技术领域
[0001] 本发明涉及硅酸盐水泥熟料制备技术领域，具体涉及一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料及其制备方法与应用。
相关背景技术
[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003] 每生产1吨水泥熟料需要消耗1.2吨石灰石，石灰石的大量消耗使得优质石灰石资源量不断降低，水泥工业开始大量使用低品位高钾石灰石，形成高钾硅酸盐水泥熟料。目前，高钾熟料的主要缺陷是熟料的28天龄期强度较低。为了解决这一问题，方法之一是采用外加石膏调整配料过程中硫碱比的方式来改善熟料的28天强度。
[0004] 然而，额外掺加石膏的配料会造成水泥回转窑窑尾的碱硫富集，形成结皮结圈，影响正常的煅烧工况。此外，石膏的引入会稳定C2S‑β相，一方面，稳定的C2S‑β相将不会继续参与C3S的形成，导致得到的水泥熟料的C3S含量较低。另一方面，石膏的引入会将原本固溶在+ +熟料中的K离子捕获，使得原本能在高碱熟料中产生的K 离子稳定的高活性C2S‑α’L相含量大幅度降低，对水泥材料的早期强度发展产生不利的影响。
具体实施方式
[0026] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。现结合说明书附图和具体实施例对本发明技术方案进一步说明。
[0027] 实施例1一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙64.7份、氧化硅20.4份、氧化铝7.3份、氧化铁4.7份、氧化钾2.9份。
[0028] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0029] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1430℃，并在该温度下保温30min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料，如图1所示。
[0030] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图2所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 15.97%、C3S‑M3 35.83%、C2S‑α’L20.57%、C2S‑β 1.65%、C3A‑c 0.25%、C3A‑o 13.47%、C4AF 10.91%、CaO 1.35%。
[0031] 图3为上述实施例1制备的水泥熟料碳化后的SEM图，可以看出，其中存在大量的自碳化形成的呈立方块状形貌的碳酸钙颗粒，且颗粒尺寸细小，其能够很好地起到增强所述水泥熟料力学性能的作用。
[0032] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥95重量份，二水石膏5重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
29.6 MPa，28d抗压强度=57.3MPa。
[0033] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=8.54wt.%。
[0034] 实施例2一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙65.1份、氧化硅20.9份、氧化铝7.3份、氧化铁4.6份、氧化钾2.1份。
[0035] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0036] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1430℃，并在该温度下保温30min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料。
[0037] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图4所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 18.35%、C3S‑M3 36.06%、C2S‑α’L18.99%、C2S‑β 2.00%、C3A‑c 0.18%、C3A‑o 13.69%、C4AF 9.27%、CaO 1.46%。
[0038] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥97重量份，二水石膏3重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
28.1MPa，28d抗压强度=59.7MPa。
[0039] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=9.62wt.%。
[0040] 实施例3一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙64.7份、氧化硅20.9份、氧化铝7.1份、氧化铁4.7份、氧化钾2.6份。
[0041] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0042] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1420℃，并在该温度下保温60min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料。
[0043] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图5所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 16.04%、C3S‑M3 36.34%、C2S‑α’L19.19%、C2S‑β 1.64%、C3A‑c 0.09%、C3A‑o 15.33%、C4AF 9.98%、CaO 1.39%。
[0044] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥97重量份，二水石膏3重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
27.9MPa，28d抗压强度=60.5MPa。
[0045] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=10.28wt.%。
[0046] 实施例4一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙65.4份、氧化硅21.0份、氧化铝7.2份、氧化铁4.2份、氧化钾2.2份。
[0047] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0048] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1450℃，并在该温度下保温30min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料。
[0049] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图6所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 18.25%、C3S‑M3 36.31%、C2S‑α’L19.61%、C2S‑β 1.36%、C3A‑c 0.28%、C3A‑o 13.67%、C4AF 9.24%、CaO 1.28%。
[0050] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥96重量份，二水石膏4重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
28.8MPa，28d抗压强度=58.9MPa。
[0051] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=8.77wt.%。
[0052] 实施例5一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙64.7份、氧化硅22份、氧化铝7.3份、氧化铁3.6份、氧化钾2.3份。
[0053] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0054] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1440℃，并在该温度下保温50min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料。
[0055] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图7所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 17.75%、C3S‑M3 36.08%、C2S‑α’L20.16%、C2S‑β 1.30%、C3A‑c 0.72%、C3A‑o 12.71%、C4AF 9.8%、CaO 1.48%。
[0056] 本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的X射线衍射图谱如图6所示。采用Rietveld无标定量法对该水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 18.25%、C3S‑M3 36.31%、C2S‑α’L19.61%、C2S‑β 1.36%、C3A‑c 0.28%、C3A‑o 13.67%、C4AF 9.24%、CaO 1.28%。
[0057] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥97重量份，二水石膏3重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
29.7MPa，28d抗压强度=56.6MPa。
[0058] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=8.23wt.%。
[0059] 实施例6一种自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）取如下重量份的原料：氧化钙65.3份、氧化硅21.1份、氧化铝5.5份、氧化铁3.4份、氧化钾2.2份、石膏（以SO3计）2.5份。
[0060] （2）将上述原料混合后置于圆盘磨中进行破碎，随后将其放入行星磨中以600转/分钟的速度研磨1.2个小时。接着将研磨好的料粉置于模具中用压力机以100KN的压力压制成直径50mm厚度10mm的圆柱形生料饼。
[0061] （3）将所述生料饼置于马弗炉中以15℃/分钟的速度升温至1430℃，并在该温度下保温30min后取出，然后采用电风扇对熟料进行急速冷却，将冷却完的水泥熟料放入圆盘磨中进行破碎，然后放入行星式球磨机中以600转/分钟的速度研磨1小时，随后将研磨得到的粉体通过80um方孔筛进行筛分直到将筛余控制在10%以内，即得自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料。
[0062] 采用Rietveld无标定量法对本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料的矿物组成进行测定，结果为：C3S‑M1 27.01%、C3S‑M3 37.83%、C2S‑α’L2.17%、C2S‑β 11.41%、C3A‑c 3.23%、C3A‑o 0.31%、C4AF 13.14%、CaO 0.1%、K2SO44.8%。
[0063] 取本实施例制备的所述自碳化增强高钾硅酸盐水泥熟料水泥97重量份，二水石膏3重量份，将两者混合后研磨，得到水泥粉。然后根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T17671‑1999)该水泥粉形成的水泥胶砂的3d、28d抗压强度进行测试，结果为：3d抗压强度=
22.8 MPa，28d抗压强度=45.2 MPa。
[0064] 通过使用有标定量方法龄期28天的所述水泥胶砂试块进行定量相分析，并用试样中CaCO3的含量作为衡量碳化程度的指标，结果为：CaCO3含量=0.41wt.%。可以看出，相对于实施例1~5，实施例6在水泥熟料制备时引入SO3后导致水泥熟料的早强强度和28d强度、自碳化能力明显下降。
[0065] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
