铁相对贝利特硫铝酸盐水泥制备与性能影响研究
发布时间：2020-09-21 17:48
高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)是一种结合了贝利特水泥与硫铝酸盐水泥两者的优点发展而来的新品种水泥。高硫型贝利特硫铝酸盐水泥(SBSAC)是一种引入高温硬石膏矿物相的HBSAC,f-CaSO4相的存在可提高贝利特和其他矿物相的水化速度,使水泥具有良好的性能。结合十三五国家重点研发计划《快速施工用高抗蚀硫铝酸盐水泥基材料制备与应用》的任务要求,通过设计不同矿物组成,研究了铁相含量对熟料烧成过程、熟料矿物相组成、结构和水泥水化性能的影响,为制备快硬早强、高抗蚀贝利特硫铝酸盐水泥提供了理论依据,为海洋工程快速施工探索了 一种新材料。在高硫型贝利特硫铝酸盐熟料基础上,按照铁相含量变化设计了不同的矿物组成的配料方案,根据生料易烧性、生料热重分析、熟料矿物分析和水泥强度测试,研究了熟料烧成过程的变化规律,确定了熟料的qF烧制度;利用XRF、XRD、SEM等测试手段对熟料化学组成、矿物组成、矿物晶型和矿物形貌随铁相含量增大的变化规律进行了分析;通过测试水泥的胶砂强度和耐磨性,结合水泥水化浆体碱度变化和水化放热曲线,分析了铁相含量变化对水泥水化性能的影响。在此研究基础上,优化铁相含量和贝利特矿物含量,探究了外掺煅烧CaO和熟料内含的f-CaO对熟料力学性能的影响,得到了一种力学性能优异的高硫型贝利特硫铝酸盐水泥。研究结果表明:(1)提高铁相含量促进了熟料的烧结,但同时会造成熟料烧成温度变窄。熟料适宜的锻烧温度范围为1275℃～1350℃。(2)部分C2S以非晶形式存在,贝利特晶体中无明显的铁元素固溶现象,但存在着一定量的硫元素,硫固溶量约为3%;无水硫铝酸钙晶体化学组成接近4CaO·3Al2O3·1.2SO3·0.1Fe2O3,晶体中存在着铝铁置换,铁置换铝量约为4%,置换量不随铁相含量变化而发生明显变化。铁相的化学组成接近于6Ca0 · Al2O3·2.2Fe2O3,当铁相含量较少时,主要集中于C4A3S-晶粒间隙中,呈相互交融状态,随着铁相含量的增加,部分铁相以单独的相的形式存在。(3)水泥胶砂早期强度贡献:C4A3S-铁相C2S,后期强度贡献:铁相C2SC4A3S-;铁相含量的提高促进了 C4 A3 S4设计出一组熟料矿物组成C4A3S-39%、C2S:25%、f-CS:17%、铁相:15%和4%的f-CaO。该熟料4h抗压强度可达25.29MPa,7d抗压强度达59.36MPa。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ172.7
【部分图文】：
较低的水化活性造成水泥矿物力学性能难以发挥。图1.1 贝利特的晶型转变Fig. 1.1 Crystal Transformation of Belite目前，贝利特的活化主要是通过快速冷却、低温结晶和化学掺杂三种方法。快速冷却有利于稳定高温晶型，防止晶型转变。研究表明，在 900~1300℃内，快速冷却得到的贝利特矿物以α’-C2S 晶型为主，冷却速率降低则出现β-C2S晶型，甚至出现γ-C2S；900℃以下时改变冷却速率对贝利特的晶型和活性无明显影响[49]。化学活化是通过氧化物掺杂稳定α’-C2S 晶型，或通过掺杂造成晶格畸变来提高活性[50]。国内外学者研究了 Cr2O3、MgO[51, 52]、K2O、Na2O[53]、B2O3[54, 55]、NaF[56]、TiO2[57]、BaO、P2O5、ZnO[58]等离子对贝利特矿物的稳定活化的作用。结果表明除了 B2O3和 TiO2外，其余氧化物在适量添加的情况下均对 C2S 的水化有不同程度的促进作用。掺杂后熟料中贝利特的水化速率加快
(a)B 系列熟料 (b)D 系列熟料图 3-1 煅烧温度对水泥熟料尺寸的影响曲线Fig. 3-1 The influcence of calcining temperature on the diameter of cement clinkers由图 3-1 可以看出，熟料试样尺寸随煅烧温度的升高逐渐降低，当煅烧温度达到 1325℃时，熟料的收缩程度达到最大；随着煅烧温度升高至 1350℃以上时，熟料试样尺寸反而增大，这是由于高温下液相的增多，熟料发生熔融变形，试块的厚度变薄而直径变大。当熟料中铁相含量过高时（D4、D5），在较高煅烧温度时出现较严重的熔融无法测量熟料直径。由图 3-1 还可以看出，相同的煅烧温度下（1325℃以下），熟料体积收缩量随铁相含量的增大而增大，说明铁相含量增加会对熟料的烧结产生促进作用。但是当煅烧温度高于 1325℃时，熟料发生熔融会造成粘连等现象，在工业生产时会造成结大圈等情况影响正常生产，铁相含量越高，熔融粘连现象越严重，说明铁相含量的增加会造成熟料的烧成温度范围的变窄。
第 3 章 铁相含量对水泥熟料煅烧制度影响研究设计的熟料铁相矿物化学组成为 4CaO·Al2O3·Fe2O3，而实际的熟料铁相的化学组成接近于6CaO·Al2O3·2Fe2O3，单位质量的C6AF2中CaO含量较C4AF高约1.77%，从而造成 f-CaO 含量的偏高。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ172.7
【部分图文】：
较低的水化活性造成水泥矿物力学性能难以发挥。图1.1 贝利特的晶型转变Fig. 1.1 Crystal Transformation of Belite目前，贝利特的活化主要是通过快速冷却、低温结晶和化学掺杂三种方法。快速冷却有利于稳定高温晶型，防止晶型转变。研究表明，在 900~1300℃内，快速冷却得到的贝利特矿物以α’-C2S 晶型为主，冷却速率降低则出现β-C2S晶型，甚至出现γ-C2S；900℃以下时改变冷却速率对贝利特的晶型和活性无明显影响[49]。化学活化是通过氧化物掺杂稳定α’-C2S 晶型，或通过掺杂造成晶格畸变来提高活性[50]。国内外学者研究了 Cr2O3、MgO[51, 52]、K2O、Na2O[53]、B2O3[54, 55]、NaF[56]、TiO2[57]、BaO、P2O5、ZnO[58]等离子对贝利特矿物的稳定活化的作用。结果表明除了 B2O3和 TiO2外，其余氧化物在适量添加的情况下均对 C2S 的水化有不同程度的促进作用。掺杂后熟料中贝利特的水化速率加快
(a)B 系列熟料 (b)D 系列熟料图 3-1 煅烧温度对水泥熟料尺寸的影响曲线Fig. 3-1 The influcence of calcining temperature on the diameter of cement clinkers由图 3-1 可以看出，熟料试样尺寸随煅烧温度的升高逐渐降低，当煅烧温度达到 1325℃时，熟料的收缩程度达到最大；随着煅烧温度升高至 1350℃以上时，熟料试样尺寸反而增大，这是由于高温下液相的增多，熟料发生熔融变形，试块的厚度变薄而直径变大。当熟料中铁相含量过高时（D4、D5），在较高煅烧温度时出现较严重的熔融无法测量熟料直径。由图 3-1 还可以看出，相同的煅烧温度下（1325℃以下），熟料体积收缩量随铁相含量的增大而增大，说明铁相含量增加会对熟料的烧结产生促进作用。但是当煅烧温度高于 1325℃时，熟料发生熔融会造成粘连等现象，在工业生产时会造成结大圈等情况影响正常生产，铁相含量越高，熔融粘连现象越严重，说明铁相含量的增加会造成熟料的烧成温度范围的变窄。
第 3 章 铁相含量对水泥熟料煅烧制度影响研究设计的熟料铁相矿物化学组成为 4CaO·Al2O3·Fe2O3，而实际的熟料铁相的化学组成接近于6CaO·Al2O3·2Fe2O3，单位质量的C6AF2中CaO含量较C4AF高约1.77%，从而造成 f-CaO 含量的偏高。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 赵艳荣;陈平;韦怀s
本文编号：2823799
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