專利名稱：一種含q相礦物的鋁酸鹽水泥材料的制作方法
技術領域：
本發明屬于水泥材料的技術領域，涉及一種含Q相(The Quaternary Phase)礦物的鋁酸鹽水泥材料。
背景技術：
高鋁水泥系統通常指的是鋁酸一鈣(CaO.Al2O3簡稱CA)-二鋁酸一鈣(CaO.2Al2O3簡稱CA2)-硅鋁酸二鈣(2CaO.Al2O3.SiO2簡稱C2AS，又稱鈣鋁黃長石)系統，此系統中CA和CA2都是水化活性良好的礦物，而C2AS是水化活性較差的礦物，其含量占系統組成的20％左右，這個礦物若能在一定條件下轉化為水化活性良好的Q相礦物，水泥的水化活性得到顯著的改善。Q相是CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元系統中一個熱力學穩定相，Parker.T.W等人研究過，其組成6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2(簡寫為C6A4MS)。Glasser.F.R和Marr.J，Kapraik.I和Hanic.F對Q相組成、結構進行詳細的研究，認為Q相的組成在C6A4MS上有偏差，Q相應為多種固溶體，分子式為20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(簡寫為C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。Ashmetor.I.S和Mlrywk.O.A研究認為Q相具有良好的水化性能。
發明內容本發明為了克服硅鋁酸二鈣水化活性差的缺點，提供了一種由Q相水泥進行改性的新型鋁酸鹽水泥材料，并具有水化活性好，燒成溫度低，早期強度高的優點本發明是通過以下措施來實現的本發明公開了一種含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，水泥熟料中含有Q相礦物的重量百分比在40～80％。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，所述的Q相礦物為6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2或20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2，其中v∈(2.5-3.5)。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，所述水泥材料的一種組成為Q相-鋁酸一鈣(CaO.Al2O3簡稱CA)-七鋁酸十二鈣(12CaO.7Al2O3簡稱C12A7)。其中各組分的重量組成為，Q相40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，所述水泥材料的另一種組成為Q相-鋁酸一鈣(CA)-七鋁酸十二鈣(C12A7)-鐵鋁酸四鈣(4CaO.Al2O3.Fe2O3簡稱C4AF)。其中各組分的重量組成為，Q相40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，所述水泥材料的另一種組成為Q相-硅酸二鈣(2CaO.SiO2簡稱C2S)-鋁酸一鈣(CA)-鐵鋁酸四鈣(C4AF)。其中各組分的重量組成為，Q相40～80％硅酸二鈣10～50％鋁酸一鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，所述水泥材料的另一種組成為Q相-硅酸二鈣(C2S)-鐵鋁酸四鈣(C4AF)-七鋁酸十二鈣(C12A7)。其中各組分的重量組成為，Q相40～80％硅酸二鈣10～50％鐵鋁酸四鈣5～10％七鋁酸十二鈣5～10％。
本發明公開一種由Q相主導礦物的鋁酸鹽水泥，水泥熟料中含有Q相的重量百分比在40～80％。Q相的分子式為6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2簡寫為C6A4MS，或者20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(簡寫為C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。上述的C20A16-vMvSv，其中主要的結構為20CaO.13Al2O3.3MgO.3SiO2簡寫為C20A13M3S3。采用工業原料配料，燒結法燒成。6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2的膠砂抗壓強度為1d為51MPa，3d為59MPa，28d為90MPa。
本發明是在高鋁水泥系統的惰性礦物改性的基礎上進一步研究建立Q相鋁酸鹽水泥體系，包括(1)Q相-CA-C12A7，(2)Q相-CA-C12A7-C4AF，(3)Q相-C2S-CA-C4AF或Q相-C2S-C4AF-C12A7等系統。
本發明是將Q相與鋁酸一鈣或Q相與硅酸二鈣復合，形成一種新型鋁酸鹽水泥體系，該水泥具備早強快硬水泥所具有的優點，燒成溫度低和能充分利用自然資源，因而生產成本低。硅酸鹽水泥的礦物組成為硅酸三鈣(3CaO.SiO2簡稱C3S，又稱阿利特)、硅酸二鈣(2CaO.SiO2簡稱C2S，又稱貝利特)、鋁酸三鈣(3CaO.Al2O3簡稱C3A)和鐵鋁酸四鈣(4CaO.Al2O3.Fe2O3簡稱C4AF)，C3S的含量大于50％，生產時要耗費大量的優質石灰石資源，燒成溫度應在1450℃以上，消耗大量的能源。通常的高鋁水泥的礦物組成為鋁酸一鈣(CA)、二鋁酸一鈣(CA2)、硅鋁酸二鈣(C2AS)，生產方法分為熔融法和燒結法兩種，生產時熔融的溫度應在1400℃左右，燒結溫度一般在1350℃。這樣看來，Q相鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥相比，燒成溫度降低150～250℃，與高鋁水泥相比，燒成溫度降低50～150℃，節約能源，降低水泥的成本。
本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，具有突出的早強快硬性能，其燒成溫度低，水化性能好，節約能源；原料能夠利用含鎂硅的石灰石、低品位的鋁礬土，充分利用自然資源；而且其組成高鋁低鈣，生產時減少溫室氣體的排放量，具有環保作用。
圖1本發明的Q相-CA-C12A7水泥熟料XRD圖樣圖2本發明的Q相-CA-C12A7水泥熟料的SEM圖樣具體實施方式
1.本發明的Q相鋁酸鹽水泥體系中各水泥系統的熟料礦物的重量百分比、燒成條件和抗壓強度為(1)Q相-CA-C12A7水泥系統熟料礦物的重量百分比為Q相(C6A4MS)40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％水泥的燒成溫度為1230～1300℃；保溫時間為20～60min；水泥膠砂的抗壓強度1d為35～50MPa，3d為50～80MPa，
28d為70～106MPa。
(2)Q相-CA-C12A7-C4AF水泥系統熟料礦物的重量百分比為Q相(C20A13M3S3)40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％水泥的燒成溫度為1200～1260℃；保溫時間為20～60min；水泥膠砂的抗壓強度1d為30～52MPa，3d為45～71MPa，28d為50～94MPa。
(3)Q相-C2S-CA-C4AF，或Q相-C2S-C4AF-C12A7系統熟料礦物的重量百分比為Q相(C6A4MS)40～80％硅酸二鈣10～50％鋁酸一鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％或Q相(C6A4MS)40～80％硅酸二鈣10～50％鐵鋁酸四鈣5～10％七鋁酸十二鈣5～10％水泥的燒成溫度為1220～1280℃；保溫時間為20～60min；水泥膠砂的抗壓強度1d為15～25MPa，3d為20～50MPa，28d為60～90MPa。
本發明水泥的化學組成為氧化鈣(CaO)50～60％，氧化鋁(Al2O3)20～40％，氧化鎂(MgO)1～5％，氧化硅(SiO2)1～23％，三氧化二鐵(Fe2O3)1～3％，
2.本發明的制備方法以Q相-CA-C12A7水泥系統為例，生料配比為氧化鈣(CaO)53.47％，氧化鋁(Al2O3)39.40％，氧化鎂(MgO)2.86％，氧化硅(SiO2)4.27％。熟料組成為Q相60％，鋁酸一鈣30％，七鋁酸十二鈣10％。
在實驗室中采用硅碳棒電爐燒成，正常的升溫速率(10℃/min)，燒成溫度控制在1250～1300℃，保溫時間30min。
在實驗室中采用小型球磨機將熟料粉碎，粒度控制在通過200目方孔篩，只有微量篩余；抗壓強度測試條件模具采用2×2×2cm3成型，W/C比為0.4，灰砂比為1，測得各齡期的抗壓強度為1d為52.7MPa，3d為81.5MPa，28d為106.5MPa。
權利要求
1.一種含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于水泥熟料中含有Q相礦物的重量百分比在40～80％。
2.根據權利要求1所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述的Q相礦物為6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2或20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2，其中v∈(2.5-3.5)。
3.根據權利要求1或2所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的組成為Q相-CA-C12A7。
4.根據權利要求3所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的重量組成為，Q相40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％。
5.根據權利要求1或2所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的組成為Q相-CA-C12A7-C4AF。
6.根據權利要求5所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的重量組成為，Q相40～80％鋁酸一鈣10～50％七鋁酸十二鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％。
7.根據權利要求1或2所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的組成為Q相-C2S-CA-C4AF。
8.根據權利要求7所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的重量組成為，Q相40～80％硅酸二鈣10～50％鋁酸一鈣5～10％鐵鋁酸四鈣5～10％。
9.根據權利要求1或2所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的組成為Q相-C2S-C4AF-C12A7。
10.根據權利要求9所述的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，其特征在于所述水泥材料的重量組成為，Q相40～80％硅酸二鈣10～50％鐵鋁酸四鈣5～10％七鋁酸十二鈣5～10％。
全文摘要
本發明屬于水泥材料的技術領域，涉及一種含Q相(The Quaternary Phase)礦物的鋁酸鹽水泥材料。本發明公開了一種含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，水泥熟料中含有Q相礦物的重量百分比在40～80％。本發明的含Q相礦物的鋁酸鹽水泥材料，具有突出的早強快硬性能，其燒成溫度低，水化性能好，節約能源；原料能夠利用含鎂硅的石灰石、低品位的鋁礬土，充分利用自然資源；而且其組成高鋁低鈣，生產時減少溫室氣體的排放量，具有環保作用。
文檔編號C04B7/32GK1600727SQ20041003611
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月22日 優先權日2004年10月22日
發明者姜奉華 申請人:濟南大學