[发明专利]低钙硅酸盐水泥及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种低钙硅酸盐水泥及其制备方法。

背景技术

传统硅酸盐水泥由主要硅酸三钙(3CaO·SiO₂，简写为C₃S，又叫阿利特)、硅酸二钙(2CaO·SiO₂，简写为C₂S，又叫贝利特)、铝酸三钙(3CaO·Al₂O₃,简写为C₃A)和铁铝酸四钙(4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃，简写为C₄AF，又叫才利特)四种矿物组成，其中硅酸三钙是最主要的构成矿物，含量为50％-70％，是水泥强度的主要来源。传统硅酸盐水泥是典型的高钙水泥(熟料的石灰石饱和系数一般在0.86以上)，在制备过程中需要消耗较多的石灰石，熟料形成温度高(1450℃-1500℃)，因此传统硅酸盐水泥制造过程资源能源消耗较高，CO₂排放量较大。

与传统硅酸盐水泥相比，以贝利特为主要组成矿物的低钙硅酸盐水泥(也有称作高贝利特水泥)石灰石消耗降低，CO₂排放减少5％-10％，水化放热低、耐久性优异，可以利用低品位的原材料，低品位原材料是指原材料中有效组分含量低于正常水平或其他组分超过相关限值的原料，如一般石灰石中CaO含量在50-54％，《水泥工厂设计规范GB50295-2008》中明确用于水泥生产的石灰质原料CaO含量要大于48％。在实际中，CaO含量小于48％即为低品位石灰石或低品位石灰质原料。由于普通水泥中CaO含量较高，如果石灰质原料中CaO低于48％，就难以满足配料要求。而对于低钙水泥来说，其熟料中CaO较普通水泥低5％左右，因此配料是可以使用CaO含量较低的低品位原材料；这些都在原料的选取方面降低了成本。然而，由于结构上的差异，贝利特与水反应的活性较阿利特低得多，导致低钙硅酸盐水泥早期强度较低，如目前的低钙硅酸盐水泥(也叫低热硅酸盐水泥)主要用在水工大坝等对早期强度要求不高的大体积混凝土工程中。由于低钙硅酸盐水泥早期强度较低，难以满足土木建设工程高速建设的需要，制约了低钙硅酸盐水泥在建设工程中的应用。

要解决以低钙硅酸盐水泥早期强度等性能较低的问题，使之早期性能达到或超过普通水泥并在建设工程中大规模应用，关键问题是贝利特的活化。关于贝利特结构与活性，目前已经确认贝利特从高温到低温依次呈α、α’_H、α’_L、β、γ五种晶型。其中γ型为常温晶型，几乎不与水发生反应，没有水硬活性。另外四种高温型的贝利特需要采用稳定剂稳定后才能在常温下存在，且不同晶型具有不同水硬活性，一般认为从高温晶型到低温晶型，活性依次降低。即便是同一种晶型的贝利特，其活性也受到固溶离子、工艺参数等影响而不同。目前得到一致公认的是，掺入杂质离子可以使得部分高温晶型得以保留，从而大大提高贝利特的活性。另外，研究还发现，掺杂离子的离子半径与Ca²⁺和Si⁴⁺差异越大，对活性晶型的稳定效果越好。然而，这些结论主要是针对硅酸二钙(贝利特是硅酸二钙的固溶体)得出的，已有的研究表明，生料中的BaO会阻碍熟料最主要矿物C₃S以及熔剂矿物C₃A的形成，对熟料的形成有不利的影响。在CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃等多元体系的熟料中，掺杂的作用受到多种因素的影响，如目标掺杂物是进入何种矿物，以及对目标矿物之外其他矿物的影响等等造成效果不明显。

发明内容

本发明提供了一种低钙硅酸盐水泥，其贝利特中固溶有钡离子，具有较高的水化活性，水泥的早期强度接近普通水泥，后期强度高于普通水泥。

本发明实施例还提供了一种低钙硅酸盐水泥的制备方法，可以使钡离子大部分进入贝利特中，提高低钙硅酸盐水泥活性，尤其是提高低钙硅酸盐水泥的早期强度。

本发明是通过如下方案实现的：

一种低钙硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：

选取低钙硅酸盐水泥原料，其中包括含钡废渣或含钡尾矿，将所述原料研磨成生料粉，然后经1350℃-1450℃煅烧20-50min，冷却至室温制备成水泥熟料，将所述水泥熟料与石膏共同粉磨制备成低钙硅酸盐水泥。所述熟料按照质量百分数计包括如下化学组分：