摻雜SrO和SrSO4對高阿利特水泥合成和性能的影響.pdf

1、2010年我國水泥產(chǎn)量達(dá)18.7億噸,導(dǎo)致能源和資源消耗巨大,環(huán)境污染日益嚴(yán)重。因此,如何實現(xiàn)水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前面臨的主要任務(wù)。高質(zhì)量建設(shè)工程要求水泥與混凝土施工性更好、強(qiáng)度更高及具有良好的耐久性,并要求水泥生產(chǎn)和使用過程中能夠利用更多的工業(yè)廢棄物。生產(chǎn)高性能水泥的關(guān)鍵是制備高膠凝性水泥熟料,而提高水泥熟料中阿利特含量是制備高膠凝性水泥熟料的有效途徑之一;另外,在水泥熟料中引入非硅酸鹽類高膠凝性礦物形成新的高膠凝性熟料礦相體系也

2、是制備高膠凝性水泥熟料的重要方法。
　　 本文通過在高阿利特水泥熟料中分別摻雜SrO和SrSO4,研究了其對高阿利特水泥熟料制備、結(jié)構(gòu)和性能的影響。在高阿利特水泥熟料中摻雜SrO與SrSO4以形成少量具有快硬早強(qiáng)性能的硫鋁酸鍶鈣礦物,制備了硫鋁酸鍶鈣改性高阿利特水泥熟料。采用正交試驗方法確定了該熟料適宜的煅燒制度和組成。通過研究摻雜SrO和SrSO4的C3S晶體結(jié)構(gòu)的變化及性能,獲得了提高C3S水化活性的有效方法。采用XRD、S

3、EM-EDS、IR、水化熱和巖相分析等測試手段對熟料和礦物的組成、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析,初步闡明了摻雜SrO和SrSO4條件下提高該水泥性能的機(jī)理。主要結(jié)論如下:
　　 在1450℃煅燒條件下,在本實驗組成范圍內(nèi),高阿利特水泥熟料的適宜率值為:KH=0.92、SM=2.5、IM=1.5,C3S的計算含量達(dá)65.1％;在該條件下制備的高阿利特水泥1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了23.4MPa、53.7MPa和129.1MPa,

4、展現(xiàn)了良好的力學(xué)性能。KH值過高時,阿利特含量沒有明顯增加,反而易造成水泥熟料的煅燒困難。
　　 摻雜SrO和SrSO4可以降低熟料中游離氧化鈣的含量,促進(jìn)阿利特礦物的形成,有利于水泥強(qiáng)度的提高。摻雜SrO的高阿利特水泥熟料的最佳制備條件為:煅燒溫度為1450℃、保溫時間為60min、SrO的適宜摻量為1.5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),水泥早期力學(xué)性能明顯提高,3d強(qiáng)度可提高15.5％。摻雜SrSO4的高阿利特水泥熟料的最佳制備條件為

5、:煅燒溫度為1450℃、保溫時間為60min、SrSO4的適宜摻量為0.5％,水泥后期力學(xué)性能明顯提高,28d強(qiáng)度可提高9.9％。
　　 引入硫鋁酸鍶鈣礦物可以降低高阿利特水泥熟料體系燒成溫度約100℃,并使熟料中游離氧化鈣含量降低,促進(jìn)阿利特礦物形成。在本實驗條件下,硫鋁酸鍶鈣改性高阿利特水泥熟料的最佳制備條件為:煅燒溫度為1350℃、保溫時間為60min、硫鋁酸鍶鈣的引入量為2％。所制備的水泥1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)

6、到了28.5MPa、66.7MPa和128.6MPa,力學(xué)性能良好。熟料中阿利特和硫鋁酸鍶鈣礦物的發(fā)育程度均不夠完整,礦物尺寸較小;硫鋁酸鍶鈣礦物尺寸約為0.1μm,存在于硅酸鹽礦物邊界和空隙。
　　 同時,研究了摻雜SrO和SrSO4對C3S晶體結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:試樣中游離氧化鈣含量隨SrO摻量的增加而逐漸增多,但當(dāng)SrO摻量小于0.075mol時,其游離氧化鈣含量較低且低于純C3S。當(dāng)SrO摻量小于0.025mol

7、時,硅酸三鈣固溶體衍射峰發(fā)生變化但均為三斜晶系;當(dāng)SrO摻量大于0.025mol時,硅酸三鈣固溶體為單斜晶系。隨著SrO摻量的增加,硅酸三鈣固溶體在815cm-1吸收譜帶由尖銳逐漸消失,取代程度增加,其對稱性提高。摻雜SrO硅酸三鈣的加速期提前,水化速率增大,使硅酸三鈣固溶體有更大的水化活性。當(dāng)SrSO4摻量較少時,可降低試樣中游離氧化鈣含量,促進(jìn)C3S的形成;但當(dāng)SrSO4摻量逐漸增大時,試樣中的游離氧化鈣含量逐漸升高。摻雜1.5％S