[发明专利]一种硫铝酸盐水泥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥制备技术领域；特别是涉及一种硫铝酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

水泥混凝土在浇筑时，如何确保和提高其后期强度，以保证最终构件的强度，是本领域技术人员一直在关注和研究的要点。特别是部分后期强度本就不高的特种水泥，例如硫铝酸盐水泥以其早期强度高，抗冻、抗渗、耐腐蚀等耐久性优良，应用于负温施工、地下、快速抢修工程及预制品等行业，不足的是后期强度尤其是后期抗折强度倒缩，需要不断地改进和完善。同时硫铝酸盐水泥作为一种特种水泥，原料品质要求高，为了克服以上缺点引入了贝利特硫铝酸盐水泥和高硅硫铝酸盐水泥，但是贝利特硫铝酸盐水泥依然没有解决该系列水泥强度后期倒缩的问题，特别是需要采用矾土等含氧化铝的高铝原材料。另一方面，一些工业废渣在水泥生产和混凝土制备过程中得到大量应用，但大量的高硫酸钙含量的硅酸盐类的工业废渣目前基本未被利用，虽然传统硫铝酸盐水泥熟料的烧成可以消耗一定化学石膏或含硫酸钙的废渣，但总的掺量很低。传统硫铝酸盐水泥后期强度倒缩也是限制其扩大应用领域的主要问题。因此提高硫铝酸盐水泥中硫酸钙含量、改善后期强度倒缩和减少矾土等高铝原材料的消耗是硫铝酸盐水泥发展的主要方向。

硫硅酸钙（4CaO·2SiO₂ ·CaSO₄），又称硫硅钙石、磺基灰钙石。以往认为是硫铝酸盐水泥熟料形成过程中的过渡相，在熟料煅烧温度较低时，或CaSO₄ 较多时，最终产物中可能会有硫硅酸钙存在。

但现有技术中，普遍的观点是认为硫硅酸钙是惰性矿物，甚至被认为有害矿物。故在水泥生产时，一般均是会极力避免水泥中生成硫硅酸钙成分。但申请人最新研究发现，硫硅酸钙可以提高硫铝酸盐水泥后期强度，解决目前的硫铝酸盐水泥强度倒缩问题，同时硫硅酸钙还可以激发工业废渣的火山灰活性，对于工业废渣掺量较大的硅酸盐水泥后期和长期强度发展具有促进作用，同时还能在后期具有明显的补偿收缩的作用。因此，申请人认为在硫铝酸盐水泥中生成硫硅酸钙后，能够对提高配制的混凝土后期强度有明显作用。

水泥制备过程中，硫硅酸钙（4CaO·2SiO₂·CaSO₄）在微还原气氛中形成的温度范围为1100～1250℃，超过1250℃就会消失。目前硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度通常在1250～1350℃之间，因此硫铝酸盐水泥中即使存在硫硅钙石，含量也非常低。目前在硅酸盐水泥的烧成过程中，特别是采用高硫燃料或者含硫酸钙含量比较高的废渣煅烧熟料时，也会生成硫硅钙石过渡相，但硅酸盐水泥熟料的烧成温度远比硫铝酸盐水泥为高，因此硫硅钙石更容易分解，硅酸盐水泥则不会残留有硫硅酸钙矿物。

因此，现有方法制备的硫铝酸盐水泥一般不会含有硫硅酸钙，故申请人想到如果能够对硫铝酸盐水泥制备方法进行改进，使其制备过程中，能够生成一定量的硫硅酸钙成分，可消耗更多的含硫酸钙的废渣同时减少矾土等高铝原材料的消耗，还能提高硫铝酸盐水泥后期强度。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种制备简单，实施方便，含有硫硅酸钙组分的硫铝酸盐水泥及其制备方法。使硫铝酸盐水泥生产可以消纳更多的含硫酸钙废渣，同时减少矾土等高铝原材料的消耗，并能能够有效地改善水泥配制的混凝土后期强度。

本发明采用了如下的技术方案：

一种硫铝酸盐水泥，其特征在于，所述硫铝酸盐水泥中含有质量比5-35%的硫硅酸钙矿物。

申请人分析了现有硫铝酸盐水泥后期强度较低的原因，在于随着硫铝酸盐水泥水化的进行，液相中的硫酸根离子消耗殆尽，使得水化产物高硫型硫铝酸钙转变为低硫型硫铝酸钙，引起已硬化的水泥石产生变形从而引起体系的后期强度增进不足，同时以钙矾石主导的水化产物相热稳定性差、抗碳化性能差，这是硫铝酸盐水泥强度倒缩的主要原因。故本发明的硫铝酸盐水泥中，硫硅酸钙矿物的引入正好可以解决这一问题。随着水化过程石膏的消耗，硫硅酸钙的连续溶解与硫铝酸盐或者铁酸盐生成钙矾石和单硫酸盐，同时硫硅酸钙的溶解生成高反应性能的硅酸钙相，同时水化体系有铝黄长石的生成，这有助于浆体强度的发展。因此本发明克服了现有技术偏见，对于现有技术有突出的实质性贡献作用。

本发明还提供了一种上述硫铝酸盐水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.水泥生料的制备：

按照硫铝酸盐水泥生料配方进行配料；（所述硫铝酸盐水泥范围是普通硫铝酸盐水泥，以及贝利特硫铝酸盐水泥、高铁硫铝酸盐水泥，优选为贝利特硫铝酸盐水泥，可以按照现有配方进行生料配比）