专利名称：一种含q相矿物的铝酸盐水泥材料的制作方法高铝水泥系统通常指的是铝酸一钙(CaO.Al2O3简称CA)-二铝酸一钙(CaO.2Al2O3简称CA2)-硅铝酸二钙(2CaO.Al2O3.SiO2简称C2AS，又称钙铝黄长石)系统，此系统中CA和CA2都是水化活性良好的矿物，而C2AS是水化活性较差的矿物，其含量占系统组成的20％左右，这个矿物若能在一定条件下转化为水化活性良好的Q相矿物，水泥的水化活性得到显著的改善。Q相是CaO-MgO-Al2O3-SiO2四元系统中一个热力学稳定相，Parker.T.W等人研究过，其组成6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2(简写为C6A4MS)。Glasser.F.R和Marr.J，Kapraik.I和Hanic.F对Q相组成、结构进行详细的研究，认为Q相的组成在C6A4MS上有偏差，Q相应为多种固溶体，分子式为20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(简写为C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。Ashmetor.I.S和Mlrywk.O.A研究认为Q相具有良好的水化性能。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述的Q相矿物为6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2或20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2，其中v∈(2.5-3.5)。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的一种组成为Q相-铝酸一钙(CaO.Al2O3简称CA)-七铝酸十二钙(12CaO.7Al2O3简称C12A7)。其中各组分的重量组成为，Q相40～80％铝酸一钙10～50％七铝酸十二钙5～10％。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-铝酸一钙(CA)-七铝酸十二钙(C12A7)-铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3.Fe2O3简称C4AF)。其中各组分的重量组成为，Q相40～80％铝酸一钙10～50％七铝酸十二钙5～10％铁铝酸四钙5～10％。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-硅酸二钙(2CaO.SiO2简称C2S)-铝酸一钙(CA)-铁铝酸四钙(C4AF)。其中各组分的重量组成为，Q相40～80％硅酸二钙10～50％铝酸一钙5～10％铁铝酸四钙5～10％。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，所述水泥材料的另一种组成为Q相-硅酸二钙(C2S)-铁铝酸四钙(C4AF)-七铝酸十二钙(C12A7)。其中各组分的重量组成为，Q相40～80％硅酸二钙10～50％铁铝酸四钙5～10％七铝酸十二钙5～10％。本发明公开一种由Q相主导矿物的铝酸盐水泥，水泥熟料中含有Q相的重量百分比在40～80％。Q相的分子式为6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2简写为C6A4MS，或者20CaO.(6-v)Al2O3.vMgO.vSiO2(简写为C20A16-vMvSv)，其中v∈(2.5-3.5)。上述的C20A16-vMvSv，其中主要的结构为20CaO.13Al2O3.3MgO.3SiO2简写为C20A13M3S3。采用工业原料配料，烧结法烧成。6CaO.4Al2O3.MgO.SiO2的胶砂抗压强度为1d为51MPa，3d为59MPa，28d为90MPa。
本发明是在高铝水泥系统的惰性矿物改性的基础上进一步研究建立Q相铝酸盐水泥体系，包括(1)Q相-CA-C12A7，(2)Q相-CA-C12A7-C4AF，(3)Q相-C2S-CA-C4AF或Q相-C2S-C4AF-C12A7等系统。
本发明是将Q相与铝酸一钙或Q相与硅酸二钙复合，形成一种新型铝酸盐水泥体系，该水泥具备早强快硬水泥所具有的优点，烧成温度低和能充分利用自然资源，因而生产成本低。硅酸盐水泥的矿物组成为硅酸三钙(3CaO.SiO2简称C3S，又称阿利特)、硅酸二钙(2CaO.SiO2简称C2S，又称贝利特)、铝酸三钙(3CaO.Al2O3简称C3A)和铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3.Fe2O3简称C4AF)，C3S的含量大于50％，生产时要耗费大量的优质石灰石资源，烧成温度应在1450℃以上，消耗大量的能源。通常的高铝水泥的矿物组成为铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)、硅铝酸二钙(C2AS)，生产方法分为熔融法和烧结法两种，生产时熔融的温度应在1400℃左右，烧结温度一般在1350℃。这样看来，Q相铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比，烧成温度降低150～250℃，与高铝水泥相比，烧成温度降低50～150℃，节约能源，降低水泥的成本。
本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，具有突出的早强快硬性能，其烧成温度低，水化性能好，节约能源；原料能够利用含镁硅的石灰石、低品位的铝矾土，充分利用自然资源；而且其组成高铝低钙，生产时减少温室气体的排放量，具有环保作用。


图1本发明的Q相-CA-C12A7水泥熟料XRD图样图2本发明的Q相-CA-C12A7水泥熟料的SEM图样
1.本发明的Q相铝酸盐水泥体系中各水泥系统的熟料矿物的重量百分比、烧成条件和抗压强度为(1)Q相-CA-C12A7水泥系统熟料矿物的重量百分比为Q相(C6A4MS)40～80％铝酸一钙10～50％七铝酸十二钙5～10％水泥的烧成温度为1230～1300℃；保温时间为20～60min；水泥胶砂的抗压强度1d为35～50MPa，3d为50～80MPa，
28d为70～106MPa。
(2)Q相-CA-C12A7-C4AF水泥系统熟料矿物的重量百分比为Q相(C20A13M3S3)40～80％铝酸一钙10～50％七铝酸十二钙5～10％铁铝酸四钙5～10％水泥的烧成温度为1200～1260℃；保温时间为20～60min；水泥胶砂的抗压强度1d为30～52MPa，3d为45～71MPa，28d为50～94MPa。
(3)Q相-C2S-CA-C4AF，或Q相-C2S-C4AF-C12A7系统熟料矿物的重量百分比为Q相(C6A4MS)40～80％硅酸二钙10～50％铝酸一钙5～10％铁铝酸四钙5～10％或Q相(C6A4MS)40～80％硅酸二钙10～50％铁铝酸四钙5～10％七铝酸十二钙5～10％水泥的烧成温度为1220～1280℃；保温时间为20～60min；水泥胶砂的抗压强度1d为15～25MPa，3d为20～50MPa，28d为60～90MPa。
本发明水泥的化学组成为氧化钙(CaO)50～60％，氧化铝(Al2O3)20～40％，氧化镁(MgO)1～5％，氧化硅(SiO2)1～23％，三氧化二铁(Fe2O3)1～3％，
2.本发明的制备方法以Q相-CA-C12A7水泥系统为例，生料配比为氧化钙(CaO)53.47％，氧化铝(Al2O3)39.40％，氧化镁(MgO)2.86％，氧化硅(SiO2)4.27％。熟料组成为Q相60％，铝酸一钙30％，七铝酸十二钙10％。
在实验室中采用硅碳棒电炉烧成，正常的升温速率(10℃/min)，烧成温度控制在1250～1300℃，保温时间30min。
在实验室中采用小型球磨机将熟料粉碎，粒度控制在通过200目方孔筛，只有微量筛余；抗压强度测试条件模具采用2×2×2cm3成型，W/C比为0.4，灰砂比为1，测得各龄期的抗压强度为1d为52.7MPa，3d为81.5MPa，28d为106.5MPa。


本发明属于水泥材料的技术领域，涉及一种含Q相(The Quaternary Phase)矿物的铝酸盐水泥材料。本发明公开了一种含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，水泥熟料中含有Q相矿物的重量百分比在40～80％。本发明的含Q相矿物的铝酸盐水泥材料，具有突出的早强快硬性能，其烧成温度低，水化性能好，节约能源；原料能够利用含镁硅的石灰石、低品位的铝矾土，充分利用自然资源；而且其组成高铝低钙，生产时减少温室气体的排放量，具有环保作用。