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水泥及水泥基复合材料是世界上用量最大的人造材料。但是,随着社会的发展,水泥工业所面临的问题越来越多,对其性能的要求也越来越高。提高传统硅酸盐水泥的性能,满足现代建设工程对水泥材料的多功能、高性能的要求,并达到节约能源、节约资源、保护环境的目的,实现水泥工业可持续发展,对国民经济与社会发展具有重要意义。
以阿利特和贝利特为主导矿相的硅酸盐水泥早期强度偏低,但后期强度增进率高;硫铝酸钡钙(C2.75B1.25A3(S))是一种具有优良早期性能的矿物,以此为主导矿相的含钡硫铝酸盐水泥具有突出的快硬早强性能,但后期强度增进率低。阿利特—硫铝酸钡钙水泥就是以C2.75B1.25A3(S)矿物优良的快硬早强性能为基础,将该矿物引入到普通硅酸盐水泥熟料矿相体系中,改善和提高硅酸盐水泥的性能。本实验主要研究阿利特—硫铝酸钡钙水泥的制备技术与性能。
采用正交实验方法确定了熟料组成,并应用热力学原理对熟料组成进行优化,结合实验室研究结果和工业化生产的要求,确定最佳熟料组成。在此基础上,研究了熟料煅烧制度对水泥性能的影响,采用正交实验的方法确定了熟料最佳煅烧制度,并研究了MgO对熟料煅烧及水泥性能的影响。通过XRD、SEM-EDS、岩相等测试手段对熟料组成和结构等进行了分析。
研究结果表明:在本实验条件下,阿利特—硫铝酸钡钙水泥熟料最佳组成为C2.75B1.25A3(S)-8.0%、C3S-61.6%、C2S-14.7%、C3A-5.1%、C4AF-10.5%,即8.0%的C2.75B1.25A3(S)和92.0%的硅酸盐熟料,其中硅酸盐熟料率值分别为铝率1.2,硅率2.8,石灰石饱和系数0.92。熟料的最佳煅烧温度为1360℃,保温时间为60min,冷却制度为急冷。在最佳熟料组成和煅烧制度条件下,CaF2在熟料中的适宜掺量为0.75%,此时,阿利特—硫铝酸钡钙水泥的净浆小试体在1d、3d和28d龄期的抗压强度分别达到31.4、71.5和87.9MPa,与相同率值的硅酸盐水泥相比,1d和3d抗压强度分别提高了73.5%和26.3%,展现出良好的早期性能。同时,热力学计算表明,当硅酸盐水泥熟料率值分别为铝率1.2,硅率2.8,石灰石饱和系数0.92时,与之复合的硫铝酸钡钙矿物最大含量不能超过11%。阿利特—硫铝酸钡钙水泥熟料中MgO的适宜含量为4.0%,适量的MgO能改善生料的易烧性,促进f-CaO的吸收,促进C3S和C2.75B1.25A3(S)的形成,有利于其在体系中的共存,但当MgO含量过高时,对两种矿物的形成产生阻碍作用。