一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法

1.一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法，以石灰石、粘土、铁矿粉为原 料，经破碎粉磨、高温煅烧制成熟料，在熟料中再掺入石膏，粉磨成水泥， 其特征在于：原料中选用含有氧化镁杂质的石灰石，或者添加白云石，熟料的成 份是CaO 60～66％wt，  SiO2 20～24％wt，Al2O3 4.0～6.0％wt，Fe2O34.5～ 7.0％wt，MgO 4.0～6.0％wt，其中Al2O3+Fe2O3的含量不少于10.8％wt，水 泥中SO3含量为水泥重量的3.0～5.0％wt。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：熟料中MgO的最佳含量为4.0 ～5.0％wt，水泥中SO3的最佳含量为3.0～4.0％wt。

本发明涉及一种硅酸盐水泥，特别涉及一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造 方法。
现有的硅酸盐水泥，以石灰石、粘土、铁矿粉为原料，经破碎粉磨、高 温煅烧制成熟料，在熟料中加入石膏，粉磨成为水泥。熟料中含有氧化镁， 是由原料石灰石带来的，人们认为氧化镁是一种有害杂质，希望熟料中氧化 镁含量越少越好，否则会影响水泥的安定性。在水泥制造过程中，为延缓凝 结时间，必须加入石膏，按SO3计，其加入量一般为水泥重量的1.8～2.4％wt， 若超过可能会影响水泥性能。
本发明的目的在于提供一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法，通过理论 论证和试验分析，确认熟料中的氧化镁是一种有益成份，硅酸盐水泥中含有适 量的氧化镁和石膏能有效地改善其混凝土的膨胀性能，构成一种微膨胀型硅 酸盐水泥。
实现本发明目的的理论依据及采取技术措施：
(1)熟料中的氧化镁小部份以固溶形式存在，而主要则以方镁石形式存 在，方镁石是呈晶态的氧化镁，存在于熟料各矿物之间，遇水化合成水镁石：
          方镁石   水镁石
         MgO+H2O→Mg(OH)2
        摩尔体积11.2  24.3 水化以后，固相体积增大一倍以上，方镁石的水化应引起水泥硬化体膨胀，在 常温下，它的水化非常缓慢，可以延续几年，十几年至甚几十年。它的水化，对 温度却非常敏感，温度升高了，水化速度将大为加快，如硅酸盐水泥的熟料 含氧化镁为5.0％，在50℃水中养护28天时，水镁石形成率为40％左右，90天 时达75％左右，300天时则达90％以上，该水泥硬化体最终膨胀值为1000× 10-6左右(净浆)，其强度与无方镁石熟料制成的水泥的强度相当。
(2)水泥中石膏遇水溶析，提供Ca2+和SO42-，同时水泥熟料中矿物C3A和C4AF遇水溶析，提供AlO2-和Ca2+，于是： 6Ca2++2AlO2-+3SO42-+4OH-+29H2O 3CaO・Al2O3・3CaSO4・31H2O 这里的3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O称钙矾石，在水泥硬化体中普遍存在，通 常为针状晶体，其溶度积为1.1×10-40，因此很容易形成，也很稳定，形成钙矾 石的过程是膨胀的：
3CaO・Al2O3+3(CaSO4・2H2O)+25H2O→3CaO・Al2O3・3CaSO4・31H2O 分子量       270.18     3×172.17     25×18.02    1237.09 比  重         3.04       2.32          100           1.70 分子体积     88.86      3×74.21      25×18.02     691.11 形成钙矾石的体膨胀量ΔV＝691.11/(88.86+3×74.21)＝221.88％，即固相体 积增加122％。
(3)钙矾石膨胀主要发生在28天以前，水镁石膨胀主要发生在28天以后， 两者的膨胀具有良好的连续性，对于坝体混凝土工程，其内部温度较高，在32 ～54℃之间，更能促进膨胀的发展。熟料中MgO含量4.8％wt，水泥中SO3含量 分别为3.0％wt、4.0％wt、4.5％wt、5.5％wt，净浆在20℃水中养护，其自由 膨胀量与龄期的关系示于图1，图中横座标是浆体龄期，单位为天，纵座标 是浆体线膨胀量，单位为mm/m，曲线标号表示水泥中SO3的含量。
以下详细叙述本发明的具体内容。
一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法，以石灰石、粘土、铁矿粉为原料， 经破碎粉磨、高温煅烧制成熟料，在熟料中再掺入石膏，粉磨成水泥，其特 征是原料中选用含有氧化镁杂质的石灰石，或者添加白云石，熟料的成份是 CaO 60～66％wt，SiO2 20～24％wt，Al2O3 4.0～6.0％wt，Fe2O3 4.5～7.0 ％wt，MgO 4.0～6.0％wt，其中Al2O3+Fe2O3的含量不少于10.8％wt，水泥 中SO3含量为水泥重量的3.0～5.0％wt，熟料中MgO的最佳含量为4.0～5.0 ％wt，水泥中SO3的最佳含量为3.0～4.0％wt。
与现有的硅酸盐水泥比较，本发明具有以下优点：确认了熟料中MgO为 有用成份，在水泥生产过程中采用高镁石灰石，或者添加白云石等高镁原料， 使熟料中MgO含量达到4.0～6.0％wt，同时在熟料粉磨过程中掺入石膏(以SO3计)3.0～5.0％wt，使水泥在水化硬化期间形成水镁石膨胀和钙矾石膨胀，由 石膏引起的钙矾石膨胀主要发生在28天之前，由MgO引起的水镁石膨胀则主要 发生在28天之后，依靠这两种膨胀的联合作用，获得较为理想的的膨胀量和膨 胀分布，特别适用于坝体等大体积的砂浆和混凝土工程，在有限制或部份限制 条件下，产生预加压应力，可防止坝体等大体积混凝土产生裂缝。而这种微膨 胀性能是现有的硅酸盐水泥所不具备的。
实施例：
一种微膨胀型硅酸盐水泥的制造方法，以高镁石灰石、粘土、铁矿粉为 原料，经破碎粉磨、高温煅烧制成，熟料成份为：CaO 60.93％wt，SiO220.03％wt，Fe2O3 6.87％wt，MgO 4.0％wt，熟料粉磨时加入石膏，水 泥中SO3含量为3.30％wt，测试结果：水泥标号为525，水化热合格，水泥净 浆线膨胀率为： 龄期(天)   1     3     7     14     28     90     180    365 膨胀(‰)   0.08  0.19  0.25  0.46   0.61   0.98   1.34   1.97 用于坝体施工，经过3年未发生裂缝。