[发明专利]高贝利特含量的硫铝酸盐熟料、其制造方法及其用于制备水硬性胶结料的用途

说明书

本申请是申请日为2005年7月19日、申请号为200580031466.7、发明名称为“高贝利特含量的硫铝酸盐熟料、其制造方法及其用于制备水硬性粘合剂的用途”的中国专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及富含贝利特的硫铝酸盐熟料、这种熟料的制造方法及其用于制备水硬性胶结料的用途。 

背景技术

多数现代混凝土是用通常获自卜特兰水泥熟料的水硬性水泥制成的。 

卜特兰水泥是通过将石灰石、粘土、硅石和铁矿石的细密混合物在旋转炉中加热至超过1400℃而制造的。煅烧过的混合物，熟料，呈现硬球粒形式，其在冷却之后，与硫酸钙和其它添加的矿物一起研磨以形成卜特兰水泥。 

放入炉中的原材料混合物需要非常富含石灰石，以获得主矿物相是硅酸三钙石的熟料。 

硅酸三钙石是三硅酸钙Ca₃SiO₅的不纯形式，其传统标记是C3S。 

高百分比的硅酸三钙石(通常超过50％)在现代水泥的矿物组成中不可缺少，因为其能够使强度性质在凝固之后立即迅速地发展，并能够使强度性质在28天以上充分形成，以符合本领域中多数水泥标准的规格。 

对于本发明的剩余描述，除非另行明确地指明，使用下列缩写符号指定水泥的矿物组分。 

-C代表CaO， 

-A代表Al₂O₃， 

-F代表Fe₂O₃， 

-S代表SiO₂， 

-$代表SO₃。 

在最近十年，大气中二氧化碳CO₂的含量显著增加，并越来越迅速地持续增长。这与人类活动有关，且科学家一致公认这种增长对未来的气候条件具有重要影响。 

如今，许多政府正采取措施逆转这种趋势并正在研究如何减少CO₂排放，特别是工业排放。水泥工业极大地造成这些排放，其要对CO₂的所有工业排放的5％负责。 

如果几乎完全去除硅酸三钙石，可以将卜特兰水泥熟料制造中的CO₂排放减少大约10％。如果将加入炉中的石灰石的量减少10％，就可以实现这一点；与煅烧过程中石灰石的脱碳酸化有关的CO₂的量减少，供应能量以使石灰石脱碳酸化所需的燃料量也减少。 

如E.Gartner，Cement and Concrete Research，“Industrially interesting approaches to low CO₂cements”，2004，press CEMCON-02838中的文章所述，这伴随着降低的炉温，这具有优势。 

具有低硅酸三钙石含量的卜特兰水泥熟料总是富含贝利特，二硅酸钙Ca₂SiO₄不纯形式，其传统标记是C2S。但所得富含贝利特的卜特兰水泥不能在短期内获得足以符合标准要求的机械强度性能，也不能获得目前现代混凝土应用所需的性能。 

由于这些原因，富含贝利特的卜特兰水泥熟料的制造不是令人满意的将工业CO₂排放减少10％或更低的解决方案。 

为了开发商业上可用的水泥(其制造关系到CO₂的低工业排放)，必须考察其它类型的水硬性水泥熟料，以铝酸钙和/或硫酸钙为基础的体系。 

富含氧化铝的水泥，例如LAFARGE的“Fondu Cement”，以它们的短期内取得高耐受性的性质著名；尽管原材料中具有低石灰石含量，但它们有时表现出公知的“转化”问题，而且机械强度性能降低，此外它们的制造还需要非常专门化的设备以及高的燃料消耗，且原材料(例如铝土矿)较为昂贵。 

此外，基于硫酸盐的水泥，例如石膏和无水石膏，廉价并在其制造过程中几乎不产生CO₂，但由于它们机械强度性质低、耐水性差，不能用在多数混凝土用途中。 

但是，以硫铝酸钙(被写作CSA)为基础的某些类型的水泥非常重要，因为在低的工业CO₂排放方面，它同时具有铝酸钙和硫酸钙的积极作用，而不必使用昂贵的原材料，在一定程度上可以将高质量铝土矿的使用减至最小或用其它材料代替。