高性能贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的研究及进展

通过试验室、半工业化以及工业化试验,研究了一种和普通硅酸盐水泥熟料具有基本相同性能的高性能贝利特-硫铝酸盐水泥熟料。介绍了各个试验阶段的一些创新性研究结果及进展情况,以及该种水泥熟料的微观结构和水化行为。该种新型水泥熟料由于配料中大幅度减少了石灰石用量,生产中相对普通硅盐水泥熟料,可以分别降低二氧化碳排放量和热量消耗20%以上。

TiO_2对高硅贝利特-硫铝酸盐水泥熟料矿物形成的影响

研究氧化钛对水泥性能的影响在我国具有现实意义,通过实验研究了氧化钛对高硅贝利特水泥熟料矿物形成的影响,试验表明:TiO2可以促进熟料的烧成,降低熟料中fCaO的含量,适量的TiO2可以促进矿物C2S的生成,含量过高却对于C2S的生成不利;TiO2对C4AF和C4A3S生成的影响不大。

利用工业废渣低温烧制高贝利特-硫铝酸盐水泥熟料的研究进展

与传统硅酸盐水泥相比,高贝利特硫铝酸盐水泥具有快凝快硬、早强高强、抗冻抗渗、低干缩及耐腐蚀等优良特性。针对粉煤灰、赤泥、矿渣、煤矸石等多种工业废渣的化学和物相特点,总结了其在高贝利特-硫铝酸盐水泥制备过程中的应用研究以及对该熟料水化特性、矿物组成及力学性能的影响,并指出利用工业废渣制备高贝利特-硫铝酸盐水泥未来的主要研究方向。

全固废高贝利特-硫铝酸盐水泥熟料矿物的形成研究

以脱硫石油焦渣、粉煤灰及电石渣等工业固体废弃物为主要原料,辅掺少量铝矾土,烧制一种以无水硫铝酸钙(C4A3S)、硅酸二钙(C2S)和铁铝酸四钙(C4AF)为主要矿物的绿色高贝利特硫铝酸盐水泥熟料.利用XRD和TG-DSC相结合的分析方法研究了煅烧温度、煅烧时间及升温速率对水泥熟料烧成的影响.结果表明:该水泥熟料的烧成温度在1 200~1 300℃之间,煅烧区间为100℃,最佳煅烧温度为1 280℃,保温时间45 min及升温速率10℃/min,该煅烧条件下制得的水泥熟料1d、3d、28 d强度分别可达32.7 MPa、37.5 MPa和58.5 MPa,当煅烧温度高于1300℃或煅烧时间过长时,容易造成C4A3S的分解,从而影响水泥熟料性能.

固体废弃物+贝利特硫铝酸盐水泥混凝土冻融循环作用下水化硬化性能研究

为探究在冻融循环条件下,掺加固体废弃物的贝利特硫铝酸盐水泥混凝土的水化硬化性能,通过物理性能测试和扫描电镜,研究抗压强度、抗拉强度、吸水率的变化及微观结构调整。研究结果表明,冻融循环显著影响了材料的力学性能和微观结构,主要表现为孔隙度的增加和孔隙分布的不均匀性。这些发现为掺加固体废弃物的水泥材料设计和制备工艺提供了技术支撑。

高贝利特硫铝酸盐水泥在免拆钢筋桁架楼承板中的应用

装配式叠合楼板是由预制混凝土底板和现浇钢筋混凝土层叠合而成的装配整体式楼板。对比分析了装配式叠合楼板、钢质楼承板、纤维水泥板楼承板、细石混凝土免拆钢筋桁架楼承板的生产工艺与性能特点。重点分析了采用高贝利特硫铝酸盐水泥制作的细石混凝土免拆钢筋桁架楼承板的工艺特点及性能。高贝利特硫铝酸盐水泥细石混凝土底板吊装速度快、脱模时间短、低温免蒸养、免拆模;底板密度较小、收缩变形量小、抗压强度高、吸水率小、跨度大。

矿渣-高贝利特硫铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀机理的研究

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素,为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并结合X射线衍射分析法、热重分析法、压汞法、扫描电子显微镜等测试方法,从微观层次对抗硫酸盐侵蚀机理进行了研究。结果表明,矿渣可以提高HB-CSA的抗硫酸盐侵蚀性能,HB-CSA的抗蚀系数可提高至1.51。GBFS-HB-CSA体系在抗硫酸盐侵蚀过程中,矿渣颗粒对HB-CSA孔结构的填充细化起主要作用,SO_(4)^(2-)和Ca(OH)_(2)共同激发矿渣中Al_(2)O_(3)与SiO_(2)水化生成凝胶和钙矾石(AFt),凝胶和AFt填充在浆体孔隙中,细化了浆体孔径,使浆体结构密实,降低了离子渗透性,从而提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀的能力。

钢渣对固废基贝利特-硫铝酸盐水泥水化的影响

针对钢渣对贝利特-硫铝酸盐水泥(BSAC)水化活的影响,采用了抗压强度、水化热、化学结合水、X射线衍射(XRD)以及热重综合分析等测试方法研究了不同钢渣含量的BSAC的水化特性。结果表明,在一定掺量范围内BSAC的水化活性随着钢渣掺量的增加呈先增大后减小的趋势。钢渣对BSAC水化的影响主要集中在水化前期,对其水化后期的影响相对较小。

基于低标硫铝酸盐水泥熟料的高水材料物理力学性能及应用

为解决高水材料充填成本高、物理力学性能差等问题,选用低标硫铝酸盐水泥熟料为主要原料,通过物理试验探究了低标硫铝酸盐水泥熟料高水材料在不同外加剂剂量、水灰比、水温下的物理力学性能,并通过工艺性试验测试了实际应用效果。研究结果表明:(1)不同条件下高水材料物理力学性能不同的主要原因在于其钙矾石的生成速率及生成量受到影响;(2)以低标型硫铝酸盐水泥熟料作为高水材料原料时,使用一定量外加剂能够改善其样貌并显著提升其强度;(3)降低水灰比能够显著提升高水材料的早期强度及峰值强度,且每提高0.1的水灰比,平均各龄期强度下降约11%;(4)水温对于高水材料初凝时间的影响高于终凝时间,对早期强度起促进作用,水温每上升2℃, 1d强度增加约6.8%;(5)影响高水材料强度的各项因素排序为:外加剂>水灰比>水温;(6)现场应用低标型硫铝酸盐水泥熟料高水材料后,巷道变形量较小,取得较好的留巷效果。

固硫灰制备贝利特-硫铝酸钙水泥熟料的研究

利用循环流化床固硫灰替代石膏及部分石灰石和铝矾土作为原料制备贝利特-硫铝酸钙水泥熟料,并对此进行了探索研究。运用TG-DTA和XRD等分析方法分别确定了生料的煅烧温度和熟料的矿物组成,并对熟料的物理力学性能进行了检测。试验表明,当固硫灰掺量在30%左右时,制备的熟料3d抗压强度达到34MPa以上,28d抗压强度达到80MPa以上,因此利用固硫灰替代部分原料烧制贝利特-硫铝酸钙水泥熟料是可行的。

以气态硫磺还原磷石膏作全钙源制备贝利特硫铝酸盐水泥

以气态硫磺还原磷石膏(PG)作为全钙源,采用分段煅烧制度制备了贝利特硫铝酸盐水泥,并采用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪等研究了其矿物相组成与水化性能.结果表明:贝利特硫铝酸盐水泥的主要矿物相为Ca_(4)Al_(6)(SO_(4))O_(12)(C_(4)A_(3)S)、Ca_(2)SiO_(4)(β-C_(2)S)和Ca_(8)Fe_(4)Al_(4)O_(20)(C_(4)AF),同时含有少量的钙铝黄长石(C_(2)AS)和alpha'-Ca_(2)SiO_(4)·0.05Ca_(3)(PO_(4))2(α'-C_(2)S);随着煅烧温度和煅烧时间的增加,C_(4)A_(3)S的含量增加,但煅烧温度超过1300℃,煅烧时间超过90 min后会对C_(4)A_(3)S的形成产生不利的影响;过度煅烧熟料各龄期的强度都会降低,对其早期强度的发展产生了不利的影响,但对其后期强度的发展有利.

硫铝酸盐水泥熟料提升混凝土抗裂防冻耐腐蚀性能研究

收缩导致的混凝土开裂、氯离子对混凝土的腐蚀都是工程出现病害的常见因素。为有效解决这些问题,可向混凝土添加硫铝酸盐水泥熟料等外加剂,提高混凝土的抗裂、抗冻和抗腐蚀性能。对此,将硫铝酸盐水泥熟料作为外加剂,并对其在增强硅酸盐水泥的性能展开试验研究。结果显示,硫铝酸盐水泥熟料经过水化反应后生成稳定性较强的钙矾石(AFt)柱状晶体,可有效强化混凝土结构,明显增强其硬化后的综合性能,尤其是提高混凝土结构的密实性,能防止混凝土出现收缩变形、开裂状况,从而有效增强其抗裂、抗冻和抗腐蚀性能。

复合外加剂对高贝利特硫铝酸盐水泥应用性能影响研究

研究了碳酸锂、酒石酸、硼酸、柠檬酸等外加剂,对高贝利特硫铝酸盐水泥的凝结时间、胶砂强度、流动度等技术参数的影响,并测试分析水泥不同龄期水化产物的成分、含量和形貌特征.研究成果改进了高贝利特硫铝酸盐水泥的技术性能,扩大了高贝利特硫铝酸盐水泥的使用范围,对此类特种水泥的改性研究和工程应用提供了相应的技术参数和理论支持.

高贝利特硫铝酸盐水泥—普通硅酸盐水泥复合胶凝材料体系性能研究

为进一步提升高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)与普通硅酸盐水泥(P·O)的性能,获得性能优异、经济性较好的新型胶凝材料,开展了HBSAC和P·O的复配研究。研究了不同复配合比例HBSAC-P·O复合胶凝材料的物理性能、力学性能和干缩性能,结合水化产物的形成分析,阐明了HBSAC-P·O复合胶凝材料体系的水化机理。结果表明:在HBSAC中加入P·O,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少,凝结时间延长,干缩率增加,后期强度增加的同时早期强度降低;在P·O中加入HBSAC,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少、凝结时间缩短,干缩率降低,但是其早期强度并未得到提升;HBSAC-P·O复合胶凝材料的水化机理在于削弱了硫铝酸盐矿物的早期水化作用,降低了早期强度;增强了硅酸盐矿物的后期水化作用,提高了后期强度。

矿粉与粉煤灰对高贝利特硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

掺加矿物掺合料是降低高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-SAC)混凝土的生产成本并改善其凝结硬化性能的有效措施。研究了水灰比为0.5时,矿粉(MP)、粉煤灰(FA)对高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度、砂浆流动度、标准稠度用水量、凝结时间的影响;并通过XRD、SEM对掺加不同矿物掺合料的高贝利特硫铝酸盐水泥净浆进行分析。结果表明:掺加矿物掺合料延长了高贝利特硫铝酸盐水泥的凝结时间;水泥浆体标准稠度用水量随矿物掺合料掺量的增加呈先减小后增大趋势,掺量为10%时达到最小值;掺加矿物掺合料后水泥砂浆流动度变大,粉煤灰对砂浆流动度的影响显著;当掺量从0增加至30%时,掺加矿粉抗压强度降低15.4%,掺加粉煤灰抗压强度降低27.6%;掺矿粉、粉煤灰后,水泥浆体中C-S-H凝胶数量增加,其他水化产物无明显变化。

高贝利特硫铝酸盐水泥的熟料煅烧及其强度

用粉煤灰、石灰石、石膏作原料,烧制了以贝利特(β-C2S)为主、无水硫铝酸钙(C4A3S)为辅的高贝利特硫铝酸盐水泥,其w(β-C2S)达60%、w(C4A3S)30%,熟料中无C3S和C3A。分析了率值和煅烧制度对熟料矿物形成的影响,较佳的煅烧工艺参数是:碱度系数Cm为0.95～1.03,铝硫比P为3.32～3.65,煅烧温度1280～1340℃,保温时间45～70min。试验表明C4A3S使水泥具有较高的早期强度,大量的β-C2S持续水化保证了水泥强度的稳定增长。水泥胶砂的1d、3d、7d和28d抗压强度分别为16.5MPa、28.0MPa、36.7MPa和48.6MPa。硬化水泥砂浆的总孔隙率低,最可几孔径小。

赤泥和脱硫石膏制备高贝利特硫铝酸盐水泥熟料

以赤泥、脱硫石膏和石灰石等为原料,通过添加一定量的砂岩和高铝石,烧制了以硅酸二钙(C2S)、无水硫铝酸钙(C4A3S)和铁铝酸四钙(C4AF)等为主要矿物的高贝利特硫铝酸盐水泥熟料。研究了煅烧温度、煅烧时间以及原料配比等因素对熟料性能的影响,确定了最佳的煅烧温度为1 280℃,煅烧时间为30 min,低于普通硫铝酸盐水泥熟料100℃左右;并将烧成熟料按标准方法成型,水化至一定龄期后进行力学性能测试,其具有较好的早期强度,高贝利特的矿物组成(40%~60%)保证了后期强度的稳定增长,且C2S含量为45%~50%、C4A3S含量为25%~30%时具有较好的抗压强度,28 d强度可达48.2 MPa;其水化产物主要为钙矾石(AFt)和C-S-H凝胶,还含有少量的单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和铝胶(AH3)。

利用钼尾矿和赤泥烧制贝利特-硫铝酸钙水泥熟料

以钼尾矿、赤泥、石膏、石灰石和矾土为原料制备贝利特-硫铝酸钙水泥熟料。通过强度、XRD及SEM等测试手段,研究煅烧温度和原料配比对水泥熟料性能的影响。试验结果表明:以质量分数为8.59%的石膏、10.52%的钼尾矿、13.29%的赤泥、54.73%的石灰石和12.88%的矾土为原料,1350℃下煅烧可制得强度较高的贝利特-硫铝酸钙水泥熟料,矿物结构合理,XRD结果表明熟料主要矿物与硫铝酸钙水泥类似,含较多的贝利特矿物。

游离石膏对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料烧成的影响

设计了五种不同f-Ca SO_4/C_4A_3的生料配比,研究了f-Ca SO_4含量变化对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料烧成的影响。通过TG-DSC分析了高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的形成过程,利用XRD、f-Ca O含量分析得到了熟料的适宜煅烧制度,进一步用SEM观察了不同含量f-Ca SO_4对熟料矿物微观形貌影响,最后研究了f-Ca SO_4对高贝利特硫铝酸盐水泥熟料力学性能的影响。结果表明:高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的适宜煅烧温度范围为1300～1400℃,保温时间为40 min;熟料中C_2S、C_4AF含量与设计值相一致,随着f-Ca SO4/C4A3增加,非晶固溶体有逐渐增多的趋势;随着f-Ca SO_4/C_4A_3增加,熟料早期强度先增大后降低,后期强度逐渐增大,当f-Ca SO_4/C_4A_3为0. 4时有最高早期强度。