利用工業(yè)原料合成阿利特硫鋁酸鋇鈣水泥及其性能

用正交試驗(yàn)方法研究了不同硫鋁酸鋇鈣(c2.75b1.25a3-s)礦物含量的阿利特(c3s)-硫鋁酸鋇鈣水泥組成與性能.研究結(jié)果表明:阿利特和硫鋁酸鋇鈣礦物可以在同一熟料體系中共存;硫鋁酸鋇鈣礦物的最佳含量為8.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同);阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料最佳礦物組成為:8.0%c2.75b1.25a3-s,61.6%c3s,14.7%c2s,5.1%c3a,10.5%c4af;在最佳礦物組成條件下制備的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的1,3,28d抗壓強(qiáng)度分別為39.8,77.5,85.0mpa,展現(xiàn)了良好的早期力學(xué)性能.借助于xrd和sem-eds分析,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的組成和結(jié)構(gòu).

用正交試驗(yàn)法選擇熟料率值和煅燒溫度為影響因素,研究了阿利特硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的合成條件與力學(xué)性能,并與相同組成的硅酸鹽水泥的性能進(jìn)行比較。結(jié)果表明:當(dāng)硫鋁酸鋇鈣礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%時(shí),與其復(fù)合的硅酸鹽水泥熟料的優(yōu)選硅率、鋁率和石灰飽和系數(shù)分別為2.5,1.5和0.92,適宜的煅燒溫度為1380℃左右。在上述條件下制備的阿利特硫鋁酸鋇鈣水泥1d和3d的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到20mpa和60mpa,比相同組成硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度明顯提高,其28d的抗壓強(qiáng)度與硅酸鹽水泥的持平。利用x射線衍射、掃描電鏡與能譜分析等測(cè)試手段分析了阿利特硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的組成和結(jié)構(gòu)。

采用正交試驗(yàn)方法研究了貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的煅燒條件。實(shí)驗(yàn)表明:該水泥熟料的最佳煅燒溫度為1350℃,保溫時(shí)間為90min,冷卻方式是急冷。同時(shí)發(fā)現(xiàn),水泥中石膏的量佳摻量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。所制備的貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的3d和28d抗壓強(qiáng)度分別為26.4mpa和80.4mpa,顯示有良好的早期力學(xué)性能;石膏能促進(jìn)該水泥的水化硬化,增加鈣礬石在水化早期的形成數(shù)量,這是水泥早期強(qiáng)度提高的主要原因。對(duì)水泥熟料及其水化產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析。該水泥熟料的主要礦物組成為貝利特、阿利特和硫鋁酸鋇鈣,主要水化產(chǎn)物有水化硅酸鈣凝膠、鈣礬石和氫氧化鈣等。

采用正交試驗(yàn)的方法研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的燒成制度。結(jié)果表明:對(duì)該熟料力學(xué)性能影響最大的因素是冷卻方式,其次是燒成溫度,影響程度最小的是保溫時(shí)間。該水泥的最佳燒成制度為:燒成溫度為1380℃,保溫時(shí)間為60min,冷卻方式為自然冷卻;同時(shí),在最佳燒成條件下制備的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的1d,3d,28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到24.7mpa,52.5mpa,102.5mpa,展現(xiàn)出良好的力學(xué)性能。同時(shí)利用xrd和sem-eds對(duì)熟料礦物組成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

選擇熟料率值和硫鋁酸鋇鈣摻量為影響因素,通過(guò)正交試驗(yàn)研究了貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的合成條件和力學(xué)性能,并利用xrd、sem-eds等測(cè)試手段分析了該水泥熟料的組成和結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:煅燒溫度為1320℃時(shí),制備貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料最優(yōu)化組合為鋁率1.4,硅率2.3,石灰飽和系數(shù)0.77,硫鋁酸鋇鈣礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%。在此條件下該水泥的3d和28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到11.4mpa和64.8mpa,展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能。

研究了萘系減水劑(fdn)和聚羧酸減水劑(sr3)對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥凝結(jié)時(shí)間及抗壓強(qiáng)度的影響,并采用xrd和sem等測(cè)試方法分析和探討了其作用機(jī)理。結(jié)果表明:減水劑fdn和sr3與阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥相容性良好,減水效果明顯;兩種減水劑對(duì)該水泥初凝時(shí)間影響不大,而終凝時(shí)間明顯縮短;同時(shí),當(dāng)減水劑摻量適當(dāng)時(shí),提高了水泥的強(qiáng)度。

研究礦渣摻量對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)摻量為10%時(shí),阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥3d、28d的強(qiáng)度分別達(dá)到44.5mpa和77.6mpa。采用xrd、sem等方法研究阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥水化產(chǎn)物的組成、結(jié)構(gòu)和形貌,并對(duì)該水泥的水化機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果表明:當(dāng)?shù)V渣摻量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),促進(jìn)了該水泥的水化,有利于水泥強(qiáng)度的提高。

選擇熟料率值和硫鋁酸鋇鈣摻量為影響因素,采用正交試驗(yàn)法研究了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的合成條件和力學(xué)性能.研究結(jié)果表明,貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的最佳組成為:硅率為2.9,鋁率為1.1,石灰飽和系數(shù)為0.81(均為質(zhì)量比),硫鋁酸鋇鈣摻量為9%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),適宜的煅燒溫度為1380℃.在最佳條件下合成的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的3,28,90d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了23.8,80.9,97.4mpa,展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能.利用xrd,sem-eds和巖相分析等測(cè)試手段分析了該熟料的組成和結(jié)構(gòu).

本發(fā)明屬于水泥的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種由硫鋁酸鋇鈣礦物與阿利特礦物復(fù)合的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥。本發(fā)明公開(kāi)了一種阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥，其水泥熟料主要是由cbas—c3s—c2s—c3a—c4af組成的礦相體系，各礦物的重量百分比為：硫鋁酸鋇鈣：3％～38％，硅酸三鈣：30％～60％，硅酸二鈣：15％～40％，鋁酸三鈣：3％～20％，鐵鋁酸鹽：3％～20％。本發(fā)明的有益效果是，比普通的硅酸鹽水泥具有燒成溫度低、早期強(qiáng)度高、硬化速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)。

用化學(xué)純?cè)噭樵?研究了caf2對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料礦物形成過(guò)程及水泥性能的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將具有早強(qiáng)性能的硫鋁酸鋇鈣礦物引入到硅酸鹽水泥熟料礦物體系中,并取代其中的c3a礦相。實(shí)驗(yàn)表明:適量的caf2能改善熟料的易燒性,促進(jìn)f-cao的吸收和熟料礦物的形成。caf2質(zhì)量摻量為0.5%~1%時(shí),有利于提高水泥的早期力學(xué)性能。caf2質(zhì)量摻量超過(guò)1.5%時(shí),生成氟鋁酸鹽c11a7.caf2,且不利于c3s和硫鋁酸鋇鈣礦物形成。xrd和sem-eds分析表明,在該礦物體系中,含有阿利特、貝利特和少量硫鋁酸鋇鈣礦物。這說(shuō)明硫鋁酸鋇鈣礦物能夠和硅酸鹽水泥熟料礦物復(fù)合并共存。

aluminum-richbelitesulfoaluminatecements:clinkeringandearlyagehydration m.carmenmartín-sede?oa,antonioj.m.cuberosa,ángelesg.delatorrea,gemaálvarez-pinazoa, luism.ordónezb,milengateshkic,miguela.g.arandaa,? adepartamentodequímicainorgánica,cristalografíaymineralogía,universidaddemálaga,29071málaga,spain bunidadtécnicadeinvestigacióndemateri

研究了以阿利特-硫鋁酸鋇鈣為主導(dǎo)礦物的熟料礦相體系c3s-c2.75b1.25a3s-c2s-c2f,探討了該體系的組成與匹配關(guān)系。研究結(jié)果表明,阿利特、硫鋁酸鋇鈣這兩種高低溫型礦物可以在1380℃煅燒條件下共存于同一熟料中。從該礦相體系的力學(xué)性能分析可知,熟料的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)c2.75b1.25a3s為55%,c3s為15%,c2f為5%,c2s為25%。在該組成條件下,熟料的1d和3d抗壓強(qiáng)度均在40mpa以上,展現(xiàn)了良好的快硬早強(qiáng)性能。影響熟料1d、3d強(qiáng)度的主要因素是c3s和c2.75b1.25a3s礦物的含量,影響28d強(qiáng)度的主要因素是c3s和c2f含量。同時(shí),利用sem-eds和xrd分析了熟料的組成與結(jié)構(gòu)。

試驗(yàn)研究了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的性能,結(jié)果表明:該水泥具有較高的早期強(qiáng)度和長(zhǎng)期強(qiáng)度,當(dāng)其石膏摻量為10%時(shí),3d、7d、28d和90d凈漿抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了45.0、61.9、82.1和85.6mpa。該水泥安定性良好,抗?jié)B能力強(qiáng),抗硫酸鹽侵蝕能力強(qiáng),其抗蝕系數(shù)大于1。該水泥在水化早期(14d內(nèi))膨脹率增加較快,而水化后期膨脹趨于穩(wěn)定,且隨石膏摻量的增加,其膨脹率逐漸增加。

通過(guò)與硅酸鹽水泥(portlandcement,pc)對(duì)比,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥(alite-bariumcalciumsulphoaluminatecement,sabc)砂漿的力學(xué)性能和干縮性能。采用x射線衍射和掃描電鏡對(duì)養(yǎng)護(hù)28dsabc砂漿水化產(chǎn)物的物相組成、形貌以及硬化砂漿的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和觀察,用壓汞法對(duì)硬化砂漿的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:sabc砂漿具有較高的早期強(qiáng)度,添加適量摻合料的可以提高砂漿的強(qiáng)度,且添加礦渣的效果更顯著。由于sabc的微膨脹性能,使其砂漿的干縮性能優(yōu)于pc砂漿。用≤20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)礦渣和粉煤灰取代sabc后,可以減小砂漿的干縮率,當(dāng)取代量超過(guò)20%后干縮率隨之增大;與摻加礦渣的sabc砂漿的干縮率相比,加入粉煤灰的sabc砂漿干縮率較小。

研究了mgo對(duì)貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥煅燒與性能的影響.結(jié)果表明:mgo可以促進(jìn)c3s在低溫下形成;so3的存在有利于mgo在貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料中的固溶;貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料具有較高的固溶mgo的能力,mgo含量達(dá)5.14%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的安定性良好,且3,28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到49.1,81.9mpa,展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能;貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料較高的固溶mgo的能力,也有利于低品質(zhì)高鎂石灰石的應(yīng)用.

采用化學(xué)純?cè)噭樵?將硫鋁酸鋇鈣礦物引入到貝利特熟料礦物體系中,合成了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥。本文主要研究了caf2對(duì)熟料礦物組成和水泥性能的影響。研究結(jié)果表明,caf2能夠加快熟料中f-cao的吸收,促進(jìn)c2.75b1.25a3s-礦物形成,提高水泥的早期強(qiáng)度。當(dāng)caf2在熟料中的摻入量為0.6%時(shí),貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的3d和28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到26.8mpa和83.4mpa,展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能。利用xrd,sem-eds和巖相分析等測(cè)試手段分析了水泥熟料的組成和結(jié)構(gòu)。

目前國(guó)內(nèi)研制成一種快硬、高強(qiáng)、可防輻射的硫鋁鋇鈣水泥,這是一種含硫酸鋇的硫鋁酸鹽水泥,由于內(nèi)含鋇金屬元素,故具有良好的防輻射效果。這種水泥各齡期的強(qiáng)度比一般的硫鋁酸鹽水泥高出2～3倍,其早期強(qiáng)度較高。例如在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下試驗(yàn),該水泥單礦物強(qiáng)度3d可達(dá)644mpa,7d達(dá)到724mpa,28d最終為919mpa,因而水泥的1d強(qiáng)度可達(dá)525～625

研究了礦渣、粉煤灰和沸石粉對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥砂漿抗?jié)B性能和抗cl-滲透性能的影響.采用xrd,sem對(duì)28d砂漿的水化產(chǎn)物物相組成和形貌進(jìn)行了分析、觀察;用壓汞法對(duì)硬化砂漿的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:在阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥漿體中,摻和料的加入可以提高結(jié)構(gòu)的致密性、抗?jié)B性能和抗cl-滲透性能,3種摻和料對(duì)砂漿抗?jié)B透性能的作用效果為:礦渣>粉煤灰>沸石粉,對(duì)抗cl-滲透性能的作用效果為:礦渣>沸石粉>粉煤灰.

在與相同配合比的普通硅酸鹽水泥混凝土的對(duì)比試驗(yàn)中,采用抗?jié)B試驗(yàn)和孔結(jié)構(gòu)分析的方法,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗?jié)B性能與水灰比的關(guān)系。結(jié)果表明,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的相對(duì)抗?jié)B系數(shù)與水灰比的關(guān)系與普通硅酸鹽水泥混凝土類似,即隨著水灰比的增大而增大;在相同配比和養(yǎng)護(hù)齡期條件下,該水泥混凝土的抗?jié)B性能明顯優(yōu)于普通混凝土;阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土中水化產(chǎn)物的粒徑分布均勻,界面粘結(jié)狀況較好,結(jié)構(gòu)較為致密。

采用與普通硅酸鹽水泥混凝土對(duì)比的方法,通過(guò)對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土試件經(jīng)受高溫作用時(shí)表觀現(xiàn)象的觀察分析和力學(xué)性能測(cè)試,詳細(xì)研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的耐火性能,探討了該水泥混凝土在高溫作用下的行為特征和性能變化規(guī)律。研究表明,高溫作用下,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土內(nèi)部水分的逸出比普通硅酸鹽水泥混凝土阻力大,逸出溫度滯后,爆裂現(xiàn)象略微嚴(yán)重;相同配合比下,經(jīng)受600℃高溫作用后,該水泥混凝土的剩余強(qiáng)度約為62%～68%,耐火性能較普通水泥混凝土好。

本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗?jié)B性能。采用對(duì)比試驗(yàn)研究的方法,對(duì)不同水灰比的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土各齡期抗氯離子滲透性進(jìn)行了研究,并與相同配合比、相同齡期的普通混凝土進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土在不同水灰比下,抗氯離子滲透性明顯優(yōu)于普通水泥混凝土。

采用場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡對(duì)阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的早期水化過(guò)程進(jìn)行了連續(xù)觀察,研究結(jié)果表明:阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的水化過(guò)程可分為誘導(dǎo)期前期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期和穩(wěn)定期5個(gè)階段。水化初期,在水泥顆粒表面即可觀察到大量的短柱狀鈣礬石,并形成保護(hù)膜,產(chǎn)生誘導(dǎo)期;在水化早期c-s-h凝膠數(shù)量較少,在加速期才大量形成,最終成為花朵狀結(jié)構(gòu)。該水泥在水化24h后,其硬化漿體致密度較高,水化趨于穩(wěn)定。