CN113185161B - 一种含q/p相的磷铝酸盐水泥熟料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥熟料，属于胶凝材料的技术领域。所述水泥熟料中Q/P相矿物的质量百分数为5%‑40%。本发明是将Q/P相与磷铝酸钙、磷酸三钙、铁相融合在一起，形成一种含Q相的新型磷铝酸盐水泥。该种水泥具有早强、高强、快硬性、前期水化速度快、后期强度不倒缩等特点。烧成Q/P相可利用含镁硅的石灰石和低品位的铝矾土。且在某一适当范围内，一定量P2O5和铁相能降低Q/P相的烧成温度，降低能耗，节约资源，降低水泥生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥熟料，属于胶凝材料的技术领域。
背景技术
磷铝酸盐水泥是我国自主研发的一种高性能、低碱度、相容性良好的新型水泥。李仕群、胡佳山等人对 C-A-P 和 C-A-P-S 体系进行了系统的研究，发现 C-A-P-S 体系中的富铝区拥有较好的水硬性组成，水泥熟料组成除铝酸钙相、磷酸钙相及一定比例的玻璃相以外，还存在一种胶凝性较高的三元磷铝酸钙化合物（C8A6P相），并以此为主矿相建立了磷铝酸盐水泥熟料体系，发明了磷铝酸盐水泥。磷铝酸盐水泥具有早期、长期力学性能突出、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子渗透以及抗冻性能。该水泥与现有的水泥在组成上有很大差别。磷铝酸盐水泥生产的主要原料为石灰石，铝矾土和石灰石，由于原料中石灰石含量较少，所以磷铝酸盐水泥较硅酸盐水泥来说CO2排放量较少。磷铝酸盐水泥主要含有以下三种矿相，磷铝酸钙C8A6P、磷酸钙C(P,A)、铝酸钙C(A,P)。另外还有小部分玻璃体相。前两种矿相在该体系中主要提供中后期强度，对水泥的耐久性发挥起重要作用。铝酸钙固溶体和玻璃体主要提供体系的早期强度。但该体系水泥也存在不足，比如磷铝酸钙单矿相(C8A6P)煅烧温度高，约为1560°C，使得磷铝酸盐水泥须在高温下烧成，烧成能耗过高，且凝结硬化不易调控等等。此外，采用工业原料烧成磷铝酸盐水泥熟料过程中会不可避免的引入部分Si，这部分Si以C2AS形式存在于磷铝酸盐熟料矿相之中，而C2AS作为一种惰性矿物，水化速度缓慢，为了改善整体熟料相的水化速度，提升早期和后期强度，需进一步优化熟料矿物组成体系。
发明内容
本发明涉及一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥熟料，提供了一种用Q/P相来改性的新型磷铝酸盐水泥熟料，利用本发明制备的水泥材料具备烧成温度低，水化性能好，早期强度高，后期强度不倒缩的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供了一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥熟料，所述水泥熟料中Q/P相矿物的质量百分数为5%-40%。
进一步的，所述Ｐ相矿物为6CaO ∙ 4Al2O3 ∙ FeO ∙ SiO2，简写为C6A4F’’S；所述Q相矿物为6CaO∙4Al2O3∙MgO∙SiO2或C20 A16-vMv S v，简写为C6A4MS其中v∈(2.5-3.5)。
进一步的，所述磷铝酸盐水泥熟料的组成为Q/P相-磷铝酸钙(C8A6P)-铝酸钙(CA)-磷酸三钙(C3P)-铁铝酸四钙(C4AF)；其中各组分的重量组成为：Q/P相：5-40%、磷铝酸钙：30-60%、铝酸钙：20-50%、磷酸三钙：5-10%、铁铝酸四钙：0-10%。
本发明公开的一种含Q相的磷铝酸盐水泥熟料，其Q/P相的重量百分数0-40%。P相的分子式为6CaO ∙ 4Al2O3 ∙ FeO ∙ SiO2，简写为C6A4F’’S ；Q相的分子式为6CaO∙4Al2O3∙MgO∙SiO2或Ca20 Al32-2VMg V Si V O 68，其中v∈(2.5-3.5)。一般取v=3，这时Q相组成为C20Al26Mg3Si3O68，即20CaO∙13Al2O3∙3MgO∙3SiO2, 为了计算简便，这里仍采用Q相分子式为C6A4MS。
本发明是在磷铝酸盐水泥体系中的惰性矿物C2AS改性基础上进一步建立起来的含Q/P相的磷铝酸盐水泥体系，即 Q/P相-C8A6P-C(P,A)-C(A,P)-C4AF；
本发明提供了一种含Q/P相的新型磷铝酸盐水泥熟料。T∙W∙ Parker 研究高铝水泥时，发现多色矿物(pleochroite)。后来把这类矿物称为P相，其分子组成为6CaO∙4Al2O3∙FeO∙SiO2，简写为C6A4F’’S，并且总结出P相可能存在于以下系统中：CA-P相-C12A7-C2S；CA-P相-C2S-C2AS；CA-P相-C2AS-FeO。若将系统中MgO替代FeO，P相则转变为Q相，二者组成十分相似，Ｑ相组成为6CaO∙4Al2O3∙MgO∙SiO2，简写为C6A4MS。Q相是CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元系统中一个稳定相，最初认为其组成为C6A4MS，即6CaO∙4Al2O3∙MgO∙SiO2，后续研究认为化学分子式Ca20 Al26 Mg3 Si3O68是Q相的稳定组成, 且有着微小的固溶含量的变化，Q相 固 溶 体 的通 式 如 下 为 :Ca20 Al32-2VMg VSiVO 68。V ∈[ 2.5, 3.5]。由于未掺Fe2O3的磷铝酸盐水泥熟料的主要矿物为CA、C12A7及少量C2AS，此系统中CA、C12A7水化活性高，水化时快凝，早期强度高，但后期强度倒缩快，且C2AS是水化活性很差的矿物。研究发现，当掺入一定量Fe2O3时，引起水泥熟料急凝的C12A7基本消失，同时促进磷铝酸钙固溶体矿物的形成。且铁相的存在能够降低Q相的烧成温度，过多的铁相则会抑制Q相的形成，而促进P相的生成。所以需要向系统中补加一定量Mg，保证Mg含量富足。Q相是钙铝酸盐和含碱、镁的相发生固相反应生成。若在C8A6P-C(P,A)-C(A,P)-C4AF系统中加MgO/FeO和补加CaO，1450°C并保温2h，C2AS转变为Q/P相，系统将变为Q/P相-C8A6P-C(P,A)-C(A,P)-C4AF。既去除了磷铝酸盐水泥熟料体系中多余的Si，又生成了水化活性高的Q/P相，极大的提高了水泥水化的强度。所以存在某个合适的温度范围，使得Q/P相-C8A6P-C(P,A)-C(A,P)-C4AF共存，形成以磷铝酸钙为主体，兼含有Q相的磷铝酸盐水泥熟料体系。
磷铝酸盐水泥材料中的磷铝酸钙单矿相(CAP)煅烧温度高，使得磷铝酸盐水泥烧成温度很高。Fe2O3的掺入可调整磷铝酸盐水泥熟料的早期水化活性，降低并延迟硬化水泥浆体的早期放热，铁相的形成是由于Al3+不断进入C2F晶格的结果。
本发明的有益效果为：本发明是将Q/P相与磷铝酸钙、磷酸三钙、铁相融合在一起，形成一种含Q相的新型磷铝酸盐水泥。该种水泥具有早强、高强、快硬性、前期水化速度快、后期强度不倒缩等特点。烧成Q/P相可利用含镁硅的石灰石和低品位的铝矾土。且在某一适当范围内，一定量P2O5和铁相能降低Q/P相的烧成温度，降低能耗，节约资源，降低水泥生产成本。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
本次实验采用的实验原料有：磷灰石、铝矾土、矿渣粉、高镁石灰石。各矿物的氧化物百分含量如下：
表1 磷灰石矿物氧化物组成
表2 铝矾土氧化物组成
表3 矿渣粉氧化物组成
表4 高镁石灰石氧化物组成
实施例1：
一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥，各矿物的质量百分比和烧成条件如下：
按照矿物配比计算并称取原料200g，粒度为通过200目的标准筛，筛余为6-10%。然后用球磨机搅拌，烘干，制样。样品为3cm×1.5 cm×0.2cm的长方体块，放入低温烘箱中烘干，然后置于高温煅烧炉内于1330°C烧成，保温2h，取出后急冷，得到水泥熟料。各矿物所占含量百分比如下：
Q/P相：15%
磷铝酸钙：40%
铝酸钙：25%
磷酸三钙：15%
铁铝酸四钙：5%
实施例2：
一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥，各矿物的质量百分比和烧成条件如下：
按照矿物配比计算并称取原料200g，粒度为通过200目的标准筛，筛余为6-10%。然后用球磨机搅拌，烘干，制样。样品为3cm×1.5 cm×0.2cm的长方体块，放入低温烘箱中烘干，然后置于高温煅烧炉内于1330 °C烧成，保温2h，取出后急冷，得到水泥熟料。各矿物所占含量百分比如下：
Q/P相：20%
磷铝酸钙：45%
铝酸钙：20%
磷酸三钙：10%
铁铝酸四钙：5%
实施例3：
一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥，各矿物的质量百分比和烧成条件如下：
按照矿物配比计算并称取原料200g，粒度为通过200目的标准筛，筛余为6-10%。然后用球磨机搅拌，烘干，制样。样品为3cm×1.5 cm×0.2cm的长方体块，放入低温烘箱中烘干，然后置于高温煅烧炉内于1330°C烧成，保温2h，取出后急冷，得到水泥熟料。各矿物所占含量百分比如下：
Q/P相：30%
磷铝酸钙：45%
铝酸钙：15%
磷酸三钙：5%
铁铝酸四钙：5%对比例：
对比例1
该对比例制备磷铝酸盐水泥熟料采用的原料包括磷灰石、铝矾土、矿渣粉。各矿物的质量百分比和烧成条件如下：
按照矿物配比计算并称取原料200g，粒度为通过200目的标准筛，筛余为6-10%。然后用球磨机搅拌，烘干，制样。样品为3cm×1.5 cm×0.2cm的长方体块，放入低温烘箱中烘干，然后置于高温煅烧炉内于1350°C烧成，保温2h，取出后急冷，得到水泥熟料。各矿物所占含量百分比如下：
磷铝酸钙：60%
铝酸钙：25%
磷酸三钙：10%
铁铝酸四钙：5%
2. 抗压强度测试
将熟料和钢球放入球磨罐中磨至一定细度，过200目筛，筛余控制在0.2%-0.5%，获得Q/P相水泥。模具采用2 cm×2cm×2cm成型，水灰比为0.35，在常温养护室内养护24h脱模，之后将各实施例和对比例的试样放入养护箱中，在恒温恒湿标准条件下分别养护3d、7d、28d后分别进行抗压强度测试，结果如表5所示。
表5 实施例和对比例试样的不同龄期的力学性能
Claims (1)
1.一种含Q/P相的磷铝酸盐水泥熟料，其特征在于，所述水泥熟料中Q/P相矿物的质量百分数为5%-40%；
所述Ｐ相矿物为6CaO ∙ 4Al2O3 ∙ FeO ∙ SiO2，简写为C6A4F’’S；所述Q相矿物为6CaO∙4Al2O3∙MgO∙SiO2或C20 A16-vMv S v，简写为C6A4MS其中v∈2.5-3.5；
所述磷铝酸盐水泥熟料的组成为Q/P相-磷铝酸钙C8A6P-铝酸钙CA-磷酸三钙C3P-铁铝酸四钙C4AF；其中各组分的重量组成为：Q/P相：5-40%、磷铝酸钙：30-60%、铝酸钙：20-50%、磷酸三钙：5-10%、铁铝酸四钙：0-10%。
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