基于RSM的工业副产品改性硫铝酸钙水泥性能分析

为研究工业副产品烟气脱硫石膏(FGDG)、粉煤灰(FA)和石灰石(LS)对硫铝酸盐水泥(SAC)熟料无侧限抗压强度(UCS)和pH的影响规律,采用FGDG,FA和LS改性SAC熟料,并在7 d和28 d龄期进行UCS和pH测试.采用响应面方法(RSM),建立UCS和pH的回归模型,分析各因素交互对其影响.研究结果表明:UCS和pH均受到FGDG,FA和LS单因素和各因素交互作用影响.FGDG和LS,LS和FA的交互作用对浆体7 d和28 d的UCS影响显著,LS和FA,FGDG和FA的交互作用对浆体pH 7 d影响显著,但对浆体pH 28 d影响并不显著.利用RSM-BBD多目标优化法进行优化各工业副产品,建立的回归模型具有较高的可信度和精确度,得到改性硫铝酸钙水泥满足高UCS低pH时各工业副产品的合适添加比,其试验值和预测值误差较小.

铝酸钙水泥-矿渣体系的CO_(2)腐蚀行为及微观结构研究

针对CO_(2)易腐蚀硅酸盐水泥石、破坏水泥石结构完整性、诱发层间封隔失效等问题,本文利用矿渣改性铝酸钙水泥,研究了铝酸钙水泥-矿渣体系在60、80、100、120℃和纯CO_(2)条件下的抗压强度变化规律,并采用X射线衍射仪、热重分析仪和扫描电子显微镜测试了CO_(2)腐蚀对铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物及微观结构的影响。结果表明:与纯铝酸钙水泥石相比,矿渣使铝酸钙水泥石水化产物转变为C_(2)ASH_(8),大幅提高了水泥石早期抗压强度。当铝酸钙水泥与矿渣质量比为5∶5时,60℃养护14 d的铝酸钙水泥抗压强度提高了215.4%。经CO_(2)腐蚀后,铝酸钙水泥-矿渣体系水化产物由C_(2)ASH_(8)转变为C_(2)AS,并有CaCO_(3)生成,腐蚀层的致密程度增加,相同温度下水泥石的抗压强度随腐蚀时间增加而增大。

早期水热养护对铝酸钙水泥结构稳定性的影响

稠油热采常使用具有早强和耐高温特性的铝酸钙特种水泥完成固井作业,为保证固井安全和采油效率,需明确早期水热养护对水泥硬化体结构稳定性的影响。本文研究了20、50、80℃下水泥的强度发展、矿物相组成和微观结构。结果表明,水热养护过程中铝酸钙水泥中的钙铝黄长石、CAH_(10)和C_(2)AH_(8)等主要矿物相逐步转变为胶结性差的颗粒状水榴石,导致硬化体结构疏松多孔,进而引发硬化体抗压强度衰退。掺入粉煤灰和矿渣无法有效抑制晶型转变和结构破坏,但六偏磷酸钠改性可使矿物相保持结构稳定性,六偏磷酸钠溶出的Na^(+)、HPO_(4)^(-)与铝酸钙水泥溶出的Ca^(2+)、[AlO_(4)]^(5-)反应生成水化磷铝酸钠钙(N-C-A-P-H)凝胶相产物,进一步提高了硬化体的致密度和胶结特性。

铝酸钙水泥作为耐火浇注料结合剂的研究进展

耐火浇注料具有无需成型、容易施工、易于修补等优点,在高温工业领域得到广泛使用。铝酸钙水泥(calcium aluminate cement,CAC)因具有快速硬化、早期强度高、优异的抗侵蚀性能和抗磨损性能等优点,被广泛应用于浇注料中。对铝酸钙水泥的水化机理进行着重分析,对比分析多种结合剂的优缺点。从养护温度、微粉和外加剂3个方面分析铝酸钙水泥水化反应的影响因素。养护温度越高,CAC的水化程度增加,水化产物的分布越均匀。微粉和外加剂的添加可以提高水化速率并降低孔隙率。同时介绍铝酸钙水泥结合浇注料的改性方法,分析碳物质、分散剂对其施工性能和力学性能的积极作用。最后基于铝酸钙水泥结合浇注料的改性以及所面临的问题做出展望,指出探索合适的分散剂、碳物质、外加剂来提高铝酸钙水泥的水化速率、增强其结合浇注料的机械性能是今后研究的重点。

减水剂和缓凝剂协同提高低温型硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥性能的研究

针对硫硅酸钙-硫铝酸钙(TCSA)凝结较快、流动度和力学强度较低的问题,采用了掺减水剂复配缓凝剂的方法,开展协同改善TCSA性能的研究。研究发现,萘系减水剂(BNS)复配柠檬酸(CA)与聚羧酸减水剂(PCE)复配β-环糊精(β-CD)对TCSA水泥均具有较好的缓凝效果,并能提高浆体初始流动度,其中,PCE复配β-CD对水泥中后期强度的提高更为优异,其最佳组分为0.25%PCE复配0.05%β-CD,TCSA水泥的7d和28d抗压强度分别可达到73.9MPa和103.8MPa。水化结果表明,PCE复配β-CD延缓了TCSA水泥早期的水化进程,降低了3d钙矾石(AFt)的生成量,晶体形貌多为扁平短柱状。分析指出,PCE复配β-CD的协同一方面抑制了TCSA的早期水化,另一方面减少了用水量,提高了产物的致密性,从而达到了凝结时间正常、流动度合适和力学强度高的效果。

含钡硫铝酸钙水泥矿物的研究

以硫铝酸盐水泥的主要矿物Ｃ４Ａ３Ｓ（３ＣａＯ·３Ａｌ２Ｏ３·ＣａＳＯ４）为基础，用分析纯化学试剂ＢａＣＯ３ ，ＢａＳＯ４ 对Ｃ４Ａ３Ｓ中的Ｃａ 离子进行取代，合成了一种新水泥矿物———含钡硫铝酸钙系列矿物，并研究了该系列矿物的强度发展规律． 发现该系列部分矿物的强度明显高于硫铝酸钙，并找到了最佳矿物组成点；应用Ｘ 射线衍射仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜和差热分析等测试手段，对熟料矿物的形成和水化机理进行了初步分析研究．

玻璃纤维对硫铝酸钙水泥石力学性能的影响

随着油气田开采难度和井下情况复杂化程度的增加,常规水泥环易发生脆裂,进而影响水泥环的层间封隔作用,影响井筒完整性。硫铝酸钙水泥是一种性能优良的固井水泥材料,为了了解硫铝酸钙水泥在固井工程中应用的潜力,制作了玻璃纤维增强硫铝酸钙水泥石(CSA/GRC)样品,利用X射线衍射法分析不同龄期硫铝酸钙水泥的晶体水化产物;通过三轴应力-应变实验,测试CSA/GRC固井水泥石的力学性能;采用扫描电子显微镜观察CSA/GRC固井水泥石断裂面的微观形貌,分析玻璃纤维在硫铝酸钙水泥石中的增韧机理。研究结果表明:CSA/GRC固井水泥石具有良好的韧性和力学形变能力,轴向抗压强度和极限应变值比常规玻璃纤维固井水泥石分别提高了约45%和300%;玻璃纤维与硫铝酸钙水泥体系之间有良好的复合能力,纤维抗腐蚀性能强;通过应力分散作用和桥联作用,玻璃纤维可约束裂缝的进一步扩展,从而提高固井水泥石的韧性。

纯铝酸钙水泥对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响

以板状刚玉为骨料,电熔白刚玉、电熔尖晶石、Al2O3微粉和纯铝酸钙水泥(Secar71)为基质,研究了纯铝酸钙水泥加入量对刚玉-尖晶石浇注料常温性能、高温强度和抗热震性能的影响。用X射线衍射仪分析了材料的物相组成。结果表明:随纯铝酸钙水泥加入的增加,烧后试样的抗折强度先增加后降低。1600℃烧后试样的热态强度在600～1000℃时变化不大,1000℃后快速下降。随纯铝酸钙水泥含量的增加,热震后试样的残余抗折强度和残余抗折强度保持率增加,抗热震性有所改善;纯铝酸钙水泥对浇注料的性能有显著的影响,主要与水泥中的CaO与AlO之间的反应产物有关。

氧化铝微粉对铝酸钙水泥异常水化行为的影响

为了研究氧化铭微粉对铭酸^弓水泥水化行为的影响,以不添加氧化铭微粉的Secar7l 水泥净浆为参比 样, Secar 71水泥与氧化铝微粉质量比为6： 4 的混合粉制备水泥浆体,采用半绝热法测定水泥浆体、水泥净浆分 别在10、 20、30和40 ℃下的水化放热;采用冷冻- 真空干燥迅速终止浆体的水化,并采用XRD和 SEM对比分析 不同温度下水化产物的物相组成和显微形貌的变化0 结果表明：氧化铝微粉使Secar 7 1在 1 0 - 30 ℃时的异常水化行为消失,

铝酸钙水泥对刚玉基浇注料性能的影响

以电熔白刚玉颗粒及细粉为主要原料,α-Al2O3微粉、铝酸钙水泥以及Alphabond300为结合系统,研究了铝酸钙水泥加入量(质量分数分别为0、0.75%、2.25%和3.75%)对刚玉基浇注料性能的影响。结果表明:1)水泥的加入使浇注料基质的粘度增大,浇注料的流动性降低。2)随着水泥加入量的增加,110℃以及800℃处理后的冷、热态抗折强度均逐渐提高;1 100℃、1 400℃和1 600℃烧后的冷、热态强度均先降低后升高,其中水泥加入量(质量分数,下同)为0.75%时值最小。3)随着水泥含量的增加,浇注料抗热震性提高。4)少量水泥的加入使浇注料的抗渣性能降低,进一步增加水泥加入量,浇注料的抗渣性能逐步改善;在本试验范围内,水泥加入量为3.75%的浇注料和不含水泥的浇注料抗渣性能基本相当。

铝酸钙水泥水化产物对铝酸钙水泥水化的影响

在铝酸钙水泥的生产、运输、储存过程中,会有部分水泥吸水而发生水化。为了研究这部分水化产物是否会对水泥的水化速度和水化产物产生影响,将Secar 71水泥经制浆、30℃养护、冷冻干燥、粉磨制成水化产物粉,再与Secar 71水泥配制成水化产物粉含量(w)分别为3%和30%的混合粉,然后以纯Secar 71水泥和纯水化产物作为参比,在30℃环境温度下测试它们的水溶解特性(以水灰质量比5 1的稀浆体的电导率-时间曲线表征)和水化特性(以水灰质量比2 5的浆体的温度-时间曲线表征);并经制浆(水灰质量比为2 5)、养护(30℃、100%相对湿度)、冷冻干燥后,分析试样的物相组成和显微结构。结果表明:在30℃环境温度下,引入铝酸钙水泥水化产物能够促进铝酸钙水泥的溶解和水化;含水化产物的混合粉水化后试样中有AH3存在,而纯Secar 71水泥水化后试样中几乎没有AH_3;含水化产物的混合粉水化后试样中C_2AH_8板片状结晶比纯Secar 71水泥试样的更加粗大。

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。

镁质浇注料中纯铝酸钙水泥加入量对钢液总氧含量的影响

在实验室内研究了镁质浇注料中纯铝酸钙水泥加入量对钢液总氧含量的影响。结果表明 :当纯铝酸钙水泥加入量在 6 % (质量分数 ,下同 )以下时 ,随着纯铝酸钙水泥加入量的增加 ,钢样中的总氧含量随之增加 ;当纯铝酸钙水泥加入量超过6 %时 。

低温烧成纯铝酸钙水泥的机理研究

在常压条件下水热合成水化铝酸钙 ,然后经过低温烧成制备了纯铝酸钙水泥。通过力学性能的测试 ,并采用XRD ,DTA等分析方法 ,探讨了低温烧成纯铝酸钙水泥的机理。研究结果表明 :采用水热合成处理方法制备纯铝酸钙水泥 ,烧成温度低 (12 5 0℃ ) ,制得熟料活性好、强度高 。

铝酸钙水泥结合莫来石-碳化硅浇注料的组成及性能

采用烧结莫来石、Secar71水泥及SiC为原料,制备了不同水泥和SiC含量的莫来石质浇注料,研究了浇注料的常温物理性能、热导率及热震稳定性,并借助XRD和EDS研究了材料的物相组成和显微结构。结果表明:随着水泥的加入,浇注料110℃24h显气孔率降低、抗折强度逐渐提高;1100℃3h和1400℃3h抗折强度呈现出先增大后逐渐减小的趋势,当水泥量为25%(质量分数,下同)时,浇注料的显气孔率最高,同时抗折强度达到最大值。随着水泥加入量的增多,浇注料的热震稳定性稍有降低,当水泥量超过25%后,浇注料的热震稳定性逐渐恢复;通过加入5%～10%的SiC,浇注料的热震稳定性明显改善。浇注料的性能同其物相组成及显微结构相关。

铝酸钙水泥的异常凝结行为

硅酸盐水泥的水化速率总是随水化温度升高而增大。而在18～30℃范围内，铝酸钙水泥的水化速率随温度升高而降低，这就是所谓的铝酸钙水泥的异常凝结行为。通过比较工业铝酸钙水泥与合成纯铝酸钙的凝结行为，证明这种行为是铝酸钙水泥本身具有的，而不是掺入物引起的。铝酸钙水泥的异常凝结行为与其水化严物的结构、成核及生长等因素有关。本文还指出了对于这一现象有待进一步研究的问题。

煅烧温度及配料对纯铝酸钙水泥性能的影响

以石灰石和工业氧化铝为原料研究了煅烧温度及配料组成对纯铝酸钙水泥性能的影响。结果表明,当 w Al2O 低于 376%时,随配料组成中 w Al2O 的增加, A 矿物的形成量增加,水泥的凝结时间延长且强度降低;随煅烧温度提高,水泥的凝结 3 C 2时间延长但强度提高,尤其是 3d, 强度;掺少量 BaO , 7d ZnO 可缩短水泥的凝结时间但强度降低。

化学合成高纯铝酸钙水泥的特性及应用

研究了化学合成高纯铝酸钙水泥的物理特 性,包括强度发展、凝结时间、水化结合水量和水化放 热特性,并与市售的以传统烧结法生产的水泥进行了 在典型耐火浇注料中的应用比较。结果表明:(1)化 学合成高纯铝酸钙水泥胶砂的强度发展快且充分,早 期强度高;(2)化学合成高纯铝酸钙水泥的水化放热 速率在水化2h时最大,放热快且放热量集中;(3)化 学合成高纯铝酸钙水泥的水化活性较高;(4)化学合 成纯铝酸钙水泥用于耐火浇注料中,浇注料表现出较 高的烘干强度,且浇注料的烧后强度等性能指标也与 用传统烧结水泥的大体相当。

不同养护条件下硫硅酸钙⁃硫铝酸钙水泥的性能研究

硫硅酸钙⁃硫铝酸钙水泥是一种新型低碳胶凝材料,其中硫硅酸钙水化活性的发挥对水泥性能有重要的积极作用。本工作在采用离子掺杂制备硫硅酸钙⁃硫铝酸钙水泥的基础上,研究了养护温度、湿度对水泥力学性能、体积稳定性以及水化产物的影响。结果表明,水泥熟料的实际矿物组成与理论设计较为一致。40℃和60℃下养护的水泥强度显著高于20℃下的强度,泡水养护下水泥强度明显高于自然养护下水泥强度。养护温度升高会使水泥砂浆的膨胀率增大,但后期水泥砂浆的膨胀趋于稳定,高温下硫硅酸钙的水化不会对体积稳定性造成不利影响。较高的养护温度促进3 d龄期时钙矾石的形成,但60℃下钙矾石生成量减少。28 d龄期时不同养护温度下钙矾石生成量相近,自然养护下与泡水条件下钙矾石的变化规律一致。

低水泥浇注料中纯铝酸钙水泥和SiO2微粉的“老化”试验

为了探讨纯铝酸钙水泥结合的低水泥浇注料"老化"的原因和影响因素,将SiO2微粉以及不同粒度、不同物相组成(CA相含量)、不同新鲜程度的纯铝酸钙水泥在温度为(20±1)℃、相对湿度>75%的潮湿环境中摊成厚度为2.5 cm左右的料层,放置一定时间(分别为0、3、7、14、28 d)使其老化,然后分别将它们与特级矾土(≤5、≤0.088 mm)、磷酸盐分散剂和减水剂等其他原料一起配制成浇注料,通过测定浇注料的可工作时间、初始流动性和早期(6 h)养护强度,来表征这些原料的老化速度。结果表明:(1)纯铝酸钙水泥的CA含量和细度越高,其老化速度越快。(2)"新鲜"的铝酸盐水泥比存放一段时间后的水泥的老化速度更快。(3)SiO2微粉的老化会导致浇注料的流动性变差,可工作时间变短。