CN1173165A - 波特兰水泥熟料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及波特兰水泥熟料,其应用和波特兰水泥。

Description

波特兰水泥熟料及其应用
本发明涉及波特兰水泥熟料，其应用和波特兰水泥。波特兰水泥通常由波特兰水泥熟料和硫酸盐载体组成，其中硫酸盐载体一般是石膏。
波特兰水泥熟料由主要含有一定比例的氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)的原料混合物制成。通过加热该混合物直至烧结而由它们生成新化合物，即所谓的熟料相。它们的典型数量可为如下所示，以重量百分比表示：
-C3S  (3CaO×SiO2)40至80
-C2S  (2CaO×SiO2)＜30
-C4AF (4CaO×Al2O3×Fe2O3)4至15
-C3A  (3CaO×Al2O3)7至15
主要由于熟料相C3S之故，水泥与水混合、固化后具有强度。
制备水泥熟料需要相当大的能量消耗。能量消耗一部分包括燃烧中的热量损失(尤其是通过辐射、废气体损失和从加热炉端部卸出的热熟料损失热量)。另一部分能量消耗于吸热反应中，特别是碳酸钙(主要的CaO载体)分解成CaO之中。
因此，人们努力降低能量成本。
首先，此目的可通过这样的方法最简单地实现，即降低富含CaO熟料相(C3A，C3S)的比例，并相应增加含更少CaO(C2S，C4AF)相的比例，这种作法看起来是合乎逻辑的。
然而，其缺点是这样制得的水泥在强度的增加上远远不如常见的波特兰水泥，这是因为C2S，C4AF的水合作用比C3S和C3A的水合作用慢得多。
为此，试图用C4A3S(其中S表示SO3)代替熟料相C3S，因为C4A3S水合作用较快。在这种情况下，有必要往原料混合物中单独加入硫酸盐载体，其中硫酸盐(以SO3表示)最大部分键合到C4A3S相中。
这种已知水泥(熟料)的缺点是，在燃烧过程中根本不生成C3S，因为硫酸盐(SO3)的存在妨碍或阻止C3S的生成。“Zement-Kalk-Gips，4/1990，p.199”中，已说明C3S(阿里特水泥)的含量随熟料中SO3含量的增加而减少。此外，在生成C4A3S所需的1250至1300℃那样低的燃烧温度下，在生成C4A3S所需的高含量(3-10％重量)SO3的存在下，无C3S生成。升高温度是不可能的，因为这样C4A3S变得不稳定，而且不再能生成。
DE42 04 227 Cl描述了SO3含量为3-8％(重量)的波特兰水泥熟料。除了C4A3S之外，它还含有30-80％(重量)的C3S。该熟料的合成通过向原料混合物中加入含F-的添加剂实现。研磨熟料除需热能之外还需电能。
本发明的目的是提供波特兰水泥，较之常规波特兰水泥，其熟料可在更低的燃烧温度制备，并可用更低的能量消耗研磨，其中由此生成的波特兰水泥与水混合后表现出至少与普通波特兰水泥相等的强度增加。
令人惊奇的是，发现这种波特兰水泥熟料可用含40至80％(重量)的C3S制备，并可在1250至1350℃的低温度燃烧，如果含SO3的添加剂混入原料混合物中，其中熟料中SO3的含量大于1.0％小于3.0％(重量)。不必加入可加速燃烧过程的含氟的添加剂(例如CaF2或ZnO)。当然也可加入。
为此，需遵照权利要求1所提出的特征。故而，有以下优点：
通过降低燃烧温度，熟料生产中的能量消耗减少。
该熟料较在更高温度下燃烧的熟料具有更高的游离石灰值，但对于本发明的熟料(水泥)而言，CaO含量即使最高达5.0％(重量)也不会导致在凝固过程中出现缺陷或强度损失。显而易见，这与在低温下生成的CaO反应活性增加有关。CaO在凝固过程之前反应生成Ca(OH)2，因而无害。人们发现在相同的石灰标准(Kalkstandard)和相同的研磨细度时，熟料(水泥)相对于普通的波特兰水泥具有更大的初始强度。生成熟料相所必需的氧化钙部分通过加入硫酸盐载体，例如硬石膏(CaSO4)而代替碳酸钙。由此在相同的石灰标准条件时，而能量消耗进一步降低。
一个重要的优点是熟料的(总的)孔隙度高，这导致简便、节能、因而廉价的研磨。通常高于8.0％(体积)。
强度增加比普通的波特兰水泥高。
水泥中总的SO3含量应在2至4％(重量)之间。
优选具有以下熟料相比例的水泥熟料，以％(重量计)
-C3S     ～70(65～75)
-C2S     ～10(7～13)
-C4AF    ～10(7～13)
-C3A     ～10(7～13)
熟料中SO3优选的含量可为熟料的1.5至2.5％(重量)。
必需的含SO3的组分优选以硫酸钙载体的形式加入。该载体可由石膏或无水石膏组成。但也可能使用含亚硫酸盐和/或硫酸盐的工业残余物，象硫化床燃烧的灰分和/或烟道气脱硫作用的稳定剂(Stabilisate)。通过加入含亚硫酸盐的产物，导致进一步节省燃料，因为亚硫酸盐氧化成硫酸盐的过程是放热过程。
相应的硫酸钙载体也可分别用于由上述熟料制备波特兰水泥成品。
为了优化凝固反应，一个有利的实施方案建议将熟料研磨成比表面积为2500至4000cm2/g(按照Blaine)，其中研磨可用很低的能耗和更短的研磨时间实现，这是由于熟料的高孔隙度。
已指出更低的燃料消耗随着本发明熟料的生成而成为可能。实验表明能量消耗降低最高达10％。
而且由于燃烧温度更低，炉(回转炉)内衬磨损很少。这还对价格产生有利的影响。
最后，在燃烧熟料过程中，很少生成熔融相(也由于燃烧温度低)，这导致产生所述的高孔隙度熟料。改进了的可研磨性导致在研磨中节省能量，最高可达50％。
通过降低燃烧温度，同样减少了有害排放，例如CO2和NOx的排放。含硫的工业残余物，象流化床燃烧产生的灰分也可用作生料的组分。
下面通过各种实施方案更详细地阐述本发明。
样品1描述一种磺基二钙硅酸盐(sulphobelitic)水泥，它不含C3S而C4A3S的比例为20％(重量)。
样品2描述一种本发明的水泥，其中没有C4A3S。
样品3关于DE 42 04 227 Cl的一种水泥。
熟料相的比例，熟料中SO3的含量、选定的燃烧温度和水泥中SO3的总含量，以及1、3、7、28和365天后的抗压强度值均列于下表。
结果，本发明的样品具有明显改进的初始强度，而且进一步的强度增加也部分显著高于对比样品1的强度增加。
为了明显展现本发明波特兰水泥取得的优点，以一种在1480℃燃烧的普通波特兰水泥作为样品4。
与已知的波特兰水泥相比，改进的强度增加产生了以下优点：
--在相同的石灰标准和研磨细度条件下，制备更高价值的水泥。
--研磨至在相同强度增加作用情况下，研磨至更小的比表面积。
--制备具有良好的强度增加作用或更高的研磨添加剂含量的掺合水泥。
                   熟料相(％重量) 熟料中SO3含量(％重量) 燃烧温度 总SO3含量(％重量)                    抗压强度(N/mm2)
序号 C3S C2S C3A C4A3 S C4AF 1天 3天 7天 28天 365天
    1   0    60    0     20     20     7.5     1200     14.5   21.0   27.0   29.0   32.5   77.5
    2   80     0   10     0     10     2.9     1280     3.9   47.2   59.0   67.0   73.7   89.9
    3   40     0    0     30     30     5.91     1250     16   36.0   37.0   43.5   46.5   49.0
    4   80     0   10     0     10     0.0     1480     2   21.5   49.7   72.5   81.5   85.0
1)向这些样品的原料混合物中加入0.5％(重量)的CaF2。

Claims (11)

1.波特兰水泥熟料，具有以下熟料相(重量％)比例：
-C3S    40至80
-C4AF    ＜20
-C2S     ＜30
-C3A     ＜20SO3的含量为熟料的1.0至3.0％(重量)，通过在加入含SO3的添加剂的情况下于1200至1350℃温度  燃烧含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料混合物而获得。
2.根据权利要求1的波特兰水泥熟料，其中SO3含量为熟料的1.5至2.5％(重量)。
3.根据权利要求1或2的波特兰水泥熟料，其中以硫酸钙载体的形式加入含SO3的添加剂。
4.根据权利要求3的波特兰水泥熟料，其中含SO3的添加剂以石膏、无水石膏和/或工业残余物的形式加入，工业残余物诸如象硫化床燃烧的灰分和/或烟道气脱硫作用的稳定剂(Stabilisate)。
5.根据权利要求1至4中任一项的波特兰水泥，它不合C4A3S。
6.根据权利要求1至5中任一项的波特兰水泥熟料，其中熟料相中C2S和C3A比例总和小于5％(重量)。
7.根据权利要求1至6中任一项的波特兰水泥熟料，其中游离CaO的含量为0.5至5.0％(重量)。
8.根据权利要求1至8中任一项的波特兰水泥熟料，其中总开孔率为大于8％(体积)。
9.权利要求1至8中任一项的波特兰水泥熟料  用作波特兰水泥的应用。
10.权利要求1至8中任一项的波特兰水泥熟料在分别或混合加入粒状高炉渣、火山灰或其它适用水硬材料后制备混合水泥的应用，其它适用水硬材料例如流化床燃烧系统的灰分或烟道气脱硫作用的稳定剂(Stabilisate)。
11.由权利要求1至8中任一项的波特兰水泥熟料和最高达2％(重量)的石膏和无水石膏形式的SO3获得的波特兰水泥，它在共同研磨后，根据Blaine计算的比表面积为2,500至4,000cm2/g
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