不同铁相含量高铁低钙水泥抗硫酸盐侵蚀研究

为提高海洋工程基础材料水泥的抗侵蚀性能,在高铁低钙硅酸盐水泥体系中,制备不同C4AF设计含量(15%、18%、21%、24%)水泥熟料,研究水泥中不同C4AF设计含量对水泥矿物形成、工作性能、力学性能、抗硫酸盐侵蚀性能等的影响。使用XRD、SEM分析熟料的矿物形成情况及水泥水化产物形貌。研究结果表明,试验烧结制备的水泥熟料矿物组成与设计基本一致。当C4AF含量提高时,同龄期水泥的抗压强度降低,抗硫酸盐侵蚀系数先增大后减小,在C4AF含量21%时达到最大值。体系中C4AF含量高时,Fe取代部分Al形成的AFt晶粒细小,致密度高,SEM下微观表现为钙矾石形貌由粗变细,是抗硫酸盐侵蚀性能提升的主要原因。

硅酸二钙及以其为主要矿物的低钙水泥的研究进展

硅酸二钙是一种钙含量较低的硅酸盐胶凝矿物,与传统高钙硅酸盐矿物硅酸三钙相比,其具有石灰石消耗少、生成能耗低、水化热低、水化产物中氢氧化钙含量少等显著特点,发展以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥符合节能减排和可持续发展的要求,是水泥工业发展的重要方向。对硅酸二钙的结构、晶型转变及水化活性的研究情况进行了综合评述,并对以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥的组成、性能及存在的主要问题进行了介绍。在此基础上,指出了以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥研发的技术方向。

自粉化低钙水泥的制备方法及其碳化硬化性能

以γ-C2S为主要矿物的自粉化低钙水泥在制备和碳化硬化过程中均能显著减少二氧化碳的排放.为实现该水泥的规模化生产,对其工业原料制备方法进行了探讨,并研究了其碳化硬化性能.结果表明:取石灰石、砂岩和铁矿为水泥原料,当石灰饱和系数(KH)为0.67,硅率(SM)为2.50～4.50时,在1 300～1 400℃下进行煅烧,待炉温冷却后即可煅烧出自粉化低钙水泥.用该水泥制备尺寸为40mm×40mm×160mm的胶砂试块,碳化8h后,其抗折强度为8.2MPa,抗压强度为51.6MPa;碳化后再标准养护240d,其抗折强度可达13.9MPa,抗压强度可达70.0MPa.

粉煤灰烧制低钙水泥的研究

用粉煤灰和钙质原料模拟电厂锅炉燃烧过程烧制低钙水泥，研究了不同配比原料在不同热工制度下烧成物的力学强度及其水化产物，分析了原料的组成对燃烧产物及过程机理的影响。

掺微量元素烧制低钙水泥的研究

研究了低钙水泥的制备，着重研究了低钙硅酸盐水泥和低铝贝利特硫铅酸盐水泥的配料和活化方法，得出掺加少量BaSO_4、SO_3和Na_2O都有活化贝利特水泥的作用,而以BaSO_4和SO_3的活化作用最好,可生产500～700号熟料。

高强低钙水泥与普硅水泥熟料形成过程对比研究

通过比较分析了不同煅烧温度（1200、1250、1280、1300、1350、1400、1450℃）下制成的普通硅酸盐水泥熟料和不同c2s含量（40％、45％、50％、55％）的高强低钙水泥熟料，初步确定了高强低钙水泥熟料的煅烧温度范围为1300-1400℃，以及煅烧温度与熟料矿物组成之间的影响规律。

掺石膏的低钙水泥水化过程及浆体结构研究

利用高铝粉煤灰可烧制主要矿物组成为硫铝酸钙(C_(4)A_(3)S)和硅酸二钙的低钙水泥(LCC),石膏(CSH_(2))对C4A3S系列胶凝材料的水化性能起重要作用。为推广LCC的应用,研究了不同CSH_(2)掺量的LCC水化性能。通过等温量热仪、扫描电子显微镜、压汞仪等分析了LCC水化过程及浆体结构,并对LCC抗压强度进行检测。结果表明,随着CSH_(2)掺量增加,LCC水化反应加速,产物钙矾石(AFt)增多且由针状向柱状演变,浆体孔隙率呈现下降趋势;少量CSH_(2)(1%(质量分数))有利于浆体中水化钙铝黄长石的形成,28 d强度增长22.6%;CSH_(2)掺量为5%时,各龄期强度均显著提升;CSH_(2)掺量较高时(10%),浆体早期性能发展迅速而后期性能未见改善;过量CSH_(2)(20%)促使AFt发育成管、柱状,尽管浆体孔隙率降至8.4%,但形成了较多微米级粗孔,不利于后期性能提升;不同CSH_(2)掺量(1%~20%)的LCC强度均稳定发展且后期强度不倒缩,展现了LCC的广阔应用前景。

铁相组分对铁相和高铁低钙水泥熟料水化性能及抗侵蚀性能影响

随着国家海洋战略的提出,大量水泥基材料被应用到海洋工程建筑中,海洋环境对水泥基材料的侵蚀破坏也愈发受到人们的广泛关注。研究表明,水泥中的铁相具有较好的抗侵蚀性能,而铁相中Al 2O 3和Fe 2O 3的摩尔比(Al/Fe,下同)是影响铁相抗侵蚀性能的主要因素。本文设计并烧成了两种铁相单矿C 4AF和C 6A 2F(Al/Fe分别为1和2),以及铁相为C 4AF或C 6A 2F的高铁低钙硅酸盐水泥熟料(铁相质量分数均为20%)。通过对铁相单矿C 4AF和C 6A 2F,以及高铁低钙水泥熟料进行X射线衍射、水化热、抗压强度、抗硫酸盐侵蚀能力和固化氯离子能力等测试,探究Al/Fe对铁相单矿和高铁低钙水泥熟料各项性能的影响。结果表明,随着Al/Fe增大,铁相晶面间距变小,氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀能力有所下降。同时,熟料中铁相含量提高促进了C 3S的水化,且Al/Fe高的熟料促进效果更加明显。铁相的Al/Fe提高,水泥熟料的氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀性能下降则较小。

蒸养纤维掺杂高铁低钙水泥混凝土的抗海水冲磨性能研究

针对目前海工混凝土普遍存在的抗冲磨性能不足的问题,鉴于铁相含量高的水泥耐磨性能好的优点,提出高铁低钙水泥混凝土(C3S≤50%,C4AF≥18%),并研究了纤维种类及掺量、蒸汽养护对其力学性能及抗冲磨性能的影响以期进一步提升海工混凝土的耐磨性能。研究表明,PVA纤维混凝土的抗压强度和抗冲磨强度最优,与水泥浆体结合最好。PVA体积掺量为0.1%的高铁低钙水泥混凝土抗冲磨强度较对照组强度提高了28.0%。同时,讨论了70℃蒸养对各组试件抗压强度与抗冲磨性能的影响,结果表明,蒸养明显提高了各试件的早期强度,但蒸养条件下高铁低钙水泥混凝土的抗冲磨强度较普通混凝土略为降低,这说明蒸养制度对高铁低钙水泥混凝土较为不利。

铜离子掺杂对高铁低钙水泥熟料性能的影响

基于C4AF可以提高水泥基材料的抗蚀性,以高铁低钙水泥熟料为研究对象,掺入不同含量的CuO,通过对熟料及其水化产物进行X射线衍射(XRD)、水化热、抗压强度、非蒸发水含量和固化氯离子能力等测试,探究Cu2+对高铁低钙水泥熟料水化性能与氯离子吸附固化能力的影响。结果发现,适量CuO的掺入促进了高铁低钙水泥熟料中C4AF的生成,降低了熟料液相的粘度,有利于C3S的晶粒生长,有利于提高高铁低钙水泥熟料的水化活性和固化氯离子能力,最佳掺量为0.2wt%。

镁铝水滑石对高铁低钙硅酸盐水泥性能的影响

采用成核晶化隔离法合成了镁铝水滑石(MgAl-LDH),并利用石灰石、砂岩和铁矿粉制备了高铁低钙硅酸盐水泥熟料(铁相质量分数为19.6%)。通过X射线衍射(XRD)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)和化学分析法,研究了MgAl-LDH掺量对高铁低钙水泥氯离子固化能力、力学性能和微观结构的影响规律。结果表明:MgAl-LDH能显著提升高铁低钙水泥化学固化氯离子能力及力学性能;当MgAl-LDH掺量为3%(质量分数)时,与空白组相比,7 d氯离子固化率提升了46.4%,3、7、28 d抗压强度分别提高了27.5%、34.6%和17.1%。微观测试表明MgAl-LDH能促进高铁低钙水泥早期水化生成更多的水化产物,在一定程度上促进了水泥结构的致密化;并且能促进水化产物和氯离子发生反应生成Friedel′s盐,提升了高铁低钙水泥对氯离子的化学固化量。

低钙水泥熟料矿物水化活性、性能及其制备熟料的发展

与硅酸三钙相比,硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等具有钙含量低、烧成温度低和CO_(2)排放量少的特点,属于低钙水泥熟料矿物。发展以低钙矿物为主要组成的水泥熟料是水泥低碳发展的重要方向。本文在分析硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙3种低钙矿物的活性、水化和性能发展的基础上,分别对以低钙矿物为主要矿物的硫铝酸盐水泥熟料、高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的水化和性能发展,硅酸二钙–硫铝酸钙–硫硅酸钙水泥熟料的制备、水化和性能优化进行了综合评述。同时,鉴于石膏在低钙水泥熟料水化方面具有重要影响,综述了石膏在几种低钙水泥中的作用。文章以期为运用硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等矿物制备低钙水泥熟料提供参考。

新型低钙水泥的制备及其碳化硬化过程

制备了一种以3CACO3·2SiO2（C3S2）为主要矿物组成的低钙水泥熟料，用碳化的方式使熟料硬化，研究了这种熟料矿物的形成温度、碳化硬化过程及力学性能。结果表明：C3S2熟料的形成温度范围为1300～1460℃，其碳化产物为CaCO3，试样在120℃碳化3、7d的抗压强度分别达到32和43MPa。该低钙水泥具有低的CO2排放量，且碳化硬化过程耗用大量的C02，同时，由于低钙且其熟料自粉化，因此具有显著的低碳排放和节能特点。

高铁低钙硅酸盐水泥体系的抗氯离子侵蚀性能研究

为了改善水泥基材料的抗氯离子侵蚀性能,提出高铁低钙硅酸盐水泥体系[C4AF≥18%,C3S≤50%,层状双氢氧化物材料(LDHs)]。分别制备了矿相组成为(18%C4AF,50%C3S)及(20%C4AF,48%C3S)的高铁低钙水泥熟料,探讨了高铁低钙水泥熟料的烧成制度和材料特性;测试了硬化高铁低钙水泥浆体的3、7、28 d抗压强度及28 d氯离子扩散系数,研究了0%～8%掺量的LDHs对高铁低钙水泥体系的力学性能及抗氯离子侵蚀能力的影响。结果表明,C4AF含量为20%的高铁低钙水泥熟料比C4AF含量为18%的高铁低钙水泥熟料的结晶度高;掺LDHs的高铁低钙水泥基材料的3 d和7 d强度有所提高,当掺量为2%时强度达到最大;高铁低钙水泥体系通过提高水泥熟料中的铁相含量、降低硅酸三钙含量、引入具有离子固化能力的LDHs,显著改善了其抗氯离子侵蚀性能,当LDHs掺量为4%时,高铁低钙水泥基材料抗氯离子侵蚀能力最强。

不同C_(4)AF含量高铁低钙硅酸盐水泥性能研究

以高铁低钙硅酸盐水泥为体系,制备不同铁铝酸四钙(C_(4)AF)设计含量(15%、18%、21%、24%)水泥熟料,研究水泥中不同C_(4)AF设计含量对水泥矿物形成、工作性能、力学性能、水化热等的影响。结果表明,试验烧结制备的水泥熟料矿物组成与设计基本一致。当C_(4)AF含量提高时,抗压强度较同龄期水泥有所降低,水泥水化7 d累计放热量先降低后升高,当C_(4)AF设计含量为21%时,水泥水化累计放热量最低,达到194 J/g,水泥内硅酸三钙(C3S)含量降低、C_(4)AF含量提高是水化放热量降低的主要原因。

水热合成-低温煅烧活化低钙铝酸盐水泥的研究

采用Al2 O3和CaO为原料 ,在实验室常压下水热合成水化铝酸钙 ,然后低温煅烧制备活化低钙铝酸钙水泥。结果表明 :可制备以CA2 为主的低钙铝酸盐水泥 ,降低熟料烧成温度 ,产品较传统烧结法产品活性高。

低钙硅酸盐水泥的研究

内部活化和外部活化是研制贝利特水泥的两种途径。内部活化是在配制生料时掺入微量元素,烧制出活性贝利特水泥熟料。研究表明,掺入少量Na_2O、BaSO_4、SO_3等均有活化效果,尤以后二者较显著,可生产出500号以上低钙硅酸盐水泥熟料,外部活化是在磨制水泥时掺加早强剂,可提高贝利特水泥3、7天强度,但28天强度略有降低,一般早强剂主要是促进铝铁酸盐水化,而不能直接促进β-C_2S水化。

新型低钙气硬性硅酸盐水泥的碳化机理研究

通过高温煅烧石灰石及石英组成的混合配料制备了一种以3Ca CO_3·2Si O_2(C_3S_2)为主要矿物组成的新型低钙气硬性硅酸盐水泥,研究其碳化硬化机理,着重研究该熟料矿物的形成温度、碳化硬化及强度。结果表明:C_3S_2单矿的形成温度为1320~1460℃;新型低钙气硬性硅酸盐水泥最佳配比中应控制Al_2O_3含量4%、Fe_2O_3含量2%左右,其中Ca/Si比在1.2~1.3;最佳的煅烧形成参数为1300℃、保温6 h。碳化产物为Ca CO_3、Si O_2。试样在室温条件,水固比为14%、CO_2分压为0.2 MPa,碳化3 d的抗压强度达到38.5 MPa。该新型低钙气硬性硅酸盐水泥具有显著的碳吸附和低碳排放特点。

低钙硅酸盐水泥的不同配料方案对性能的影响

低钙硅酸盐水泥以其低污染、低能耗、低水化热以及长期强度高、耐久性耐腐蚀好等优良特性具有广阔的发展前景。本文中主要研究了低钙硅酸盐水泥的不同配料方案及烧成制度对其性能的影响,探索出了其最佳的生产工艺;研究发现烧结温度1380℃,升温速率为5℃/min,保温1h,所得水泥性能最佳,其3d、7d、28d抗压强度分别为49.4MPa、88.4MPa和124.1MPa。

天津院低钙水泥项目通过科技部验收

近日，由天津院牵头承担的“十二五”国家科技支撑计划“新型低钙水泥熟料的研究及工业化应用”项目通过科技部验收。