含钡硫铁铝酸盐水泥

(一)所属技术领域

本发明属于水泥材料的技术领域，涉及由硫铁铝酸钡钙和硅酸二 钙为主导矿物的含钡硫铁铝酸盐水泥。

(二)背景技术

目前，大量使用的快硬硫铝酸盐水泥存在某些缺点和不足，主要 表现为烧成温度偏高(为1350℃)、后期强度不稳定、原材料成本高。 含钡硫铝酸盐水泥利用含钡工业废渣或重晶石尾矿为原料替代了大量 石膏，降低了水泥成本；但由于水泥矿物中的铝元素由价格昂贵的铝 矾土提供，使含钡硫铝酸盐水泥的成本还大大高于普通硅酸盐水泥， 限制了含钡硫铝酸盐水泥更广泛的应用。

(三)发明内容

为了进一步降低该水泥成本，降低烧成温度，本发明利用价格低 廉的铁粉或铁渣中的铁元素取代硫铝酸钡钙中的铝元素，提供了一种 以由硫铁铝酸钡钙和硅酸二钙为主导矿相体系的新型水泥，具有烧成 温度低，早期强度高，硬化速度快，成本低的优点。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种含钡硫铁铝酸盐水泥，其水泥熟料含有5-80％ (重量)的硫铁铝酸钡钙，其中硫铁铝酸钡钙(简写为C4-xBxA3-yFyS) 的分子式为， (3-X)CaO·XBaO·(3-Y)Al2O3·Fe2O3·CaSO4(X，Y＝0.10～3)。

本发明的含钡硫铁铝酸盐水泥，其较佳配比为水泥熟料中含有 40-80％(重量)的硫铁铝酸钡钙。

本发明的含钡硫铁铝盐水泥，所述的水泥熟料各矿物的重量百分 比为：

    硫铁铝酸钡钙：5-80％

    硅酸二钙：10-40％

    硅酸三钙：0-50％

    铝酸三钙：0-20％

    铁铝酸盐：3-20％

本发明的含钡硫铁铝酸盐水泥，其水泥熟料中各矿物较佳的重量 百分比为：

    硫铁铝酸钡钙：40-80％

    硅酸二钙：10-40％

    硅酸三钙：0-20％

    铝酸三钙：0-20％

    铁铝酸盐：3-20％

本发明的水泥熟料中，上述矿物的组成更佳的重量百分比为：

    硫铁铝酸钡钙：50-70％

    硅酸二钙：20-30％

    硅酸三钙：4-10％

    铝酸三钙：3-10％

    铁铝酸盐：3-10％

本发明的水泥，其水泥的生料组份按重量百分比为：

    CaO ：   20-35％

    SiO2：  3-8％

    Al2O3：10-20％

    Fe2O3：3-10％

    SO3：    3-6％

    BaO：     3-15％

硫铁铝酸钡钙矿物是一种具有突出快硬早强性能的水硬性矿物， 其烧成温度低，并可利用工业废渣进行生产。制造该矿物所使用的主 要原料为石灰石、低品位铝矾土、铁粉或铁渣和含钡尾矿或废渣，在 1300℃以下就能低温烧成。所制造的硫铁铝酸钡钙矿物的抗压强度在 1天、3天和7天龄期分别达到33.2MPa、54.3MPa和65.6MPa，并 且其水化硬化速度较快，是一种具有突出快硬早强性能的高胶凝性矿 物。

本技术是将快硬早强型硫铁铝酸钡钙矿物与硅酸二钙矿物复合， 形成以硫铁铝酸钡钙为主导矿物的新型水泥熟料矿物体系。该水泥既 具有快硬早强水泥所具有的优点，而且生产成本低，可广泛应用于具 有高质量要求、高速度施工的普通建设工程。硅酸盐水泥以硅酸三钙 (C3S，又称阿利特)，硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸 盐(C4AF)为主要矿物，C3S的含量一般在50％以上，需要耗费大量 高品质石灰石矿产资源，并且需要在1450℃高温条件下才能烧成，造 成能源消耗过高。同时，目前制造的硅酸盐水泥早期性能偏低，主要 表现为水泥早期强度低，水化硬化速度慢，凝结时间长。而硫铁铝酸 钡钙矿物具有优良的快硬早强性能，且烧成温度低，约1250℃左右， 是一种性能优良的低温早强型矿物。

本发明是将C4-xBxA3S中的Al由Fe进行取代，通过高温固相反 应形成以C4-xBxA3-yFyS-C2S为主导矿物的新的水泥熟料矿相体系。与 硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥不同，硅酸盐水泥熟料由 C3S-C2S-C3A-C4AF四种主要矿物组成，硫铝酸盐水泥熟料由 C4A3S-C2S-C4AF三种主要矿物组成，而含钡硫铁铝酸盐水泥熟料是由 CBFAS-C2S-C3S-C3A-C4AF五种矿物组成的新体系。硫铁铝酸钡钙矿 物在1250℃以下就可以大量形成，而且熟料中C3S、C2S含量低，使 得含钡硫铁铝酸水泥熟料在1200℃-1300℃左右就可以烧成，比硅酸 盐水泥的烧成温度降低150-250℃，比硫铝酸盐水泥的烧成温度降低 50-150℃，节约了能源。特别是含钡硫铁铝酸盐水泥利用价格低廉的 含钡工业废渣和铁粉为主要原料，使得含钡硫铁铝酸盐水泥成本较快 硬硫铝酸盐水泥大幅下降。该水泥早期强度约比硅酸盐水泥提高达30 ％以上，后期强度也有一定程度的增加，水泥凝结硬化速度快。含钡 硫铁铝酸盐水泥的使用对全面提高建筑质量、加快施工速度具有显著 效果，特别适合于高层建筑、高等级公路、机场、桥梁与隧道等高质 量要求的大型建设工程。另外，由于硫铁铝酸钡钙矿物还具有补偿收 缩的作用，因而可降低水泥的收缩率，减少收缩裂纹，提高混凝土工 程的耐久性。本技术工艺简单，完全采用现有硅酸盐水泥的制造设备。

本发明的要点是发明了新水泥矿物-硫铁铝酸钡钙，在低于1300 ℃条件下烧成，通过固相反应形成以C4-xBxA3-yFyS-C2S本为主导矿 物的新的水泥熟料矿相体系，达到降低烧成温度、降低水泥生产成本、 提高水泥早期强度的目的。

本发明的有益效果是，比快硬硫铝酸盐水泥具有烧成温度低，成 本低的优点。

(四)附图说明

图1为本发明的水泥熟料的XRD分析图。

图2为本发明的水泥熟料的SEM图。

(五)具体实施方式

                   表1  生料配比(wt％)   编号  Loss    SiO2   Al2O3   Fe2O3   CaO    BaO    SO3   1#  29.53    3.45   20.36   7.80   23.55    8.82    6.79   2#  28.65    6.12   19.43   5.16   27.73    7.86    6.23   3#  28.54    8.43   14.02   5.66   28.77    7.75    5.92   4#  28.46    9.93   12.36   6.22   29.86    7.95    4.76   5#  27.69    17.45   5.35   4.23   34.74    4.85    2.81

                       表2  熟料矿物组成   编号  C4-xBxA3-yFyS     C2S     C3S     C3A   C4AF    1#     78     15     0     0   7    2#     65     25     0     0   10    3#     53     30     8     4   5    4#     30     32     15     6   7    5#     10     35     45     5   5

在实验室用1800℃硅钼棒炉对以上熟料烧成，烧成温度为1200 ℃-1280℃。水泥的物理性能见表3。

                      表3  水泥物理性能  编号   细度   ％             抗压强度/抗折强度(MPa)         凝结时间h  f-CaO  ％     1天    3天     28天   初凝    终凝   1#   3-3.5     51.2/4.2    68.6/6.5     84.6/10.4   0:43    0:56     0   2#   3-3.5     40.8/3.9    64.3/6.8     81.0/10.6   0:37    0:55     0   3#   3-3.5     28.4/4.3    40.3/6.8     59.3/11.1   0:43    1:28     0   4#   3-3.5     16.8/3.6    28.6/5.9     60.2/10.2   1:04    1:45     0   5#   3-3.5     15.6/2.5    23.2/4.1     58.8/9.4   1:46    2:15     0

对其中的1#熟料进行了XRD和SEM分析，见图1和图2。可看 到在含钡硫铁铝酸盐水泥熟料矿物体系中，形成了一定数量的含钡硫 铁铝酸钙矿物和硅酸二钙矿物的复合共存。