CN104446048A - 一种高钙硫铝酸盐系列水泥 - Google Patents

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赵顺增
姚燕
张学文
贾福杰
刘立
李长成
武旭南
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Abstract

一种高钙硫铝酸盐系列水泥，涉及水泥领域。在硫铝酸盐系列水泥生产过程中，除了必要的硫铝酸盐水泥熟料(或者铁铝酸盐水泥熟料)、石膏(二水石膏、硬石膏以及脱硫石膏、磷石膏等化学石膏)或混合材(石灰石、粉煤灰、高炉矿渣、煤矸石等)外，掺加2.0wt％～20.0wt％的氢氧化钙或者2.0wt％～20.0wt％的氧化钙，或2.0wt％～20.0wt％两者复合物，或者1.0wt％～15.0wt％的石膏和氧化钙熔融包裹体。采用本技术可以较大幅度提高快硬硫铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥的强度，也能够提高自应力硫铝酸盐水泥、自应力铁铝酸盐水泥的自应力值，并且能够显著降低水泥生产成本。

Description

一种高钙硫铝酸盐系列水泥
技术领域
本发明涉及一种高钙硫铝酸盐系列水泥，属于建筑材料的水泥领域。
背景技术
硫铝酸盐水泥又称第三系列水泥。因其早强、高强、耐腐蚀、膨胀等性质突出，在低温施工、早强抢修、特种工程、自应力水泥管等领域广泛使用。
采用硫铝酸盐水泥熟料，调节石膏掺加量，可以获得快硬、膨胀或自应力等不同性能的系列硫铝酸盐水泥。另外，在硫铝酸盐水泥熟料生产过程中，如果采用含铁较高的矾土为原料，生产的水泥熟料中就含有相对较多的铁铝酸钙矿物，用这种熟料与石膏生产的水泥，由于其主要矿物成分还是无水硫铝酸钙，水泥的水化产物也是钙矾石，所以称为高铁硫铝酸盐水泥，或者铁铝酸盐水泥。它也属于硫铝酸盐水泥系列中的一个品种，与一般硫铝酸盐水泥相比，仅铁相稍高。文献《硫铝酸盐水泥》(北京工业大学出版社，第34页)提出一种待开发的高钙硫铝酸盐水泥，又称阿里特硫铝酸盐水泥。这种水泥熟料的矿物成分中，无水硫铝酸钙为5％～20％，硅酸三钙为30％～50％，硅酸二钙为30％～40％，铁铝酸四钙为3％～10％。在熟料生产过程中需要用萤石矿化剂，降低烧成温度，促使硅酸三钙在低温条件下生成，与硫铝酸盐水泥比，生产控制相对会复杂些。这种水泥实际上是一种硫铝酸盐—硅酸盐复合水泥，通过硅酸盐水泥矿物对硫铝酸盐水泥进行改性。公开号CN1264771C的中国专利(发明人：陈智丰、张振秋)公开了“一种硫铝酸盐水泥改性的方法”。是采用硫铝酸盐水泥熟料或水泥为基料，硅酸盐水泥熟料或水泥为改性剂，石膏为改性调节剂。从性质上讲，与前述高钙硫铝酸盐水泥相同，只是生成工艺不同。
上述两种方法仅局限于对快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间、后期强度增进率改进，或是提高硅酸盐水泥的早期强度。因其水化产物中引入硅酸盐水泥，水化反应更复杂，使用难度增加。但不能改善自应力硫铝酸盐水泥的性能。普通硫铝酸盐水泥在使用过程中，普遍存在易起砂、碳化、硬化早期钢筋锈蚀等问题，自应力硫铝酸盐水泥还存在进一步提高自应力值、降低膨胀指数、缩短膨胀稳定期等技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高钙硫铝酸盐系列水泥，通过掺加氢氧化钙或者氧化钙，或氢氧化钙和氧化钙的混合物，或者石膏和氧化钙熔融包裹体，不仅能够降低生产成本，而且能够显著提高硫铝酸盐系列水泥的强度，提高自应力硫铝酸盐系列水泥的自应力值，缩短膨胀稳定期。
现有的硫铝酸盐系列水泥的水化反应都是在液相氧化钙浓度不饱和条件下进行的。本发明研究了硫铝酸盐系列水泥水化环境对水化产物形成的影响，发现调节水化环境中液相氧化钙浓度，硫铝酸盐水泥的性质会发生重要变化，原因是水化产物钙矾石的结晶度发生了重要变化。提高水化环境中的液相氧化钙浓度，钙矾石晶体显著变小，水泥石孔结构改善，结构趋于致密化。基于这些发现，发明人提出一种高钙硫铝酸盐水泥的制造方法，具体技术方案如下：
在硫铝酸盐系列水泥粉磨过程中，除了必要的硫铝酸盐水泥熟料(或者铁铝酸盐水泥熟料)、石膏(二水石膏、硬石膏以及工业副产品石膏)或混合材(石灰石、粉煤灰、高炉矿渣、煤矸石等)外，掺加2.0wt％～20.0wt％的氢氧化钙或者2.0wt％～20.0wt％的氧化钙，或2.0wt％～20.0wt％氢氧化钙和氧化钙按照2：8或8：2比例混合的混合物，或者1.0wt％～15.0wt％的石膏和氧化钙熔融包裹体，提高反应环境的液相氧化钙浓度。由于氧化钙会导致水泥浆体水化热增大，因此本发明的优先方案是掺加氢氧化钙或者石膏和氧化钙熔融包裹体。
本发明的配方如下：
水泥熟料：40％～70％
石膏：11％～40％
石灰石粉：0％～15％
氢氧化钙：2％～20％
氧化钙：2％～20％
氢氧化钙加氧化钙：0％～20％
石膏和氧化钙熔融包裹体：1％～15％
其中水泥为快硬高钙硫铝酸盐水泥或快硬高钙铁铝酸盐水泥时，石膏为11％～20％，水泥为自应力高钙硫铝酸盐水泥或自应力高钙铁铝酸盐水泥时，石膏为20％～40％。
本发明的生产方法有两种，一种是在水泥粉磨过程中按照比例掺加氢氧化钙、氧化钙或者石膏和氧化钙熔融包裹体，另一种是在已经粉磨好的水泥中，按照比例直接掺加粉状氢氧化钙、氧化钙或者石膏和氧化钙熔融包裹体。
具体实施方式
实施例1
原材料采用市售的硫铝酸盐水泥熟料、硬石膏、二水石膏、石灰石、氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体。按照典型的快硬硫铝酸盐水泥熟料和石膏比例配料，在粉磨过程中，掺加不同比例的氢氧化钙和氧化钙，或者石膏和氧化钙熔融包裹体，共同粉磨至比表面积为400m2/kg，按照现行国家标准《硫铝酸盐水泥》GB20472-2006进行试验，试验结果见表1.
从表1的试验结果可以看出，掺加氢氧化钙或者氧化钙之后，水泥强度有较大幅度增长，而且这种增长现象不受石膏类型、熟料比例、是否掺加混合材等因素影响。实施例中，氢氧化钙或者氧化钙取代硫铝酸盐水泥熟料，而氢氧化钙或者氧化钙的价格远低于硫铝水泥熟料价格，因此可以较大幅度降低水泥生产成本。当氢氧化钙或者氧化钙掺加量超过20wt％后，强度显著降低，故掺量不应超过20wt％。掺加1.0wt％～12.0wt％石膏和氧化钙熔融包裹体同样能够显著提高水泥强度，但是掺量大于12.0wt％之后，强度降低。
实施例2
3.0兆帕级自应力硫铝酸盐水泥的配比为：硫铝酸钙熟料65％，二水石膏35％。氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体采用外掺法。
采用市售的氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体，在水泥厂按照一定比例掺入3.0兆帕级自应力硫铝酸盐水泥配料，共同粉磨成自应力硫铝酸盐水泥，按照现行国家标准《硫铝酸盐水泥》GB20472-2006进行试验，试验结果见表2.
试验结果显示，掺入2％～20％的氢氧化钙、氧化钙或者同时掺加氢氧化钙和氧化钙，均能够提高自应力硫铝酸盐水泥的自应力值，减少28天自应力增进值。掺加2％～15％的石膏和氧化钙熔融包裹体也有同样的效果，其中石膏和氧化钙熔融包裹体掺量5％时效果最好，自应力值能够提高两个等级，达到4.0级水平。
实施例3
采用市售铁铝酸盐水泥熟料、硬石膏、二水石膏、石灰石、氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体。按典型的快硬铁铝酸盐水泥熟料和石膏比例配料，在粉磨过程中，掺加不同比例的氢氧化钙和氧化钙，共同粉磨至比表面积为380m2/kg，按照现行国家行业标准《快硬铁铝酸盐水泥》JC435-1996进行试验，结果见表3.
从表3的试验结果可以看出，掺加氢氧化钙或者氧化钙之后，水泥强度有较大幅度增长，而且这种增长现象不受石膏类型影、熟料比例、是否掺加混合材等因素影响。实施例中，氢氧化钙或者氧化钙取代铁铝酸盐水泥熟料，可以降低水泥生产成本。当氢氧化钙或者氧化钙掺加量超过20wt％后，强度显著降低，因此掺量不应超过20wt％。掺加1.0wt％～12.0wt％石膏和氧化钙熔融包裹体同样能够显著提高水泥强度，但是掺量大于12.0wt％之后，强度降低。实施例4
3.5兆帕级自应力硫铝酸盐水泥的配比为：铁铝酸钙熟料65％，硬石膏35％。氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体采用外掺法。
采用市售氢氧化钙、氧化钙、石膏和氧化钙熔融包裹体，在水泥厂按一定比例掺入3.5兆帕级自应力铁硫铝酸盐水泥配料，共同粉磨成自应力铁硫铝酸盐水泥，按现行国家标准《自应力铁铝酸盐水泥》JC/T437-2010进行试验，结果见表4.
试验结果显示，掺入2％～20％的氢氧化钙、氧化钙或者同时掺加氢氧化钙和氧化钙，均能够提高自应力铁铝酸盐水泥的自应力值，减少28天自应力增进值。掺加2％～15％的石膏和氧化钙熔融包裹体也有同样的效果，其中石膏和氧化钙熔融包裹体掺量5％时效果最好，自应力值能够提高两个等级，达到4.5级水平。
表1
表2
表3
表4

Claims (5)

1.一种高钙硫铝酸盐系列水泥，所述水泥的配方如下：
水泥熟料：40％～70％
石膏：10％～40％
石灰石粉：0％～15％
氢氧化钙：2％～20％
氧化钙：2％～20％
氢氧化钙加氧化钙：0％～20％
石膏和氧化钙熔融包裹体：1％～15％。
2.一种权利要求1所述的水泥，其特征在于：所述的水泥熟料为快硬硫铝酸盐水泥熟料时，所述石膏为10％～20％。
3.一种权利要求1所述的水泥，其特征在于：所述的水泥熟料为快硬铁铝酸盐水泥熟料时，所述石膏为10％～20％。
4.一种权利要求1所述的水泥，其特征在于：所述的水泥熟料为自应力硫铝酸盐水泥时，所述石膏为20％～40％。
5.一种权利要求1所述的水泥，其特征在于：所述的水泥熟料自应力铁铝酸盐水泥时，所述石膏为20％～40％。
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