技术领域
[0001] 本
发明属于无机胶凝材料领域，具体涉及到一种低钙
硅酸盐
水泥及其制备与硬化方法。
背景技术
[0002]
硅酸盐水泥是工业与民用建设的重要原料。但现有水泥生产中的热耗高，废气
排放量大，是我国工业
能源消耗与废气排放的主要来源之一。石灰石是生产硅酸盐水泥的主要原料，石灰石高温分解将产生
氧化钙和二氧化
碳，传统硅酸盐
水泥熟料中氧化钙的含量约为65％，由石灰石分解产生的二氧化碳约为511kg/t熟料，因此水泥熟料
煅烧过程中二氧化碳的排放量大多来源于碳酸钙的分解。其外，石灰石分解耗用的热耗约占水泥熟料的60％。
现有技术中，普通硅酸盐水泥主要存在煅烧
温度高(＞1350℃)，水泥
生料中石灰石掺量大(约占水泥生料
质量的82％)的问题，因而大量的消耗
燃料，不仅能耗高、而且二氧化碳及其废气的排放量大，这不仅会导致自然资源的快速消耗，而且会极大地污染环境。
[0003] 降低熟料中的氧化钙含量，有利于降低水泥熟料的热耗、二氧化碳及废气的排放量，并使低氧化钙含量的石灰石矿及一些氧化钙含量较高的工业废料成为有用原料，所以，研究低钙组成硅酸盐水泥熟料及其水泥硬化是一项具有十分重要意义的工作。
发明内容
[0004] 发明目的：本发明的目的是提供一种低钙硅酸盐水泥，并提供其制备方法与硬化方法。
[0005] 技术方案：为了实现上述的目的，本发明提供了一种低钙硅酸盐水泥，以氧化物总质量为1计，其中含有氧化钙50～60％、
二氧化硅30～45％、氧化
铝2～6％、氧化
铁1～4％。本发明的特点是所用原料为：主要含氧化钙的石灰质、主要含氧化硅和氧化铝的粘土质和主要含氧化铁的氧化铁质。所述的石灰质、粘土质和氧化铁质三种原料可以为天然矿物或是工业废渣。
[0006] 为了得到上述的低钙硅酸盐水泥，本发明提供了具体的制备方法：将原料经
破碎，共同粉磨，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料；将上述低钙硅酸盐水泥生料置于1050～1300℃的温度下煅烧30～90min，冷却，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；将上述低钙型硅酸盐水泥熟料磨细至
比表面积为400～500m2/Kg，优选450～500m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0007] 上述制备过程中的破碎，控制原料粒径小于10mm。上述制备过程中的粉磨，磨至比表面积达300～350m2/Kg。
[0008] 上述制备过程中所述的冷却可以是急速冷却或自然冷却。急速冷却时，每分钟降温200℃。自然冷却，即在自然状态下冷却。常规水泥熟料在生产时均采用急速冷却，这是因为慢冷时会使熟料中的硅酸盐三钙分解为硅酸二钙和氧化钙，从而使水泥性能变差，而本发明突破了常规限制，可以在自然状态下冷却，且所得产品的性能不降低。另一方面，采用自然冷却的方法，将不需要常规水泥熟料生产时用需的急冷装备。
[0009] 本发明还有一个特点，就是在上述制备过程中，可以将低钙硅酸盐水泥生料煅烧时产生的含CO2气体，用于硬化过程中。
[0010] 本发明还提供了所述低钙硅酸盐水泥的硬化方法，具体是向所述低钙型硅酸盐水泥加入的水，
压制成型，得到试
块，向试块中通入含碳气体，得到硬化试块。所加入的水与固体(低钙型硅酸盐水泥)的质量比0.2～0.3:1，优选0.25～0.3:1。在本发明水泥硬化过程中水的作用与传统硅酸盐水泥硬化时的作用不同，本发明水泥的水不参与化学反应，且硬化产物中没有含水的产物。
[0011] 本发明是通过CO2的碳化作用生成产物，使水泥碳化粘结成具有
力学强度的试块。上述过程中的含碳气体可以是CO2或含CO2的
工业窑炉废气。作为优选，也可以是本发明在低钙型硅酸盐水泥煅烧时产生的含CO2的气体。所述的含碳气体最适宜的温度为60℃～180℃，优选90～150℃。
[0012] 有益效果：1，本发明所述的产品，氧化钙含量低，力学性能好。
[0013] 2，本发明所述的制备方法，与传统硅酸盐水泥相比，煅烧温度低，并且具有低的二氧化碳(约低15％)及废气排放量(约低25％)，低的煅烧热耗(约低15％)，若考虑将低钙硅酸盐水泥生料煅烧时产生的含CO2气体用于本发明水泥的硬化过程中，废气总排放总量降低将不少于40％。若考虑到本熟料具有自行粉化的特点，从而大大降低熟料粉磨的能耗，则与传统硅酸盐水泥生产相比，节能不低于30％。
[0014] 3，本发明所述的硬化方法，通过CO2的碳化作用生成产物，使水泥碳化粘结成具有力学强度的试块，并且实现了CO2的循环利用。具体实施方式：
[0015] 本发明选用主要含氧化钙的石灰质、含氧化硅和氧化铝的粘土质、主要含氧化铁的氧化铁质三种原料，所述的石灰质、粘土质和氧化铁质三种原料可以为天然矿物或是工业废渣。具体步骤为：
[0016] 步骤1，将三种原料经破碎，共同粉磨，磨细至比表面积达300～350m2/Kg；均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料，使低钙硅酸盐水泥生料中所含三种原料质量比达到以下要求为目标：氧化钙50～60％、二氧化硅30～45％、氧化铝2～7％、氧化铁1～4％，按氧化物质量计总和为100％。
[0017] 步骤2，将低钙硅酸盐水泥生料置于1050～1300℃的温度下煅烧30～90min，煅烧是在立窑、
回转窑、或燧道窑中煅烧。煅烧后熟料的主要矿物为二硅酸三钙，冷却，制得低钙型硅酸盐水泥熟料。冷却方法可以是急速冷却(每分钟降温200～300℃)，或自然冷却。
[0018] 步骤3，将低钙型硅酸盐水泥熟料磨细至比表面积为400～500m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0019] 步骤4，将低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，水与固体(低钙型硅酸盐水泥)的质量比0.25:1。压制成一定形状的试块，将该试块在60℃～150℃的CO2气体或含CO2的工业窑炉废气反应至一定时间，得到具有一定力学强度的硬化试块。
[0020] 与传统硅酸盐水泥相比，上述过程中的二氧化碳的排放量降低约15％，废气排放量降低约25％，煅烧热耗降低约15％。
[0021] 上述过程中还有一种实施方式是将步骤2中煅烧时产生的含CO2的气体，用于步骤4的水泥硬化过程中，在这种实施方式中废气总排放总量降低将不少于40％。
[0022] 下面通过几个典型的
实施例更进一步的描述本发明的具体内容。
[0023] 实施例1
[0024] 原料选用石灰石质原料1000g、其中含氧化钙50％；粘土质原料600g、其中含氧化硅和氧化铝分别为68％和12％；氧化铁质原料45g、其中含氧化铁45％，将上述三种原料分别破碎，使其粒径小于10mm，然后混合，共同粉磨，磨细至比表面积达300m2/Kg，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料。生料中含有：氧化钙50％、二氧化硅41％、氧化铝7％、氧化铁2％，按氧化物质量计总和为100％；
[0025] 将上述低钙硅酸盐水泥生料置于立窑中1050℃的温度下煅烧90min后，在空气中急速冷却，每分钟降温200℃，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；
[0026] 将上述低钙型硅酸盐水泥熟料进行粉磨，磨细至比表面积为400m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0027] 将上述低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，其水与固体的质量比(以下简称水固比)为0.25，压制成2×2×2cm试块，将该试块置于通有CO2气体的反应釜中，60℃下碳化1d，试块增重率、体积
膨胀率和抗压强度分别为4.3％、5.1％和16.8MPa。同样温度下碳化3d，试块增重率、体积膨胀率和抗压强度分别为9.1％、8.3％和24.7MPa。
[0028] 实施例2
[0029] 原料选用石灰石质原料1200g、其中含氧化钙50％；粘土质原料485g、其中含氧化硅和氧化铝分别为68％和12％；氧化铁质原料55g、其中含氧化铁45％，将上述三种原料分别破碎，使其粒径小于10mm然后混合，共同粉磨，磨细至比表面积达330m2/Kg，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料。生料中含有：氧化钙60％、二氧化硅32％、氧化铝5.5％、氧化铁2.5％，，按氧化物质量计总和为100％；
[0030] 将上述低钙硅酸盐水泥生料置于立窑中1100℃的温度下煅烧60min后，在水中急速冷却，每分钟降温300℃，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；
[0031] 将上述低钙型硅酸盐水泥熟料进行粉磨，磨细至比表面积为450m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0032] 将上述低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，其水固质量比为0.3，压制成2×2×2cm试块，将该试块置于通有CO2气体的反应釜中，90℃下碳化1d试块抗压强度为17.5MPa，碳化3d试块抗压强度为28.2MPa。
[0033] 实施例3
[0034] 原料选用石灰石质原料1000g、其中含氧化钙50％；粘土质原料588g、其中含氧化硅和氧化铝分别为68％和12％；氧化铁质原料66g、其中含氧化铁45％，将上述三种原料分别破碎，使其粒径小于10mm然后混合，共同粉磨，磨细至比表面积达350m2/Kg，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料。生料中含有：氧化钙50％、二氧化硅40％、氧化铝7％、氧化铁3％，按氧化物质量计总和为100％；
[0035] 将上述低钙硅酸盐水泥生料置于立窑中1150℃的温度下煅烧30min后，空气中自然冷却，每分钟降温300℃，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；
[0036] 将上述低钙型硅酸盐水泥熟料进行粉磨，磨细至比表面积为500m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0037] 将上述低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，其水固质量比为0.3，压制成2×2×2cm试块，将该试块置于通有CO2气体的反应釜中，120℃下碳化1d试块抗压强度为18.4MPa，碳化3d试块抗压强度为32.7MPa。
[0038] 实施例4
[0039] 原料选用石灰石质原料1100g、其中含氧化钙50％；粘土质原料515g、其中含氧化硅和氧化铝分别为68％和12％；氧化铁质原料88g、其中含氧化铁45％，将上述三种原料分2
别破碎，然后混合，共同粉磨，磨细至比表面积达350m /Kg，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料。生料中含有：氧化钙55％、二氧化硅35％、氧化铝6％、氧化铁4％，按氧化物质量计总和为100％；
[0040] 将上述低钙硅酸盐水泥生料置于立窑中1300℃的温度下煅烧30min后，空气中自然冷却，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；
[0041] 将上述低钙型硅酸盐水泥熟料进行粉磨，磨细至比表面积为500m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0042] 将上述低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，其水固质量比为0.3，压制成2×2×2cm试块，将该试块置于通有CO2气体的反应釜中，150℃下碳化1d试块抗压强度为19.1MPa，碳化3d试块抗压强度为38.2MPa。
[0043] 实施例5
[0044] 原料选用石灰石质原料1040g、其中含氧化钙50％；粘土质原料605g、其中含氧化硅和氧化铝分别为68％和12％；氧化铁质原料22g、其中含氧化铁45％，将上述三种原料分别破碎，使其粒径小于10mm然后混合，共同粉磨，磨细至比表面积达350m2/Kg，均匀混合后得到低钙硅酸盐水泥生料。生料中含有：氧化钙52％、二氧化硅40％、氧化铝7％、氧化铁1％，按氧化物质量计总和为100％；
[0045] 将上述低钙硅酸盐水泥生料置于立窑中1300℃的温度下煅烧30min后，自然冷却，制得低钙型硅酸盐水泥熟料；
[0046] 将上述低钙型硅酸盐水泥熟料进行粉磨，磨细至比表面积为500m2/Kg，即制得低钙型硅酸盐水泥。
[0047] 将上述低钙型硅酸盐水泥加入一定量的水，其水固质量比为0.3，压制成2×2×2cm试块，将该试块置于通有CO2气体的反应釜中，180℃下碳化1d试块抗压强度为20.4MPa，碳化3d试块抗压强度为39.2MPa。
[0048] 从上述实施例1～实施例5中可以看出，本发明可以选用低钙石灰质原料获得一种低钙硅酸盐熟料组成，并通过碳化硬化方法获得一种具有早强的低钙硅酸盐水泥。
