專利名稱：一種高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料及其生產方法
技術領域：
:本發(fā)明涉及水泥生產領域，具體涉及硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥生產中高鎂原料的利用。
背景技術：
:MgO延遲性膨脹是影響水泥混凝土體積穩(wěn)定性的重要因素。自從1884年首次發(fā)現法國的許多橋梁和旱橋以及德國Cassel市鎮(zhèn)大廳等建筑物的破壞是由MgO延遲性膨脹引起以來，水泥中MgO延遲性膨脹的研究及其預防已引起世界各國的極大關注，并相繼在水泥規(guī)范中提出了水泥熟料中MgO含量的限值。我國現行的國家標準中規(guī)定:“熟料中氧化鎂含量不得超過5%，若水泥壓蒸安定性合格，則熟料中MgO含量允許放寬到6%?！苯陙黼S著水泥中氧化鎂膨脹的研究和發(fā)展，人們逐漸認識到，可利用熟料中適量的MgO水化產生相應的膨脹，以補償混凝土收縮，抵抗溫度應力作用產生的裂縫。關于MgO的補償收縮性，國內外學者進行了大量的研究。1980年Mehta試圖利用氧化鎂的膨脹特性來解決大體積混凝土的溫度補償這一迄今未解決的難題。袁美棲等研究表明，MgO的水化能在大體積混凝土降溫階段產生自生體積膨脹，抵消溫降引起的體積收縮。目前，高鎂水泥的補償收縮性在大體積混凝土中已得到部分應用。水泥熟料中的氧化鎂，來自水泥熟料生產時所使用的原材料中的碳酸鎂。石灰石是生產水泥的主要原料，占水泥生料成分的80%左右，所以，水泥熟料中的氧化鎂主要來自石灰石中的碳酸鎂。作為水泥用石灰石礦山其有用成份主要是CaO，其含量一般要求大于48%，其有害成份主要是MgO，另外還有K20、Na20、Cl-等。有研究表明，為使熟料中氧化鎂的含量小于5.0%，應控制石灰石原料中氧化鎂含量小于3.0%。但在實際生產中Ca0、Mg0等各組分的含量在各巖層中差別較大，只有符合規(guī)定指標(MgO < 3%,CaO > 48%)的礦層才可用于生產，對于不符合指標的巖層就是廢石層，在大多數石灰?guī)r礦山中，廢石層和礦層往往交錯出現。一層礦石覆蓋一層廢石。`所以，導致大量的石灰石被剝離，造成采礦成本增加，石灰石資源浪費。近幾年來我國水泥產量一直維持在10億噸以上，而每生產I噸水泥熟料需要消耗1.25噸石灰石。隨著我國經濟發(fā)展及基礎設施建設規(guī)模的增大，在今后相當長的時間內對水泥的需求量仍將維持在較高的水平。因此，如何利用氧化鎂含量較高的低品味石灰石生產合格水泥已經成為技術人員需要攻克的課題，越來越受到社會的關注
發(fā)明內容
:本發(fā)明的目的在于提出高鎂原料在水泥生產企業(yè)的利用思路，提供一種利用高鎂原料生產硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥的方法，從而大幅度提高水泥原料的使用范圍，擴大水泥礦山儲備。本發(fā)明利用高鎂原料生產硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥，可以利用低品位高鎂石灰石(例如白云石)、高鎂廢渣等工業(yè)廢棄物。本發(fā)明利用高鎂原料生產硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥的方法，將常規(guī)硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥原料進行煅燒，燒成硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料；其中，所述原料中包括高鎂原料，具體為氧化鎂含量大于3.0%的高鎂石灰石或其他高鎂廢渣，所述煅燒溫度為1230°C 1300°C。所述原料中高鎂原料與氧化鎂含量小于3.0%的石灰石配合使用，依據原料中氧化鎂含量調節(jié)配合比。通常按熟料中的方鎂石晶體氧化鎂含量為6.0%-8.0%計算原料中高鎂原料與石灰石的配合比例。熟料中方鎂石晶體尺寸控制在〈5 μ m。本發(fā)明另一目的是提供由上述方法制成的高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料。該水泥熟料主要由C3s、C2S, C4A3S、C4AF, MgO以及少量的C3A和未化合的CaSO4組成，用石
灰飽和系數(KH)、硅率(SM)、鐵率(頂)及硫鋁比(Pm)來控制礦物的匹配關系，Pm>0.26，KH=0.76-0.85, SO3Al2O3=0.4-0.9 ;特別的，該水泥熟料中氧化鎂含量按質量為6.0%-8.0%，且方鎂石結晶體尺寸控制在〈5 μ m。本發(fā)明另一目的是提供高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料。該高鎂硫鋁酸鈣改性
硅酸鹽水泥熟料，包括C3S、C2S、C4A3S、C4AF和方鎂石晶體MgO，所述水泥熟料中Pm>0.26，
KH=0.76-0.85, SO3Al2 O3=0.4-0.9，其中MgO質量含量為6.0% 8.0%，方鎂石晶體尺寸控制在〈5 μ m。本發(fā)明另一目的是提供高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料。該水泥熟料，包括C3S, C2S, C4A3S、C4AF 和方鎂石晶體 MgO，所述水泥熟料中 Pm>0.26，KH=0.76-0.85，SO3/
Al2O3=O- 4-0.9，其中，利用普通石灰石和氧化鎂含量大于3.0%的高鎂石灰石或其他高鎂廢渣，在煅燒溫度為1230°C 1300°C下制備得到，且熟料中MgO質量含量為6.0% 8.0%，方鎂石晶體尺寸控制在〈5μπι。其中，所述高鎂石灰石為氧化鎂含量22.5%的白云石，其與普通石灰石配合使用，在硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥原料中所占比例不超過20%。本發(fā)明利用硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料煅燒溫度低的特性，并進一步降低煅燒溫度，使得水泥熟料中的方鎂石結晶更加細小，從而使得水泥熟料中允許的方鎂石晶體含量增加，使高鎂原料在水泥生產中的利用成為可能。通過本發(fā)明的實施，可以將水泥熟料煅燒溫度降低至1230°C 1300°C，水泥熟料中氧化鎂的含量放寬到6.0%-8.0%，并可大量利用氧化鎂含量高的低品位石灰石及高鎂廢渣，具有很好的節(jié)能減排效果。另外，本發(fā)明中生產的高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥具有C4Aj和方鎂石雙膨脹源，具有良好的膨脹性能，能顯著補償水泥的收縮。
具體實施方式
:根據已有研究資料表明:在硅酸鹽水泥熟料的各礦物相中均可存在MgO，不過數量均有一定限度，絕大部分的MgO還是以方鎂石晶體存在的。水泥中氧化鎂的水化膨脹破壞主要是由結晶的氧化鎂(方鎂石晶體)的水化膨脹引起的，因此控制方鎂石晶體就能控制水泥中氧化鎂引起的水化膨脹。影響方鎂石水化膨脹的因素主要有方鎂石晶體數量、晶體尺寸及分布均勻性等。有學者研究了硅酸鹽水泥中方鎂石晶體的尺寸和晶體數量(氧化鎂含量)的關系，結果為:晶體尺寸若〈5微米，在普通硅酸鹽水泥中方鎂石晶體質量百分含量為5% ;晶體尺寸5 15微米，含量2% ;晶體尺寸15 30微米，含量1.5% ;晶體尺寸30 60微米，含量1%，說明晶體尺寸越大，在水泥中的允許含量就越少。另一方面，方鎂石晶體數量越多，膨脹越大；方鎂石晶體尺寸越大，膨脹越大，膨脹速度的越小；方鎂石晶體呈團聚分布，膨脹越大。將以上業(yè)界學者的研究成果綜合考慮，發(fā)明人提出，如果能控制硅酸鹽水泥熟料中方鎂石晶體的數量、尺寸和分布，就能控制硅酸鹽水泥使用時的膨脹速度。本發(fā)明將以上研究成果應用到硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥生產中。其主要考慮因素是:硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料主要由C3S、C2S, C4A3S、C4AF, MgO以及少量的C3A
和未化合的CaSO4組成。硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料通常用石灰飽和系數(KH)、硅率(310、鐵率(頂)及硫鋁比(Pm)來控制礦物的匹配關系。其中各率值算式如下:
權利要求
1.一種利用高鎂原料生產硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥的方法，將常規(guī)硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥原料進行煅燒，燒成硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料；其特征在于，所述原料中包括高鎂原料，具體為氧化鎂含量大于3.0%的高鎂石灰石或其他高鎂廢渣，所述煅燒溫度為1230°C 1300°C。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料中高鎂原料與氧化鎂含量小于3.0%的石灰石配合使用，依據原料中氧化鎂含量調節(jié)配合比。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，按熟料中的方鎂石晶體氧化鎂含量為6.0% 8.0%計算原料中高鎂原料與石灰石的配合比例。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，熟料中方鎂石晶體尺寸控制在〈5μ m。
5.一種高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料，為采用權利要求1或2或3或4所述方法制成。
6.根據權利要求5所述水泥熟料，其特征在于，包括C3S、C2S、C4A3S、C4AF和方鎂石晶體 MgO ;所述水泥熟料中 Pm>0.26，KH=0.76-0.85， SO3Al2O3=0.4-0.9，方鎂石晶體尺寸控制在〈5 μ m。
7.根據權利要求6所述水泥熟料，其特征在于，水泥熟料中MgO含量為6.0%-8.0% (按質量)。
8.一種高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料，包括C3S、C2S, C4A j、C4AF和方鎂石晶體MgO，所述水泥熟料中 Pm>0.26，KH=0.76-0.85，SO3Al2O3=0.4-0.9，其特征在于，其中 MgO 質量含量為6.0% 8.0%，方鎂石晶體尺寸控制在〈5 μ m。
9.一種高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料，包括C3S、C2￡ Γ ^ S, C4AF和方鎂石晶體MgO，所述水泥熟料中Pm>0.26，KH=0.76-0.85，SO3Al2O3=0.4-0.9，其特征在于，利用普通石灰石和氧化鎂含量大于3.0%的高鎂石灰石或其他高鎂廢渣，在煅燒溫度為1230°C 1300°C下制備得到，且熟料中MgO質量含量為6.0% 8.0%，方鎂石晶體尺寸控制在〈5 μ m。
10.根據權利要求9所述水泥熟料，其特征在于，所述高鎂石灰石中氧化鎂含量22.5%，其與普通石灰石配合使用，在硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥原料中所占比例不超過20%。
全文摘要
一種高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料及其生產方法，將常規(guī)硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥原料中組配高鎂石灰石原料在1230℃～1300℃下煅燒得到高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥熟料。本發(fā)明通過降低煅燒溫度，使水泥熟料中氧化鎂的含量放寬到6.0%-8.0%仍合格，并可大量利用氧化鎂含量高的低品位石灰石及高鎂廢渣，具有很好的節(jié)能減排效果，并擴大水泥原料儲備。另外，本發(fā)明中生產的高鎂硫鋁酸鈣改性硅酸鹽水泥具有和方鎂石雙膨脹源，具有良好的膨脹性能，能顯著補償水泥的收縮。
文檔編號C04B7/42GK103232179SQ20131015562
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者顏碧蘭, 魏麗穎, 汪瀾 申請人:中國建筑材料科學研究總院