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《济南大学》 2011年
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利用低品位原料及工业废弃物制备贝利特—硫铝酸钡钙水泥及其性能的研究

赵丕琪  
【摘要】:随着水泥工业的快速发展,其生产规模不断扩大,优质石灰石、粘土等资源的消耗量也越来越大。加之传统硅酸盐水泥能耗高、污染大且水泥混凝土耐久性偏差等缺点,难以满足低碳节能以及生产高性能、多功能水泥的要求。因此,利用低品位原料及工业废弃物替代优质资源,生产高性能水泥成为研究热点。贝利特-硫铝酸钡钙水泥是一种新型低钙水泥,具有节能降耗、长期强度高和耐久性好等优点,适合制备高性能水泥混凝土。本文主要通过应用低品位原料以及工业废弃物制备贝利特-硫铝酸钡钙水泥,结合XRD、SEM-EDS、HTM等测试手段对该水泥熟料的结构和性能进行了系统研究。同时为了研究氧化钡掺入对该水泥熟料体系的影响,特别是对贝利特矿物的影响,利用化学试剂为原料,结合XRD、SEM-EDS等测试方法研究了掺杂BaO对C_2S组成和结构的影响。主要结论如下: 利用高硅石灰石可以在煅烧温度为1380℃的条件下制备出含有C_2S,C_3S,C_3A,C_4AF和C_(2.75)B_(1.25)A_3S五种矿物的贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料。高硅石灰石具有分解温度低的特点,虽然其内部的α-石英阻碍了C_3S矿物的形成和发育,但是本身固有的氧化镁等微量组分又对C_3S的形成具有促进作用。随着其掺量的增加,水泥抗压强度呈现先增大后减小、再缓慢增大的规律,当高硅石灰石与普通石灰石的质量比为1:5时,水泥的3,7,28d抗压强度分别为37.9,60.3,87.9MPa,展现了良好的力学性能。 电石渣的分解温度低,掺入电石渣可降低熟料煅烧过程中液相出现的温度,增加液相量,改善生料的易烧性,促进硅酸盐矿物的形成。可利用电石渣与高硅石灰石制备出贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料。随着电石渣掺加比例的降低,水泥抗压强度呈现出先减小、再缓慢增大的规律。当全部用电石渣提供钙质原料时,水泥的3,7,28d抗压强度分别为29.3,40.5,81.1MPa,力学性能良好。 利用粉煤灰制备贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料的最佳煅烧制度为煅烧温度1380℃,保温时间90min,冷却方式急冷。在最佳煅烧条件下,熟料中的硫铝酸钡钙矿物形成数量较多,矿物发育良好,水泥3,7,28d抗压强度分别为32.6,47.9,88.5MPa。在1350~1410℃范围内,随着煅烧温度的升高,抗压强度先增大,后减小。 掺入粉煤灰可以改善生料的易烧性,促进硅酸盐矿物的形成,有利于贝利特-硫铝酸钡钙水泥性能的提高。在熟料率值为石灰饱和系数0.81、铝率1.1、硅率2.9,且粘土与粉煤灰的质量比为2:1时,水泥的3,7,28d抗压强度分别为34.6,49.8,92.2MPa,展现了良好的力学性能。 利用化学试剂在煅烧制度设计为升温速率5℃/min,煅烧温度1350℃,保温时间10h,冷却方式为随炉冷却的条件下,经过两次煅烧可合成C_2S单矿物。 随着BaO外掺量和内掺量的增加,试样的粉化率都呈现下降的趋势,有利于β-C_2S结晶发育和常温下晶型的稳定。当外掺量为5%(质量分数)时,试样的粉化率降至最低,试样的f-CaO接近最大值,为外掺BaO的极限固溶比例,此时β-C2S分散均匀,呈现出较为圆润的晶体轮廓。进行内掺研究,当矿物设计为Ca_(1.997)Ba_(0.03)SiO_4时,试样的f-CaO降至最低,矿物尺寸接近7μm,内掺量高于3%时,f-CaO反而升高,晶体之间熔合程度较大,不利于矿物的形成和发育。 随着煅烧次数的增加,以及冷却速率的提高,试样的粉化率降低,但下降幅度不大,较BaO掺入量变化带来的影响,反复煅烧的次数和不同的冷却方式对于稳定β-C_2S所起作用不显著。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ172.1

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【参考文献】
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