一种铝酸钙－硫铝酸钙水泥熟料及其膨胀剂的制造方法

技术领域

本发明涉及一种水泥熟料的生产技术和混凝土膨胀剂的生产技术。

技术背景

国内外高铝水泥矿物组成主要在CA-CA₂-C₂AS相区，其次在CA-C₂AS-C₂S相区和CA-C₁₂A₇-C₂S相区。我国以一级矾土和石灰石配制成生料，在旋窑中经1360～1410℃煅烧成熟料，经粉磨至300～400m²/kg成为高铝水泥或低钙铝酸盐耐火水泥。

一般高铝水泥熟料中，不可避免要带入5～10％SiO₂，SiO₂被视为有害矿物。由于它形成钙黄长石C₂AS是惰性矿物，难以水化。SiO₂含量越高，熟料煅烧温度范围越狭窄，烧成不易掌握。根据矿物组成计算公式，在CA-CA₂-C₂AS相区中全部形成C₂AS，C₂AS＝4.56×SiO₂(％)，我国高铝水泥熟料一般含有SiO₂＝5～8％，由此形成C₂AS约有22.8～36.5％，这种惰性矿物占总矿物的25～35％，制约了高铝水泥的活性。

发明内容

本发明是在高铝水泥生料中加入一定量的石膏矿化剂，在高温煅烧过程中，CaSO₄可以阻碍C₂AS形成，使其转化为CA和C₂S，与此同时，CaSO₄与CA化合成无水硫铝酸钙3CA·CaSO₄。这样，熟料中形成较多的CA、CA₂、C₄A₃S和C₂S有益矿物，减少惰性矿物C₂AS的生成数量。从而大大提高水泥的活性，熟料煅烧温度也可以下降至1320～1380℃。研究表明，这是一种以CA-CA₂-C₄A₃S-C₂S为主的铝酸钙—硫铝酸钙水泥(Alumina-sulphoaluminate clinker)，我们命名为ASC熟料，在国内外文献中尚无记载。

国内外混凝土膨胀剂主要有日本的硫铝酸钙(CSA)膨胀剂，石灰系膨胀剂；我国有U型膨胀剂、铝酸钙膨胀剂、复合膨胀剂、硅铝酸盐膨胀剂和明矾石膨胀剂等。它们分别以高铝水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、石灰系熟料、煅烧明矾石、煅烧高岭土和高铝煤矸石作为膨胀熟料，并掺入其它辅助原料磨制而成，这些膨胀剂以10％～15％掺入水泥中，经水化形成钙矾石或氢氧化钙产生体积膨胀。本发明中的低碱高效膨胀剂就是用本发明的铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料与石膏磨制而成的，其膨胀源为钙矾石，碱含量≤0.3％，掺量6～8％，是一种新型低碱高性能膨胀剂，在国内外文献中尚无记载。

本发明的目的在于提供一种铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料的化学组分和生产工艺，以达到提高其水泥熟料活性的目的，并用该水泥熟料制造高性能混凝土膨胀剂。

本发明是涉及一种新型的水泥熟料，它是一种以铝酸一钙(CA)、铝酸二钙(CA₂)和无水硫铝酸钙(C₃A·CaSO₄)为主的铝酸钙—硫铝酸钙水泥熟料(以下简称ASC熟料)。

本发明是在高铝水泥生料中掺入适量石膏矿化剂，CaSO₄可以阻止C₂AS的生成，使C₂AS分解为CA和C₂S，与此同时，CaSO₄与CA结合成无水硫铝酸钙(C₄A₃S)，从而大大增加高铝水泥的活性。同时，CaSO₄矿化剂可以使高铝水泥熟料的煅烧温度降低至1320～1380C，扩大其烧成范围，在旋窑中更易烧成熟料。

本发明的ASC熟料的化学成分与一般高铝水泥的不同之处是根据水泥熟料中SiO₂的含量，加入适量的石膏矿化剂，并调整CA和CA₂的矿物比例，这是本发明的核心技术，另外则是该熟料在旋窑中的烧成技术，如何控制石膏不被分解，在阻止形成C₂AS的同时，使CaSO₄与CaO、Al₂O₃结合成C₄A₃S。

ASC熟料粉磨至比表面积300～400m²/kg成为早强快硬水泥，在常温下水化，主要形成水化铝酸钙CAH₁₀、C₂AH₈和铝胶AH₃。

本发明的膨胀剂是以ASC熟料与石膏共同粉磨可以制成低碱低掺的高性能混凝土膨胀剂，碱含量≤0.3％。它以6～8％掺入硅酸盐水泥中水化生成钙矾石(C₃A·3CaSO₄·32H₂O)，使混凝土产生适度体积膨胀，达到抗裂防渗的补偿收缩目的。

本发明的ASC熟料是用铝矾土、石灰石和石膏制成水泥生料，在回转窑中经1320℃-1380℃煅烧而成。ASC熟料对原材料品质要求为：铝矾土——Al₂O₃＞70％、SiO₂＜10％；石灰石——CaO＞54％、SiO₂＜10％；石膏——SO₃＞45％；烟煤——灰份＜10％、挥发份25-32％、发热量＞26000KJ/kg。ASC熟料的原料配合比为：铝矾土——50-65％、石灰石——30-40％、石膏——5-15％。本发明的铝酸钙—硫铝酸钙熟料的主要矿物组成范围为

CA：30～37％     C₄A₃S：20～25％

CA₂：25～30％   C₂S：5～10％

本发明所述的高性能混凝土膨胀剂的工艺配方：

铝酸钙—硫铝酸钙熟料：35～40％；硬石膏：60～65％膨胀剂中SO₃：30～35％膨胀剂的细度(0.8mm筛余)：10～12％