[19]
中华人民共和国专利局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1193613A [43]公开日1998年9月23日
[21]申请号98100581.0[22]申请日98.3.2
[71]申请人中国建筑材料科学研究院
地址100024北京市朝阳区管庄
[72]发明人刘克忠 隋同波 郭随华 王晶 刘云 赵
平 [74]专利代理机构建材专利事务所代理人王新捷
[51]Int.CI 6C04B 7/48
权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明涉及一种高贝利特水泥熟料及其制备工
艺，该熟料的矿物组成为:C 2S40—70%,C 3S10—40%,
C 3A2—8%,C 4AF10—25%。该熟料的制备是在普通硅
酸盐水泥生产的生料配制中加入0—15%的石膏、重
晶石、黄铁矿、芒硝、铜尾矿、铅锌尾矿、稀土金
属尾矿等烧成外加剂烧制而成。利用该熟料配制的
高贝利特水泥具有低水化热、低需水量、高流动性、
98100581.0权 利 要 求 书第1/1页
1.一种高贝利特水泥熟料，其特征在于所述熟料的矿物组成为： C2S 40～70％
C3S 10～40％
C3A 2～8％
C4AF 10～25％
与此同时所述熟料中C3S与C4AF的矿物含量(重量)之比在0.7～
1.7范围之间。
2.一种权利要求1所述高贝利特水泥熟料的制备工艺，其特征在于：在传统硅酸盐水泥生产的生料配制中加入烧成外加剂，其水分含量＜1.5％，入磨粒径＜25mm，该烧成外加剂的掺入量(内掺)为0～15％。入窑前所配生料的碳酸钙滴定值T C a C O3的平均波动偏差＜0.15％；熟料煅烧时，水泥回转窑运转的圆周速率应控制在40～70cm/s，入窑物料量对于不同的窑型以台时产量提高10～30％为准；所述熟料的烧成温度为1300～1400℃。
3.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为石膏，包括天然石膏、烧石膏或化学石膏等。
4.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为重晶石及其尾矿。
5.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为黄铁矿。
6.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为芒硝。
7.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为铜尾矿。
8.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为铅锌尾矿。
9.根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为稀土金属尾矿。
10根据权利要求2所述的熟料制备工艺，其特征在于：所述的烧成外加剂为石膏、重晶石及其尾矿、黄铁矿、芒硝、铜尾矿、铅锌尾矿、稀土金属尾矿中的任意一种组合。
98100581.0说 明 书第1/8页
一种高贝利特水泥熟料及其制备工艺
本发明涉及的是一种可用于重点工程高性能混凝土的高性能水泥——高贝利特水泥的熟料组成及制备工艺。这种水泥在熟料矿物组成种类上，和传统的硅酸盐水泥相同，都是由硅酸三钙(3C a O·S i O2，即C3S)、硅酸二钙(2C a O·S i O2，即C2S)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3，即C3A)和铁铝酸四钙 (4C a O·A l2O3·F e2O3，即C4A F)四种主要矿物组成的。在硅酸盐水泥熟料中，硅酸三钙晶体又被称为“阿利特”，而硅酸二钙晶体又被称为“贝利特”。对于传统的硅酸盐水泥，熟料以硅酸三钙为主要矿物，C2S矿物含量一般在30％以下；而本发明所涉及的高贝利特水泥熟料，是以C2S为主导矿物、C2S含量高达40～70％。这种高贝利特水泥熟料在煅烧过程中经一定的活化技术处理后，在其中配入缓凝剂及不同掺量的混合材，就可制成不同强度标号的高贝利特水泥。采用本发明专利技术所获得的熟料，可以克服通常情况下高贝利特水泥早期强度很低的致命弱点，实现高贝利特水泥的高强化，水泥28天强度标号可达625#以上。由这种水泥配制的混凝土具有流动性好、需水量低、最终强度高、耐久性好等优点，比传统水泥更适应于实现混凝土的高性能化。
随着混凝土构件大型化、高层化及建筑施工高度机械化趋势的发展，作为一种建筑材料，混凝土必须具有高强度、高耐久性和高施工性能，也就是说混凝土的三大技术性能——强度、耐久性及和易性都必须高性能化。但是传统的硅酸盐水泥，由于熟料中存在大量的高钙矿物C3S和C3A，在实现混凝土高性能化方面存在很多缺陷：(1)达到高流动性能时的需水量大，而且混凝土坍落度损失快，施工性能差；(2)水化热高。对于大体积混凝土，水化热高容易造成混凝土内部温度太高，使混凝土内外温度差过大，产生
很高的温度应力，导致混凝土开裂；(3)混凝土构件的干燥收缩率大，容易产生干缩裂缝，影响混凝土的强度性能和使用寿命即耐久性；(4)水化产物中Ca(OH)2含量高，会产生如下问题：一是Ca(OH)2晶体呈六方片状结构，本身强度不高，对提高水泥的强度性能不利；二是Ca(OH)2在混凝土内部容易在浆体与集料的界面处富集，形成所谓的“迁移带”组织，“迁移带”组织附近还存在大量的孔洞，阻碍混凝土力学性能的有效发挥；三是Ca(OH)2具有与其他外来组分如SO42-、Cl-、活
性SiO2等以及水泥水化浆体内部的某些水化产物如单硫型水化硫铝酸钙等发生二次化学反应的能力，产生体积变化，同时Ca(OH)2还易受到水流的溶蚀，在浆体内部形成孔洞，都会造成混凝土的破坏，也就是说较多Ca(OH)2的存在会使混凝土的抗化学侵蚀的能力变差，混凝土的耐久性下降。
有鉴于此，近年来以硅酸二钙为主导矿物的、和传统硅酸盐水泥同属CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3多元体系的高贝利特水泥，由于具有低水化热、低碱度、高耐久性、最终强度高的优点，在混凝土材料高性能要求日趋迫切的发展形势下受到了人们的普遍关注。
关于高贝利特水泥的开发研究，最早可追溯到60年代以前，特别是70年代初由于世界性能源危机的爆发，高贝利特水泥熟料煅烧温度比传统水泥低100～200℃，具有显著的节能效果，因此国内外很多学者开展过大量的研究。概括起来，其熟料制备工艺可大致分为如下两种途径。一是采用传统的水泥煅烧工艺，结果遇到了两个难以克服的困难：一是如何稳定高水化活性的C2S晶型，而不致在熟料冷却过程中
向无水化活性的γ型转化，导致熟料粉化、水泥强度极低；二是采用何种方法激发C2S晶体的水化活性，否则所得高贝利特水泥的早期强度非常低，没有实际使用价值。第二条技术途径是，首先将合适的原料配合通过水热合成的办法制得CaO/SiO2摩尔比等于2的水化硅酸钙，然后脱水、干燥，并在800℃条件下煅烧获得高贝利特水泥熟料。通过这种方法可以克服通常情况下高贝利特水泥早期强度很低的弱点，但由于制备工艺复杂并与传统工艺相去甚远，在所用原料方面也要求比较高，同时水泥需水量大、流动性能差，因此不可能得到广泛的商业化应用。
本发明的目的，就是提供一种具有低水化热、低需水量、高流动性、高强度及高耐久性等优异性能、并能够在一般水泥厂普遍适用的高贝利特水泥的熟料组成及制备工艺。该熟料以C2S为主导矿物、C2S含量高达40～70％。与国内外已有的研究成果相比，本发明解决了如下几方面的问题：(1)在熟料C2S含量大于40％的前提条件下，第一次从混凝土高性能化及熟料制备实用化的角度出发，确定了高贝利特水泥熟料的最优矿物组成范围；(2)通过在水泥生料中引入熟料煅烧外加剂，解决了通常高贝利特水泥熟料在冷却过程中易于粉化的问题；(3)通过烧成外加剂对高贝利特水泥熟料同时产生的活化作用，攻克了一般情况下高贝利特水泥早期强度很
低的致命缺陷，水泥28天龄期强度按使用要求不同可稳定在40～70MPa范围内。
本发明的具体特征在于：
1.针对高性能混凝土三大技术指标——强度，流动性及耐久性都必须高性能化的要求，在保证高贝利特水泥熟料中C 2S 含量大于40％的前提下，通过分析熟料组成中C 3S 、C 3A 和C 4A F 对水泥上述三个指标性能的影响作用，确定了适用于高性能混凝土高贝利特水泥熟料的最佳矿物组成范围。
这种熟料的最优矿物组成范围如下：
C 2S，40～70％； C 3S，10～40％；
C 3A，2～8％； C 4AF，10～25％。
与此同时要求熟料中硅酸三钙C 3S 与铁铝酸四钙C 4A F 的矿物含量(重量)之比在0.7～1.7范围内，以利于熟料的烧成。
将上述组成范围换算成通常水泥生产中所采用的熟料率值(KH、SM、IM)，对应的取值范围如下：
K H ＝0.70～0.80 S M ＝1.0～3.5 I M ＝0.7～1.0 在上述组成范围内的高贝利特水泥具有强度性能好、需水量低、流动性能好等优点，而且熟料的煅烧容易，产品性能稳定。表1中是上述熟料组成范围内部分高贝利特水泥试样的物理性能检验结果。 表1
注：PC系传统的525R型硅酸盐水泥。 1～5#试样为本发明所涉及熟料制得的高贝利特水泥。
2.通过在水泥生料中掺入烧成外加剂，并相应调整熟料的煅烧工艺试样编号
熟料矿物组成，％
比表面积m 2/kg 标稠％凝结时间流动度mm 抗压强度，MPa C 3S
C 2S C 3A C 4AF 初凝终凝3d 7d 28d 1
403741536723.53：074：1613125.839.262.12
522151938023.02：183：1714114.831.477.03
521742436222.62：224：0914712.826.266.04
552241638222.01：333：2414816.934.177.65
572341336921 02：254：1115415.929.868.4PC 205681236727.32：333：3412138.451.361.5
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