低品位原材料制备硫硅酸钙--硫铝酸钙水泥

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硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥作为一种新型水泥,煅烧温度较硫铝酸盐水泥降低100℃以上,水泥碳排放量较贝利特-硫铝酸盐水泥减少约46%,是一种极具发展前景的低碳水泥。硫铝酸盐水泥的制备受原材料制约,对高品位铝矾土需求量大,扩大水泥原材料的来源是低成本制备面临的挑战。将硫硅酸钙矿物引入硫铝酸盐水泥理论上可以减少对矾土的需求,扩大低品位原材料的使用范围。本文将采用不同铝硅比的低品位原材料制备硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥,为更好地发挥硫硅酸钙的作用,希望提高水泥中硫硅酸钙含量,并对其水化硬化性能进行探究。
  首先,本文从组成设计的角度研究了硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料的烧成情况,水泥熟料的设计主要包含两个方面,一是同种原材料制备一系列硫硅酸钙含量梯度的水泥熟料,二是低铝硅比的原材料制备高硫硅酸钙含量水泥熟料。结果表明,在1150℃和矿物剂作用下,铝矾土和高铝粉煤灰配合设计可以制得不同硫硅酸钙含量(30%~65%)的水泥熟料;在1150℃下,低铝硅比原材料均可制得硫硅酸钙含量70%以上的水泥熟料。熟料烧成温度低,制得的水泥中硫硅酸钙尺寸较大结晶完整,硫硅酸钙含量高的水泥熟料中矿物堆积越紧密,孔隙率越低。
  其次,文章研究了硫硅酸钙含量对水泥水化硬化性能的影响,结合凝结时间、抗压强度、膨胀率的测试分析硫硅酸钙含量对水泥宏观性能的影响;结合液相pH值变化和水化产物XRD分析水泥水化进程。硫硅酸钙含量越高,水泥早期强度发展越慢,虽然硫硅酸钙矿物降低了水泥的早期强度,但在硫硅酸钙含量极高(65.28%)的水泥28d强度可达35MPa,与高贝利特-硫铝酸盐水泥相当,甚至更高。91d强度可达45MPa,由硫硅酸钙矿物后期水化带来的后期强度缓慢增长,同时水化产物Ca(OH)2导致水泥液相pH值出现先降低后增加的趋势。
  最后,对不同种类低铝硅比原材料制得的高硫硅酸钙水泥的水化硬化性能进行研究,通过抗压强度、膨胀率、液相pH值和水化产物XRD结果来表征水泥水化性能。结果表明,高硫硅酸钙水泥性能有差异,但随龄期变化性能发展规律差异不大。水泥早期强度发展缓慢,后期强度稳步发展与早期匹配,页岩制备的硫硅酸钙含量~80%的水泥熟料28d强度较低,不到15MPa,但后期强度仍保持缓慢增长。掺加减水剂和铝胶对水泥性能进行改善,早期性能改善效果不明显,且存在不同原材料相容性不一的情况。本文研究表明可以利用来源更为广泛的低品位原材料制备硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥,水泥性能与硫硅酸钙含量相关。
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