专利名称：含高胶凝性矿物*的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种通用硅酸盐水泥改性剂，特别涉及含高胶凝性矿物C4Aj的通用 硅酸盐水泥改性剂及其应用的方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术：
硅酸盐水泥是世界范围内在建筑材料领域使用最广泛、用量最多的胶凝材料。其 熟料由四种主要矿物组成(C3s、C2S, C3A和C4AF)，煅烧温度为1450°C。C3S和C2S是硅酸盐 水泥熟料中的主要矿物，其水化产物主要是水化硅酸钙(C-S-H)和氢氧化钙，C3S含量高且 水化较快，对水泥的强度性能起主要作用。但若提高水泥熟料中C3S矿物含量，会使生料的 易烧性变差，煅烧温度升高。C3A和C4AF是熟料中的次要矿物，其水化产物主要是水化硫铝 (铁)酸钙(钙矾石或AFt)。C3A水化反应迅速，水化过程放出大量的热，凝结硬化快，早期 强度较高，但易使水泥急凝，应控制其含量在较低范围。关于硅酸盐水泥中4大矿物的形成 和匹配关系已经进行了深入系统的研究，鉴于硅酸盐水泥熟料的矿物组成特点，其水化过 程中形成的水化产物主要是水化硅酸钙(C-S-H)、氢氧化钙和少量钙矾石等，使该水泥表现 出早期强度偏低，水化过程体积收缩较大等缺点。当掺入较大比例的矿渣、粉煤灰或其他工 业废渣作混合材时，还可导致水泥的强度明显降低，凝结时间延长。近年来，通过在硅酸盐水泥熟料中引入非传统硅酸盐熟料体系的高胶凝性矿物 C4A3S，以取代C3A,获得一个新的具有高胶凝性的水泥熟料矿相体系，如阿利特_硫铝酸 盐水泥。其水泥熟料的主要矿物组成为C3S、C2S、C4A$和C4AF,水泥的主要强度矿物是C3S 和C4Aj，水化过程中形成的水化产物除水化硅酸钙(C-S-H)和氢氧化钙外，还有较多的钙 矾石，表现出早期强度较高，水化过程体积收缩较小等优点。当掺入较大比例的矿渣、粉煤 灰等混合材时，水泥的强度降低幅度较小。但是C3S大量形成的温度高于14001，而(4八3互 矿物在1350°C以上就大量分解。二者共存温度范围过窄，熟料煅烧过程对气氛的要求较高， 工业生产控制上有一定难度，所得熟料中的实际矿物组成往往难以达到设计目的要求。
发明内容
为了在硅酸盐水泥体系中引入高胶凝性矿物C4Aj以改善硅酸盐水泥的性能，又 避免诸如阿利特-硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程难以控制，以及熟料中的实际矿物组成难以 达到设计目的要求等缺点，本发明提供一种含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性 剂及其应用的方法。本发明采取的技术方案为一种含高胶凝性矿物C4A j的通用硅酸盐水泥改性剂，其制备步骤如下(1)以高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，以高铝含量废 渣的化学组成为依据进行配料计算，根据原料组成不同，设计C4A3I、C2S和C4AF矿物质量 配比范围为C4A3云15 45% ；C2S 40 75% ；C4AF 2 20%，引入0 2%的CaF2作矿化剂(以矿物总质量为基准外加)，制备改性剂的生料配合料；(2)将配合料粉磨至0. 08mm方孔筛筛余小于15%，于1250 1350°C煅烧15 60min，制得水泥改性剂熟料；(3)将水泥改性剂熟料配以1 8%的石膏(以改性剂总质量为基准计算)，粉磨 至0. 08mm方孔筛筛余小于10%，制得水泥改性剂。所述的高铝含量废渣为粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾土尾矿。所述的高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石的用量质量比为 (15 40) (3 10) (50 75)。一种含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性剂，其应用方法如下将含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性剂熟料以占5 30%的质量比 例与硅酸盐水泥熟料和石膏、矿渣以及粉煤灰等混合材共同粉磨，控制细度达到340m2/kg ； 或者直接将含高胶凝性矿物C4A3的通用硅酸盐水泥改性剂以占5 30%的质量比例与 通用硅酸盐水泥混合均勻，控制细度达到340m2/kg，制得具有快硬、早强以及补偿收缩或微 膨胀性能的通用硅酸盐水泥。本发明采用分别煅烧技术，用高铝含量废渣(主要为粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾 土尾矿等)和天然或工业副产石膏以及天然石灰石，低温烧制含C4A31、C2S和C4AF矿物的 用于提高通用硅酸盐水泥性能的改性剂。该改性剂可大量利用工业废渣且煅烧温度低，既 可降低生产成本，又具有环保意义。由于改性剂含有较大比例的早强矿，将其以适 当配比掺入到通用硅酸盐水泥中代替部分熟料，发挥早强矿物水化快且对矿渣、粉煤灰等 混合材有激发作用的特点，形成较多的钙矾石和铝胶等水化产物，调节硅酸盐水泥水化产 物的种类与配比，达到提高通用硅酸盐水泥性能的目的，解决了 C3S与C4A^矿物共存温度 范围窄，形成温度不相匹配的问题，保证了具有早强特性的高胶凝性矿物C4Aj的有效利 用。在适当的掺加范围内，可明显提高通用硅酸盐水泥的各龄期强度。对于混合材掺加量 为40%的硅酸盐水泥，其3d强度可提高5 20%，28d强度提高3 10% ；凝结时间缩短 10 30% ；体积收缩率-3. 0 +1. 0X 10_4 ；替代部分硅酸盐水泥熟料，可降低生产成本。
具体实施例方式下面结合具体实施例来说明本发明的实质。有必要在此指出的是这些实施例仅 用于证实本发明而不用于限制本发明的范围。实施例1(1) 一种含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性剂的制备①以粉煤灰、天然石膏和石灰石为原料，将粉煤灰中所含A1203以形成最多的 C4Aj矿物为依据进行配料计算，原料的化学组成见表1。表1计算所需原料的化学组成
LossSi02A1203Fe203CaOMgOS03E
权利要求
一种含高胶凝性矿物的通用硅酸盐水泥改性剂，其特征是，制备步骤如下(1)以高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，以高铝含量废渣的化学组成为依据进行配料计算，根据原料组成不同，设计C2S和C4AF矿物配比范围为，15～45％；C2S40～75％；C4AF2～20％，引入矿物总质量0～2％的CaF2作矿化剂，制备改性剂的生料配合料；(2)将生料配合料粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于15％，于1250～1350℃煅烧15～60min，制得水泥改性剂熟料；(3)将水泥改性剂熟料配以其质量1～8％的石膏，粉磨至0.08mm方孔筛筛余小于10％，制得水泥改性剂。FSA00000261088800011.tif,FSA00000261088800012.tif,FSA00000261088800013.tif
2.按照权利要求1所述的含高胶凝性矿物(4人斤的通用硅酸盐水泥改性剂，其特征 是，所述的高铝含量废渣为粉煤灰、煤矸石、炉渣或矾土尾矿。
3.按照权利要求1所述的含高胶凝性矿物(4人3云的通用硅酸盐水泥改性剂，其特征 是，所述的高铝含量废渣、天然或工业副产石膏以及天然石灰石的质量比为15 40 3 10 50 75。
4.权利要求1所述的含高胶凝性矿的通用硅酸盐水泥改性剂的应用方法，其 特征是，将含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性剂熟料以占5 30%的质量比例 与硅酸盐水泥熟料和石膏、矿渣以及粉煤灰等混合材共同粉磨，控制细度达到340m2/kg ；或 者直接将含高胶凝性矿物C4Aj的通用硅酸盐水泥改性剂以占5 30%的质量比例与通用 硅酸盐水泥混合均勻，控制细度达到340m2/kg，制得改性通用硅酸盐水泥。
全文摘要
本发明涉及一种含高胶凝性矿物的通用硅酸盐水泥改性剂及其应用方法，改性剂以高铝含量废渣和天然或工业副产石膏以及天然石灰石为原料，合理设计配料矿物组成，在1250～1350℃下煅烧15～60min，制得改性剂熟料；将改性剂熟料加入石膏制得矿物含量较高的通用硅酸盐水泥改性剂。将此改性剂熟料或改性剂以适当配比掺入到通用硅酸盐水泥中代替部分熟料，发挥早强矿物水化快且对矿渣、粉煤灰等混合材有激发作用的特点，形成较多的钙矾石和铝胶等水化产物，调节硅酸盐水泥水化产物的种类与配比。解决了C3S与矿物共存温度范围窄和形成温度不相匹配的问题，保证了具有早强特性的高胶凝性矿物的有效利用，达到提高通用硅酸盐水泥性能和降低生产成本的目的。
文档编号C04B28/04GK101948257SQ20101027538
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者刘晓存, 刘通, 吴远超, 李保亮, 李艳君, 王卫山 申请人:济南大学