CN104140216A - 高铁磷铝酸盐水泥熟料 - Google Patents

Abstract

高铁磷铝酸盐水泥是一种高强低能耗新品种水泥，主要含有SiO₂1~10%（重量百分比，下同），Al₂O₃10%~50%，Fe₂O₃9~15%，CaO35%~55%，P₂O₅10%~30%等组分，本发明的特点在于采用上述配料方案的同时，在1300℃~1370℃下烧成高铁铝酸钙含量的磷铝酸盐水泥熟料。

Description

高铁磷铝酸盐水泥熟料

技术领域

本发明属于水泥材料的技术领域，特别涉及一种高铁铝酸钙含量的磷铝酸盐早强水泥熟料。 

背景技术

磷铝酸盐水泥(PALC)，由含Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、P₂O₅、SiO₂等组分的原材料经配料、混合、粉磨、烧成等制备工艺过程获得，其矿物组成为磷铝酸钙（LH_SS相），铝酸钙固溶体，磷酸钙固溶体和部分玻璃体。 

磷铝酸盐水泥具有快硬、早强、高强等优良的力学性能，水泥浆体具有优良的耐久性，如：优良的抗冻性，抗碳化，抗化学腐蚀，抗渗和抗钢筋锈蚀等能力，使得该水泥在抢修工程、海洋工程等方面具有广泛的用途和市场前景，可以在某些方面替代并改善现有胶凝材料。 

但是由于原料等成本较高，使得该水泥的成本大大高于普通硅酸盐水泥，限制了该水泥的推广应用。其中主要存在以下几个原因：一是水泥生产需要消耗大量价格昂贵的铝矾土；二是该水泥的烧成温度较高（1370℃~1410℃）；且该水泥烧成需采用复合矿化剂（MgO（1%~7%）、Fe₂O₃（1%~8%）），在该复合矿化剂中价格昂贵的MgO占有相当的比例，进一步提高了该水泥的成本。 

众所周知，Fe 的原子半径与Al相差不大，两者之间可以相互取代。在中国专利公开号CN 1546409中已有报道，采用铁粉或铁渣中的铁元素取代硫铝酸钡钙中的铝元素，从而减少该水泥原料中价格较高的铝矾土用量，降低该水泥的成本。 

因此发明人研究采用大掺量的氧化铁粉或铁渣代替该复合矿化剂同时降低铝矾土的用量来降低该水泥的成本。 

作为一种新型高铁水泥，与此类似的技术发明在下面几篇文献中已有报道： 

<1>属于硫铝酸盐水泥系统的铁铝酸盐水泥，该水泥是在硫铝酸盐水泥的基础上进一步增加Fe₂O₃，使其超过9%。其特点是快硬、早强，可以制成自应力水泥，大量Fe₂O₃的引入使其与硫铝酸盐水泥相比烧成温度降低到1100~1200℃。 与硫铝酸盐水泥相比，由于铁相含量有很大差别，所以性能上也有很多不同之处。铁铝酸盐水泥液相碱度较高，水化产物中的凝胶体除了铝胶外，还有大量铁胶，这些水化特征使水泥石具有很多优良性能，铁铝酸盐水泥混凝土表面不会起砂，抗海水冲刷和抗腐蚀性能优良，耐蚀性优于硫铝酸盐水泥。

<2>中国专利公开号CN 1054236 公开了一种高铁氟铝酸盐超早强水泥，由于大量铁相的存在，使水泥的烧成温度与氟铝酸盐水泥相比降低了200~400℃。且熟料易磨性好，水泥的耐久性实验证明性能良好。 

<3>中国专利公开号CN 1122313所述的超高铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料及其制造方法，公开了一种铁铝酸钙超过20%以上的硅酸盐水泥熟料，该熟料具有优良的膨胀性和耐腐蚀性，且烧成温度范围宽，熟料强度可达50~60MPa。 

 基于以上相关技术，发明人研究发现大掺量Fe₂O₃除了可以降低水泥生产成本，并可在该水泥矿物体系中引入10%~25%的铁铝酸钙，改善水泥性能；且可以进一步降低磷铝酸盐水泥煅烧温度约50~70℃。目前尚未见到以大掺量的氧化铁粉或铁渣作为磷铝酸盐水泥矿化剂的相关报道。 

发明内容

本发明是在磷铝酸盐水泥原有组分的基础上，将复合矿化剂的MgO全部由价格低廉的氧化铁粉或铁渣替代，使Fe₂O₃达到9%~15%的范围，并相应的调整其他组分含量，从而在保持或提高该水泥性能的基础上，进一步降低该水泥的成本。 

同时铁的大量引入还可以代替一部分磷铝酸盐水泥中的铝，降低该水泥原料中铝矾土的用量。 

与磷铝酸盐水泥相比，该水泥熟料矿相中出现了大量的铁铝酸盐矿物（C₂A_xF_1-x（0.3≤x≤0.7）），铁相在该水泥烧成中主要作为熔剂降低烧成温度（见附图7），大量铁铝酸盐矿物的存在使该水泥熟料的烧成温度有了显著降低（1300℃~1370℃）。 

铁相还是一种胶凝性较好的矿物。在硅酸盐水泥矿物中其强度发展仅次于硅酸三钙，而在属于硫铝酸盐的铁铝酸盐水泥中，它的存在可以代替一部分硫铝酸钙充当早强型矿物。在磷铝酸盐水泥矿物中它可以替代一部分CA_(1-Y)(P_Y)，提供该体系的早期强度。 

据报道，由于磷铝酸盐水泥水化产物主要是羟基磷灰石、水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶。水化产物中同时存在的水化磷铝酸盐凝胶及水化磷酸盐凝胶之间可以纵横交联形成致密的网络结构，改进PALC的物理性能，有效地阻止外界离子的侵入。因此，磷铝酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能较硅酸盐水泥有较大优势。铁铝酸钙矿物的引入使该水泥除了具有良好的抗侵蚀和抗冲刷性能。同时，研究发现当铁铝酸钙的含量占熟料组成超过20%，该水泥具有一些特殊的性能，如微膨胀和耐摩擦等，这使得该水泥特别适用于用于道路、机场抢修及海洋工程等。 

本发明的有益效果是，比磷铝酸盐水泥具有较低的烧成温度，成本低且具有更好力学性能和抗侵蚀性能。 

附图说明

图1、2、3分别为烧成的三种水泥熟料的XRD分析图。图中：1-LHss，2-CA_（1-Y）(P_Y)，3-C₂AS，4-CP_(1-Z)(A_Z)，5-C₂A_xF_1-x。 

图4、5、6分别为本发明的水泥熟料的SEM图。 

图7 为标示本发明的熟料中铁相分布的SEM图。 

具体实施方式

实施例1 

生料组分重量百分比：

磷酸三钙35.5%

碳酸钙26.1%

氧化铁9.8%

氧化铝24.1%

二氧化硅4.5%

按设计比例混匀，在实验室用1600℃硅钼棒电炉对以上生料进行煅烧，正常升温速度（10℃/min），烧成温度为控制在1300℃~1370℃之间，保温时间90min。

实施例2 

生料组分重量百分比：

磷酸三钙34.6%

碳酸钙26.1%

氧化铁12%

氧化铝21.3%

二氧化硅6.0%

按设计比例混匀，在实验室用1600℃硅钼棒电炉对以上生料进行煅烧，正常升温速度（10℃/min），烧成温度为控制在1300℃~1370℃之间，保温时间90min。

实施例3 

生料组分重量百分比：

磷酸三钙34.1%

碳酸钙29.3%

氧化铁15%

氧化铝20.1%

二氧化硅4.5%

按设计比例混匀，在实验室用1600℃硅钼棒电炉对以上生料进行煅烧，正常升温速度（10℃/min），烧成温度为控制在1300℃~1370℃之间，保温时间90min。

各实施例获得的熟料矿物组成如下表1 所示，熟料的物理性能见表2。 

表1  熟料矿物组成 

表 2 水泥物理性能

分别对1#、2#、3#熟料进行了XRD和SEM分析，结果分别见图1、2、3和图4、5、6。3#熟料的元素分布图见图7，从图中可以看出，铁元素主要存在于熟料矿物的间隙中，起到助熔剂的作用。

Claims (5)

1.一种磷铝酸盐水泥熟料，含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、P₂O₅等组分 ，其特征在于Fe₂O₃含量较高，为9%~15%。

2.如权利要求1所述的水泥，其特征在于其化学组成为SiO₂ 1~10%，Al₂O₃ 10%~50 %， Fe₂O₃ 9~15%，CaO 35%~55%，P₂O₅ 10%~30%，其余为杂质。

3.如权利要求1 所述的水泥，其特征在于矿物组成为LHss 20%~60%，CA_(1-Y）(P_Y)15~65%，CP_(1-Z)(A_Z) 10%~30%，C₂A_xF_1-x （0.3≤x≤0.7）10%~25%，其余为玻璃相及其他杂质。

4.如权利1所述的水泥，其特征在于其组成中含有其他金属氧化物，如Na₂O、K₂O等。

5.如权利1所述的水泥，其特征在于煅烧温度为1300℃~1370℃。