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本文主要研究了BaO对磷铝酸盐水泥合成及性能的影响,通过掺杂Ba2+离子部分取代Ca2+离子,增加磷铝酸盐水泥矿相微结构缺陷,优化熟料矿物组成,提高其水化活性,以期制备出具有良好力学性能的含钡磷铝酸盐水泥熟料。主要从以下几个方面开展研究:将BaO引入到磷铝酸钙和铝酸钙矿物中,使其晶格产生畸变,调节矿物微结构,进一步提高矿物的水化活性;制备高铁磷铝酸盐水泥熟料,研究氧化铁对磷铝酸盐水泥熟料矿相低温形成的影响规律;以单矿物中BaO的掺量研究为基础,将BaO引入高铁磷铝酸盐水泥熟料,获得具有良好性能的含钡磷铝酸盐水泥熟料。主要研究结论如下:(1)掺入适量的BaO,磷铝酸钙矿物的各龄期抗压强度均有所提高。其最佳掺量为20%(摩尔掺量,BaO取代Ca O量)。在最佳掺量条件下,该矿物3d、28d、90d抗压强度分别达到了60.0MPa,109.3MPa和122.7MPa。分别比空白样提高了38.5%,26.0%和18.2%。(2)BaO的掺入使得磷铝酸钙矿物水化明显加快,7d的水化程度达到90%以上,且更容易生成稳定的水化产物C(A,P)H10;磷铝酸钙的水化产物的形态由板状转变为薄片状,且水化产物尺寸更小,大约在2μm~5μm,这使得矿物水化产物相互搭接更为紧密,形成更密实的硬化浆体结构;孔结构分析结果表明,含钡磷铝酸钙矿物的硬化浆体有害孔含量与空白样相比大大降低。(3)掺加BaO可增加CA合成过程中的液相量,减少中间产物C12A7的量;当BaO掺量为7%(摩尔掺量,Ba O取代CaO量)时,试样具有较好的抗压强度;Ba2+离子的引入可稳定CAH10晶格,阻止CAH10向C3AH6的晶型转变,防止后期强度倒缩;随着Ba2+离子掺量的增加,水化产物CAH10最大分解速率温度逐渐增加,水化产物热稳定性提高;CA结构中BaO的最大容纳量为15%,超出该掺量后将出现气硬性矿物BA的衍射峰。(4)高铁磷铝酸盐水泥熟料中Fe2O3最佳含量为11%(质量分数),当煅烧温度为1350℃。该试样1d强度可达70.6MPa,28d强度达到95.5MPa;相应的熟料氧化物质量组成范围为Al2O3 25.0~32.0%,CaO 30.0~40.0%,P2O5 14.0~15.0%,SiO23.0~5.0%,Fe2O3 10.5~11.0%。Fe2O3可以作为磷铝酸盐水泥烧成过程中的一个重要组分,在较低的温度下促进矿物CA1-Y(PY)向特征矿物LHss的转变,调整高铁磷铝酸盐水泥矿物组成;铁相处在主要熟料矿物的间隙中,是一系列固溶体,没有固定的化学组成。(5)含钡高铁磷铝酸盐水泥熟料中BaO最佳掺量为11%(摩尔掺量,BaO取代CaO量),Fe2O3最低掺量为7%(质量分数),最佳煅烧温度为1420℃,相应的熟料氧化物质量组成范围为Al2O3 25.0~32.0%,CaO 30.0~37.0%,BaO 10.5~11.0%,P2O514.0~15.0%,SiO2 3.0~5.0%,Fe2O3 6.0~7.5%。其1d强度为106.5MPa,28d强度达到了143.2MPa;与高铁磷铝酸盐水泥相比,其1d、3d、7d和28d强度分别增长了50.8%、21.0%、27.0%和49.9%。