CN1600727A - 一种含q相矿物的铝酸盐水泥材料 - Google Patents

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本发明属于水泥材料的技术领域，涉及一种含Q相(The Quaternary Phase)矿物的铝酸盐水泥材料。本发明公开了一种含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，水泥熟料中含有Q相矿物的重量百分比在40～80％。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，具有突出的早强快硬性能，其烧成温度低，水化性能好，节约能源；原料能够利用含镁硅的石灰石、低品位的铝矾土，充分利用自然资源；而且其组成高铝低钙，生产时减少温室气体的排放量，具有环保作用。

Description

一种含Q相矿物的铝酸盐水泥材料
(一)所属技术领域
本发明属于水泥材料的技术领域，涉及一种含Q相(The Quaternary Phase)矿物的铝酸盐水泥材料。
(二)背景技术
高铝水泥系统通常指的是铝酸一钙(CaO.Al2O3简称CA)-二铝酸一钙(CaO.2Al2O3简称CA2)-硅铝酸二钙(2CaO.Al2O3.SiO2简称C2AS，又称钙铝黄长石)系统，此系统中CA和CA2都是水化活性良好的矿物，而C2AS是水化活性较差的矿物，其含量占系统组成的20％左右，这个矿物若能在一定条件下转化为水化活性良好的Q相矿物，水泥的水化活性得到显著的改善。Q相是CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元系统中一个热力学稳定相，Parker.T.W等人研究过，其组成6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2(简写为C6A4MS)。Glasser.F.R和Marr.J，Kapraik.I和Hanic.F对Q相组成、结构进行详细的研究，认为Q相的组成在C6A4MS上有偏差，Q相应为多种固溶体，分子式为20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(简写为C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。Ashmetor.I.S和Mlrywk.O.A研究认为Q相具有良好的水化性能。
(三)发明内容
本发明为了克服硅铝酸二钙水化活性差的缺点，提供了一种由Q相水泥进行改性的新型铝酸盐水泥材料，并具有水化活性好，烧成温度低，早期强度高的优点
本发明是通过以下措施来实现的：
本发明公开了一种含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，水泥熟料中含有Q相矿物的重量百分比在40～80％。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述的Q相矿物为6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2或20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2，其中v∈(2.5-3.5)。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的一种组成为Q相-铝酸一钙(CaO.Al2O3简称CA)-七铝酸十二钙(12CaO.7Al2O3简称C12A7)。其中各组分的重量组成为，
      Q相：40～80％
      铝酸一钙：10～50％
      七铝酸十二钙：5～10％。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-铝酸一钙(CA)-七铝酸十二钙(C12A7)-铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3.Fe2O3简称C4AF)。其中各组分的重量组成为，
    Q相：40～80％
    铝酸一钙：10～50％
    七铝酸十二钙：5～10％
    铁铝酸四钙：5～10％。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-硅酸二钙(2CaO.SiO2简称C2S)-铝酸一钙(CA)-铁铝酸四钙(C4AF)。其中各组分的重量组成为，
    Q相：40～80％
    硅酸二钙：10～50％
    铝酸一钙：5～10％
    铁铝酸四钙：5～10％。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-硅酸二钙(C2S)-铁铝酸四钙(C4AF)-七铝酸十二钙(C12A7)。其中各组分的重量组成为，
    Q相：40～80％
    硅酸二钙：10～50％
    铁铝酸四钙：5～10％
    七铝酸十二钙：5～10％。
本发明公开一种由Q相主导矿物的铝酸盐水泥，水泥熟料中含有Q相的重量百分比在40～80％。Q相的分子式为6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2简写为C6A4MS，或者20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(简写为C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。上述的C20A16-vMvSv，其中主要的结构为20CaO.13Al2O3.3MgO.3SiO2简写为C20A13M3S3。采用工业原料配料，烧结法烧成。6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2的胶砂抗压强度为：1d为51MPa，3d为59MPa，28d为90MPa。
本发明是在高铝水泥系统的惰性矿物改性的基础上进一步研究建立Q相铝酸盐水泥体系，包括(1)Q相-CA-C12A7，(2)Q相-CA-C12A7-C4AF，(3)Q相-C2S-CA-C4AF或Q相-C2S-C4AF-C12A7等系统。
本发明是将Q相与铝酸一钙或Q相与硅酸二钙复合，形成一种新型铝酸盐水泥体系，该水泥具备早强快硬水泥所具有的优点，烧成温度低和能充分利用自然资源，因而生产成本低。硅酸盐水泥的矿物组成为：硅酸三钙(3CaO.SiO2简称C3S，又称阿利特)、硅酸二钙(2CaO.SiO2简称C2S，又称贝利特)、铝酸三钙(3CaO.Al2O3简称C3A)和铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3.Fe2O3简称C4AF)，C3S的含量大于50％，生产时要耗费大量的优质石灰石资源，烧成温度应在1450℃以上，消耗大量的能源。通常的高铝水泥的矿物组成为：铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)、硅铝酸二钙(C2AS)，生产方法分为熔融法和烧结法两种，生产时熔融的温度应在1400℃左右，烧结温度一般在1350℃。这样看来，Q相铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比，烧成温度降低150～250℃，与高铝水泥相比，烧成温度降低50～150℃，节约能源，降低水泥的成本。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，具有突出的早强快硬性能，其烧成温度低，水化性能好，节约能源；原料能够利用含镁硅的石灰石、低品位的铝矾土，充分利用自然资源；而且其组成高铝低钙，生产时减少温室气体的排放量，具有环保作用。
(四)附图说明
图1本发明的Q相-CA-C12A7水泥熟料XRD图样
图2本发明的Q相-CA-C12A7水泥熟料的SEM图样
(五)具体实施方式
1.本发明的Q相铝酸盐水泥体系中各水泥系统的熟料矿物的重量百分比、烧成条件和抗压强度为：
(1)Q相-CA-C12A7水泥系统：
熟料矿物的重量百分比为：
Q相(C6A4MS)：40～80％
铝酸一钙：10～50％
七铝酸十二钙：5～10％
水泥的烧成温度为：1230～1300℃；保温时间为20～60min；
水泥胶砂的抗压强度：1d为35～50MPa，
                    3d为50～80MPa，
                28d为70～106MPa。
(2)Q相-CA-C12A7-C4AF水泥系统：
熟料矿物的重量百分比为：
Q相(C20A13M3S3)：40～80％
铝酸一钙：10～50％
七铝酸十二钙：5～10％
铁铝酸四钙：5～10％
水泥的烧成温度为：1200～1260℃；保温时间为20～60min；
水泥胶砂的抗压强度：1d为30～52MPa，
                    3d为45～71MPa，
                    28d为50～94MPa。
(3)Q相-C2S-CA-C4AF，或Q相-C2S-C4AF-C12A7
系统熟料矿物的重量百分比为：
Q相(C6A4MS)：40～80％
硅酸二钙：10～50％
铝酸一钙：5～10％
铁铝酸四钙：5～10％
或
Q相(C6A4MS)：40～80％
硅酸二钙：10～50％
铁铝酸四钙：5～10％
七铝酸十二钙：5～10％
水泥的烧成温度为：1220～1280℃；保温时间为20～60min；
水泥胶砂的抗压强度：1d为15～25MPa，
                    3d为20～50MPa，
                    28d为60～90MPa。
本发明水泥的化学组成为：
氧化钙(CaO)：50～60％，
氧化铝(Al2O3)：20～40％，
氧化镁(MgO)：1～5％，
氧化硅(SiO2)：1～23％，
三氧化二铁(Fe2O3)：1～3％，
2.本发明的制备方法
以Q相-CA-C12A7水泥系统为例，生料配比为：氧化钙(CaO)：53.47％，氧化铝(Al2O3)：39.40％，氧化镁(MgO)：2.86％，氧化硅(SiO2)：4.27％。熟料组成为：Q相：60％，铝酸一钙：30％，七铝酸十二钙：10％。
在实验室中采用硅碳棒电炉烧成，正常的升温速率(10℃/min)，烧成温度控制在1250～1300℃，保温时间30min。
在实验室中采用小型球磨机将熟料粉碎，粒度控制在通过200目方孔筛，只有微量筛余；抗压强度测试条件：模具采用2×2×2cm3成型，W/C比为0.4，灰砂比为1，测得各龄期的抗压强度为：1d为52.7MPa，3d为81.5MPa，28d为106.5MPa。

Claims (10)

1.一种含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：水泥熟料中含有Q相矿物的重量百分比在40～80％。
2.根据权利要求1所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述的Q相矿物为6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2或20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2，其中v∈(2.5-3.5)。
3.根据权利要求1或2所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的组成为Q相-CA-C12A7。
4.根据权利要求3所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的重量组成为，
Q相：40～80％
铝酸一钙：10～50％
七铝酸十二钙：5～10％。
5.根据权利要求1或2所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的组成为Q相-CA-C12A7-C4AF。
6.根据权利要求5所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的重量组成为，
Q相：40～80％
铝酸一钙：10～50％
七铝酸十二钙：5～10％
铁铝酸四钙：5～10％。
7.根据权利要求1或2所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的组成为Q相-C2S-CA-C4AF。
8.根据权利要求7所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的重量组成为，
Q相：40～80％
硅酸二钙：10～50％
铝酸一钙：5～10％
铁铝酸四钙：5～10％。
9.根据权利要求1或2所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的组成为Q相-C2S-C4AF-C12A7。
10.根据权利要求9所述的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，其特征在于：所述水泥材料的重量组成为，
Q相：40～80％
硅酸二钙：10～50％
铁铝酸四钙：5～10％
七铝酸十二钙：5～10％。
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