CN107986655B

CN107986655B - 一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料

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Publication number: CN107986655B
Application number: CN201711417448.3A
Authority: CN
Inventors: 王守德; 李树森; 张文龙; 程新; 芦令超
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: CN107986655A

Abstract

本发明公开了一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥，其生料的化学组成含量百分比为：CaO 40‑50％，Al₂O₃ 26‑40％，P₂O₅ 6.5‑12.5％，SO₃ 4‑5％，Fe₂O₃ 5‑10％。与传统硫铝酸盐水泥相比早期强度更高，具有更好的中后期强度增长，熟料的研磨性也更好。磷铝酸钙，磷酸钙取代部分C₂S，实现和C₄A₃S的共存；同时配料中含有大量铁相，与生料中的SO₃一起起矿化剂的作用，降低液相出现的温度和液相粘度，有利于高温矿相磷铝酸钙的低温烧成。C₄AF水化形成的铁胶使得本发明具有良好的抗海水冲刷性能和侵蚀性能，适用于海工建筑领域。

Description

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料。

背景技术

海洋环境复杂多变，海工建筑所处的环境远比陆上建筑物要恶劣的多，不仅要面对台风、海浪、潮汐的冲刷，冰凌的碰撞、挤压，温度，地震等物理因素作用，还要经受以SO₄ ^2-、Cl^-、 Mg²⁺为代表的侵蚀性离子带来的化学腐蚀。因此海工用水泥在满足普通工程所要求的强度和工作性能外，还应具有一定的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗冲刷抗冲击等性能。随着各种海洋开发计划的实施，需建设大量的沿岸和离岸工程。因此提高海工混凝土的耐久性具有越来越重要的意义。

硅酸盐水泥经过长时间的发展，生产工艺成熟，价格低廉，适用范围广，被大量应用于各种混凝土建筑中。但以硅酸盐水泥为基体的海工水泥，水化速度慢，凝结时间长，强度增长慢，且水化产物中含有大量Ca(OH)₂，抗硫酸盐和Cl^-侵蚀能力差，易出现开裂，表面冲蚀剥落等问题。针对硅酸盐水泥的这些缺点，人们对复合改性硅酸盐水泥做了大量研究。专利一种高强度硅酸盐水泥熟料及其制备方法(CN1587157A)和专利一种磷渣硅酸盐水泥的制备方法(CN104692680A)中均提到了一种改性硅酸盐水泥，在煅烧时加入磷，制得高强度硅酸盐水泥。但掺入的磷只占少量，主要起外加剂的作用而不是充当胶凝材料。专利一种高性能阿利特硫铝酸盐水泥熟料后烧成的工艺办法(CN101134647A)和含无水硫酸钙矿物的硅酸盐水泥熟料及其成产方法(CN1490270)等，在硅酸盐水泥熟料的烧成过程中引入硫铝酸盐矿相，使其具有了硫铝酸盐水泥的一些优良性质。这些方法虽能有效提高硅酸盐水泥的强度和密实性等，但其基体始终仍为硅酸盐水泥，在长时间面对海洋中的恶劣环境时，其缺点仍暴露无遗。

作为第三系列水泥的硫铝酸盐水泥，主要水化产物为C₂S，C₄AF和C₄A₃S。其水化产物的独特性，使其具有早强，高强，凝结时间短，微膨胀，干缩率低，抗冻，抗渗，耐腐蚀等特点。但传统硫铝酸盐水泥中C₂S的比例占到了15～30％，C₂S水化较慢，对硫铝酸盐水泥早期强度贡献很少。作为特种水泥，要求硫铝酸盐水泥具有快硬早强的性质，其所含的大量C₂S作用不显著，造成了资源的浪费。且C2S研磨性差，减少水泥中C₂S的含量可以有效减少粉磨时的耗电量。专利一种C3S型硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法(CN104326687B)和专利硫铝酸钙-阿利特复合矿相水泥熟料熟料及其制备方法(CN1951853A)中，都提到了一种复合硫铝酸盐水泥，使用硅酸水泥的主要矿相C₃S取代硫铝酸盐水泥中的C₂S，即制成阿利特型硫铝酸盐水泥，进一步提升了硫铝酸盐水泥作为特种水泥的品质。但由于存在C₄A₃S和C₄AF难与C₃S共存的问题，实际实施起来较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，实现在适量Fe，高SO₃含量的条件下，磷铝酸钙，磷酸钙取代部分C₂S，实现和C₄A₃S的共存，制备出磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料。与传统硫铝酸盐水泥相比早期强度更高，具有更好的中后期强度增长，熟料的研磨性也更好。

本发明采用以下技术方案：

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其生料的主要化学组成为：CaO 40-50％，Al₂O₃ 26-40％，P₂O₅ 6.5-12.5％，SO₃ 4-5％，Fe₂O₃ 5-10％。

所述磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料的矿物成分百分含量组成为：磷铝酸钙15-30％、磷酸钙10-20％、C₄AF 15-30％、C₄A₃S 40-50％、C₂S 5-15％、中间相2-10％。

所述磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料煅烧温度1350-1400℃，最佳煅烧温度为1360-1380℃，烧成后经急剧冷却制成。

本发明的有益效果是：1)采用高钙，高硫进行配料，使原料中的CaO不仅满足C₄A₃S和C₂S形成，还有足够的余量满足磷铝酸钙和磷酸钙生成。2)配料中含有大量铁相，与生料中的SO₃一起起矿化剂的作用，降低液相出现的温度和液相粘度，有利于高温矿相磷铝酸钙的低温烧成。C4AF水化形成的铁胶使得本发明具有良好的抗海水冲刷性能。熟料中C₄AF矿相约占15-30％，生料中Fe₂O₃含量占5-10％。3)本发明煅烧温度为1350-1400℃，最佳煅烧温度为1360-1380℃，与传统硫铝酸盐水泥煅烧温度相差不大，可利用现有的硫铝酸盐水泥熟料生产线的生产工艺，烧成后急剧冷却。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其生料组分质量百分比为CaO42.2％，Al₂O₃ 33.7％，P₂O₅ 11.4％，SO₃ 4.8％，Fe₂O₃ 7.9％，按设计比例混匀，烧成温度设为1370℃，制备出的水泥熟料凝结时间和力学性能如表1所示。

实施例2

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其生料组分质量百分比为Ca 45.4％，Al₂O₃ 31.8％，P₂O₅ 10.0％，SO₃ 4.7％，Fe₂O₃ 8.1％，按设计比例混匀，烧成温度设为1370℃，制备出的水泥熟料凝结时间和力学性能如表1所示。

实施例3

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其生料组分质量百分比为CaO45.8％，Al₂O₃ 31.5％，P₂O₅ 9.9％，SO₃ 4.5％，Fe₂O₃ 8.3％，按设计比例混匀，烧成温度设为1370℃，制备出的水泥熟料凝结时间和力学性能如表1所示。

实施例4

一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其生料组分质量百分比为CaO47.5％，Al₂O₃ 30.9％，P₂O₅ 8.9％，SO₃ 4.7％，Fe₂O₃ 8.0％，按设计比例混匀，烧成温度设为1370℃，制备出的水泥熟料凝结时间和力学性能如表1所示。

对比例1

市售普通硫铝酸盐水泥熟料，其生料化学组成百分比含量为：Al₂O₃ 28-40％，SiO₂3-10％，SO₃8-15％，Fe₂O₃ 1-3％，CaO 36-43％。

表1水泥熟料力学性能

表2水泥熟料抗海水侵蚀性能测试结果

从上述表1中的数据可以看出，本发明制备的磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥与普通硫铝酸盐水泥相比，其力学性能更好，且采用磷铝酸盐水泥改性后的硫铝酸盐水泥，磷铝酸钙，磷酸钙取代部分C₂S，实现和C₄A₃S的共存；同时配料中含有大量铁相，与生料中的SO₃一起起矿化剂的作用，降低液相出现的温度和液相粘度，有利于高温矿相磷铝酸钙的低温烧成。从表2可以看出，本发明较市售普通硫铝酸盐水泥具有更好的抗氯离子和硫酸盐侵蚀性，且C₄AF水化形成的铁胶使得本发明具有良好的抗海水冲刷性能，十分适用于海工建筑领域。

Claims

1.一种磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，其生料的化学组成含量百分比为：CaO 40-50％，Al₂O₃ 26-40％，P₂O₅ 6.5-12.5％，SO₃ 4-5％，Fe₂O₃ 5-10％；

所述磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料的矿物成分的百分含量组成为：磷铝酸钙15-30％、磷酸钙10-20％、C₄AF 15-30％、C₄A₃S 40-50％、C₂S 5-15％、中间相2-10％。

2.根据权利要求1所述的磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料煅烧温度1350-1400℃，烧成后经急剧冷却制成。

3.根据权利要求2所述的磷铝酸盐水泥改性硫铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述煅烧温度为1360-1380℃。