[发明专利]一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料，特别涉及一种能够降低二氧化碳排放的活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制造方法。

背景技术

近年来，大气中二氧化碳的含量大幅度增加，已经对世界的气候条件产生了明显的影响，降低工业生产中的二氧化碳排放成为世界各国的共同目标。水泥工业是二氧化碳排放的主要来源之一，约占工业总的二氧化碳排放的5％。水泥生产中排出的二氧化碳主要来源于石灰石的分解，因此降低水泥原料中石灰石的使用比例，就能够有效降低二氧化碳的排放。与此同时，由于石灰石的分解耗热也是水泥熟料形成热耗的最主要部分，石灰石比例的下降还能够进一步降低熟料的形成热耗，降低燃料的使用量，更进一步降低因燃料燃烧而产生的二氧化碳。

普通硅酸盐水泥熟料中两种最主要的矿物是硅酸三钙(C3S，又称阿利特)和硅酸二钙(C2S，又称贝利特)，C3S约占50～55％，C2S约为20～25％，生产C3S比C2S需要更多的氧化钙(CaO)，CaO来源于石灰石的分解，显然增加熟料中C2S的含量，减小C3S的含量就能够使水泥原料中的石灰石比例大幅度降低，降低二氧化碳的排放。但是仅仅将C3S和C2S的比例进行改变，得到的高C2S水泥(也称高贝利特水泥)，虽然具有水化热低、需水量小、和外加剂适应性好、后期强度高等性能优点，但其早期强度明显偏低的缺点，对水泥的实际使用造成了很大的影响，很难能得到推广和应用。

硫铝酸盐水泥熟料是我国自主发明的一种特种水泥熟料，其主要矿物是无水硫铝酸钙和硅酸二钙(C2S)，前者约占60-70％，后者约占20-30％，因为早期水化反应很快，这种水泥具有很高的早期强度。硫铝酸盐水泥熟料的这两种主要矿物，和硅酸三钙相比，形成时需要的氧化钙都明显降低，因此和普通硅酸盐水泥熟料相比，硫铝酸盐水泥生产中排放的二氧化碳能够降低35％。但是生产硫铝酸盐需要使用的铝矾土，资源稀缺，使得这种水泥因为价格昂贵，目前只能够作为特殊用途的水泥，而不能作为大宗材料使用。

如果把高贝利特水泥和硫铝酸盐水泥相结合，利用硫铝酸盐水泥中的早强矿物来弥补高贝利特水泥早期强度的不足，就有可能得到早期和后期强度都能够令人满意的新水泥，这种水泥被称为高贝利特硫铝酸盐水泥，近年来受到国内外许多研究者的关注。美国的梅塔(Mehta)教授曾经研究开发了组成为：45％的C2S、20％的15％的C4AF(铁铝酸四钙)、20％的CS(无水石膏)的水泥，也获得了专利，尽管这种水泥在试验中获得了良好的性能，但是最终没有实现工业化生产，因为无水石膏在高温下不稳定，很容易分解，熟料在实际生产中很难按预期形成。国际知名的水泥生产商拉法基公司(lafarge)，近年来对高贝利特硫铝酸盐水泥也进行了大量研究，申请了以5-25％C2AF、40-75％C2S为主要组成的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的专利，为了确保水泥的性能，他们在熟料煅烧时加入一些微量元素作为添加剂，使得C2S以à形态存在。但是，这些微量元素的加入，不仅使水泥熟料的生产成本增加，而且使熟料的煅烧变得相对比较复杂，工业化生产的难度增加。

发明内容

本发明提供新的一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料及其制备方法，这种水泥熟料能够达到与普通硅酸盐水泥熟料基本相同的物理性能，其铝质原料全部采用固体工业废渣，煅烧时不用掺加任何的添加剂。

本发明的技术方案是：一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，它具有如下重量百分比的矿物组成：25-30％的β型C2S；25-30％的à型C2S；28-40％的4-12％的C4AF，4-8％的非晶相物质。为了确保水泥熟料具有足够高的后期强度，à型C2S占C2S总重的百分比应大于或者等于50％。为了保证熟料中各种矿物达到要求的含量，熟料的Cm值应控制在0.95～1.05的范围内；f-CaO值控制在-0.5～0.5的范围内，f-SO3值控制在1.0～5.0范围之内。

本发明提出的上述活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

1)利用立磨或者球磨机，将按照预定配比的钙质原料、铝质原料和石膏的混合料，粉磨至80μm筛余为8-12％的细度，得到生料粉，生料粉的化学成分在烧结情况下能够满足C2S，C4AF等矿物形成时的化学条件。

2)将得到的生料粉，在1300-1380℃的温度范围内，在保证煅烧环境始终处于氧化气氛下，充分煅烧30-60分钟，直至所有矿物都能够完全形成。