貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的合成及其組成、結構與性能的研究.pdf

1、在環(huán)境和資源問題日益嚴峻的今天,貝利特水泥以其能耗低、污染少,水泥及其混凝土性能好等特點備受人們期待.但是,由于該水泥中阿利特礦物的減少,且貝利特礦物水化速度較慢造成水泥早期力學性能較低,限制了其應用推廣.本課題通過改變水泥熟料的基本礦物組成,引入能在較低溫度下形成的低鈣、快硬早強礦物部分代替阿利特,使該水泥早期力學性能得到改善. 近年來,硫鋁酸鋇鈣礦物的發(fā)現(xiàn),引起了眾多學者的關注.當硫鋁酸鋇鈣的組成為2.75CAO·1.25B

2、aO·3Al<,2>O<,3>·SO<,3>(C<,2.75>B<,1.25>A<,3>S)時力學性能最好,其抗壓強度在1d、3d和28d齡期時分別達到35.1 MPa、59.3 MPa和72/.1 MPa,具有突出的早期強度,且水化速度快,凝結時間短,但后期強度增進率低.以貝利特(C<,2>S)為主導礦物的貝利特水泥早期強度偏低,凝結時間相對較長,但后期強度增長穩(wěn)定.因此,本文將貝利特與硫鋁鋇鈣這兩種礦相復合,并以此為基礎合成了高性能

3、的貝利特.硫鋁酸鋇鈣水泥礦相體系. 本文采用化學試劑為原料,采用正交試驗初步優(yōu)選熟料組成和煅燒制度,應用熱力學的基本原理對熟料組成進一步優(yōu)化,確定了熟料最佳組成.在優(yōu)化熟料組成的基礎上,考慮原料中SO<,3>和BaO的揮發(fā)或固溶,相應提高了SO<,3>和BaO的摻量,并研究了熟料力學性能隨SO<,3>、BaO以及CaFO<,2>摻量的變化規(guī)律.同時,按最佳熟料組成設計,合成了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥,研究水泥的水化硬化規(guī)律.通過X

4、RD、SEM-EDS、DTA、巖相、孔結構和水化熱等測試技術對熟料的組成、結構和水化硬化機制進行了分析,說明了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的性能優(yōu)于硅酸鹽水泥的原因. 研究結果表明:在本試驗條件下確定的貝利特.硫鋁酸鋇鈣水泥熟料最佳礦物組成是C<,2.75>B<,1.25>A<,3>S為9.0﹪,C28為37.5﹪,C3S為37.5﹪,C3A為4.6﹪,C4AF為11.5﹪,即9.0﹪的C<,2.75>B<,1.25>A<,3>S和9

5、1﹪的硅酸鹽熟料,其中硅酸鹽熟料率值為鋁率1.1,硅率2.9,石灰飽和系數(shù)0.81.確定了適宜的煅燒制度,其燒成溫度為1350℃,保溫時間90 min,冷卻方式是急冷.SO<,3>和BaO的適宜過摻量分別是其理論含量的50﹪和80﹪,CaF2在體系中適宜摻加量是0.6﹪.在最佳組成和制備工藝條件下,合成了力學性能良好的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥,其在3d和28d齡期的凈漿小試體抗壓強度分別達到26.8和83.4MPa.同時,熱力學的計算表明

6、,在鋁率為1.1,硅率為2.9,石灰飽和系數(shù)為0.81和硫鋁酸鋇鈣摻量9﹪時,貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料體系的吉布斯自由能較低,體系易于合成,水泥力學性能較好.適量石膏的摻入會提高該水泥的水化速度,改善其力學性能.同時,該水泥水化產物中氫氧化鈣含量較少,水化放熱量低,硬化漿體的密實度好,孔隙率較低. 本文的創(chuàng)新之處有兩個方面:第一,通過在貝利特水泥熟料體系中引入硫鋁酸鋇鈣礦物,建立了性能良好的貝利特.硫鋁酸鋇鈣水泥礦物體系;第二