.25BaO·3Al2O3·CaSO4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥，其特征在于其水泥的生料組成按重量百分比為CaO30-50％SiO27-20％Al2O32-20％Fe2O31-4％SO30.5-4％BaO1-8％CaF20.3-1.5％。
全文摘要
本發(fā)明屬于水泥材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種由硫鋁酸鋇鈣礦物與貝利特礦物復(fù)合的貝利特－硫鋁酸鋇鈣水泥。其水泥熟料主要是由C
文檔編號C04B7/345GK1887766SQ20061004550
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17日
發(fā)明者蘆令超, 張衛(wèi)偉, 葉正茂, 常鈞, 黃世峰, 周宗輝, 程新 申請人:濟南大學(xué)