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%(質量分數(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抗壓強度分別為39.8,77.5,85.0mpa,展現(xiàn)了良好的早期力學性能.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構.

用正交試驗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性能,并與相同組成的硅酸鹽水泥的性能進行比較。結果表明:當硫鋁酸鋇鈣礦物的質量分數(shù)為6.0%時,與其復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的抗壓強度分別達到20mpa和60mpa,比相同組成硅酸鹽水泥的早期強度明顯提高,其28d的抗壓強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試手段分析了阿利特硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的組成和結構。

采用正交試驗方法研究了貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的煅燒條件。實驗表明:該水泥熟料的最佳煅燒溫度為1350℃,保溫時間為90min,冷卻方式是急冷。同時發(fā)現(xiàn),水泥中石膏的量佳摻量為5%(質量分數(shù))。所制備的貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的3d和28d抗壓強度分別為26.4mpa和80.4mpa,顯示有良好的早期力學性能;石膏能促進該水泥的水化硬化,增加鈣礬石在水化早期的形成數(shù)量,這是水泥早期強度提高的主要原因。對水泥熟料及其水化產物的組成、結構和形貌進行了分析。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,主要水化產物有水化硅酸鈣凝膠、鈣礬石和氫氧化鈣等。

采用正交試驗的方法研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的燒成制度。結果表明:對該熟料力學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間。該水泥的最佳燒成制度為:燒成溫度為1380℃,保溫時間為60min,冷卻方式為自然冷卻;同時,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抗壓強度分別達到24.7mpa,52.5mpa,102.5mpa,展現(xiàn)出良好的力學性能。同時利用xrd和sem-eds對熟料礦物組成及結構進行了分析。

選擇熟料率值和硫鋁酸鋇鈣摻量為影響因素,通過正交試驗研究了貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥的合成條件和力學性能,并利用xrd、sem-eds等測試手段分析了該水泥熟料的組成和結構。結果表明:煅燒溫度為1320℃時,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量分數(shù)為9%。在此條件下該水泥的3d和28d抗壓強度分別達到11.4mpa和64.8mpa,展現(xiàn)了良好的力學性能。

研究了萘系減水劑(fdn)和聚羧酸減水劑(sr3)對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥凝結時間及抗壓強度的影響,并采用xrd和sem等測試方法分析和探討了其作用機理。結果表明: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;兩種減水劑對該水泥初凝時間影響不大,而終凝時間明顯縮短;同時,當減水劑摻量適當時,提高了水泥的強度。

研究礦渣摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響,當質量分數(shù)摻量為10%時,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥3d、28d的強度分別達到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物的組成、結構和形貌,并對該水泥的水化機理進行探討。結果表明:當?shù)V渣摻量質量分數(shù)為10%時,促進了該水泥的水化,有利于水泥強度的提高。

選擇熟料率值和硫鋁酸鋇鈣摻量為影響因素,采用正交試驗法研究了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的合成條件和力學性能.研究結果表明,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(均為質量比),硫鋁酸鋇鈣摻量為9%(質量分數(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抗壓強度分別達到了23.8,80.9,97.4mpa,展現(xiàn)了良好的力學性能.利用xrd,sem-eds和巖相分析等測試手段分析了該熟料的組成和結構.

本發(fā)明屬于水泥的技術領域，特別涉及一種由硫鋁酸鋇鈣礦物與阿利特礦物復合的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥。本發(fā)明公開了一種阿利特-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、早期強度高、硬化速度快、成本低的優(yōu)點。

用化學純試劑為原料,研究了caf2對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料礦物形成過程及水泥性能的影響。實驗設計將具有早強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。實驗表明:適量的caf2能改善熟料的易燒性,促進f-cao的吸收和熟料礦物的形成。caf2質量摻量為0.5%~1%時,有利于提高水泥的早期力學性能。caf2質量摻量超過1.5%時,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。這說明硫鋁酸鋇鈣礦物能夠和硅酸鹽水泥熟料礦物復合并共存。

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系。研究結果表明,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性能分析可知,熟料的最佳質量分數(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抗壓強度均在40mpa以上,展現(xiàn)了良好的快硬早強性能。影響熟料1d、3d強度的主要因素是c3s和c2.75b1.25a3s礦物的含量,影響28d強度的主要因素是c3s和c2f含量。同時,利用sem-eds和xrd分析了熟料的組成與結構。

試驗研究了貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的性能,結果表明:該水泥具有較高的早期強度和長期強度,當其石膏摻量為10%時,3d、7d、28d和90d凈漿抗壓強度分別達到了45.0、61.9、82.1和85.6mpa。該水泥安定性良好,抗?jié)B能力強,抗硫酸鹽侵蝕能力強,其抗蝕系數(shù)大于1。該水泥在水化早期(14d內)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。

通過與硅酸鹽水泥(portlandcement,pc)對比,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥(alite-bariumcalciumsulphoaluminatecement,sabc)砂漿的力學性能和干縮性能。采用x射線衍射和掃描電鏡對養(yǎng)護28dsabc砂漿水化產物的物相組成、形貌以及硬化砂漿的微觀結構進行了分析和觀察,用壓汞法對硬化砂漿的孔結構進行了分析。結果表明:sabc砂漿具有較高的早期強度,添加適量摻合料的可以提高砂漿的強度,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%(質量分數(shù),下同)礦渣和粉煤灰取代sabc后,可以減小砂漿的干縮率,當取代量超過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對貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥煅燒與性能的影響.結果表明:mgo可以促進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5.14%(質量分數(shù))的貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的安定性良好,且3,28d抗壓強度分別達到49.1,81.9mpa,展現(xiàn)了良好的力學性能;貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料較高的固溶mgo的能力,也有利于低品質高鎂石灰石的應用.

采用化學純試劑為原料,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對熟料礦物組成和水泥性能的影響。研究結果表明,caf2能夠加快熟料中f-cao的吸收,促進c2.75b1.25a3s-礦物形成,提高水泥的早期強度。當caf2在熟料中的摻入量為0.6%時,貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的3d和28d抗壓強度分別達到26.8mpa和83.4mpa,展現(xiàn)了良好的力學性能。利用xrd,sem-eds和巖相分析等測試手段分析了水泥熟料的組成和結構。

目前國內研制成一種快硬、高強、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度比一般的硫鋁酸鹽水泥高出2～3倍,其早期強度較高。例如在標準狀態(tài)下試驗,該水泥單礦物強度3d可達644mpa,7d達到724mpa,28d最終為919mpa,因而水泥的1d強度可達525～625

研究了礦渣、粉煤灰和沸石粉對阿利特-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28d砂漿的水化產物物相組成和形貌進行了分析、觀察;用壓汞法對硬化砂漿的孔結構進行了分析.結果表明: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構的致密性、抗?jié)B性能和抗cl-滲透性能,3種摻和料對砂漿抗?jié)B透性能的作用效果為:礦渣>粉煤灰>沸石粉,對抗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比試驗中,采用抗?jié)B試驗和孔結構分析的方法,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗?jié)B性能與水灰比的關系。結果表明,阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的相對抗?jié)B系數(shù)與水灰比的關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物的粒徑分布均勻,界面粘結狀況較好,結構較為致密。

采用與普通硅酸鹽水泥混凝土對比的方法,通過對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土試件經受高溫作用時表觀現(xiàn)象的觀察分析和力學性能測試,詳細研究了阿利特-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)象略微嚴重;相同配合比下,經受600℃高溫作用后,該水泥混凝土的剩余強度約為62%～68%,耐火性能較普通水泥混凝土好。

本文在試驗的基礎上,研究了阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥混凝土的抗?jié)B性能。采用對比試驗研究的方法,對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行了研究,并與相同配合比、相同齡期的普通混凝土進行比較,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。

采用場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的早期水化過程進行了連續(xù)觀察,研究結果表明:阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥的水化過程可分為誘導期前期、誘導期、加速期、減速期和穩(wěn)定期5個階段。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,并形成保護膜,產生誘導期;在水化早期c-s-h凝膠數(shù)量較少,在加速期才大量形成,最終成為花朵狀結構。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。