本發(fā)明涉及到水泥材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料及其制備方法。

背景技術(shù)：

硫鋁酸鹽水泥是一種具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B和微膨脹等性能膠凝材料，其主要礦物硫鋁酸鈣（c4a3$）在熟料體系中其大量形成的溫度在1200℃左右，在較高的溫度下，c4a3$會(huì)分解，一般認(rèn)為其穩(wěn)定存在的上限溫度為1350℃。硅酸鹽水泥熟料主礦相硅酸三鈣（c3s）是在有液相存在的情況下形成的，而液相形成溫度至少要在1250℃，c3s的大量形成溫度一般在1350℃以上。而熟料體系中存在高so3含量下，會(huì)抑制c3s礦物形成，因此，一般情況下，c3s不能在硫鋁酸鹽水泥熟料中存在。氧化物簡(jiǎn)寫為：c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。

現(xiàn)有技術(shù)在硫鋁酸鹽水泥熟料中引入c3s礦物，基本上是通過熟料體系中加入礦化劑caf2，降低c3s燒成溫度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)c3s引入到硫鋁酸鹽水泥熟料體系。專利硫鋁酸鈣-阿利特復(fù)合礦相水泥熟料及其制備方法（公開號(hào)cn1951853a）和專利一種c3s型硫鋁酸鹽水泥熟料及其制備方法（cn104326687a）均是使用了礦化劑caf2實(shí)現(xiàn)c3s和c4a3$共存。但是礦化劑caf2的使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且對(duì)水泥窯爐系統(tǒng)具有腐蝕性，同時(shí)隨著caf2摻量增加會(huì)對(duì)水泥性能有不利影響，限制了其在水泥熟料制備中的應(yīng)用。

因此，開發(fā)一種新的含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料及其制備方法的研究對(duì)熟料工業(yè)發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，采用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o為原料，解決向硫鋁酸鹽水泥熟料中引入c3s礦物問題。

本發(fā)明還提供上述含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，通過調(diào)整熟料體系鐵相組成和含量，采用離子摻雜技術(shù)，制備含硅酸三鈣（c3s）的硫鋁酸鹽水泥熟料。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，礦物組成中，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；

所述c2f，即鐵酸二鈣，化學(xué)計(jì)量式為2cao·fe2o3；所述c3ba3$，即硫鋁酸鋇鈣，化學(xué)計(jì)量為3cao·3al2o3·baso4。

所述含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：

c3s5～30％，

c3ba3$20～65％，

c2s30～60％，

c2f3～25％；

其中，氧化物簡(jiǎn)寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。

所述含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，化學(xué)組成及百分含量為：

cao47～60%，

sio211～29%，

al2o38～28%，

fe2o31～15%，

bao5～17%，

so32～8%。

上述含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，步驟包括：

1）配料：按下述重量份稱取原料caco383～107份、baco36.4～21.8份、sio211～29份、al(oh)312.2～43.8份、fe2o31～15份和caso4·2h2o4.3～17.2份，然后將配好的原料經(jīng)濕法混合后，烘干，壓片，備用；

2）煅燒：將步驟1）處理后原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然后保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1300～1410℃，并保溫煅燒0.5～1.5h；

3）冷卻：煅燒結(jié)束后，空氣急冷，得到含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。

優(yōu)選地，步驟1）中，原料粒度在80μm以下。

優(yōu)選地，步驟1）中，烘干溫度為105℃。

優(yōu)選地，步驟1）中，壓片方法為：烘干后原料中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的水，混合均勻后，在鋼模中16mpa下壓制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h。

優(yōu)選地，步驟2）中，以3℃/min升至1320℃，并保溫煅燒1h。

本發(fā)明含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，煅燒過程中液相主要是由cao、al2o3和fe2o3等組成，熟料燒結(jié)形成c3s的過程，與液相形成溫度、液相量、液相性質(zhì)以及cao、c2s溶解于液相的溶解速度、離子擴(kuò)散速度等各因素有關(guān)。因此通過調(diào)節(jié)鐵相組成和含量，同時(shí)采用離子摻雜技術(shù)，解決在硫鋁酸鹽水泥熟料中生成一定量的c3s礦物。從而避免了引入caf2對(duì)水泥性能和設(shè)備的影響。通過調(diào)控熟料體系液相性質(zhì)，制備出中后期強(qiáng)度持續(xù)增加的含c3s的硫鋁酸鹽水泥熟料，同時(shí)克服了硫鋁酸鹽水泥由于堿度低而限制混合材的使用。

本發(fā)明含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，原料礦物均采用caco3、baco3、sio2、al(oh)3、fe2o3和caso4·2h2o配料，熟料燒結(jié)形成c3s的過程需要液相環(huán)境，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)鐵相組成為c2f，鐵相量在3～25%之間，可有效促進(jìn)c2s更多溶解于液相并吸收cao轉(zhuǎn)化為c3s，同時(shí)設(shè)計(jì)引入bao使硫鋁酸鹽礦物分解溫度提高30℃，擴(kuò)大了c3s和硫鋁酸鹽礦物溫度共存區(qū)間。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果和特點(diǎn)：

1）通過調(diào)整鐵相組成，可以明顯降低c3s礦物形成溫度，有利于節(jié)能降耗。

2）本發(fā)明含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料中硫鋁酸鹽礦物為含硫鋁酸鋇鈣（3cao·3al2o3·baso4），其分解溫度較c4a3$高30℃，擴(kuò)大了c3s和硫鋁酸鹽礦物共存區(qū)間。

3）本發(fā)明含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料可以增加硫鋁酸鹽水泥中混合材摻量。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；

圖2為實(shí)施例2制備的含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；

圖3為實(shí)施例3制備的含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成xrd圖譜；

圖4為對(duì)比例1制備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜；

圖5為對(duì)比例2制備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜；

圖6為對(duì)比例3制備的水泥熟料礦物組成xrd圖譜。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，以下利用實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明，但本發(fā)明內(nèi)容不能認(rèn)為限制發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

一種含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，步驟包括：

1）配料：按下述重量份稱取原料caco389.8份、baco36.4份、sio218.6份、al(oh)315.2份、fe2o311.7份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后將配好的原料經(jīng)濕法混合后，105℃烘干，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的水，混合均勻后，在鋼模中16mpa下壓制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，備用；

2）煅燒：將步驟1）處理后原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然后保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1320℃，并保溫煅燒1h；

3）冷卻：煅燒結(jié)束后，空氣急冷，得到含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。

實(shí)施例1含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s42%，c2f20%，c3ba3$23%。其中，氧化物簡(jiǎn)寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖1xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；

其化學(xué)組成及百分含量為：cao52.1%，sio218.6%，al2o39.9%，fe2o311.8%，bao5.0%，so32.6%。

實(shí)施例2

一種含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，步驟包括：

1）配料：按下述重量份稱取原料caco391.9份、baco36.4份、sio220.4份、al(oh)315.2份、fe2o38.8份和caso4·2h2o5.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后將配好的原料經(jīng)濕法混合后，105℃烘干，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的水，混合均勻后，在鋼模中16mpa下壓制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，備用；

2）煅燒：將步驟1）處理后原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然后保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1350℃，并保溫煅燒1h；

3）冷卻：煅燒結(jié)束后，空氣急冷，得到含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。

實(shí)施例2含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s47%，c2f15%，c3ba3$23%。其中，氧化物簡(jiǎn)寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖2xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c3ba3$；

其化學(xué)組成及百分含量為：cao53.3%，sio220.4%，al2o39.9%，fe2o38.8%，bao5.0%，so32.6%。

實(shí)施例3

一種含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料的制備方法，步驟包括：

1）配料：按下述重量份稱取原料caco386.3份、baco37.5份、sio217.2份、al(oh)317.9份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.6份，各原料粒度均在80μm以下，然后將配好的原料經(jīng)濕法混合后，105℃烘干，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%的水，混合均勻后，在鋼模中16mpa下壓制成φ35mm×5mm的生料片，然后于105℃烘4h，備用；

2）煅燒：將步驟1）處理后原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然后保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1380℃，并保溫煅燒1h；

3）冷卻：煅燒結(jié)束后，空氣急冷，得到含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料。

實(shí)施例3含硅酸三鈣的硫鋁酸鹽水泥熟料，其礦物百分含量組成為：c3s15%，c2s38%，c2f20%，c3ba3$27%。其中，氧化物簡(jiǎn)寫為c=cao、s=sio2、a=al2o3、f=fe2o3、$=so3、b=bao。所得熟料樣品礦物組成詳見附圖3xrd圖譜，圖中明顯可見c3s的衍射峰(d＝1.76)和c3ba3$(d＝3.77)。

其化學(xué)組成及百分含量為：cao50.5%，sio217.2%，al2o311.7%，fe2o311.7%，bao5.8%，so33.1%。

對(duì)比例1

制備方法同實(shí)施例1，不同之處在于步驟1）配料組成：按下述重量份稱取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份。

對(duì)比例1所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c2f，c4a3$(d＝3.75)和游離鈣，沒有發(fā)現(xiàn)c3s特征衍射峰（d＝1.76）；所得熟料樣品礦物組成詳見附圖4xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。

對(duì)比例2

制備方法同實(shí)施例2，不同之處在于步驟1配料組成：caco398.0份、sio220.3份、al(oh)322.5份、fe2o34.9份和caso4·2h2o6.5份。

對(duì)比例2所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c4af，c4a3$(d＝3.75)和游離鈣，沒有發(fā)現(xiàn)c3s特征衍射峰（d＝1.76）；

礦物組成詳見附圖5xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c4af；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。

對(duì)比例3

制備方法同實(shí)施例1，不同之處在于步驟1）：按下述重量份稱取原料caco394.6份、sio218.6份、al(oh)317.6份、fe2o311.7份和caso4·2h2o6.5份，然后將配好的原料經(jīng)濕法混合后，烘干壓片，備用；

將步驟1）處理后原料，以5℃/min從室溫升至900℃，然后保溫煅燒1h，再以3℃/min升至1380℃，并保溫煅燒1h。

對(duì)比例3所得水泥熟料，其礦物百分含量組成為：主要是c2s，c2f，c4a3$和游離鈣，沒有發(fā)現(xiàn)c3s特征衍射峰；所得熟料樣品礦物組成詳見附圖6xrd圖譜，可見，礦物組成中，鐵相為c2f；硫鋁酸鹽礦物為c4a3$。