CN100457661C - 一种铝酸钙-硫铝酸钙水泥熟料及其膨胀剂的制造方法 - Google Patents

一种铝酸钙-硫铝酸钙水泥熟料及其膨胀剂的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水泥熟料的生产技术和混凝土膨胀剂的生产技术。所述熟料的原料配合比为：铝矾土——50-65%、石灰石——30-40%、石膏——5-15%，对原材料品质要求为：铝矾土——Al2O3＞70%、SiO2＜10%；石灰石——CaO＞54%、SiO2＜10%；石膏——SO3＞45%；烟煤——灰份＜10%、挥发份25-32%、发热量＞26000KJ/kg，所述熟料的矿物组成范围为CA：30～37%、C4A3S：20～25%、CA2：25～30%、C2S：5～10%。熟料的煅烧温度为1320℃-1380℃。用35～40%的熟料和60～65%的硬石膏磨细(0.8mm筛余：10～12%)制成膨胀剂。

Description

一种铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料及其膨胀剂的制造方法
技术领域
本发明涉及一种水泥熟料的生产技术和混凝土膨胀剂的生产技术。
技术背景
国内外高铝水泥矿物组成主要在CA-CA2-C2AS相区，其次在CA-C2AS-C2S相区和CA-C12A7-C2S相区。我国以一级矾土和石灰石配制成生料，在旋窑中经1360～14lO℃煅烧成熟料，经粉磨至300～400m2/kg成为高铝水泥或低钙铝酸盐耐火水泥。
一般高铝水泥熟料中，不可避免要带入5～10％SiO2，SiO2被视为有害矿物。由于它形成钙黄长石C2AS是惰性矿物，难以水化。SiO2含量越高，熟料煅烧温度范围越狭窄，烧成不易掌握。根据矿物组成计算公式，在CA-CA2-C2AS相区中全部形成C2AS，C2AS＝4.56×SiO2(％)，我国高铝水泥熟料一般含有SiO2＝5～8％，由此形成C2AS约有22.8～36.5％，这种惰性矿物占总矿物的25～35％，制约了高铝水泥的活性。
发明内容
本发明是在高铝水泥生料中加入一定量的石膏矿化剂，在高温煅烧过程中，CaSO4可以阻碍C2AS形成，使其转化为CA和C2S，与此同时，CaSO4与CA化合成无水硫铝酸钙3CA·CaSO4。这样，熟料中形成较多的CA、CA2、
Figure C0210389900031
和C2S有益矿物，减少隋性矿物C2AS的生成数量。从而大大提高水泥的活性，熟料煅烧温度也可以下降至1320～1380℃。研究表明，这是一种以
Figure C0210389900032
为主的铝酸钙-硫铝酸钙水泥(Alumina-sulphoaluminate clinker)，我们命名为ASC熟料，在国内外文献中尚无记载。
国内外混凝土膨胀剂主要有日本的硫铝酸钙(CSA)膨胀剂，石灰系膨胀剂；我国有U型膨胀剂、铝酸钙膨胀剂、复合膨胀剂、硅铝酸盐膨胀剂和明矾石膨胀剂等。它们分别以高铝水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、石灰系熟料、煅烧明矾石、煅烧高岭土和高铝煤矸石作为膨胀熟料，并掺入其它辅助原料磨制而成，这些膨胀剂以10％～15％掺入水泥中，经水化形成钙矾石或氢氧化钙产生体积膨胀。本发明中的低碱高效膨胀剂就是用本发明的铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料与石膏磨制而成的，其膨胀源为钙矾石，碱含量≤0.3％，掺量6～8％，是一种新型低碱高性能膨胀剂，在国内外文献中尚无记载。
本发明的目的在于提供一种铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料的化学组分和生产工艺，以达到提高其水泥熟料活性的目的，并用该水泥熟料制造高性能混凝土膨胀剂。
本发明是涉及一种新型的水泥熟料，它是一种以铝酸一钙(CA)、铝酸二钙(CA2)和无水硫铝酸钙(C3A·CaSO4)为主的铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料(以下简称ASC熟料)。
本发明是在高铝水泥生料中掺入适量石膏矿化剂，CaSO4可以阻止C2AS的生成，使C2AS分解为CA和C2S，与此同时，CaSO4与CA结合成无水硫铝酸钙
Figure C0210389900041
从而大大增加高铝水泥的活性。同时，CaSO4矿化剂可以使高铝水泥熟料的煅烧温度降低至1320～1380℃，扩大其烧成范围，在旋窑中更易烧成熟料。
本发明的ASC熟料的化学成分与一般高铝水泥的不同之处是根据水熟料中SiO2的含量，加入适量的石膏矿化剂，并调整CA和CA2的矿物比例，这是本发明的核心技术，另外则是该熟料在旋窑中的烧成技术，如何控制石膏不被分解，在阻止形成C2AS的同时，使CaSO4与CaO、Al2O3结合成
Figure C0210389900051
ASC熟料粉磨至比表面积300～400m2/kg成为早强快硬水泥，在常温下水化，主要形成水化铝酸钙CAH10、C2AH8和铝胶AH3。
本发明的膨胀剂是以ASC熟料与石膏共同粉磨可以制成低碱低掺的高性能混凝土膨胀剂，碱含量≤0.3％。它以6～8％掺入硅酸盐水泥中水化生成钙矾石(C3A·3CaSO4·32H2O)，使混凝土产生适度体积膨胀，达到抗裂防渗的补偿收缩目的。
本发明的ASC熟料是用铝矾土、石灰石和石膏制成水泥生料，在回转窑中经1320℃-1380℃煅烧而成。ASC熟料对原材料品质要求为：铝矾土——Al2O3＞70％、SiO2＜10％；石灰石——CaO＞54％、SiO2＜10％；石膏——SO3＞45％；烟煤——灰份＜10％、挥发份25-32％、发热量＞26000KJ/kg。ASC熟料的原料配合比为：铝矾土——50-65％、石灰石——30-40％、石膏——5-15％。本发明的铝酸钙—硫铝酸钙熟料的主要矿物组成范围的重量百分比为：
CA：30～37％
Figure C0210389900052
CA2：25～30％            C2S：5～10％
本发明所述的高性能混凝土膨胀剂工艺配方的重量百分比为：
铝酸钙—硫铝酸钙熟料：35～40％；
硬石膏：60～65％
膨胀剂中SO3：30～35％
膨胀剂的细度(0.8mm筛余)：10～12％
具体实施方式
实施例
(1)ASC熟料的制造
                    表1ASC熟料的原料化学成分
原料   烧失量 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> TiO<sub>2</sub> CaO MgO SO<sub>3</sub>
  石灰石   42.75   1.36   0.41   0.76   ——   52.02   1.56   ——
  矾土   13.77   5.18   75.56   1.33   3.20   0.52   0.54   ——
  石膏   1.25   2.12   0.38   0.17   ——   39.71   0.39   49.21
  煤灰   ——   55.50   21.64   10.63   ——   1.86   2.44   ——
原料的化学成分见表1，根据设计的熟料矿物组成，进行配料计算得：石灰石30.5％，矾土58.4％，石膏8.1％，煤灰3％。配制的ASC生料在回转窑中经1350℃煅烧而成ASC熟料，其化学成分见表2，ASC熟料的计算矿物组成见表3，ASC水泥的物理性能见表4。
                表2ASC水泥熟料的化学成分(％)
  Loss   SiO<sub>2</sub>   Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   CaO   MgO   TiO<sub>2</sub>   SO<sub>3</sub>
  0.31   5.44   55.26   1.08   32.35   0.04   1.49   3.50
                        表3ASC熟料矿物组成(％)
  CA   CA<sub>2</sub>   C<sub>4</sub>A<sub>3</sub>S   C<sub>2</sub>S   CT   C<sub>2</sub>F   MA
  30.34   27.25   25.41   12.53   2.50   1.83   0.14
                        表4ASC水泥的物理性
Figure C0210389900071
(2)高性能混凝土膨胀剂制造
用上述制造的ASC熟料与硬石膏共同粉磨成膨胀剂，其工艺参数见表5。
            表5高性能混凝土膨胀剂生产工艺
ASC熟料(％) 硬石膏(％)   比表面积m<sup>2</sup>/kg) SO<sub>3</sub>(％)
    35     65     310   32.5
在42.5号普通水泥中分别掺入6％和8％膨胀剂，按从《混凝土膨胀剂》建材行业标准JC476-2001进行检验，其物理性能见表6。
            表6高性能混凝土膨胀剂的物理性能
Figure C0210389900081
本发明的ASC水泥熟料，磨制成改性高铝水泥，具有快硬早强特性，1d抗压强度为28d的70％以上，安定性良好。用该熟料磨制的高性能混凝土膨胀剂，以6％和8％掺入水泥中，7d膨胀率达0.040～0.048％，14d膨胀率为0.05～0.06％，比目前市售膨胀剂(一般掺量为10～12％)的膨胀效能更高，与空白水泥砂浆相比，强度有所提高，28d强度持续增长。可以说，它是目前国内最先进一种混凝土膨胀剂。

Claims (3)

1.一种铝酸钙-硫铝酸钙水泥熟料，其特征在于：所述熟料的矿物组成范围的重量百分比为CA：30～37％、C4A3S：20～25％、CA2：25～30％、C2S：5～12.53％、CT：2.5％、C2F：1.83％、MA：0.14％。
2.一种制造权利要求1所述熟料的方法，其特征在于：所述熟料的原料配合比的重量百分比为：铝矾土50-65％、石灰石30-40％、石膏5-15％，对原材料品质要求为：铝矾土Al2O3＞70％、SiO2＜10％：石灰石CaO＞54％、SiO2＜10％：石膏SO3＞45％；烟煤灰份＜10％、挥发份25-32％、发热量＞26000KJ/kg，将所述原料在回转窑中经1320℃-1380℃煅烧即成所述熟料。
3.一种用权利要求1所述熟料制造的膨胀剂，其特征在于：铝酸钙-硫铝酸钙水泥熟料的重量百分比为：35～40％，硬石膏的重量百分比为：60～65％，膨胀剂中SO3的重量百分比为：30～35％，该膨胀剂0.8mm筛余的细度为：10～12％。
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