本发明涉及一种由非金属无机材料制成的水硬性结合料和建筑构件。特别是涉及一种钙矾石。该物质在波特兰水泥中少量存在，它是CaO4·Al2O3·SO3·H2O体系中的一种四元化合物，其分子式为3CaO·Al2O3·3CaSO4·31-33H2O（C6AS3H32）。

我们知道，现在的水硬性结合料、波特兰水泥以及各自的不同配料，无论从产量，还是从经济技术意义来讲都具有特别的重要性。

已知的波特兰水泥主要由以下物质构成：

（1）硅酸三钙，3CaO·SiO2（C3S）。由于波特兰水泥的强度主要由这种物质决定，所以无论是它的数量（在普通波特兰水泥中大于50%），还是在质量都是极其重要的物相。

（2）硅酸二钙，2CaO·SiO2（C2S）。在普通波特兰水泥中它的含量是25-35%，水化速度和C3S相比要慢些，但它仍然影响这种水泥的强度。

（3）铝酸三钙，3CaO·Al2O3（C3A），它是普通波特兰水泥的深色间隙相，其所占比例为10-12%。C3A能够和水迅速反应形成不稳定的凝固。为了能够缓和这种反应，常常在波特兰水泥中加入石膏CaSO4·2H2O（CSH2）。C3A的存在有利于提高构件的强度和结构的成形，但却使构件的抗硫酸腐蚀能力降低。

（4）铁固溶体物系，大致是3CaO· 1/2 Al2O3· 1/2 Fe2O3（C2AFeO5）。它是普通波特兰水泥的浅色间隙相，其所占比例最 高为15%。和C3A相比它的抗硫酸腐蚀的能力增强些。

在普通波特兰水泥熟料中还可能存在另一些物质。这些物质中最主要的是游离石灰和硫代铝酸钙（C4A3S）。游离石灰是生产过程中，熟料锻烧，调均以及由于配料不合适而导致产生的一种杂质。C4A3SH12是一些膨胀或收缩补偿胶结料中的一种成份。由于波特兰水泥在水化过程中产生钙矾石，因而导致相当大的膨胀。具体地讲，波特兰水泥中钙矾石的膨胀作用是由于钙矾石本身非常坚硬，当它在C3S，C2S，C3A和三价铁结晶体之间形成时，就会导致它们彼此分离，发生膨胀。理论上，钙矾石是波特兰水泥中最坚硬的矿物相之一。

在有水和石膏存在的条件下，波特兰水泥中钙矾石和（或）硫铝酸四钙（C4ASH12）也能够从硫酸三钙中产生。所产生的C6AS3H32/C4ASH12的比例取决于波特兰水泥中C3A/S的当量比及反应速度。在普通波特兰水泥中，C3A/S的当量比接近于1，其最终生成物通常是C4ASH12。但是，由于C6AS3H32的形成速度比C4ASH12快，而C4ASH12常常是经由钙矾石生成的。钙矾石的当量值要比C4ASH12的当量值高得多，因而包含钙矾石和（或）C4ASH12的砂浆或水泥凝固时将发生膨胀，继而开裂。

现在我们意外地发现，可以生产一种新型的水硬性结合料或建筑构件。这种水硬性结合料或建筑构件至少包含一种主要成份钙矾石，它的很多方面的性能相当于或优于波特兰水泥的性能。

本发明的第一个方面，提供一种生产水硬性结合料的方法。该方法包括：利用自然的或工业副产品的粉状原材料，制造一种粉状紧密混合物。所述的粉状原材料，可以是活性CaSO4·CaO和Al2O3。其中可以含有SiO2，也可以没有。所述的粉状原料和最大颗粒直径 大约为150μm;以大约1份这种粉状原材料和0.35-1份水的比例水化这种紧密混合物。采用这个比例便可以产生出一种含有70%的钙矾石和最大含量为30%的水合硅酸钙的熟化的水硬性结合料。

本发明的第一个方面还进一步提供了一种如上述方法所生产的水硬性结合料。

本发明的第二个方面，提供一种生产建筑构件的方法，该方法包括利用自然的或工业副产品的粉状原材料，制备一种粉状紧密混合物。所述粉状原材料，可以是活性CaSO4·CaO和Al2O3。其中可以含有SiO2，也可以没有。所述的粉状原材料的最大颗粒直径为150μm。以大约1份粉状原材料和0.35-1份水的比例，水化这种紧密混合物。采用这个比例，便可以生产出一种含有70%的钙矾石和最高含量为30%的水合硅酸钙的熟化的建筑构件。

本发明的第二个方面，同时还进一步提供了一种利用上述方法所生产的建筑构件。

本发明也包含了适用于上述方法的各种组分。

在上述的粉状紧密混合物水化时产生的钙矾石是特别引人注意，这是由于：（a）所生产的建筑构件具有比重小和潜在的耐火能力的基本特性。（b）它不是一种传统形式的水硬性结合料，而是一种不是以硅酸三钙为基础的最为重要的水硬性结合剂，它具有早期机械强度高的特性。

已知的波特兰水泥，是世界上应用最广泛的一种水硬性结合料。由于在波特兰水泥的组分中，含有硅酸三钙，使其具有重要的性能和特征，特别是使它能够早期硬化。硅酸三钙是最重要的熟料组分，其 合成需要很高的温度（大约1500℃），要想节约一些能量，可以利用与硅酸三钙相同性质的其它物相来代替它，而这需要的合成温度非常低。于是，把本发明提供的钙矾石，作为水硬性结合料或建筑构件的一种主要成份，就完全不需生产熟料。然而，波特兰水泥也可以用作上述粉状原材料。

钙矾石可以从纯净的原材料得到，也可以从一些废料中获得，下文将更加详细地加以说明钙矾石的生产。本发明所提供的新型水硬性结合料能在施工现场浇筑并很快凝固。同时，它比波特兰水泥用相同的水灰比时可获得更高的强度。由于钙矾石中存在很大比例的水，所以本发明所提供的水硬性结合料和建筑构件，与石膏灰泥和波特兰水泥相比具有更好的耐火性能，其抗水性和溶解性与波特兰水泥相当。另外，它的碳化作用与波特兰水泥相比可减少。纯净的钙矾石在25℃时的比重是1.73g/cm3。

钙矾石作为一种建筑材料已早有人提出。例如：日本专利特许公告号为83013494（53032900）的专利，曾申请过一种含有钙矾石的材料，它是作为一种耐火板使用的。但利用这种方法，在制造过程中，要加入比材料本身要重3-20倍的水，而且这些材料本身已含有水渣，按照这种方法生产的材料，含钙矾石较少，而且含水太多将导致游离结晶体的形成，从而导致机械强度降低，所以这种材料不适于代替波特兰水泥。

可以相信只用少量的水，便可水合本发明所提出的粉状原材料，可能成针状结晶体的钙矾石，就会相互锁合，从而增加产品的强度。从理论上说，钙矾石的形成，需要水和粉状原材料的重要比是0.45∶1，但如果这种粉状原材料是由工业副产品中获得或是由 于其颗粒过细，则需要更多加一些水，最佳比例是0.5-0.6∶1。如果材料的颗粒特别细，而且其颗粒直径小于100μm，最好小于50μm，实际上粒径的范围可扩大到包含小于1μm的颗粒，则粉状原材料的活性将得到改善。如果这种粉状原材料不纯，如使用工业副产品作为原材料，其最终产品中的粉状原材料的活性的改善和强度的提高也已获得了成功。

下面给出几种利用纯净化合物制造钙矾石的方法，这样，钙矾石可用一些纯净的化合物制得。例如用水化的或锻烧过的纯石膏或天然石膏，氧化铝或氧化铝凝胶，烧石灰或熟石灰。通常情况下，合成钙矾石可以由CaO或Ca（OH）2，Al2O3和硫酸盐通过无机合成制得，硫酸盐可以是Na2SO4或CaSO4。

下面是利用纯净混合物的两阶段反应，制备钙矾石的一个例子。

ⅰ）在室温条件下，4克分子量的CaO和1克分子量的Al2O3在悬浮液中，经过10天时间反应生成一水化硫酸四钙4CaO·Al2O3·H2O（C4AH）

ⅱ）室温条件下，在悬浮液中，C4AH和Na2SO4（或其它硫酸盐）经过30分钟的反应即可形成钙矾石。反应的最终产物是纯净的白色晶状的细粉。其它纯净原材料的化学计量比例（重量比）为64.9%的石膏即CaSO4·2H2O，18.2%的CaO和16.9%的Al（OH）3。上述材料采用的最佳范围为50-70%的CaSO4·2H2O，15-25%的CaO和15-35%的Al（OH）3。

钙矾石也可以用纯净的混合物通过如下方法制得，即把一定容量的接近饱和的石灰水缓缓地加入到同一容量的溶液中，并不断搅拌， 该溶液中含有适量的硫酸铝和硫酸钙，以发生如下反应：

Al2（SO4）3aq+6CaO＝3CaO・Al2O3・3CaSO4・

31-33H2O结果形成的最终溶液，其每立升溶液中至少含有0.215g的CaSO4，0.043g的CaO和0.035g的Al2O3。

我们知道，利用纯净的原料生产适于本发明的材料，需要大量的附加能量，而使用不纯原料，业已指出可以提高强度和增强活性。

含有30%以下的水合硅酸钙和钙矾石一起，也可以提高耐久性和后期机械强度，为了能在最后的水化产物中生成钙矾石和水合硅酸钙，用于粉状原材料中的活性二氧化硅必须是有效的。由本发明所提出的产品中，至少含有75%的钙矾石，最好是90%以上的钙矾石和10%以下的水化硫酸钙。除杂质外，其它一些反应生成物，也可能少量存在。如在水化产物中，含有2%以下的氧化钙，不会影响产品的性能。如果使用不纯的原材料，特别是使用工业副产品，最终形成的钙矾石的晶格中，就会含有晶隙杂质，并已发现这些杂质成份，会促使原材料向钙矾石转化。据此，如果原材料中，使用了磷石膏，水化成的钙矾石的晶格中，就会有含磷的或含磷化物的晶隙杂质。

下面列出获得这些粉状原材料的最佳途径：

活性CaSO4粉料：纯石膏、天然石膏、化学石膏和硫代铝酸钙;

活性Al2O3粉料：三水铝矿、Al（OH）3、一水软铝石、粉煤灰、高炉矿渣、粘土、陶土废渣、花岗岩粉、铝矾土、铝土矿废渣、玄武岩、波特兰水泥、沉淀器积尘、硫代铝酸钙;

活性SiO2粉料：纯硅石（SiO2），工业用二氧化硅（砂、 磨砂）、粘土、陶土废料、粉煤灰、高炉矿渣、花岗岩屑、沉淀器积尘、玄武岩和波特兰水泥。

上面未提及的，从其它一些合适的途径中得到的，任何一种粉状原材料均可以使用，包括从工业副产品中制得。

上面提到的化学石膏，可以表现为多种形式，例如可以是磷石膏、硫石膏和钛石膏，同时也可以是天然状态的，二水化合物形式的，锻烧成半水化合物式的或无水形式的。

作为硫酸盐原材料的石膏是锻烧过的，它是一种非水硬性结合料，它具有在它凝固过程中产生早期机械强度的性能。前面已经叙述过，对水硬性结合料强度的增长，主要是在水化后所形成的钙矾石和水合硅酸钙。当水硬性结合料和骨料适当混合后发现钙矾石是在早期形成的，尤其是在高温情况下，并可作为一种高强度粘结剂或产品。烧石膏最好是磷石膏，能够在200℃左右的相当低温情况下制得。如果把它和作为粉状原材料的波特兰水泥混合使用，则可以提高它的在转化成钙矾石以前的早期硬化特性。如果把这种石膏和其它一些粉状材料混合使用，比如是和高炉矿渣和粉煤灰混合，则可以抑制烧石膏和波特兰水泥混合后的膨胀作用。于是，我们把半水石膏、粉煤灰和波特兰水泥以重量比为30∶50∶20的比例混合，以及把半水石膏、粉煤灰和生石灰和波特兰水泥以重量比为26.0∶43.4∶13.3∶17.3的比例混合，两者都在20℃和55℃的温度条件下，养护182天，可以看到没有任何明显的收缩和膨胀现象发生。两种配方的强度的提高是非常接近的，并且在长期固化后在55℃时其强度可达40-45MPa级，在21℃时可达20-25MPa级。没有发现强度退化现象。

按本发明所提出的方法所使用的粉状原材料配制而成的混合物的最佳比例的范围列表表示如下。但是，应该注意，很多材料的组分，可能有很大变化。特别是在使用工业副产品时。所以，所列各成份的比例范围并不构成对所申请的生产水硬性结合料和建筑构件的限制。表中前两组更适合于建筑构件，而剩余的几组则更适用于水硬性结合剂。

范围（重量百分比）

（a）石膏 CaSO4·2H2O 45-25

高炉炉渣    55-75

生石灰CaO    0.5-1.5

（b）石膏 CaSO4·2H2O 5-25

粉煤灰    45-65

生石灰    50-15

（c）硫代铝酸钙

C4A3S 20-30

石膏 CaSO4·2H2O 60-40

生石灰CaO    10-30

（d）硫代铝酸钙

C4A3S 20-60

石膏 CaSO4·2H2O 30-15

高炉炉渣    50-35

生石灰    CaO    1

（e）硫代铝酸钙

C4A3S 20-60

石膏 CaSO4·2H2O 30-15

粉煤灰    30-15

生石灰    CaO    20-10

（f）半水石膏

CaSO4· 1/2 H2O 20-50

波特兰水泥    40-15

粉煤灰    55-30

（g）半水石膏

CaSO4· 1/2 H2O 20-40

波特兰水泥    20-10

粉煤灰    40-50

生石灰    CaO    30-10

如上所述，水化硫代铝酸钙（C4A3S）可生成钙矾石，依靠钙矾石的形成速度，可获得凝固迅速，并可补偿收缩和具有应力的结合料。硫代铝酸钙又可以通过下列途径制得，在温度为900-1350℃的炉火锻烧由碳酸钙、氧化铝和石膏组成的混合物（其 中各部分的以化学计量的重量百分比为32∶50∶18。经过30分钟到10小时的时间，即可合成C4A3S（3CaO·3Al2O3·CaSO4）。

在前面我们已经介绍过，使用磷石膏代替纯石膏，可以大大降低合成硫代铝酸钙所需的温度和时间。事实上，使用磷石膏时，在电炉的炉火中温度为1000℃时，不到90分钟，1100℃时不到30分钟，几乎就足以全部转化，而在使用纯石膏时，在1350℃时需要3小时，在1200℃时需要10小时，才能转变99%以上。

在硫代铝酸钙合成中，其它含有活性氧化钙和氧化铝的石膏及工业副产品可以用作原材料混合物中的组分。

磷石膏中的杂质不仅在合成硫代铝酸钙的过程中，而且在形成钙矾石过程中具有催化作用。硫代铝酸钙、磷石膏和氧化钙用化学计量法混合后，在温度为25℃经24小时后就有50%转变为钙矾石。在温度为25℃中，要经过2到7天才能把这种混合物完全转变为钙矾石。此时，这种原材料便可很方便的用作水硬性结合料。

当粉状原材料中含有锻烧过的化学石膏（磷石膏）时，氧化钙和氧化铝要在相对湿度为100%，温度为20℃-85℃、水化到32天，最佳温度是在25℃到80℃之间。钙矾石至少在温度为60℃时，才稳定地形成。形成钙矾石的这种温度范围，按化学计量法的配合比是获得这种产品的最佳条件。在这种条件下经13天固化，钙矾石密度达60%，并仍不断增长。

其它与磷石膏不同的含有天然石膏或化学石膏的物料及可以用来作活性氧化钙和氧化铝原料的其它原材料或工业副产品，也可以有效地使用。仅由于钙矾石特别适宜于制造建筑构件，在高炉炉渣和高钙 粉煤灰中含有活性氧化钙，二氧化硅与氧化铝;低钙粉煤灰则需要额外加石灰。

若粉状原材料中含有烧制磷石膏和高炉炉渣的情况下，在磷石膏和炉渣的比为：5/100，10/100，20/100时，需在25℃温度条件下水化182天，在固化28天后硫酸钙无论如何也会有80%转化为钙矾石，然后就保持不变。在上述磷石膏与高炉炉渣的最高比值下，经182天固化后，高炉炉渣转变为水化硅酸钙可达25%，其转变率与磷石膏和高炉炉渣的重量比成正比。

使用类似的用纯石膏代替磷石膏的物系中所制得的两种水化物产品，其性能会略差一些。使用含有烧制磷石膏，粉煤灰和石灰的粉状原材料，在磷石膏与粉煤灰和石灰混合物之重量比为：10/100，20/100，30/100时，在温度为25℃中固化182天或在温度为40℃中固化56天，其中粉煤灰和石灰按60/40混合，业已发现对应于磷石膏在混合物中比例为10/100，20/100，30/100时石膏完全转变为钙矾石的时间在温度为25℃时分别为28天，56天，91天。在温度为40℃时分别为14天，28天，56天。同时，在不同的实验条件下，石灰转变为水化硅酸钙的范围为37%和47.5%。

同样在使用磷石膏的物系比起使用纯石膏来，不仅在形成钙矾石上，而且在促进形成水化硅酸钙过程中均更为有效。

在粉状原材料中应包含足够的CaO，以确保水化过程中转变为钙矾石的需要。在最终产品中可以发现仍残存2%的CaO，但对产品性质无不良影响。

在本发明中所述的水硬性结合料和建筑构件在养护时的最佳相对 温度为100%，并且水化时所需的水分如果在混合中不能充分获得，可由大气中吸取。但是采用较低相对湿度较为合适是属于水硬性结合料领域公知的技术。在大气压条件下最佳水化温度范围是20℃～55℃，但固化可以在高温和高压条件下进行。例如，在高压釜中进行。

实施例：

在下列实施例中，以重量百分比给出各组分比例。在实施例1中最终产品中钙矾石的比例大约为70%，而在其它实施例中此比例高于75%，在某些情况下可高于90%。所有粉状原材料均通过150μm筛子。利用边长为25mm的立方体试件检验它的机械强度，当试件具有相当高的抗压强度时则完全适合于制造建筑构件，那些抗压强度较低的试样适合于非承重结构的条件下使用。

实施例1。

烧石膏    30%    在相对湿度为100%条件

粉煤灰    50%    下固化，水与固化材料之

普通水泥    2%    比为0.5。

固化天数 抗压强度（MPa） 比重（kg/m3）

23℃    55℃    23℃    55℃

1    2.9    12.1    1234    1305

4    3.4    21.7    1264    1336

7    5.2    27.1    1296    1358

14    9.0    29.3    1316    1332

28    18.5    32.3    1352    1324

56    19.2    35.5    1342    1344

90    22.7    39.0    1377    1356

180    26.9    -    1378    -

实施例2

烧石膏    26%    在相对温度为100%条件

普通水泥    17%    下固化，水与固体材料之比

粉煤灰    44%    为：0.5

石灰    13%

固化天数 抗压强度（MPa） 比重（kg/m3）

23℃    55℃    23℃    55℃

1    2.2    9.1    1177    1198

4    3.1    25.5    1222    1200

7    4.7    38.3    1223    1225

14    7.5    42.8    1266    1306

28    11.6    40.5    1326    1324

56    17.7    50.0    -    -

90    26.2    50.6    -    -

实施例3

烧石膏    31%    在相对湿度100%条件下

普通水泥    15%    固化，水与固体材料之比为：

粉煤灰    31%    0.5

石灰    23%

固化天数    抗压强度（MPa）

23℃    55℃

1    1.1    6.2

4    2.6    19.9

7    3.6    26.9

14    6.4    24.9

28    11.7    21.6

56    14.7    27.2

90    15.6    34.7

实施例4

烧石膏    40%    在相对湿度100%，温度

普通水泥    20%    55℃条件下固化，水与固

粉煤灰    40%    体材料之比为：0.5

固化天数    抗压强度（MPa）

1    15.6

4    28.3

7    29.9

14    32.3

28    33.4

56    39.3

90    42.7

实施例5

烧石膏    21%

高炉炉渣    55%    在相对湿度100%，温度55℃

普通水泥    14%    条件下固化，水与固体材料之比为：

石灰    10%    0.5

固化天数 抗压强度（MPa） 比重（Kg/m3）

1    7.4    1398

4    12.9    1467

7    18.1    1496

14    15.1    1558

28    28.4    1583

56    33.1    1642

实施例6

烧石膏    28.5%    在相对湿度100%，温度55℃

石灰    28.5%    条件下固化，水与固体材料之比为：

粉煤灰    43.0%    0.55

固化天数    抗压强度（MPa）

1    3.4

4    20.8

7    22.5

14    26.3

28    31.2

实施例7

C4A3S 27% 在相对湿度100%，温度55℃

石膏    53%    条件下固化，水与固体材料之比为：

石灰    20%    0.7

固化天数    抗压强度（MPa）

1    8

4    6

7    20

14    30

28    40

实施例8

C4A3S 55%

无水石膏    20%    在相对湿度100%，温度23℃

粉煤灰    15%    条件下固化，水与固体材料之比为：

石灰    10%    0.7

固化天数    抗压强度（MPa）

1    30

4

7    50

14

28    60

实施例9

C4A3S 20%

无水石膏    20%    在相对湿度100%，温度23℃

粉煤灰    36%    条件下固化，水与固体材料之比为：

石灰    24%    0.7

固化天数    抗压强度（MPa）

1    5

4    14

7    22

14    24

28    27

按照本发明所述的两种形成钙矾石的组成配方现用例子来加以说明，并参考附图。附图有：

图1表示配方A的试件在温度为21℃时不同固化时间条件下固化的热谱图（图1，2和4-7中，E表示钙矾石，G表示石膏，L表示石灰）;

图2表示配方A的试件在温度为55℃时不同固化条件下固化的热谱图;

图3表示配方A的试件以固化天数的平方根为函数的抗压强度图;

图4表示含有锻烧过的天然石膏的配方B的试件在温度为21℃时不同固化时间的固化热谱图;

图5表示含有锻烧过的天然石膏的配方B的试件在温度为55℃ 时，不同固化时间的固化热谱图;

图6表示含有锻烧过的磷石膏的配方B的试件在温度为21℃时，不同固化时间的固化热谱图;

图7表示含有锻烧过的磷石膏的配方B的试件在温度为55℃时，不同固化时间的固化热谱图;

图8表示配方B的试件以固化天数平方根作为函数的抗压强度的曲线图。其中园圈表示配方中含有锻烧过的天然石膏，方块表示配方中含有烧磷石膏。

由烧石膏，粉煤灰和普通水泥组成的原材料的水硬特性在温度为21℃和55℃的条件下进行了研究，它使用了烧过的天然石膏或磷石膏作为硫酸盐的原料。掺入石灰后产生的影响也进行了研究。

在这些物系中，由于烧石膏和普通水泥的固化在早期便建立了强度，以后由于形成了钙矾石和水化硅酸钙使强度继续增长。

钙矾石主要通过由水化烧石膏而得到的二水石膏与粉煤灰中的氧化铝和熟石灰的反应而形成，后两者是掺加在混合物中及由于水化波特兰水泥而产生的。钙矾石形成过程很快，在高温条件下尤为如此，当用磷石膏代替纯石膏时，则反应速度更快。

这些附图所表示的形成这种水硬性结合料的可能性是基于：

（A）半水石膏-粉煤灰-普通水泥，及

（B）半水石膏-粉煤灰-石灰-普通水泥。

配方（A）是把20%的普通水泥加入到由30%的半水石膏和50%的粉煤灰组成的混合物中，普通水泥是作为氧化钙的原材料并产生早期强度。

配方（B）是把氧化钙加入到一混合物中，该混合物是由30% 的半水石膏、50%的粉煤灰和20%的普通水泥组成，以便加速矾土和石膏转变为钙矾石。在配方（B）中的某些试件中，半水石膏可以由烧磷石膏来代替。

实验细节

原材料：

所使用的原材料的化学成份列于表1。半水石膏是通过将石膏在150℃的温度下脱水16小时后形成的。

成份：

本物系所研究的各种成分列于表2中，材料经过150μm筛子筛过后混合均匀。

表1

配方（A）和配方（B）中所使用的原材料中主要化学成分用重量百分比（Wt%）来表示

烧石膏    烧磷石膏    普通水泥    粉煤灰    石灰

CaO    38.30    39.20    65.00    5.42    64.90

SiO20.20 0.01 20.00 50.50 3.78

Al2O327.80 1.08

Fe2O34.33 4.61 0.59

MgO    0.08    0.38    1.43    2.24    6.15

Na2O 0.01 3.81 0.05

K2O 0.98 0.29

CO21.95 0.12 3.05

SO352.30 53.70 2.56 0.26

P2O50.67

（总的）

烧石膏    烧磷石膏    普通水泥    粉煤灰    石灰

F-    1.23

（总的）

H2O 6.20 5.15 22.30

表2

所研究的物系中成份按重量百分比（Wt%）

配方 烧石膏＊石灰 粉煤灰 普通水泥

（A）    30.0    50.0    20.0

（B）    26.0    13.3    43.4    17.3

＊烧磷石膏也同样可以使用配方（B）。

水化作用：

对上述物系的水化作用进行了研究。特别是利用2克试样与水按2∶1的比例混合后，密封在一个塑料套中，在温度为21℃和55℃中，固化1天至182天。在固化时间结束时将试样取出，放入丙酮中以便使之停止反应。再在玛瑙研钵中压碎并研磨，用乙醚将其干燥，放入一干燥器中的固体KOH之上，对少量试样进行热分析，（TGA/DTA/DTG）（热重量分析法/差示热分析图/日期分组），并为残存的石灰组分进行X射线衍射分析，这些试样分别与例1和例2相符。

强度测量：

准备大量表2中所列出的组成材料。将所需的材料与水混合（配方A时按W/S（水固比）为0.5，配方B时按W/S（水固比）为0.6），并将混合好的灰浆浇注入边长为25mm的立方体模子 内，分别在温度21℃和55℃，相对湿度为100%的条件下固化1至182天。在固化期结束后，将仍是湿的试样取出，放入英斯特朗（Instron）实验机上对试样的表面进行垂直加压（实验机的压头速度为0.5mm/min）。

浇注好的并经风干的试样的密度及其膨胀和收缩性能，可用常规方法测定。

结果与对比：

图1与图2表示对配方（A）在温度为21℃和55℃不同的热分析的结果。图1清楚地显示出石膏和石灰（由普通水泥水化过程中释放出来的）的减少。同时也显示出固化28天后的钙矾石含量的增加。在温度为55℃的条件下，反应速度更快（见图2）。并且在固化一天之后在物系中没有发现残余的石灰。在这种温度下，经过7天固化后看不到有更多的钙矾石形成的迹象。经过X射线衍射分析证明了某些成分的减少和钙矾石的形成。

在所考虑的物系中，在温度为21℃和55℃的两种条件下，由于普通水泥的水化作用和有关粉煤灰的凝硬反应都是形成水化硅酸钙。然而水化硅酸钙的检定能力发生了困难，这是由于在脱水作用时的吸热效应是极其接近于钙矾石的更大效应。在较高温度下对较低的钙矾石与石膏比测试表明，石灰从普通水泥水合作用中释放出来并大部分转变为水化硅酸钙。

这些见解与图3所示的强度发展是一致的，可以看到所浇注并养护的试样在55℃的温度下固化时，可获得早期快速固化和较高的极限强度。在温度为21℃时，烧石膏和普通水泥的水化作用主要是承担最早期的强度发展，以后的增长是由于钙矾石（直到28天），和 水化硅酸钙的形成。在55℃的温度时，钙矾石对强度的贡献在前七天。以后是随着水化硅酸钙的进一步形决定了较高的极限强度。浇注试件的比重由1180-1200kg/m3（1天）到1360-1380kg/m3（90天）逐步增长。

含有锻烧天然石膏的配方（B），在温度为21℃和55℃下进行固化的热谱图如图4和5所示，同样含有烧磷石膏的配方（B）分别根据上述温度示于图6和图7。类似于配方（A），在温度为55℃时形成钙矾石的速度比21℃时要快得多。然而在此物系中，在两种试验温度下，石灰的高效率几乎导致石膏的全部消耗。此外，在55℃的温度条件下，可以发现含磷石膏的配方比含有锻烧石膏的配方反应更快。磷石膏的更高的活性在以前已经叙述过了。

固化了的试样的抗压强度已在图8中表示，可以看到在较高固化温度条件下，强度增长较快，但该配方的极限强度与使用锻烧过的天然石膏还是使用磷石膏无关。

强度的增长与配方（A）时的情况非常类似，但在配方（B）中要注意的是在较长固化时间下，石膏几乎全部转化为钙矾石。即就其耐久性而言则更为有趣。此外，未发现其强度下降。浇注并固化的试件的比重由1180-1200kg/m3（1天）到1330-1350kg/m3（90天）逐步增长。还有，配方A）和配方B）的立方体试件不可测量的收缩和膨胀可以在研究时期观察到。

因此，本发明提供了一种易于代替普通水泥的水硬性结合料。并且特别是可以利用工业废料和副产品，例如：磷石膏、粉煤灰、高炉炉渣作为硫酸盐及氧化钙和氧化铝来使用。使用这种方法其结果将会减少自然资源的开采，保护环境及节约能源。