[发明专利]一种硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料及其制备工艺

说明书

本发明属于水泥熟料技术领域，具体涉及一种硅酸二钙‑硫铝酸钙‑硫硅酸钙水泥熟料及其制备工艺。所述水泥熟料中包括以下组分：硫铝酸钙20‑50wt.％，硫硅酸钙24‑50wt.％，硅酸二钙10‑35wt.％，游离石膏2‑10wt.％。本发明的水泥熟料中含有适量的硫铝酸钙矿物，能够确保熟料早期水化速度快，早期强度高；由该工艺制得的水泥熟料硫硅酸钙含量较高、贝利特含量较低，同时还存在一定量的游离石膏，易磨性好，能够显著降低熟料粉碎所需要的能量和机械损耗；节能环保，有利于我国碳排放目标的实现。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料及其制备工艺。

背景技术

硫铝酸盐水泥熟料是以石灰石、矾土、石膏为原料经低温煅烧而成，其中，主要矿物为硫铝酸钙(C₄A₃$，Ye'elimite)和硅酸二钙(C₂S，贝利特)，具有早期强度高、凝结速度快、碱度低、微膨胀、耐侵蚀和抗冻性等特点。但是，硫铝酸盐熟料中，C₄A₃$矿物含量较高，因此需要使用铝含量较高的高品质铝矾土为原料，这无疑增加了硫铝酸盐熟料的成本，导致硫铝酸盐水泥在推广应用上存在较大难度。

近年来的研究表明，硫硅酸钙(C₅S₂$，Temesite)在硫铝酸盐体系下可表现出比β-C₂S更强的水化活性，C₅S₂$的形成温度在900-1200℃范围内，当温度超过1200℃时，C₅S₂$便会分解生成C₂S和CaSO₄。而C₄A₃$矿物的最佳烧成温度为1300-1350℃，这使得硫硅酸钙-硫铝酸钙熟料的稳定烧成非常困难。目前硫硅酸钙-硫铝酸钙熟料的烧成工艺主要有两种：一种是采用“二次煅烧”工艺，即先在1300℃-1350℃下煅烧，待C₄A₃$充分形成后，再对熟料进行低温(1100-1200℃)二次煅烧；这种工艺保证了C₄A₃$的形成和活性，并使得最终体系中形成了一定量的C₅S₂$，但是这种工艺比较复杂，在工业上难以实现。另一种是直接在1150-1200℃下煅烧30-120min形成硫硅酸钙-硫铝酸钙熟料；但是这种工艺制备的熟料中硫硅酸钙含量低，且容易存在七铝酸十二钙(C₁₂A₇，Mayenite)，而C₁₂A₇是一种水化速度快且放热量大的矿物，容易造成熟料不易成型且强度不高；并且低温煅烧所形成的C₄A₃$活性较差，不利于熟料强度的增长。因此，需要设计新的硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙熟料的制备工艺。

此外，我国磷石膏堆存量大，应用面窄，在建筑领域主要用于替代二水石膏掺入水泥以及制备建筑石膏，但是将磷石膏加入水泥混凝土中，会导致基体的机械强度下降、膨胀性增大以及易性降低等负面影响。并且，由于磷石膏含有磷类杂质(可溶磷和共晶磷)、氟类杂质及有机物等，不可直接添加，需要采用煅烧、石灰中和及水洗等方式除杂后才能使用。而磷石膏基粉刷材料由于其功能、性能等指标一般，且需要复配各类添加剂，增加了额外的生产成本。因此对磷石膏的利用有待进一步开发。

基于上述分析，如何对硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料的配方及其制备工艺进行优化和改进，既能提升水泥熟料性能，又能简化工艺、减少CO₂排放以及降低成本，是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

鉴于此，本发明首要解决的技术问题是现有的硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料所存在的水化活性差、强度不高的缺陷，进而通过优化材料配方，提供一种水化活性好、早期和后期都具有高强度的硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料。