高貝利特硫鋁酸鹽水泥的研究.pdf

1、水泥熟料生產(chǎn)的CO2排放約有65％來自石灰石的碳酸鹽分解，僅有35％來自燃料的燃燒排放，基于材料本征的排放特點，通過優(yōu)化工藝提高能效、輔助膠凝材料使用等措施減排的潛力日益減小，而從水泥基材料組成本身進(jìn)行創(chuàng)新成為全球研究的焦點。
　　本文通過對熟料礦物的形成溫度、形成焓、單位礦物CO2排放量等多重因素進(jìn)行低鈣低碳優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了不含高鈣礦物-阿利特(C3S)、以貝利特(C2S)和硫鋁酸鹽(C4A3(S))為主導(dǎo)礦物的低能耗、低CO2

2、排放C2S-C4A3(S)-C4AF三元熟料體系(Belite Calcium Sulfo-Aluminate，BCSA)。通過礦物組成優(yōu)化匹配及晶體的穩(wěn)定與活化，制備出性能優(yōu)于但能耗和排放遠(yuǎn)低于普通硅酸鹽水泥的BCSA水泥。與普通硅酸鹽水泥相比，BCSA水泥生產(chǎn)過程中可節(jié)約石灰石28％和標(biāo)煤約16％以上，減少CO2排放20％以上，實現(xiàn)了通過水泥基材料創(chuàng)新達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
　　本文利用XRD、紅外光譜IR和SEM等方法，圍繞B

3、CSA的礦物組成設(shè)計、離子摻雜作用機(jī)理、工業(yè)試生產(chǎn)及其水泥混凝土性能，主要研究了以下內(nèi)容:
　　(1)熟料低鈣組成設(shè)計和高溫礦相形成研究確定了熟料低鈣低碳礦物組成的原則。由C2S-C4A3(S)-C4AF三元礦物組成的熟料體系里，C4A3(S)和C2S分別是熟料的早期強(qiáng)度和中后期強(qiáng)度的來源。
　　研究了C2S、C4A3(S)和C4AF三種礦物的形成溫度和最佳范圍，闡明了三種礦物的共存溫度區(qū)間1250～1350℃。研究了熟料的

4、易燒性、主要熟料礦物C4A3(S)和C2S的形成和結(jié)晶發(fā)育狀況、以及熟料的物理性能。研究表明，BCSA熟料的最佳燒成溫度范圍是1280～1320℃，在該溫度范圍內(nèi)燒制的熟料具有良好的工作性和物理力學(xué)性能。
　　(2) BCSA熟料礦物優(yōu)化匹配和熟料/石膏作用機(jī)理確定了BCSA熟料礦物組成范圍為C2S36-56％，C4A3(S)32-42％和C4AF5-9％。在上述礦物組成范圍內(nèi)，BCSA熟料具有最佳的物理性能，3天和28天抗壓強(qiáng)度

5、分別達(dá)到34.3 MPa和55.1MPa。
　　研究了BCSA熟料與石膏的相互作用機(jī)理。石膏摻量顯著影響B(tài)CSA水泥的性能，確定了石膏最佳摻量范圍為12.5～15％。石膏主要是與C4A3(S)發(fā)生反應(yīng)形成鈣礬石。在漿體結(jié)構(gòu)中，鈣礬石與其他水化產(chǎn)物一起形成密實的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
　　(3)離子摻雜對熟料礦物晶體的穩(wěn)定與活化機(jī)理研究β晶型C2S水化速率慢，早期強(qiáng)度低，一直影響著這種礦物在熟料中的作用。本文著重研究了提高β-C2S活

6、性的方法和作用機(jī)理。研究表明，外摻離子Ba2+、P5+和Zn+等離子均可進(jìn)入β-C2S晶格，引起晶格畸變，并且在礦物表面發(fā)生富集，使得礦物晶體細(xì)化，增強(qiáng)了β-C2S的水化反應(yīng)活性。同時發(fā)現(xiàn)在多種礦物共存的熟料體系中，部分外摻離子進(jìn)入CSA礦物晶格中，引起晶格畸變，提高了CSA水硬性。β-C2S和C4A3(S)兩種礦物共存時，外摻離子影響其活性的顯著性依次為:Ba2+＞P5+＞Zn2+＞B3+。
　　摻入Ba2+的熟料制得的水泥，其

7、28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到69.7MPa，比未摻雜空白樣強(qiáng)度提高了15MPa(26.5％)。
　　(4) BCSA水泥工業(yè)試生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研究利用現(xiàn)有水泥工藝設(shè)備和工業(yè)原燃料，全球首次在帶五級預(yù)熱器窯的新型干法生產(chǎn)線上進(jìn)行了BCSA水泥工業(yè)化試生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)了該水泥在新型干法生產(chǎn)線的工業(yè)化試生產(chǎn)。確定了工業(yè)化制備的主要工藝參數(shù)，所生產(chǎn)水泥的3d強(qiáng)度達(dá)43.7MPa，28d強(qiáng)度達(dá)66.9MPa。
　　(5) BCSA水泥混凝