本發(fā)明屬于水泥添加劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高水化活性硫硅酸鈣礦物及其制備方法和應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

生產(chǎn)傳統(tǒng)硅酸鹽水泥的原材料主要是石灰質(zhì)、粘土及其它硅、鋁和鐵質(zhì)校正原料，水泥熟料的主要礦物成分為硅酸三鈣（S）、硅酸二鈣（S）、鋁酸三鈣（A）和鐵鋁酸四鈣（AF），通常硅酸三鈣占礦物組成的60—70%，硅酸二鈣占15—25%，鋁酸三鈣占5—10%，鐵鋁酸四鈣占10—15%。傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料硅酸三鈣礦物含量很高，不僅燒成溫度很高，而且對(duì)石灰石的品位要求也很高，因此，傳統(tǒng)水泥行業(yè)是典型的高排放、高能耗、高資源負(fù)荷的典型代表，是不可持續(xù)的。

截止目前，國(guó)內(nèi)外科研人員在以貝利特為主要礦物的水泥熟料（硅酸二鈣為主硅酸鹽水泥熟料）研究方面開(kāi)展了大量的研究工作，例如，申請(qǐng)?zhí)?01210022401的專利記載水泥熟料含有25—30％的-S；25—30％的-S；28—40％的?；4—12％的AF；4—8％的非晶相物質(zhì)，該水泥通過(guò)生成大量的-S來(lái)改善水泥的早期強(qiáng)度，但是生成條件很難控制，申請(qǐng)?zhí)?00610045503.6的專利記載硫鋁酸鋇鈣礦物與貝利特礦物復(fù)合的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，但受硫酸鋇資源限制，不可能規(guī)?；a(chǎn)，另有研究表明，因?yàn)樨惱氐V物的水化活性很低導(dǎo)致水泥3天和28天強(qiáng)度不能滿足工程要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、制備簡(jiǎn)單，實(shí)施方便的高水化活性硫硅酸鈣礦物及其制備方法和應(yīng)用方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高水化活性硫硅酸鈣礦物，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物是由如下原料的重量份數(shù)比制成：砂巖9—11份、石灰石69—71份、石膏19—21份。

所述的砂巖中的二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%。

所述的石灰石中的氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于53%。

所述的石膏中的三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%。

所述的石膏為磷石膏、氟石膏、脫硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一種。

所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：

步驟1：選取原料，選取二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%的砂巖、氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于53%的石灰石和三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的石膏；

步驟2：混合，將步驟1中選取的原料在混合攪拌機(jī)中進(jìn)行混合并攪拌均勻；

步驟3：粉磨，將步驟2中混合均勻的原料在粉磨機(jī)中進(jìn)行粉磨，其中粉磨后的粒徑為過(guò)0.08mm方孔篩，且篩余小于5%；

步驟4：煅燒，將步驟3中得到的粉磨物在高溫條件下進(jìn)行煅燒，其中煅燒溫度為1150-1300℃，煅燒時(shí)間為30—60min；

步驟5：冷卻，將步驟5中煅燒后的粉磨物進(jìn)行冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物。

所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物的應(yīng)用方法，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物加入礦粉進(jìn)行粉磨，粉磨后制得比表面積不小于450平方米/kg的膠凝材料。

所述的礦粉的重量與高水化活性硫硅酸鈣礦物的重量比為0.5—0.9。

所述的膠凝材料與砂石的重量比為1：3，且水與膠凝材料的重量比為3：10。

所述的燒結(jié)產(chǎn)物中硫硅酸鈣的含量為大于70%，β型硅酸二鈣的含量介于10—20%之間，硫鋁酸鈣的含量介于5—10%之間。

本發(fā)明是基于以下原理：

砂巖的化學(xué)成分主要包括SiO₂，Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃以及其它少量氧化物，可以充分提供本發(fā)明高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物所需的硅質(zhì)材料，石灰石主要提供形成高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物所需的CaO成分，石膏主要用于提供生成高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物的硫元素并控制其它鋁酸鹽礦物的數(shù)量。

本發(fā)明在低溫下生成硫硅酸鈣礦物，通過(guò)固相反應(yīng)生成的硅酸二鈣與硫酸鈣的固溶體具有顯著的水化活性，不僅對(duì)后期強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)極大，而且對(duì)水泥石早期和中期強(qiáng)度發(fā)展也非常有利，同時(shí)，高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物水化釋放的硫酸根離子又有效地促進(jìn)了礦粉的水化硬化過(guò)程，從而高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物和礦渣形成的膠凝體系不僅具有很好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，而且其微膨脹特征提高了該膠凝體系的抗裂能力。在既有文獻(xiàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)具有本方法制備的以高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物和礦渣為主要組分的膠凝體系，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似本發(fā)明所描述的膠凝體系所具有的強(qiáng)度發(fā)展特征；本發(fā)明采用低溫合成高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物與礦粉按比例搭配的膠凝材料體系具有高水化硬化能力，在既有文獻(xiàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，其對(duì)硬化水泥漿體的中期強(qiáng)度發(fā)展非常有利，進(jìn)一步縮短了早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度發(fā)展的過(guò)渡時(shí)間。本方法制備的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物水化步驟如下：

第一步：

第二步：

第三步：

該膠凝材料體系具有很高的早期強(qiáng)度，穩(wěn)定的中期強(qiáng)度發(fā)展和優(yōu)秀的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率，所制備的水泥砂漿流動(dòng)性能優(yōu)良，同時(shí)，高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物燒成過(guò)程降低CO₂排放25%左右，降低氮氧化物NO_x排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低電耗15%左右，是一種典型的生態(tài)膠凝材料。

本發(fā)明的有益效果是：

1．本發(fā)明提供的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物具有高水化活性，其中硫硅酸鈣（C₅Si₂?）含量大于70%,硅酸三鈣（C₃S）含量介于5—10%之間，β型硅酸二鈣（β-C₂S）含量介于5—10%，硫鋁酸鈣（C₄A₃?）含量介于5%—15%之間，高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物形成溫度介于1150^oC—1300^oC，最優(yōu)溫度為1200^oC，貢獻(xiàn)于該類膠凝材料的早期和中期強(qiáng)度發(fā)展，并對(duì)礦粉的水化活性起到激發(fā)作用。

2.該高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物的燒成溫度在1200℃左右，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度降低250℃左右，燒成過(guò)程降低CO₂排放25%左右，降低氮氧化物NO_x排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低電耗10%左右。

3.本發(fā)明的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物與礦粉形成的膠凝材料體系具有優(yōu)秀的早期強(qiáng)度，中期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，采用灰砂比為1：3，水灰比為0.3的40mmx40mmx160mm的膠砂試件檢測(cè)，硬化水泥膠砂試件1天抗壓強(qiáng)度25Mpa以上，3天抗壓強(qiáng)度50MPa以上，28天抗壓強(qiáng)度60Mpa以上。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種高水化活性硫硅酸鈣礦物，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物是由如下原料的重量份數(shù)比制成：砂巖10kg、石灰石69kg、石膏21kg，所述的砂巖中的二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%，所述的石灰石中的氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于53%，所述的石膏中的三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%，所述的石膏為磷石膏、氟石膏、脫硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一種。

本發(fā)明提供的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物具有高水化活性，其中硫硅酸鈣（C₅Si₂?）含量大于70%,硅酸三鈣（C₃S）含量介于5—10%之間，β型硅酸二鈣（β-C₂S）含量介于5—10%，硫鋁酸鈣（C₄A₃?）含量介于5%—15%之間，高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物形成溫度介于1150^oC—1300^oC，最優(yōu)溫度為1200^oC，貢獻(xiàn)于該類膠凝材料的早期和中期強(qiáng)度發(fā)展，并對(duì)礦粉的水化活性起到激發(fā)作用，該高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物的燒成溫度在1200℃左右，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度降低250℃左右，燒成過(guò)程降低CO₂排放25%左右，降低氮氧化物NO_x排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低電耗10%左右，本發(fā)明的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物與礦粉形成的膠凝材料體系具有優(yōu)秀的早期強(qiáng)度，中期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，采用灰砂比為1：3，水灰比為0.3的40mmx40mmx160mm的膠砂試件檢測(cè)，硬化水泥膠砂試件1天抗壓強(qiáng)度25Mpa以上，3天抗壓強(qiáng)度50MPa以上，28天抗壓強(qiáng)度60Mpa以上。

實(shí)施例2

一種高水化活性硫硅酸鈣礦物，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物是由如下原料的重量份數(shù)比制成：砂巖11kg、石灰石70kg、石膏19kg，所述的砂巖中的二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%，所述的石灰石中的氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于53%，所述的石膏中的三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%，所述的石膏為磷石膏、氟石膏、脫硫石膏、天然二水石膏或硬石膏中的任意一種，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物的制備方法，所述的制備方法包括如下步驟：步驟1：選取原料，選取二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%的砂巖、氧化鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于53%的石灰石和三氧化硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%的石膏；步驟2：混合，將步驟1中選取的原料在混合攪拌機(jī)中進(jìn)行混合并攪拌均勻；步驟3：粉磨，將步驟2中混合均勻的原料在粉磨機(jī)中進(jìn)行粉磨，其中粉磨后的粒徑為過(guò)0.08mm方孔篩，且篩余小于5%；步驟4：煅燒，將步驟3中得到的粉磨物在高溫條件下進(jìn)行煅燒，其中煅燒溫度為1150-1300℃，煅燒時(shí)間為30—60min；步驟5：冷卻，將步驟5中煅燒后的粉磨物進(jìn)行冷卻，得到燒結(jié)產(chǎn)物，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物的應(yīng)用方法，所述的高水化活性硫硅酸鈣礦物加入礦粉進(jìn)行粉磨，粉磨后制得比表面積不小于450平方米/kg的膠凝材料，所述的礦粉的重量與高水化活性硫硅酸鈣礦物的重量比為0.5—0.9，所述的膠凝材料與砂石的重量比為1：3，且水與膠凝材料的重量比為3：10，所述的燒結(jié)產(chǎn)物中硫硅酸鈣的含量為大于70%，β型硅酸二鈣的含量介于10—20%之間，硫鋁酸鈣的含量介于5—10%之間。

本發(fā)明提供的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物具有高水化活性，其中硫硅酸鈣（C₅Si₂?）含量大于70%,硅酸三鈣（C₃S）含量介于5—10%之間，β型硅酸二鈣（β-C₂S）含量介于5—10%，硫鋁酸鈣（C₄A₃?）含量介于5%—15%之間，高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物形成溫度介于1150^oC—1300^oC，最優(yōu)溫度為1200^oC，貢獻(xiàn)于該類膠凝材料的早期和中期強(qiáng)度發(fā)展，并對(duì)礦粉的水化活性起到激發(fā)作用，該高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物的燒成溫度在1200℃左右，比傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料的燒成溫度降低250℃左右，燒成過(guò)程降低CO₂排放25%左右，降低氮氧化物NO_x排放60%左右，降低煤耗25%左右，降低電耗10%左右，本發(fā)明的高水化活性硫硅酸鈣（C₅Si₂?）礦物與礦粉形成的膠凝材料體系具有優(yōu)秀的早期強(qiáng)度，中期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，采用灰砂比為1：3，水灰比為0.3的40mmx40mmx160mm的膠砂試件檢測(cè)，硬化水泥膠砂試件1天抗壓強(qiáng)度25Mpa以上，3天抗壓強(qiáng)度50MPa以上，28天抗壓強(qiáng)度60Mpa以上。