本发明涉及一种硫铝酸盐水泥改性的方法，属于水泥改性技术领域。
背景技术：
硫铝酸盐水泥作为一种特种水泥，具有早强、耐侵蚀、抗冻等优良特性，主要应用于冬季施工、抗渗堵漏、快速修补等特殊工程，不足的是硫铝酸盐水泥中贝利特矿物水化活性低导致水泥后期强度增长缓慢甚至倒缩，需要对其后期性能加以改善。通常，硫铝酸盐水泥生产要求铝质原材料的品质较高，不仅生产成本增加，而且原材料也受到极大限制。目前，一种提高贝利特含量、降低硫铝酸钙含量的贝利特硫铝酸盐水泥引起广泛关注，该水泥降低了高品质矾土的需求，扩大了铝质原材料的来源，使得一些含铝的工业废渣得到应用，但是贝利特硫铝酸盐水泥中贝利特含量较高，水泥的后期强度依然偏低。
针对硫铝酸盐水泥后期强度偏低的问题，国内外科研人员在贝利特矿物的活化方面开展了大量的研究工作，常用的活化方法有快速冷却、机械活化和化学掺杂，这些方法一定程度上提高了贝利特的水化活性，但是存在诸多不足，如对工艺控制要求较高，很多问题还局限于实验室研究，贝利特矿物活化的关键技术还很难解决，因此未能在硫铝酸盐水泥的规模化生产和应用方面取得突破。
硫硅酸钙(2c2s·cs，简写为c5s2s)是硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中形成的中间矿物，其形成与配料组成的铝硫比有关，并且在熟料煅烧温度较低时，最终烧成产物中才会有硫硅酸钙存在。通常，硫硅酸钙被认为是一种惰性矿物，在传统硫铝酸盐水泥生产中都会避免其形成，因此，现有煅烧工艺制备的硫铝酸盐水泥一般不会含有硫硅酸钙矿物。但申请人最新研究发现，在硫铝酸盐水泥体系中，硫硅酸钙的水化活性能够得以激发并且显著高于贝利特活性，这一特性有利于硫铝酸盐水泥后期强度的增长，解决目前硫铝酸盐水泥强度倒缩的问题。因此，申请人认为硫硅酸钙可以作为硫铝酸盐水泥的外加改性剂。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有硫铝酸盐水泥的性能问题，提高一种硫铝酸盐水泥改性的方法，其主要利用硫硅酸钙矿物对硫铝酸盐水泥进行改性，以提高硫铝酸盐水泥的后期强度，改善后期强度倒缩，有利于硫铝酸盐水泥在工程技术上的推广应用。
本发明的目的是这样实现的，一种硫铝酸盐水泥改性的方法，其特征在于，以硫铝酸盐水泥熟料为基料，以烧制硫铝酸盐水泥熟料过程中形成的硫硅酸钙矿物为改性剂，加入石膏混合磨细制成改性的硫铝酸盐水泥；其中，改性的硫铝酸盐水泥各组份的质量百分比如下：硫铝酸盐水泥熟料70～90％、改性剂5～15％；石膏5～15％。
所述的硫硅酸钙矿物由包括石灰石、硅灰、二水石膏的生料在1100～1200℃条件下高温煅烧、保温12小时制备而得。
所述改性剂中硫硅酸钙的质量含量大于70％。
所述石膏采用二水石膏或天然硬石膏。
硫铝酸盐水泥熟料、改性剂和石膏混合均匀后，经球磨机粉磨至比表面积为300～400m2/kg，制成改性的硫铝酸盐水泥。
本发明方法先进科学，通过本发明，一种硫铝酸盐水泥改性的方法，在于以硫铝酸盐水泥熟料为基料，以烧制硫铝酸盐水泥熟料过程中形成的硫硅酸钙过渡矿物为改性剂，加入适量石膏混合磨细制成，改性水泥各组份的质量百分比如下：硫铝酸盐水泥熟料70～90％、硫硅酸钙5～15％、石膏5～15％。
申请人分析了传统硫铝酸盐水泥后期强度偏低的原因，在于硫铝酸盐水泥中贝利特矿物水化活性低，水化缓慢，对后期强度增长贡献较小。本发明的硫铝酸盐水泥改性的方法中，硫硅酸钙矿物作为改性剂可以解决这一问题。硫硅酸钙作为硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中形成的一种过渡矿物，以往被认为是一种惰性矿物，在传统硫铝酸盐水泥生产中都会避免其形成，因此，现有煅烧工艺制备的硫铝酸盐水泥一般不会含有硫硅酸钙矿物。但申请人最新研究发现，在硫铝酸盐水泥体系中，硫硅酸钙的水化活性能够得以激发并且显著高于贝利特活性，这一特性有利于硫铝酸盐水泥后期强度的增长，解决目前硫铝酸盐水泥强度倒缩的问题。因此，申请人认为硫硅酸钙可以作为硫铝酸盐水泥的外加改性组分，这对于现有技术有突出的实质性贡献作用。
上述技术方案中，硫硅酸钙矿物由包括石灰石、硅灰和二水石膏的生料煅烧而得。其中，作为煅烧参数的优选1100～1200℃条件下高温煅烧并保温12小时，这样更加利于硫硅酸钙矿物的形成，提高纯度。
作为技术方案的优化，制备的混合矿物中硫硅酸钙的质量含量大于70％，这样可以保证其作为硫铝酸盐水泥的外加改性剂时硫硅酸钙是主要的改性组分，并且保证改性的效果。
更好的选择是得到的混合矿物中，硫硅酸钙矿物的质量含量范围为70％～90％，剩余成分为贝利特矿物。
作为上述方案的优化，所述石膏可以采用二水石膏或硬石膏。这样成本低廉且利于实施。
作为上述方案的优化，将硫铝酸盐水泥熟料、硫硅酸钙和石膏按比例混合均匀并粉磨至比表面积为300～400m2/kg。
上述技术方案制备的改性硫铝酸盐水泥中硫硅酸钙矿物的含量在5～15％。
综上，本方法将传统烧制硫铝酸盐水泥熟料过程中形成的中间矿物—硫硅酸钙作为改性剂，以硫铝酸盐水泥熟料作为基料，并配以石膏为调节剂混合磨细制成改性硫铝酸盐水泥。
本发明能够有效地改善硫铝酸盐水泥后期强度倒缩的问题，提高硫铝酸盐水泥的后期和长期力学性能，扩大硫铝酸盐水泥的应用范围；同时硫硅酸钙矿物的制备可以消纳高硫酸钙含量的硅酸盐类废渣，具有节能降耗、降低成本、实施方便等优点。
本发明具有如下优点：
1、利用硫硅酸钙矿物改性硫铝酸盐水泥，可以显著提高硫铝酸盐水泥的后期强度，解决其后期强度倒缩的问题。
2、硫硅酸钙矿物制备简单，且易磨性好，适合工业化生产，作为水泥添加剂实施方便。
3、硫硅酸钙矿物的制备可以利用高硫酸钙含量的硅酸盐类废渣，节能降耗、成本低廉，有利于环境保护。
4、改性后的硫铝酸盐水泥适用范围广。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种硫铝酸盐水泥改性的方法，以硫铝酸盐水泥熟料为基料，以烧制硫铝酸盐水泥熟料过程中形成的硫硅酸钙矿物为改性剂，加入石膏混合磨细制成改性的硫铝酸盐水泥；其中，改性的硫铝酸盐水泥各组份的质量百分比如下：硫铝酸盐水泥熟料70～90％、改性剂5～15％；石膏5～15％。其中，作为优选，所述的硫硅酸钙矿物由包括石灰石、硅灰、二水石膏的生料在1100～1200℃条件下高温煅烧、保温12小时制备而得。改性剂中硫硅酸钙的质量含量大于70％。石膏采用二水石膏或天然硬石膏。硫铝酸盐水泥熟料、改性剂和石膏混合均匀后，经球磨机粉磨至比表面积为300～400m2/kg，制成改性的硫铝酸盐水泥。
参照以上比例，在制作时，进行具体化生产如实施例1、2、3。在实施例1、2、3中，均使用硫硅酸钙矿物作为改性剂，石膏均采用二水石膏。
实施例1：
一种硫铝酸盐水泥的改性方法，具体实施步骤如下：将硫铝酸盐水泥熟料、硫硅酸钙、二水石膏按照以下质量配比配料：硫铝酸盐水泥熟料78份、硫硅酸钙7份、二水石膏15份，混合均匀后共同粉磨至比表面积为330m2/kg，制成水泥成品。将改性后的硫铝酸盐水泥制备成标准试件，根据国标gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对胶砂试件强度进行测试，经测定90天抗压强度为60.2mpa。
实施例2：
一种硫铝酸盐水泥的改性方法，具体实施步骤如下：将硫铝酸盐水泥熟料、硫硅酸钙、硬石膏按照以下质量配比配料：硫铝酸盐水泥熟料80份、硫硅酸钙10份、二水石膏10份，混合均匀后共同粉磨至比表面积为350m2/kg，制成水泥成品。将改性后的硫铝酸盐水泥制备成标准试件，根据国标gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对胶砂试件强度进行测试，经测定90天抗压强度为64.5mpa。
实施例3：
一种硫铝酸盐水泥的改性方法，具体实施步骤如下：将硫铝酸盐水泥熟料、硫硅酸钙、硬石膏按照以下质量配比配料：硫铝酸盐水泥熟料88份、硫硅酸钙15份、二水石膏7份，混合均匀后共同粉磨至比表面积为360m2/kg，制成水泥成品。将改性后的硫铝酸盐水泥制备成标准试件，根据国标gb/t17671-1999《水泥强度检验方法》对胶砂试件强度进行测试，经测定90天抗压强度为67.6mpa。
为了进一步验证硫硅酸钙对硫铝酸盐水泥的改性效果，申请人将上述实施例1、实施例2和实施例3各龄期下的胶砂强度与对比组(相同硫铝酸盐水泥熟料配制的快硬硫铝酸盐水泥)强度进行对比，如表1所示。
表1
从表1中可以看出，硫硅酸钙改性后的硫铝酸盐水泥强度显著高于普通硫铝酸盐水泥的强度，尤其是水泥的后期(56天以后)强度增长加快。因此，本发明利用硫硅酸钙矿物对硫铝酸盐水泥进行改性，不仅可以解决硫铝酸盐水泥后期强度倒缩的问题，还能扩大硫铝酸盐水泥的应用范围。