快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料、應(yīng)用及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料、該熟料 的應(yīng)用及其工業(yè)化生產(chǎn)的工藝過(guò)程。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾十年來(lái)，將早強(qiáng)較高的硫鋁酸鹽與C2S結(jié)合的貝利特硫鋁酸鹽水泥由于同時(shí) 具有低能耗、低碳排放、高性能的優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)很多大專(zhuān)院校、科研院 所、生產(chǎn)企業(yè)對(duì)貝利特硫鋁酸鹽水泥進(jìn)行了大量的研究，取得了大量研究成果，但未見(jiàn)廠家 大規(guī)模生產(chǎn)的報(bào)道。查閱國(guó)內(nèi)的研究資料，以貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料中按照氧化物成分 來(lái)看，Al 2O3多在10%左右，SiO2多在20%左右，早期、晚期抗壓強(qiáng)度均大大低于常規(guī)的硫鋁 酸鹽水泥熟料。分析原因，這是由于貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料配料時(shí)，完全照搬了國(guó)內(nèi)硫鋁 酸鹽水泥熟料的配料理論，未能脫開(kāi)堿度系數(shù)Cm = 1. 0、鋁硫比P = 3. 82這兩個(gè)理論率值 的束縛。自然也難以采用高硅低鋁之低品位原材料來(lái)生產(chǎn)出高強(qiáng)度貝利特硫鋁酸鹽水泥熟 料。然而，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的大量工業(yè)廢渣被擱置或者堆存，不僅嚴(yán)重污染 環(huán)境，也造成資源的浪費(fèi)。貝利特硫鋁酸鹽水泥能夠大量地消納各種工業(yè)廢渣，以鋁土礦選 礦尾礦用作鋁制原料，再利用其工業(yè)廢渣制備新型水泥材料實(shí)在是一個(gè)很有創(chuàng)意的方向。 這對(duì)拓展其原料適用范圍及貝利特硫鋁酸鹽水泥產(chǎn)品品種上能起到進(jìn)一步豐富和完善、具 有意義深遠(yuǎn)。
[0003] 另一方面，節(jié)能減排是國(guó)家的重要國(guó)策。建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫，建筑 住宅產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)之一是建筑的主要零部件梁、板、柱實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和工廠化預(yù)制生 產(chǎn)。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中常規(guī)的作法是采用普通硅酸鹽水泥，沿用蒸汽鍋爐養(yǎng)護(hù)工藝，高能耗、 高污染，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。取消蒸養(yǎng)，尤其是以燃煤作燃料的蒸汽鍋爐養(yǎng)護(hù)，實(shí) 現(xiàn)建筑構(gòu)件工廠自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，迫切需 要一種低成本快凝快硬水泥。
[0004] 硫鋁酸鹽水泥是我國(guó)自主發(fā)明的一種特種水泥，其主要礦物是無(wú)水硫鋁酸鈣（C4A 3 S )和硅酸二鈣（C2S),前者約占60-70%，后者約占20-30%，因?yàn)槠渚哂性鐝?qiáng)、高強(qiáng)、微膨 脹、抗凍、抗?jié)B、抗腐蝕等優(yōu)異特性，在特種建筑材料、混凝土制品等特殊領(lǐng)域有獨(dú)特應(yīng)用， 但生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥需要使用優(yōu)質(zhì)天然石膏和鋁礬土，鋁礬土的資源越來(lái)越稀缺，使得這 種水泥成本和價(jià)格很高，在大型建筑工程中應(yīng)用日益減少，很多硫鋁酸鹽水泥廠家經(jīng)營(yíng)非 常困難，這與國(guó)家提高特種水泥產(chǎn)量，大力發(fā)展特種水泥的戰(zhàn)略方針相矛盾，因此研發(fā)生產(chǎn) 低成本高性能硫鋁酸鹽水泥已經(jīng)成為當(dāng)前一項(xiàng)緊迫任務(wù)。近年來(lái)，高貝利特硫鋁酸鹽水泥 由于具有低能耗、低碳排放等優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究的熱點(diǎn)。高貝利特硫鋁酸鹽水泥的另一重 要優(yōu)勢(shì)就是能夠大量地消納粉煤灰、脫硫石膏等工業(yè)廢渣，但生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥需要使用 優(yōu)質(zhì)天然石膏和鋁礬土。隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，所產(chǎn)生的大量工業(yè)廢渣被擱置或者堆 存，不僅嚴(yán)重污染環(huán)境，也造成資源的浪費(fèi)，利用這些工業(yè)廢渣制備新型貝利特硫鋁酸鹽水 泥的潛力很大，對(duì)于水泥工業(yè)的節(jié)能降耗、低碳生產(chǎn)，不僅帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)，而且必將 產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0005] 硫鋁酸鹽水泥由中國(guó)建材科學(xué)研究院發(fā)明，至今已有近40年歷史。常規(guī)的硫鋁酸 鹽水泥熟料化學(xué)成分Al 2O3占30%左右，SiO2占10%左右。根據(jù)中國(guó)建材研究院水泥研究所 的研究結(jié)果：對(duì)于C 4A3 g / β -C2S比值80:20、60:40和40:60三組試樣，三天強(qiáng)度大約依次 降低了 lOMPa。直接體現(xiàn)了熟料中Al2O3成份減少、SiO2增加時(shí)，強(qiáng)度的成比例急劇下降，也 就是說(shuō)，采用高鋁低硅優(yōu)質(zhì)鋁礬土是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硫鋁酸鹽水泥的最主要的技術(shù)途徑，很多硫 鋁酸鹽水泥廠家的長(zhǎng)期生產(chǎn)數(shù)據(jù)也完全符合這個(gè)研究結(jié)果。研究采用低鋁高硅鋁礬土生產(chǎn) 性能較好的硫鋁酸鹽水泥，多年來(lái)早已成為水泥界的熱門(mén)課題，這種水泥由于P-C 2S含量 較1?，業(yè)內(nèi)稱(chēng)為1?貝利特硫錯(cuò)酸鹽水泥。查閱國(guó)內(nèi)的研究資料，1?貝利特硫錯(cuò)酸鹽水泥熟料 早期、晚期抗壓強(qiáng)度均大大低于常規(guī)的硫鋁酸鹽水泥熟料，性能更接近于硅酸鹽水泥，即不 具備硫鋁酸鹽水泥快凝快硬特性。這是由于高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料配料時(shí)，完全照搬 了國(guó)內(nèi)硫鋁酸鹽水泥熟料的配料理論，未能脫開(kāi)礦物成分組成和堿度系數(shù)Cm = 1. 0、鋁硫 比P = 3. 82這兩個(gè)率值的束縛，自然也難以用高硅低鋁低品位鋁礬土生產(chǎn)出高強(qiáng)度貝利特 硫鋁酸鹽水泥熟料；缺乏成熟理論的支持導(dǎo)致長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這方面的應(yīng)用研究止步不前。因 此，只有突破以上傳統(tǒng)理論的束縛，才能實(shí)現(xiàn)以廢渣和低品位原材料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的硫鋁酸 鹽水泥的夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)。
[0006] 美國(guó)的P.K. Mehta所研究的熟料在1980年5月的期刊"World CementTechnology"第 166~177 頁(yè)和 1978 年 7 月 /8 月的期刊"World Cement Technology" 第144~160頁(yè)中披露：其組成基于硫鋁酸鈣(^31"7的'1加1仏"，含有20%的(^ 3及 "766'1加^6"、20%無(wú)水石膏、45%貝利特(^和15%鐵鋁酸四鈣(^^，游離氧化鈣卜〇&0 小于0.5%。該熟料與"TCS系列"，即中國(guó)的硫鋁酸鹽水泥的主要差別在于它們熟料組分中 非常高的無(wú)水石膏，引用的熟料#5參考物也似乎符合CO 2低工業(yè)排放的要求，且性能大致 為現(xiàn)代波特蘭水泥的那些性能，但Mehta所述的熟料從未在市場(chǎng)上出售，也沒(méi)有任何實(shí)現(xiàn) 產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)報(bào)道。
[0007] 法國(guó)拉法爾熱公司在公布號(hào)為CN102745918A的專(zhuān)利中公布了一種高貝利特含量 的硫鋁酸鹽熟料，以5-25%C 2AxF(1_x)、15-35% C4A3S、40-75% C2S為主要礦物組成，同時(shí)在熟 料煅燒時(shí)加入一些微量元素作為添加劑以確保水泥熟料的性能，以使部分C2S以a -C2S形 態(tài)存在，從專(zhuān)利中提供的膠結(jié)料數(shù)據(jù)看，早期強(qiáng)度較低，晚期強(qiáng)度也不高。在性能指標(biāo)上距 高性能還是有較大的差距。
[0008] 硫鋁酸鹽水泥具有早強(qiáng)高強(qiáng)等特性，但晚期強(qiáng)度增長(zhǎng)不顯著，又需要大量的優(yōu)質(zhì) 鋁礬土、石灰石等天然資源；高貝利特硫鋁酸鹽水泥雖然可以降低鋁礬土、石灰石等天然資 源品質(zhì)指標(biāo)，有利用廢渣的可能性，但和硅酸鹽水泥性能接近，不具備硫鋁酸鹽水泥快凝快 硬、早強(qiáng)高強(qiáng)等優(yōu)異特性。研發(fā)一種大量利用廢渣、以低成本、低能耗、低排放、比硫鋁酸鹽 水泥凝結(jié)更快、早期強(qiáng)度和晚期強(qiáng)度更高更具有實(shí)用價(jià)值的高性能貝利特硫鋁酸鹽水泥的 工業(yè)化生產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)外水泥及建筑界長(zhǎng)期以來(lái)期待而沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想，也是國(guó)內(nèi)外水泥專(zhuān) 業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)重大的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料、應(yīng)用及其生產(chǎn)工 藝。借助創(chuàng)造性的在水泥熟料中引入適量的f-CaO和CaSO4，突破國(guó)內(nèi)外硫鋁酸鹽水泥熟料 配料率值的束縛，發(fā)揮f_ CaOX4A3 &、C2S和CaSO4的相互激發(fā)作用，制備抗壓強(qiáng)度2h 23. 5 MPa、4h 27. 6 MPa、28d 73 MPa的一種新型快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料，并進(jìn)而借助 熟料設(shè)計(jì)出快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥及其生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)降低能耗及成本、減少排放， 促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生產(chǎn)高新能、低成本的高強(qiáng)度快凝快硬貝利特硫鋁酸鹽水泥產(chǎn)品。
[0010] 本發(fā)明中在應(yīng)用中進(jìn)一步要解決的技術(shù)問(wèn)題是，基于熟料成分中活性、并借助在 水化過(guò)程中f_ CaOX4A3 &和CaSO4的相互激勵(lì)、以及后加入的填充料中有效組分被強(qiáng)烈激 發(fā)的作用，使制備的水泥的抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到2h 25. 6MPa、7d 58. 6MPa、28d 92. 7 MPa，使 快凝快硬性能、晚期強(qiáng)度、和易性、抗凍、抗腐蝕、抗?jié)B性等一切高優(yōu)性能得以充分發(fā)揮。
[0011] 本發(fā)明涉及礦物組成中文名稱(chēng)與化學(xué)符號(hào)的對(duì)應(yīng)：無(wú)水硫鋁酸鈣（C4A^X硅酸 二鈣（C2S)、鐵鋁酸四鈣（C4AF)、鈣鈦礦（CT)、游離氧化鈣（f- CaO)、鈣黃長(zhǎng)石（C2AS)、七鋁 酸十二鈣（C12A7 )。
[0012] 本發(fā)明中礦物成份組成計(jì)算公式： w(C4A3^ )= 1.99[W(Al2O3) -0.64 W(Fe2O3)] w (C2S) = 2. 87 W(SiO2) w (C4AF) = 3. 04 w (Fe2O3) w (CaSO4) = I. 7 [W(SO3) - 0· 13w (C4A3 S)] w