[发明专利]波特兰水泥熟料及其应用

说明书

本发明涉及波特兰水泥熟料，其应用和波特兰水泥。波特兰水泥通常由波特兰水泥熟料和硫酸盐载体组成，其中硫酸盐载体一般是石膏。

波特兰水泥熟料由主要含有一定比例的氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)和氧化铁(Fe₂O₃)的原料混合物制成。通过加热该混合物直至烧结而由它们生成新化合物，即所谓的熟料相。它们的典型数量可为如下所示，以重量百分比表示：

-C₃S  (3CaO×SiO₂)40至80

-C₂S  (2CaO×SiO₂)＜30

-C₄AF (4CaO×Al₂O₃×Fe₂O₃)4至15

-C₃A  (3CaO×Al₂O₃)7至15

主要由于熟料相C₃S之故，水泥与水混合、固化后具有强度。

制备水泥熟料需要相当大的能量消耗。能量消耗一部分包括燃烧中的热量损失(尤其是通过辐射、废气体损失和从加热炉端部卸出的热熟料损失热量)。另一部分能量消耗于吸热反应中，特别是碳酸钙(主要的CaO载体)分解成CaO之中。

因此，人们努力降低能量成本。

首先，此目的可通过这样的方法最简单地实现，即降低富含CaO熟料相(C₃A，C₃S)的比例，并相应增加含更少CaO(C₂S，C₄AF)相的比例，这种作法看起来是合乎逻辑的。

然而，其缺点是这样制得的水泥在强度的增加上远远不如常见的波特兰水泥，这是因为C₂S，C₄AF的水合作用比C₃S和C₃A的水合作用慢得多。

为此，试图用C₄A₃S(其中S表示SO₃)代替熟料相C₃S，因为C₄A₃S水合作用较快。在这种情况下，有必要往原料混合物中单独加入硫酸盐载体，其中硫酸盐(以SO₃表示)最大部分键合到C₄A₃S相中。

这种已知水泥(熟料)的缺点是，在燃烧过程中根本不生成C₃S，因为硫酸盐(SO₃)的存在妨碍或阻止C₃S的生成。“Zement-Kalk-Gips，4/1990，p.199”中，已说明C₃S(阿里特水泥)的含量随熟料中SO₃含量的增加而减少。此外，在生成C₄A₃S所需的1250至1300℃那样低的燃烧温度下，在生成C₄A₃S所需的高含量(3-10％重量)SO₃的存在下，无C₃S生成。升高温度是不可能的，因为这样C₄A₃S变得不稳定，而且不再能生成。

DE42 04 227 Cl描述了SO₃含量为3-8％(重量)的波特兰水泥熟料。除了C₄A₃S之外，它还含有30-80％(重量)的C₃S。该熟料的合成通过向原料混合物中加入含F-的添加剂实现。研磨熟料除需热能之外还需电能。

本发明的目的是提供波特兰水泥，较之常规波特兰水泥，其熟料可在更低的燃烧温度制备，并可用更低的能量消耗研磨，其中由此生成的波特兰水泥与水混合后表现出至少与普通波特兰水泥相等的强度增加。

令人惊奇的是，发现这种波特兰水泥熟料可用含40至80％(重量)的C₃S制备，并可在1250至1350℃的低温度燃烧，如果含SO₃的添加剂混入原料混合物中，其中熟料中SO₃的含量大于1.0％小于3.0％(重量)。不必加入可加速燃烧过程的含氟的添加剂(例如CaF₂或ZnO)。当然也可加入。