CN86103649B

CN86103649B - 阿利特硫铝酸钙水泥的组成及制造方法

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Publication number: CN86103649B
Application number: CN86103649A
Authority: CN
Inventors: 李秀英; 童雪莉; 范家骏; 薛君
Original assignee: Academy Of Building Materials Science State Bureau Of Building Materials Industry
Current assignee: Academy Of Building Materials Science State Bureau Of Building Materials Industry
Priority date: 1986-05-28
Filing date: 1986-05-28
Publication date: 1988-10-26
Also published as: CN86103649A

Abstract

一种阿利特硫铝酸钙水泥的组成和制造工艺；该水泥熟料组成（重量）如下：Ｃ₃Ｓ３０～５０％，Ｃ₂Ｓ３０～４０％，Ｃ₄Ａ₂Ｓ１０～２０％，Ｃ₄ＡＦ３～１０％，及少量未化合的ＣａＳＯ₄。该水泥的配料Ｋ值控制在０．８～１．１０，在１２００℃～１３００℃烧成。该水泥的特点是制造工艺简便，使用时，可掺加大量混合材而凝结时间短，强度降低幅度不大，成本低。

Description

阿利特硫铝酸钙水泥的组成及制造方法

本发明是一种以C₃S-C₂S-C₄A₃S-C₄AF矿物为主要组份的阿利特硫铝酸钙新品种水泥的制造方法，所得到的产品，既保持了硅酸盐水泥的优良特性，又具有硫铝酸盐水泥不收缩和早期强度较高的特性，克服了硅酸盐水泥在硬化过程中产生收缩、导致裂纹的缺点，这对传统的硅酸盐水泥改性有着深远的意义。而且煅烧温度低、生产工艺简单、大量掺加尾矿和废渣作混合材后，强度降低幅度不大。

膨胀水泥和不收缩水泥历来是用硅酸盐水泥和膨胀组份共同混合粉磨而成，1963年P·E·Halstead，在“Expanding and Stressing Cement”《Tne Chemistry of Cements》，H·F·W·Taylor，P87～99中提出“制造一种含有一定比例无水硫铝酸钙而本质属于波特兰水泥的熟料”用它直接制造膨胀水泥是可行的“。围绕这个问题，国内外都展开大量的研究工作，美国在1975年公布了美国W·A·Borje关于含有C₄A₃S-βC2S为主要成分的超早强水泥的专利（3860433），1978年苏联的И·В·Кра＊гелко在实验室配制并在米哈尔洛夫水泥厂烧成了阿利特硫铝酸盐熟料，但他们把此熟料作为添加物配制高强水泥、膨胀水泥、快凝膨胀水泥，但未见详细报导。

硅酸盐水泥具有悠久的历史，良好的性能，但烧成温度要1450℃;而且此种水泥在硬化时，伴随着产生收缩，是造成混凝土裂缝的主要原因;而由硅酸盐水泥配制的混合材水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、赤泥水泥等，其共同的缺点是凝结较慢，尤其是早期强度偏低。

本发明的目的是用低温煅烧方法制造一种以C₂S-C₂S-C₄A₃S-C₄AF为主要矿物的熟料及由此种熟料所配制的矿渣水泥、赤泥水泥等加有混合材的水泥。此种水泥比普通硅酸盐熟料加混合材所制得的同种水泥凝结时间大大缩短，早期（1，3天）强度明显提高，掺等量混合材时其水泥强度比熟料强度下降幅度小，从而可以多掺加混合材，而其凝结时间、早期强度等性能降低不多。

本发明在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-SO₃系统的生料中引入F^-（氟离子）使得C₃S与C₄A₃S得以共存，并需严格控制熟料中下列成分才能获得理想的C₃S与C₄A₃S的适宜匹配，其熟料成分为：

Al₂O₃为7～10%、Fe₂O₃1～3.5%、SO₃4～6%、F^-为0.1～0.4%。

其理由在于，当煅烧温度为1200℃～1300℃时：

（一）配料中F^-的影响如下：若不掺加F^-，在1300℃以下煅烧时生成的熟料，用x射线分析几乎没有检出C₂S，F^-在熟料中如果小于规定范围，则形成的C₃S量甚少;F^-在熟料中如果大于规定范围，则C₁₁A₇·CaF₂的形成难以避免。实践证明，C₁₁A₇·CaF₂和C₄A₃S·C₃S同时共存，其水泥性能难以控制。

（二）熟料中SO₃量的影响如下：若小于规定范围，C₄A₃S形成量少，甚至x射线分析不出来，C₃A大量形成;若大于规定范围，则C₃S的量明显减少;况且未化合的CaSO₄多了，导致水泥膨胀过大，强度反而降低。

（三）熟料中Al₂O₃量的影响如下：Al₂O₃量若小于规定范围，C₂A₃S甚少，x射线分析难以检出C₄A₃S的存在。若Al₂O₃高于规定范围，则C₄A₃S形成量太多，水泥膨胀量过大。

（四）熟料中Fe₂O₃量的影响：此项指标视原料而定，由于Fe₂O₃在煅烧过程中消耗Al₂O₃，所以为了保证熟料中形成所需要的C₄A₃S的量，Fe₂O₃的量可以上下波动。如原料本身含Al₂O₃低，为使熟料中C₄A₃S的量在规定范围，则生料中不必再另加铁粉。所以在某种意义上说，适当增减Fe₂O₃的含量来调节C₄A₃S的量是可行的。

阿利特硫铝酸钙熟料的制造工艺要点如下：

（1）本发明所用原料为石灰石、页岩、煤矸石、粉煤灰、低品位矾土等含铝硅质原料，以及石膏、萤石或含氟工业废料等。

（2）熟料控制石灰饱和度K值在0.8～1.10。若K值低于规定范围，不能保证足够的C₂S量，达不到提高强度的目的;若K值高于规定范围，在1200～1300℃煅烧范围烧成时，游离CaO太多，导致水泥膨胀过急，安全性不好。

k=C总-0.55（A-0.64F)-0.35F-0.7(SO₂+TiO₂)-1.48F^-/2.8×SiO₂

式中：C……代表熟料中CaO重量百分数

A……代表熟料中Al₂O₃重量百分数

F……代表熟料中Fe₂O₃重量百分数

SO₂……代表熟料中SO₃重量百分数

TiO₂……代表熟料中TiO₂重量百分数

F^-……代表熟料中F^-重量百分数

SiO₂……代表熟料中SiO₂重量百分数

（3）熟料的矿物组成如下（重量）：

C₃S 30～50%、C₂S 30～40%、

C₄A₂S 10～20%、C₄AF 3～10%

及少量未化合的CaSO₄。

（4）烧成工艺：

控制以下工艺参数;

控制煅烧温度在1200～1300℃，能得到较满意的C₃S-C₄A₃S匹配比例。如低于此温度范围，虽然C₄A₃S已基本形成，但形成的C₃S很少;如高于此温度范围，C₄A₃S量趋向减少，C₃A量增加。

煅烧时避免还原气氛。

（5）水泥的制备：

①阿利特硫铝酸钙熟料与硬石膏共同粉磨到比表面积为＞3000cm²/g。

加入石膏（重量百分数）＝0.13M1.99(A-0.64F)/SO₃

式中M代表所配水泥中

克分子比

C₄A₃S＝1.99（A-0.64F）

M控制在0.5～1.0

SO₃代表石膏中SO₃百分数。

A代表熟料中Al₂O₃百分数

F代表熟料中Fe₂O₃百分数

②阿利特硫铝酸钙矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、赤泥水泥的制备：

将阿利特硫铝酸钙熟料掺加适量石膏和20～40%的混合材共同粉磨到比表面积为＞3000cm²/g。

阿利特硫铝酸钙水泥的基本性能为：

初凝：不早于45分钟

终凝：不迟于4小时

一天耐压强度＞20.0MPa

28天耐压强度＞50.0MPa

线膨胀率：一天＞0.05%，28天＜0.5%

（一）配料计算：

＊外掺0.7%桃林尾矿，相当于生料成份中F^-＝0.25%，熟料成份F^-＝0.36%。

生料粉磨细度4900孔筛筛余＜10%。

（二）生料的化学分析：

（三）生料煅烧

生料采用长焰煅烧，物料温度为1100～1300℃，无还原气氛，测定窑尾废气中CO＜1.0%，O₂为1～3.0%。生料的化学组成如表2所示。

（1）不收缩阿利特硫铝酸钙水泥

本发明的突出特点和积极效果如下述：

（1）现有的水泥制造工艺中，因C₃S与C₄A₃S的形成温度相差很大，这两种组份不能在一个熟料中同时存在，本发明在配料中加入CaF₂，控制F^-（氟离子）的含量为熟料的0.1～0.4%，从而制成以C₃S-C₂S-C₄A₃S-C₄AF几种矿物为主要组份的阿利特硫铝酸钙新品种水泥，此水泥既保持了硅酸盐水泥的优良特性，又具有硫铝酸盐水泥不收缩和早期强度较高的特性，又可通过石膏掺量变化来调节水泥的膨胀和自应力性质，以代替膨胀和自应力水泥使用。

（2）在硅酸盐水泥中加入矿渣、粉煤灰、火山灰、赤泥配制成混合材水泥，其共同缺点是凝结较慢，早期强度低;本发明的阿利特硫铝酸盐水泥和上述混合材所配制的混合材水泥比用普通硅酸盐水泥配制的混合材水泥，凝结时间大大缩短，早期（1，3天）强度明显提高，而且掺等量混合材时，水泥强度降低幅度不大，从而可以比普通水泥多加混合材，如说明书附表4中编号F-36和F-37，以本发明水泥熟料加入赤泥和煤矸石分别为40%，其早期（3天）强度降低不大，28天强度也降低不大，因此可以多掺＊混合材，这样，既可处理废渣，又可降低成本。

（3）本发明水泥更为可贵的特性是：初凝时间和终凝时间很接近，既保证了有足够的施工时间又保证施工后不久即可凝结，具有一定的强度;以便进行连续施工（参见附表4）。

（4）此种水泥配料需碳酸钙量低，节省部分碳酸钙分解热;又加上烧成温度低（1200°～1300℃），从而能大幅度降低热耗。

（5）配制此种水泥生料取材广泛，价廉，不用粘土（参见表1），而用工业废渣代之，不需毁田取土，同时又有效的处理了工业废渣。

综上所述，本发明阿利特硫铝酸盐水泥与现有的普通水泥和特种水泥比较具有较全面、较优越的性能和广泛的用途，可用作不收缩水泥、膨胀水泥和快凝膨胀水泥，高强水泥使用，还可根据其本身的优越性能，开发其他方面的用途。

（一）配料计算：

名称配比%	Loss%	S%	A%	F%	C%	M%	F^-%	SO₃%
									石灰石69.5	29.52	0.13	0.14	0.13	38.30	/	/	/
页岩20.9	1.46	12.14	4.19	1.76	0.08	0.28	/	/
									石膏7.5	0.35	0.10	0.02	0.02	2.93	0.14	/	3.89
矾土2.1	0.30	0.12	1.42	0.06	/	0.03	/	/
									生料/	31.63	12.49	5.77	1.97	41.24	0.45	0.25＊	3.89
熟料/	/	18.26	8.44	2.88	60.32	0.66	0.36	5.70

（二）生料的化学分析：

Loss%	S%	A%	F%	C%	F^-%	SO₃%
							32.08	13.00	5.45	1.80	41.54	0.25	3.58

Claims

1、一种以C₃S-C₂S-C₄A₃S矿物组成为主要组份的阿利特硫铝酸钙的水泥组成，其特征在于：

1、该水泥熟料组成（重量）如下：

以矿物组成计：

C₃S30～50%，C₂S30～40%，

C₄A₃S10～20%，C₄AF3～10%。

2、一种阿利特硫铝酸钙水泥的制造方法，其特征是：

Ⅰ、该水泥的配料K值控制在0.8～1.10

Ⅱ、该水泥的煅烧温度为1200℃～1300℃

Ⅲ、该水泥需磨制到比表面积为＞3000cm²/g

Ⅳ、该水泥是由权利要求1给出的熟料与适量的石膏共同粉磨配制而成，在石膏加入量（重量百分数）＝0.13M1.99(Al₂O₃-0.64Fe₂O₃)/SO₃公式中：要求M值为0.5～1.0

Ⅴ、或者将权利要求1的熟料加入适量石膏和其它混合材配制成混合材水泥。