本发明属于水泥添加剂技术领域，具体涉及一种高水化活性硫硅酸钙矿物及其制备方法和应用方法。
背景技术：
生产传统硅酸盐水泥的原材料主要是石灰质、粘土及其它硅、铝和铁质校正原料，水泥熟料的主要矿物成分为硅酸三钙（S）、硅酸二钙（S）、铝酸三钙（A）和铁铝酸四钙（AF），通常硅酸三钙占矿物组成的60—70%，硅酸二钙占15—25%，铝酸三钙占5—10%，铁铝酸四钙占10—15%。传统硅酸盐水泥熟料硅酸三钙矿物含量很高，不仅烧成温度很高，而且对石灰石的品位要求也很高，因此，传统水泥行业是典型的高排放、高能耗、高资源负荷的典型代表，是不可持续的。
截止目前，国内外科研人员在以贝利特为主要矿物的水泥熟料（硅酸二钙为主硅酸盐水泥熟料）研究方面开展了大量的研究工作，例如，申请号201210022401的专利记载水泥熟料含有25—30％的-S；25—30％的-S；28—40％的Š；4—12％的AF；4—8％的非晶相物质，该水泥通过生成大量的-S来改善水泥的早期强度，但是生成条件很难控制，申请号200610045503.6的专利记载硫铝酸钡钙矿物与贝利特矿物复合的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，但受硫酸钡资源限制，不可能规模化生产，另有研究表明，因为贝利特矿物的水化活性很低导致水泥3天和28天强度不能满足工程要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种原料来源广泛、价格低廉、制备简单，实施方便的高水化活性硫硅酸钙矿物及其制备方法和应用方法。
本发明的技术方案是：一种高水化活性硫硅酸钙矿物，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物是由如下原料的重量份数比制成：砂岩9—11份、石灰石69—71份、石膏19—21份。
所述的砂岩中的二氧化硅的质量分数大于70%。
所述的石灰石中的氧化钙的质量分数大于53%。
所述的石膏中的三氧化硫的质量分数大于50%。
所述的石膏为磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一种。
所述的高水化活性硫硅酸钙矿物的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
步骤1：选取原料，选取二氧化硅的质量分数大于70%的砂岩、氧化钙的质量分数大于53%的石灰石和三氧化硫的质量分数大于50%的石膏；
步骤2：混合，将步骤1中选取的原料在混合搅拌机中进行混合并搅拌均匀；
步骤3：粉磨，将步骤2中混合均匀的原料在粉磨机中进行粉磨，其中粉磨后的粒径为过0.08mm方孔筛，且筛余小于5%；
步骤4：煅烧，将步骤3中得到的粉磨物在高温条件下进行煅烧，其中煅烧温度为1150-1300℃，煅烧时间为30—60min；
步骤5：冷却，将步骤5中煅烧后的粉磨物进行冷却，得到烧结产物。
所述的高水化活性硫硅酸钙矿物的应用方法，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物加入矿粉进行粉磨，粉磨后制得比表面积不小于450平方米/kg的胶凝材料。
所述的矿粉的重量与高水化活性硫硅酸钙矿物的重量比为0.5—0.9。
所述的胶凝材料与砂石的重量比为1：3，且水与胶凝材料的重量比为3：10。
所述的烧结产物中硫硅酸钙的含量为大于70%，β型硅酸二钙的含量介于10—20%之间，硫铝酸钙的含量介于5—10%之间。
本发明是基于以下原理：
砂岩的化学成分主要包括SiO2，Al2O3，Fe2O3以及其它少量氧化物，可以充分提供本发明高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物所需的硅质材料，石灰石主要提供形成高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物所需的CaO成分，石膏主要用于提供生成高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物的硫元素并控制其它铝酸盐矿物的数量。
本发明在低温下生成硫硅酸钙矿物，通过固相反应生成的硅酸二钙与硫酸钙的固溶体具有显著的水化活性，不仅对后期强度发展贡献极大，而且对水泥石早期和中期强度发展也非常有利，同时，高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物水化释放的硫酸根离子又有效地促进了矿粉的水化硬化过程，从而高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物和矿渣形成的胶凝体系不仅具有很好的早期强度和后期强度，而且其微膨胀特征提高了该胶凝体系的抗裂能力。在既有文献中没有发现具有本方法制备的以高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物和矿渣为主要组分的胶凝体系，也没有发现类似本发明所描述的胶凝体系所具有的强度发展特征；本发明采用低温合成高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物与矿粉按比例搭配的胶凝材料体系具有高水化硬化能力，在既有文献中没有发现，其对硬化水泥浆体的中期强度发展非常有利，进一步缩短了早期强度和后期强度发展的过渡时间。本方法制备的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物水化步骤如下：
第一步：
第二步：
第三步：
该胶凝材料体系具有很高的早期强度，稳定的中期强度发展和优秀的后期强度增长率，所制备的水泥砂浆流动性能优良，同时，高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物烧成过程降低CO2排放25%左右，降低氮氧化物NOx排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低电耗15%左右，是一种典型的生态胶凝材料。
本发明的有益效果是：
1．本发明提供的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物具有高水化活性，其中硫硅酸钙（C5Si2Š）含量大于70%,硅酸三钙（C3S）含量介于5—10%之间，β型硅酸二钙（β-C2S）含量介于5—10%，硫铝酸钙（C4A3Š）含量介于5%—15%之间，高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物形成温度介于1150oC—1300oC，最优温度为1200oC，贡献于该类胶凝材料的早期和中期强度发展，并对矿粉的水化活性起到激发作用。
2.该高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物的烧成温度在1200℃左右，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度降低250℃左右，烧成过程降低CO2排放25%左右，降低氮氧化物NOx排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低电耗10%左右。
3.本发明的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物与矿粉形成的胶凝材料体系具有优秀的早期强度，中期强度和后期强度，采用灰砂比为1：3，水灰比为0.3的40mmx40mmx160mm的胶砂试件检测，硬化水泥胶砂试件1天抗压强度25Mpa以上，3天抗压强度50MPa以上，28天抗压强度60Mpa以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种高水化活性硫硅酸钙矿物，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物是由如下原料的重量份数比制成：砂岩10kg、石灰石69kg、石膏21kg，所述的砂岩中的二氧化硅的质量分数大于70%，所述的石灰石中的氧化钙的质量分数大于53%，所述的石膏中的三氧化硫的质量分数大于50%，所述的石膏为磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一种。
本发明提供的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物具有高水化活性，其中硫硅酸钙（C5Si2Š）含量大于70%,硅酸三钙（C3S）含量介于5—10%之间，β型硅酸二钙（β-C2S）含量介于5—10%，硫铝酸钙（C4A3Š）含量介于5%—15%之间，高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物形成温度介于1150oC—1300oC，最优温度为1200oC，贡献于该类胶凝材料的早期和中期强度发展，并对矿粉的水化活性起到激发作用，该高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物的烧成温度在1200℃左右，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度降低250℃左右，烧成过程降低CO2排放25%左右，降低氮氧化物NOx排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低电耗10%左右，本发明的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物与矿粉形成的胶凝材料体系具有优秀的早期强度，中期强度和后期强度，采用灰砂比为1：3，水灰比为0.3的40mmx40mmx160mm的胶砂试件检测，硬化水泥胶砂试件1天抗压强度25Mpa以上，3天抗压强度50MPa以上，28天抗压强度60Mpa以上。
实施例2
一种高水化活性硫硅酸钙矿物，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物是由如下原料的重量份数比制成：砂岩11kg、石灰石70kg、石膏19kg，所述的砂岩中的二氧化硅的质量分数大于70%，所述的石灰石中的氧化钙的质量分数大于53%，所述的石膏中的三氧化硫的质量分数大于50%，所述的石膏为磷石膏、氟石膏、脱硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一种，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：步骤1：选取原料，选取二氧化硅的质量分数大于70%的砂岩、氧化钙的质量分数大于53%的石灰石和三氧化硫的质量分数大于50%的石膏；步骤2：混合，将步骤1中选取的原料在混合搅拌机中进行混合并搅拌均匀；步骤3：粉磨，将步骤2中混合均匀的原料在粉磨机中进行粉磨，其中粉磨后的粒径为过0.08mm方孔筛，且筛余小于5%；步骤4：煅烧，将步骤3中得到的粉磨物在高温条件下进行煅烧，其中煅烧温度为1150-1300℃，煅烧时间为30—60min；步骤5：冷却，将步骤5中煅烧后的粉磨物进行冷却，得到烧结产物，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物的应用方法，所述的高水化活性硫硅酸钙矿物加入矿粉进行粉磨，粉磨后制得比表面积不小于450平方米/kg的胶凝材料，所述的矿粉的重量与高水化活性硫硅酸钙矿物的重量比为0.5—0.9，所述的胶凝材料与砂石的重量比为1：3，且水与胶凝材料的重量比为3：10，所述的烧结产物中硫硅酸钙的含量为大于70%，β型硅酸二钙的含量介于10—20%之间，硫铝酸钙的含量介于5—10%之间。
本发明提供的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物具有高水化活性，其中硫硅酸钙（C5Si2Š）含量大于70%,硅酸三钙（C3S）含量介于5—10%之间，β型硅酸二钙（β-C2S）含量介于5—10%，硫铝酸钙（C4A3Š）含量介于5%—15%之间，高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物形成温度介于1150oC—1300oC，最优温度为1200oC，贡献于该类胶凝材料的早期和中期强度发展，并对矿粉的水化活性起到激发作用，该高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物的烧成温度在1200℃左右，比传统硅酸盐水泥熟料的烧成温度降低250℃左右，烧成过程降低CO2排放25%左右，降低氮氧化物NOx排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低电耗10%左右，本发明的高水化活性硫硅酸钙（C5Si2Š）矿物与矿粉形成的胶凝材料体系具有优秀的早期强度，中期强度和后期强度，采用灰砂比为1：3，水灰比为0.3的40mmx40mmx160mm的胶砂试件检测，硬化水泥胶砂试件1天抗压强度25Mpa以上，3天抗压强度50MPa以上，28天抗压强度60Mpa以上。