專利名稱：：水泥以及制備水泥的方法水泥以及制備水泥的方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2007年2月26日提交的美國臨時申請系列號60，891，663的優(yōu)先權(quán)以及其它利益，該美國臨時申請的公開內(nèi)容全部引入本文作為參考。
背景技術(shù)：
：普通硅酸鹽水泥是混凝土和砂漿的主要粘結(jié)劑成分之一，它是由鈣、硅、鋁和鐵的氧化物與少量的其它材料制成的化合物的受控化學(xué)結(jié)合體。這些化合物通常使用天然形成的材料來形成。普通硅酸鹽水泥可能具有四種基本相硅酸三鈣("C3S")(Ca3Si05);硅酸二鈣("C2S")(Ca2Si04);鋁酸三鈣("C3A")(Ca3Al206);以及鐵鋁酸四鈣("C4AF")(Ca^lf^Oj。其它的水泥質(zhì)材料也可以用作混凝土和砂漿的主要粘結(jié)劑成分之一。用于生產(chǎn)水泥的原料可以是石灰石、粘土、頁巖、砂子或鐵礦。目前的制造方法可以包括將原料按照精確的化學(xué)組成配比以及將它們研磨至精細(xì)的一致。然后將被研磨的材料送進回轉(zhuǎn)窯，并且在1500160(TC范圍內(nèi)加熱，所述回轉(zhuǎn)窯是一種連續(xù)轉(zhuǎn)動的大型圓柱狀窯爐。煅燒該原料，使其部分熔化，并且進行反應(yīng)以生成如上所示的四種復(fù)合化合物。這些化合物以被稱作的"熟料"的、硬化的、燒結(jié)的集合體形式排出窯爐。冷卻該熟料，與約5%的石膏混合，并且研磨成其最終的粉末形式。石膏(硫酸鈣，0^04*21120)是必需的添加劑，其幫助調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時間，從這方面說，石膏成為水泥的第五主要成分。如果沒有引入石膏，鋁酸鈣相C3A的水化速率太快，將不允許在凝結(jié)之前有足夠的時間"加工"或"放置"混凝土混合物。示例性制備工藝如圖1所示。水泥的化學(xué)組成是將一種類型水泥區(qū)別于另一種類型水泥的要素。典型的ASTMI型硅酸鹽水泥包括大約如下重量百分比的50%C3S、25%C2S、10%C3A、10%C4AF禾P5%石膏。然而，工業(yè)上通常由原料中的氧化物的量來鑒別水泥，例如石灰(CaO)和二氧化硅(Si02)。石灰和二氧化硅占最終產(chǎn)品的約85質(zhì)量％。當(dāng)四個基本的水泥相以主要的氧化物來列出時，則普通硅酸鹽水泥大約包括如下重量百分比的64%Ca0、22%Si02、6%A1203和3%Fe203。混凝土是通過將水泥與細(xì)骨料(砂子)、粗骨料(碎石)、水以及盡可能少量的可改變其性能的添加劑混合來制成。例如，混凝土混合物可以包含以重量計約12%的硅酸鹽水泥、約34%的砂子、約48%的碎石和約6%的水。通過使用由ASTM所指定的可替換水泥組成，可以改變混凝土的凝結(jié)和強度發(fā)展速度。主要5類ASTM硅酸鹽水泥的組成如表1所示。除了每類硅酸鹽水泥所示的組成外，該混合物還包含另外的5-7%的磨碎石膏。另一方面，砂漿是用于填充縫隙和粘接建筑用的"塊料"的粘結(jié)劑材料。這些塊料可以是石頭、磚塊、爐渣磚、制造的混凝土異型塊體等。砂漿中的主要成分是混凝土中所使用的相同硅酸鹽水泥。砂漿基本上是砂子、硅酸鹽水泥(有時有和/或沒有石灰)和水的混合物。它作為漿料來應(yīng)用，然后以與混凝土類似的方式固化。砂漿是名符其實的將墻系統(tǒng)固定在一起的粘合劑。它也可以當(dāng)原始砂漿被沖洗掉時，用來固定砌磚。即使砂漿占砌墻總量的7%，它在結(jié)構(gòu)體的性能中起到關(guān)鍵作用。它不僅將各個單元粘接在一起，而且還密封建筑物以防止水分和空氣滲透。雖然抗壓強度和耐久性是混凝土的關(guān)鍵性能，但粘結(jié)強度和耐久性是砂漿的關(guān)鍵性能。當(dāng)水被添加到水泥中時，每種所述化合物都經(jīng)歷水化反應(yīng)以形成強的固體物，該水化反應(yīng)形成圍繞且固定其它骨料材料或?qū)⑵渌橇喜牧险辰釉谝黄鸬哪z接性凝膠劑。每個主要相都有助于最終膠接性產(chǎn)品的整體物理和化學(xué)性能。表1.普通硅酸鹽水泥組成和強度發(fā)展速率<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>需要大量的能源來制造傳統(tǒng)的水泥。例如，在美國，工廠需要平均約5.0百萬英熱單位/噸所制造的水泥，最高的能耗效率的工廠需要約3.2百萬英熱單位/噸。平均的回轉(zhuǎn)窯操作使用總能量的約93%，其中熟料研磨需要約5%的能量。此外，回轉(zhuǎn)窯可能僅以34%的能源效率運行。目前水泥制造方法的另一個缺點是二氧化碳排放物的排放。對于每噸在回轉(zhuǎn)窯中生產(chǎn)的水泥，約1噸的二氧化碳從原料石灰石的C02內(nèi)含物以及在提供熟料生產(chǎn)所必需的熱量的礦物燃料的燃燒中被釋放到大氣中。因此，本
技術(shù)領(lǐng)域：
仍然需要生產(chǎn)水泥的更高能效的方法。此外，本
技術(shù)領(lǐng)域：
需要可以提供顯示出改進性能的混凝土的水泥組合物。
發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供水泥組合物。所述水泥組合物包含至少一種粒徑小于約600nm的氧化物。所述至少一種氧化物選自硅酸三f丐、硅酸二f丐、鋁酸三f丐以及鐵鋁酸四鈣，其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽、其它的硅酸鹽，或者它們的組合。所述至少一種氧化物是通過如下步驟來制成提供包含對于所述至少一種氧化物所必需的牽丐、硅、鋁和鐵的化合物的混合物；提供燃料源和氧化劑給所述化合物的混合物；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑開始燃燒以形成所述至少一種氧化物。根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式，提供用于制備水泥組合物的方法。該方法包括提供包含所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物，從而提供硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽中的至少一種或者它們的組合；向所述化合物的混合物中添加燃料源和氧化劑；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑開始燃燒以形成所述至少一種硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣或者它們的組合，其中，所述至少一種硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽中的至少一種或者它們的組合每個具有小于約600nm的粒徑。可以理解的是，此處還會描述其它的實施方式。當(dāng)結(jié)合如下附圖來閱讀時，可以最佳理解本發(fā)明的實施方式的如下詳細(xì)描述，其中類似的結(jié)構(gòu)是用類似的標(biāo)識數(shù)字來表示的，其中圖1是制備普通硅酸鹽水泥的一種方法的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方式制備水泥組合物的示例方法的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的水泥組合物的XRD圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的水泥組合物的SEM圖；圖5是普通硅酸鹽水泥的SEM圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的各種水泥/砂漿的抗壓強度的圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的水泥組合物的XRD圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的水泥組合物的XRD圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的水泥組合物的XRD圖；以及圖10是顯示在根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行加熱期間發(fā)生變化的DTA曲線。本發(fā)明實施方式的詳細(xì)描述現(xiàn)在，不時參考特定的實施方式來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以不同的方式來解釋，并且不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成限制于此處所闡述的實施方式。相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明公開是充分和完全的，并且將會完全向本領(lǐng)域技術(shù)人員傳達(dá)本發(fā)明的范圍。除非另有規(guī)定，此處所使用的所有技術(shù)和科學(xué)的術(shù)語都具有與本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員通常理解的相同意思。用于描述本發(fā)明的術(shù)語是僅用于描述僅特定的實施方式，并且不打算限制本發(fā)明。正如本發(fā)明的描述和所附的權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式"a"、"an"和"the"是打算也包括復(fù)數(shù)形式，除非本文另外清楚地表明。此處所提及的所有出版物、專利申請、專利和其他參考文獻都整體引入本文作為參考。除非另有說明，本說明書和權(quán)利要求中所使用的表示各成分的量、性能的數(shù)字例如分子量、反應(yīng)條件等應(yīng)當(dāng)理解為在所有情況中都被詞語"約"來修飾。因此，除非另有說明，在如下說明書和權(quán)利要求書中描述的數(shù)值性能是近似值，其依賴于本發(fā)明的實施方式尋求獲得的所希望性能而變化。盡管描述本發(fā)明的廣泛范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，但是在具體的實例中所闡述的數(shù)值盡可能準(zhǔn)確地記錄。然而，任何數(shù)值本質(zhì)上包含在其各測試中發(fā)現(xiàn)的誤差而導(dǎo)致的必不可少的一些誤差。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，提供水泥組合物和制造水泥的方法。該水泥組合物包括平均粒徑小于600nm的一種或多種氧化物。在一些實施方式，提供水泥組合物。該水泥組合物包括平均粒徑小于600nm的至少一種氧化物。所述至少一種氧化物選自硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽以及其它的硅氧化物，或者它們的組合。所述至少一種氧化物可以以任何合適的方式來制備。在一些實施方式，所述至少一種氧化物通過如下步驟來制成提供包含所述至少一種氧化物所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物；提供燃料源和氧化劑給所述化合物的混合物；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和氧化劑都開始燃燒以形成所述至少一種氧化物。在一些實施例中，加熱所述化合物的混合物、所述燃料源、所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑發(fā)泡且隨后開始燃燒。在其它的實施例中，加熱所述化合物的混合物和/或所述燃料源和/或所述氧化劑以去除水，并且隨后在加熱至開始燃燒的步驟之前讓其膠凝?？梢岳斫獾氖?，可以以任何合適的方式來提供所述化合物的混合物。例如，可以以生成任何合適比例的包含鈣、硅、鋁和鐵的化合物以生成所希望的最終產(chǎn)品。例如，可以選擇所述化合物的混合物以提供所述氧化物中的一種氧化物、所述氧化物中的多種氧化物、或者所述氧化物中的所有氧化物。在一些實施例中，所述氧化物可以分別制成，隨后結(jié)合以形成所述的水泥組合物。在其它的實施例中，所述氧化物可以同時制成以形成所述水泥組合物。在進一步的實施例中，所述化合物的混合物可以為任何合適的形式。例如，包含但不限于碳酸鈣、二氧化硅源、硝酸鋁和硝酸鐵的試劑級化合物可以用于所述化合物的混合物中。此外，所述化合物可以以任何合適的形式提供。例如，所述化合物可以包含水合物、碳酸鹽和/或硝酸鹽。在其它的實施例中，可以使用非試劑級材料或天然材料，包括但不限于石灰石、粘土、硅灰、和粉煤灰、高爐礦渣、由鐵/鋼加工中得到的鐵氧化物。在進一步實施例中，可以使用由廢棄物源中獲得的廢棄氧化物如氫氧化鈣和/或氧化鈣?？梢岳斫獾氖牵谒Ｍ淖罱K水泥組合物，可以選擇所述混合物中的每種化合物的量。水泥工業(yè)通常以原料氧化物如CaO、Si(^、AlA和FeA的百份比來記錄該水泥的組成，而不是以所形成的最終化合物來記錄。例如，對于包含多種至少一種氧化物的產(chǎn)品，基于這些氧化物中的一種或組合計其主要產(chǎn)品百分比可以為約45%67%的Ca0、18%41%的Si02、0%14%的A1203和0%5%的Fe203。此外，可以生產(chǎn)所述主要相的單一化合物，并且同樣地具有由該化合物的化學(xué)式所固定的產(chǎn)品組成。例如，QS包含74^的CaO和26%的Si02，C2S包含65%的CaO和35%的Si02，C3A包含62%的CaO和38%的A1203;并且C4AF包含46%的Ca0、21%的A1203和33%的Fe203。在一些實施例中，該混合物中的至少一種化合物可以是不完全溶于包含所述化合物的混合物的溶液中。例如，所述化合物之一可以部分或完全不溶于所述溶液中。在另一個實施例中，所述化合物中的一種以上化合物可以部分或完全不溶解于所述溶液中。在另一個實施例中，所有的化合物可以部分或完全不溶于所述溶液中。在其它實施例中，所述混合物中的化合物可以以均質(zhì)和非均質(zhì)的混合物來提供。例如，所述化合物的混合物可以以含水溶液或非水溶液以及均質(zhì)或非均質(zhì)混合物的形式來提供。如上所述的，所述化合物中的至少一種可以部分或完全溶解于所述溶液中。然而，這種化合物的存在并不妨礙所希望的氧化物的形成。例如，硅可以以硅灰的形式提供，其可能不溶于包含所述化合物的混合物的溶液中。在該實施例中，包含所必需的鈣、鋁和/或鐵的化合物可以混合在溶液中，在加熱之前，添加燃料源，并且隨后將硅灰添加到該混合物中。將會理解的是，所述化合物的混合物和所述燃料源可以以任何合適的方式和以任何合適的順序來提供。將會進一步理解的是，所述溶液可以是任何合適的溶液。在一些實施例中，可溶性化合物可以溶解于各種酸性溶液中，包括但不限于硝酸、醋酸、檸檬酸、其它的酸或它們的組合?？梢允褂萌魏魏线m的燃料源。為了界定和描述本發(fā)明，術(shù)語"燃料源"應(yīng)當(dāng)理解為是指可以用于為在加熱所述化合物的混合物時發(fā)生的燃燒反應(yīng)提供燃料的任何化合物。例如，所述燃料源可包括尿素、甘氨酸、碳水化合物、石油產(chǎn)品和/或氫氣。在一些實施例中，當(dāng)進行所述加熱步驟時，選擇所述燃料源以有助于在加熱該混合物以去除水之后使該混合物膠凝。在其它的實施例中，當(dāng)進行所述加熱步驟時，不選擇所述燃料源以有助于在加熱該混合物以去除水之后使該混合物膠凝。可以使用任何量的燃料源，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠選擇燃料源及其量以提供所希望的燃燒反應(yīng)。在一些實施例中，尿素被用作燃料源，并且尿素可以以尿素與所述產(chǎn)品的比例為約2.5:l到約3.6:l的比例來提供。所述燃料源還可以包含其它的添加劑。例如，所述添加劑燃料源可以包含能夠幫助發(fā)泡或燃燒的添加劑。合適添加劑的例子包括但不限于乙酸和檸檬酸，或它們的組合。可以使用任何合適的氧化劑。為了界定和描述本發(fā)明，術(shù)語"氧化劑"應(yīng)當(dāng)理解為是指用于燃燒反應(yīng)的任何合適氧來源。合適氧化劑的例子包括但不限于硝酸、氧氣、空氣、硝酸鈣、硝酸銨以及任何其它合適的含氧化合物?？梢砸匀魏魏线m的方式和在任何合適的溫度下進行所述化合物的混合物、所述氧化劑和所述燃料源的加熱步驟。例如，最初可以加熱所述化合物的混合物、氧化劑和/或燃料源以去除水，然后加熱到足以點燃該混合物使得發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度。在一些實施例中，可以在去除水的初始加熱步驟之后且在直到該混合物被加熱點燃的加熱步驟之前讓該混合物膠凝。在其它的實施例中，可以將該混合物加熱直至該混合物發(fā)泡，并且加熱至足以點燃該混合物使得發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度。一個這樣的示例性簡要方法如圖2所示。所述發(fā)泡可以將未溶解的材料均勻懸浮和混合?？梢岳斫獾氖?，不必發(fā)生所述發(fā)泡?！┰摶旌衔锉患訜嶂磷阋砸l(fā)燃燒反應(yīng)的溫度，所述溫度快速上升，并且發(fā)生反應(yīng)以形成所述至少一種氧化物。可以理解的是，根據(jù)所述化合物的混合物的比例以及在燃燒期間所獲得的溫度，可以控制每種氧化物的量?？梢允褂萌魏魏线m的溫度來使該混合物燃燒。例如，著火溫度可以小于約300°C、約300°C、約400°C、約500°C、約600°C或高于約600°C?？梢砸匀魏魏线m的方式將該混合物加熱至著火溫度。例如，可以將該混合物放入或放置在慢慢升高至著火溫度或者快速升至著火溫度的加熱源。在另一個實施例中，可以將該混合物放入或放置在已經(jīng)在或者高于著火溫度的加熱源上。將會理解的是，基于特定的化合物的混合物、所述化合物的量、特定燃料源、特定燃料源的量、特定氧化劑、特定氧化劑的量以及任何其它添加劑的存在，點燃該混合物的特定溫度將會不同。可以進一步理解的是，具體的加熱方式僅是為了方便，可以使用任何合適的加熱方法?！┌l(fā)生燃燒，所述至少一種氧化物或氧化物的混合物包含納米級氧化物顆粒。該納米級氧化物可以是任何合適的尺寸。例如，所述氧化物顆粒可以具有小于約600nm、小于約500nm、小于約400nm、小于約300nm、小于約200nm、小于約100nm以及小于約20nm或者它們的組合的平均粒徑?？梢岳斫獾氖?，所述氧化物顆粒可以具有任何合適的尺寸分布范圍。這些顆?？梢允撬缮F聚的，這些顆粒可以進一步以任何合適的方式處理。例如，可以將這些顆粒磨碎或過篩。在一些實施例中，可以將這些顆粒磨碎或過篩，使得它們通過具有約40約400目或者約100約325目的篩子。在另一個實施例中，可以將石膏以任何合適量添加到所述至少一種氧化物中。在進一步實施例中，可以以任何合適的方式和以任何合適的量用所述至少一種氧化物來代替普通硅酸鹽水泥顆粒，包括在使用普通硅酸鹽水泥的所述應(yīng)用中完全替代普通硅酸鹽水泥。這種替代量的示例包括但不限于從主要包含普通硅酸鹽水泥和所述至少一種氧化物的混合物的約2重量％到全部替代普通硅酸鹽水泥，使得所述至少一種氧化物占該水泥的100%。在一些實施例中，可以使用小于約2重量％的所述至少一種氧化物作為普通硅酸鹽水泥的替代物。為了描述和限定本發(fā)明的目的，術(shù)語"普通硅酸鹽水泥"應(yīng)當(dāng)理解為是指具有硅酸三鈣("C3S")、硅酸二鈣("C2S")、鋁酸三鈣("C3A")和鐵鋁酸四鈣("C4AF")中的至少一種或它們的組合的顆粒的水泥，并且該顆粒具有大于約5ym的平均粒徑。在其它的實施例中，可以以任何合適的量將所述至少一種氧化物添加到任何合適的混凝土組合物中。在其它的實施例中，所述至少一種氧化物可以以任何合適的方式和以任何合適的量來代替其它的水泥質(zhì)顆粒，包括在使用其他水泥質(zhì)顆粒的應(yīng)用中全部替代其它的水泥質(zhì)顆粒。這種替代量的示例包括但不限于從主要包含其它的水泥質(zhì)顆粒和所述至少一種氧化物的混合物的約2重量％到全部代替其它的水泥質(zhì)顆粒，使得所述至少一種氧化物占該水泥的100%。在一些實施例中，可以使用小于約2重量％的所述至少一種氧化物作為普通硅酸鹽水泥的替代物。為了各種目的，顆粒材料應(yīng)當(dāng)被理解為是指具有不被分類為普通硅酸鹽水泥的團聚顆粒且該顆粒具有大于約5iim的平均粒徑的水泥。與普通硅酸鹽水泥相比，本發(fā)明的水泥組合物可以顯示出增加的表面面積。在一些實施例中，獲得為普通硅酸鹽水泥的約2約10倍的表面面積。此外，與普通硅酸鹽水泥相比，或者當(dāng)作為普通硅酸鹽水泥的替代品時，本發(fā)明的水泥組合物可以顯示出增加的強度。在其中所述至少一種氧化物水泥組合物被用作砂漿或混凝土配方中的普通硅酸鹽水泥的替代品的情況中，可以理解的是，所述水泥組合物可以以在約2100重量％范圍內(nèi)的任何合適量使用。參考如下通過解釋而非限制的方式所提供的實施例，將會更好地理解本發(fā)明。實施例實施例1將碳酸鈣(365g)溶解于硝酸(677克)中。向該溶液中添加硝酸鋁(123g)、硝酸鐵(44g)和尿素(1080g)，并且加熱直至溶解。然后將硅灰(134g)添加到該溶液中，最后添加各17克的檸檬酸和醋酸。加熱該溶液直至所有的水被蒸發(fā)，并且將所獲得的漿料轉(zhuǎn)入被加熱到50(TC的干燥爐中。使該溶液發(fā)泡和燃燒，獲得產(chǎn)量為320克的松散團聚產(chǎn)品。將該產(chǎn)品磨碎，并且通過XRD分析來確定組成。該氧化物產(chǎn)品包括如圖3所示的CS、C2S、C3S、CaO、C4AF和C3A。SEM也可完成測定粒徑。如圖4所示，納米級水泥的主要粒徑為大約200500nm。圖5顯示了普通硅酸鹽水泥的SEM，并且可以看出平均粒徑大于約5ym。實施例2將實施例1的氧化物組合物與5%的石膏混合，并且球磨以破碎團聚體，使得它通過200目篩。然后與各種量的砂子、硅灰、水和普通硅酸鹽水泥混合以測定每ASTMC109的不同組成對抗壓強度的影響。為了記錄和比較所生產(chǎn)的包含所述至少一種氧化物的組合物與那些標(biāo)準(zhǔn)或普通硅酸鹽水泥(0PC)的凝結(jié)時間，按照在ASTMC-191"通過維卡針測試水凝水泥的凝結(jié)時間的測試方法"中所概括的程序進行測試。該程序包括將200g的水泥或混合水泥與95克水混合；將漿料放置在合適的支持體或容器中；以及記錄從添加水到維卡針不能明顯地陷入該漿料的時間。對每個實驗測試，為了直接比較制備OPC的標(biāo)準(zhǔn)樣品。在所有的情況中，將73.3份砂子與26.7份總膠接材料混合，同時保持水與水泥的比例為O.485。制備砂漿筒，并且儲存濕料。測試每種組分的相對抗壓強度百分比作為時間的函數(shù)。樣品4一向表現(xiàn)出較高的抗壓強度，并且在整個28天測試期間，強度發(fā)展速率并沒有像其它樣品慢下來。組成與強度結(jié)果列于表2，圖表如圖6所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例3在該實施例中，可以生產(chǎn)單一化合物C3A。將碳酸鈣(202g)溶解于硝酸(372克)中。向該溶液中添加硝酸鋁(506g)和尿素(546g)，并且加熱至溶解。將該溶液加熱至直到所有的水被蒸發(fā)掉，然后添加各9.7克的檸檬酸和醋酸，將所得到的漿料轉(zhuǎn)移至被加熱到50(TC的干燥爐中。將該溶液發(fā)泡和燃燒，獲得產(chǎn)量為162克的松散團聚產(chǎn)品。將該產(chǎn)品磨碎且通過XRD分析。該產(chǎn)品主要包含如圖7所示的C3A。實施例4在該實施例中，顯示出可以生產(chǎn)單一化合物C;AF。將碳酸鈣(206g)溶解于硝酸(362克)中。向該溶液中添加硝酸鋁(386g)、硝酸鐵(416g)和尿素(643g)，并且加熱直至溶解。將該溶液加熱直至所有的水被蒸發(fā)掉，然后添加各9.5克的檸檬酸和醋酸，將所得到的漿料轉(zhuǎn)移至被加熱到500°C的干燥爐中。將該溶液發(fā)泡和燃燒，獲得產(chǎn)量為225克的松散團聚的產(chǎn)品。將該產(chǎn)品磨碎且通過XRD分析。該產(chǎn)品主要包含如圖8所示的C4AF。實施例5在該實施例中，顯示出可以使用諸如粘土的礦物材料來生產(chǎn)所希望的產(chǎn)品，該產(chǎn)品類似實施例1的產(chǎn)品。在該實施例中，粘土提供了Si02、八1203和Fe203的來源。將碳酸鈣(100克)溶解于硝酸(186克)中。向該溶液中添加粘土(60克)和尿素(400克)，并且加熱以去除水。接著，添加各5.4克的醋酸和檸檬酸。將所得到的漿料轉(zhuǎn)移至被加熱到50(TC的干燥爐中。將該溶液發(fā)泡和燃燒，獲得產(chǎn)量為IOO克的松散團聚的產(chǎn)品。將該產(chǎn)品磨碎且通過XRD分析，其結(jié)果如圖9所示。測定該產(chǎn)品具有與實施例1的產(chǎn)品類似的組成。實施例6使用試劑級原料和礦物原料來進行所述實驗。對于試劑級實驗，使用碳酸鈣(CaC03)、硝酸(腦3)、硝酸鋁[Al(N03)39H20]、硝酸鐵[Fe(N03)39H20]、硅灰(Si02)和尿素[CO(NH2)2]來合成C2S、C3S、C3A、C4AF各相，以及包含所有四個相的樣品。對于礦物原料實驗，使用石灰石、粘土、硝酸和尿素來合成類似于試劑級產(chǎn)品的水泥產(chǎn)品。在示例性實驗中，將試劑級CaC03粉末溶解于含稀HN03的燒杯中，攪拌直到獲得清澈的溶液。接著，添加Al(N03)39H20和Fe(N03)39H20作為必要成分，并將其溶解。然后向該反應(yīng)混合物中添加尿素，并且加熱該溶液。一旦所有的尿素溶解，添加硅灰(Si02)。此外，有時添加乙酸和檸檬酸，這依賴于實驗配方。混合該溶液，并且在加熱板上攪拌以減少體積(無水)。一旦將該溶液加熱至所希望的零百分比水的水平，將該漿料轉(zhuǎn)移到允許其冷卻和膠凝的不銹鋼容器中。然后將該凝膠放入窯爐中，并加熱至燃燒。在其它的實施例中，礦物原料如石灰石首先溶解于硝酸中，接著通過添加其它的可溶組分，然后尿素，接著是剩余的不溶粉末(硅來源、粘土等)，加熱以去除所有的水，在不銹鋼反應(yīng)器鍋中膠凝，接著進行加熱燃燒。該實驗還包括測量在加熱期間的溫度曲線，以確定脫水、發(fā)泡的溫度、自動著火溫度，以及放熱反應(yīng)的程度；進行XRD分析以確定所形成的水泥相的類型；測量所選擇的樣品的表面面積和顆粒大小；所選擇組分的DTA;檢測磨碎的漿料形成膠接性水結(jié)合的能力；以及利用磨碎的產(chǎn)品來制備少量的水泥_砂漿樣品用于測量抗壓強度發(fā)展的速率和水泥凝結(jié)時間。組成和一些結(jié)果如下表所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>此外，如圖IO顯示了描述燃燒反應(yīng)的不同階段的實例性DTA曲線。最初，當(dāng)最高至尿素的熔點132t:時，任何多余的水被驅(qū)趕出來。在132t:后，所述樣品開始發(fā)泡，然后變稠直至270-300°C，此時開始燃燒。本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為限制于上述的具體實施例，而應(yīng)當(dāng)理解為涵蓋本發(fā)明的所有方面。適用于本發(fā)明的各種改進、等同的方法以及眾多的結(jié)構(gòu)和設(shè)備對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會是顯而易見的。權(quán)利要求一種水泥組合物，包含至少一種粒徑小于約600nm的氧化物，其中所述至少一種氧化物選自硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽、其它的硅酸鹽、或者它們的組合；以及所述至少一種氧化物是通過如下步驟制成提供包含對于所述至少一種氧化物所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物；提供燃料源和氧化劑給所述化合物的混合物；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑開始燃燒以形成所述至少一種氧化物。2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述加熱步驟包括加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑都發(fā)泡且隨后開始燃燒以形成所述至少一種氧化物。3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述加熱步驟包括加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑以去除水；隨后讓所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑膠凝；以及加熱該凝膠使得該凝膠開始燃燒以形成至少一種氧化物。4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述化合物的混合物包含至少一種不完全溶于溶液的化合物。5.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述燃料源包括尿素。6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述化合物的混合物選自石灰石、粘土、硅灰、高爐礦渣和粉煤灰中的至少一種，或者它們的組合。7.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述氧化物包括硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的混合物。8.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述組合物還包含石膏。9.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述組合物還包含普通硅酸鹽水泥顆粒。10.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中，所述組合物還包含其它的水泥質(zhì)顆粒。11.用于制備水泥組合物的方法，包括提供包含所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物，從而提供硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三f丐、鐵鋁酸四f丐、其它的f丐硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽中的至少一種或者它們的組合；向所述化合物的混合物中添加燃料源和氧化劑；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑開始燃燒以形成所述至少一種硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣或者它們的組合，其中所述至少一種硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、其它的f丐硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽或者它們的組合每種都具有小于約600nm的粒徑。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱步驟包括加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑都發(fā)泡且隨后開始燃燒以形成所述至少一種氧化物。13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱步驟包括加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑以去除水；隨后讓所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑膠凝；以及加熱該凝膠使得該凝膠開始燃燒以形成至少一種氧化物。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，包含所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物包括石灰石、粘土、硅灰、高爐礦渣和粉煤灰中的至少一種，或者它們的組合。15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，提供化合物的混合物的步驟包括提供包含所必需的^、硅、鋁和鐵的化合物的混合物，從而提供硅酸三*丐、硅酸二^、鋁酸三*丐、鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽中的兩種或更多種，或者它們的組合。16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，添加燃料源的步驟包括添加尿素。17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述加熱步驟包括加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑至約300°C。18.如權(quán)利要求11所述的方法，進一步包括在所述加熱步驟前提供至少一種酸。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述至少一種酸選自硝酸、檸檬酸和醋酸或者它們的組合。全文摘要提供水泥組合物和制造水泥組合物的方法。所述水泥組合物包含粒徑小于約600nm的至少一種氧化物。用于制造水泥的方法可以包括提供包含所必需的鈣、硅、鋁和鐵的化合物的混合物，從而提供硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、其它的鈣硅酸鹽、其它的鋁酸鹽、其它的鐵酸鹽和其它的硅酸鹽中的至少一種或者它們的組合；向所述化合物的混合物中添加燃料源和氧化劑；以及加熱所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑，使得所述化合物的混合物、所述燃料源和所述氧化劑開始燃燒以形成所述至少一種硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣以及鐵鋁酸四鈣或者它們的組合。文檔編號C04B7/00GK101730668SQ200880012923公開日2010年6月9日申請日期2008年2月26日優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日發(fā)明者J.·理查德·肖爾,加里·M.·戈登,德巴布拉塔·勞塔瑞,理查德·L.·黑爾費里希,蘇萬卡爾·森古普塔申請人:納米動力學(xué)公司