一种速凝速硬高强的低碳水泥熟料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于水泥熟料技术领域，具体涉及一种速凝速硬高强的低碳水泥熟料及其制备方法与应用。所述低碳水泥熟料，以质量分数计，其结晶相含量≥85％，无定形相含量≤15％；所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙含量15～45％；氧化钙含量0～5％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～50％；硫铝酸钙含量15～45％；铁铝酸钙含量2～15％；所述无定形相为CaO‑Al

【技术实现步骤摘要】
一种速凝速硬高强的低碳水泥熟料及其制备方法与应用
本专利技术属于水泥熟料
，具体涉及一种速凝速硬高强的低碳水泥熟料及其制备方法与应用。
技术介绍
为了尽可能缩短施工周期，速凝速硬胶凝材料在建筑装修、市政工程抢修抢建、道路桥梁修补以及作为战时应急储备技术与物资具有重要意义。截至目前，国内外研究了很多生产含硅酸二钙矿物的活性矿物掺合料技术。例如，CN105669056A公开了由高活性三元矿物熟料体系，该体系3d强度超过30MPa，28d强度60MPa左右。CN102584045A公开了一种活性贝利特硫铝酸盐水泥熟料，其主要矿物为β-C2S(25～30％)，α-C2S(25～30％)，C4AF(4～12％)的水泥熟料，期待通过形成大量的α-C2S提高中期强度；但是该熟料烧成条件很难控制。CN1887766A公开了一种由硫铝酸钡钙矿物与贝利特矿物复合的贝利特-硫铝酸钡钙水泥，但是受原材料限制，很难实现规模化生产。此外，还有研究表明，煅烧贝利特含量很高的矿物掺合料使用起来并不经济。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种速凝速硬高强的低碳水泥熟料。所述低碳水泥熟料中，以质量分数计，其结晶相含量≥85％，无定形相含量≤15％；所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙(C3S)含量15～45％；氧化钙(CaO)含量0～5％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～50％；硫铝酸钙含量15～45％；铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)含量2～15％；所述无定形相为CaO-Al2O3-SiO2-SO3-Fe2O3固熔玻璃体。本专利技术通过五种特定结晶相结构设计，并控制五种晶相结构的含量比例，使所得低碳水泥熟料制成的低碳胶凝材料可在短时间内具有更高的抗压强度，显著优于现有同类水泥熟料；同时本专利技术所述的低碳水泥熟料还具有显著的触变性、低碱、低氯离子含量的优秀特征。所述低碳水泥熟料中，所述硅酸三钙C3S的含量为15～45％，优选20～40％，进一步优选25～35％。所述低碳水泥熟料中，所述氧化钙CaO的含量为0～5％，优选1～4％，进一步优选2～3％。所述低碳水泥熟料中，所述掺杂氧化铁的硫硅酸钙的含量为5-50％，优选15-40％，进一步优选25-35％。所述低碳水泥熟料中，所述硫铝酸钙的含量为15-45％，优选20-40％，进一步优选25-35％。所述掺杂氧化铁的硫硅酸钙中，氧化铁作为掺杂稳定剂，4Fe3+替代3Si4+，掺杂在硫硅酸钙晶格中，x在0.9至1，优选0.94至0.99的范围。所述低碳水泥熟料中，所述铁铝酸钙C2(AyF1-y)2O5的含量为3-15％，优选5-12％，进一步优选7-10％。所述铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)中，Al/Fe比含量较高，y的取值范围为0.5～1.0，优选0.6至0.9的范围。所述掺杂了氧化铁的硫硅酸钙矿物存在两种晶型：无机晶体结构数据库编号ICSD4332的硫硅酸钙占总硫硅酸钙含量的60～80％，无机晶体结构数据库编号ISCD85123的硫硅酸钙占总硫硅酸钙含量的20～40％。本领域技术人员知晓，在实际施工过程中，根据不同施工需求，施工人员对低碳水泥熟料的初凝时间需求也不同，有时候需要初凝时间越短越好，有时候则希望初凝时间适当延长，以使前期施工准备时间充裕。但无论初凝时间快慢，终凝时间都希望尽可能缩短，以提高施工整体效率。为此，本专利技术在上述方案基础上进一步研究，提出满足不同施工需求的高强低碳水泥。作为本专利技术的具体实施方式之一，为了具有较高的抗压强度，所述低碳水泥熟料的结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙(C3S)含量30～45％；氧化钙(CaO)含量0～3％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～25％；硫铝酸钙含量25～45％；铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)含量2～6％。作为本专利技术的具体实施方式之一，为了在更短时间内具有更高的抗压强度，所述低碳水泥熟料的结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙(C3S)含量30～45％；氧化钙(CaO)含量0～1％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量6～20％；硫铝酸钙含量31～45％；铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)含量2.5～3％。作为本专利技术的具体实施方式之一，为了在较短时间内具有较高的抗压强度，同时降低回弹率及提高触变性，所述低碳水泥熟料的结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙(C3S)含量30～35％；氧化钙(CaO)含量3～4％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量21～23％；硫铝酸钙含量28～29％；铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)含量5～6％。作为本专利技术的具体实施方式之一，为了满足施工充分准备的需求，在相对较长的初凝时间内具有较高的抗压强度，所述低碳水泥熟料的结晶相中，以低碳水泥熟料计：硅酸三钙(C3S)含量15～17％；氧化钙(CaO)含量0.1～0.2％；掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量48～50％；硫铝酸钙含量15～16％；铁铝酸钙(C2(AyF1-y)2O5)含量9～11％。所述低碳水泥熟料中，为确保主要熟料矿物成分与比例的优选范围，并且协同达到速凝、速硬、高强度的物理力学性能，主要氧化物的含量包含下列范围：CaO以质量分数计50至65％，优选55至62％，更优选58至60％；SiO2以质量分数计8至15％，优选9至14％，更优选10至12％；Al2O3以质量分数计15至25％，优选17至23％，更优选19至21％；SO3以质量分数计5至12％，优选7至10％，更优选8至9％；Fe2O3以质量分数计1至6％，优选2至5％，更优选3至4％；Al2O3与Fe2O3总合以质量分数计15至30％，优选18至26％，再更优选20至24％；以上氧化物含量的比例合计100％，占物料总重≥95％。所述无定形相中，主要化学元素(以氧化物表达)为：以质量分数计，CaO(25～40％)，Al2O3(12～20％)，SiO2(10～20％)，Fe2O3(1～8％)，SO3(1～5％)，MgO(0～10)，Na2O(0～2.5％)和K2O(0～2.5％)，合计100％，占物料总重≤15％。本专利技术所述低碳水泥熟料的无定形相中形成具有潜在水化活性的CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3玻璃体；富裕的SO3存在玻璃体中确保掺杂氧化铁的硫硅酸钙和硫铝酸钙两种矿物达到设计要求的比例；MgO含量不应超过玻璃体总量的10％，以确保尽可能降低对主要熟料矿物的不利影响；碱金属氧化物不超过玻璃体总量的5％，避免熟料中游离氧化钙异常波动，导致凝结时间异常，降低各龄期强度。本专利技术的第二目的是提供上述低碳水泥熟料的制备方法。所述低碳水泥熟料的制备方法，包括：以钙质材料、硅铝质材料、石膏及工业固废矿化剂为原料，混合所得生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低碳水泥熟料，以质量分数计，其结晶相含量≥85％，无定形相含量≤15％；其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：/n硅酸三钙含量15～45％；/n氧化钙含量0～5％；/n掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～50％；/n硫铝酸钙含量15～45％；/n铁铝酸钙含量2～15％；/n所述无定形相为CaO-Al

【技术特征摘要】
1.一种低碳水泥熟料，以质量分数计，其结晶相含量≥85％，无定形相含量≤15％；其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：
硅酸三钙含量15～45％；
氧化钙含量0～5％；
掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～50％；
硫铝酸钙含量15～45％；
铁铝酸钙含量2～15％；
所述无定形相为CaO-Al2O3-SiO2-SO3-Fe2O3固熔玻璃体。


2.根据权利要求1所述的低碳水泥熟料，其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：
硅酸三钙含量30～45％；
氧化钙含量0～3％；
掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量5～25％；
硫铝酸钙含量25～45％；
铁铝酸钙含量2～6％。


3.根据权利要求1所述的低碳水泥熟料，其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：
硅酸三钙含量30～45％；
氧化钙含量0～1％；
掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量6～20％；
硫铝酸钙含量31～45％；
铁铝酸钙含量2.5～3％。


4.根据权利要求1所述的低碳水泥熟料，其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：
硅酸三钙含量30～35％；
氧化钙含量3～4％；
掺杂氧化铁的硫硅酸钙含量21～23％；
硫铝酸钙含量28～29％；
铁铝酸钙含量5～6％。


5.根据权利要求1所述的低碳水泥熟料，其特征在于，所述结晶相中，以低碳水泥熟料计：
硅酸三钙含量15～17％；
氧化钙含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳军，徐瑞来，李沙，李润丰，
申请(专利权)人：北京建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11