冷却方式对熟料矿物及C3S晶型的影响

C₃S矿物是熟料的主要成分,是水泥熟料强度的主要提供者,熟料的强度不仅受C₃S含量影响,与C₃S晶型也直接相关。为研究冷却方式式对熟料矿物成分和晶型结构的影响,将不同水泥厂工业生料经制样烘干后在1 450 ℃下煅烧保温30 min,采用液氮淬冷、空气快冷和随炉慢冷的方式制备熟料。通过TG-DSC、XRD、Rietveld全谱拟合、岩相分析等对熟料矿物组成、含量、晶型、形貌以及固溶情况进行分析。结果表明:冷却速度加快,熟料中C₃S含量提高,β-C₂S、C₃A及C₄AF含量降低,铝率较大生料的冷却速度对C₃S、C₃A含量影响更显著;冷却方式不同,C₃S晶型不同,液氮冷却和空气冷却时C₃S多为M1或M3型,随炉冷却时C₃S多为T型,冷却速度减慢使C₃S晶型从M型向T型转变。     

FeS与TiO2共存对水泥熟料中Ti的固化与迁移及矿物组成的影响

为研究FeS与TiO₂共存对水泥熟料中Ti的固化与迁移及矿物组成的影响,采用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、能量色散光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)与Rietveld全谱拟合法分别测量水泥熟料中Ti 的含量与分布以及熟料的矿物组成,根据X射线光电子能谱(XPS)、结构性差异因子D与Hume-Rothery经验公式探究S与Ti在水泥熟料中的存在形式。结果表明,FeS的掺入对水泥熟料固化Ti的能力影响较小,但使得Ti由中间相向硅酸盐相迁移。随着FeS含量增加,Ti在C₂S中的含量增加46.9%,促进α-C₂S的形成,增强了硅酸盐相对Ti的固化能力;熟料中Fe²⁺/Fe³⁺摩尔比增大和CaSO₄的生成是使C₃S和C₄AF含量降低,C₂S和C₃A含量增加的主要原因。     

镍渣用作矿化剂在水泥熟料生产中的应用实践

开展使用镍渣作为矿化剂在水泥熟料生产中的应用实践,并评估使用镍渣对水泥熟料生产运行、产品质量等方面的影响。试验结果表明,掺入镍渣可以明显提高生料易烧性,降低熟料烧成能耗,镍渣的掺入在一定程度上影响熟料煅烧质量和熟料的矿物组成,导致熟料孔隙增多,矿物界面受到侵蚀、棱角模糊,同时熟料中C₃S和C₃A矿物含量有所下降,C₂S矿物含量略有升高;掺入镍渣后,熟料的凝结时间略有延长,3d抗压强度提高0.1MPa,28d抗压强度下降0.3MPa,熟料易磨性略有改善;试验过程中,熟料中重金属含量符合国家标准控制要求,窑尾烟气中氟化物(F)、氮氧化物(NOx)、颗粒物、二氧化硫(SO₂)等有害物质含量也均符合国家标准排放控制要求。     

大颗粒水泥熟料的内外层矿物分析

由于回转窑中煤灰沉落及熟料颗粒内外烧成温度不同,大颗粒熟料外、中、内层矿物相组成不同导致水泥熟料强度的差异值得我们研究。本文借助化学分析、XRD定量分析和SEM形貌分析研究生产线上直径约40 mm的同一大颗粒水泥熟料外、中、内层化学成分、矿物组成和晶型结构。结果表明：从外层到内层的SiO₂、C₃S的含量逐渐降低,未和f-CaO反应的C₂S含量增加;硅酸盐矿物总体含量降低。从外层到内层C₃S-M1型向C₃S-M3型和C₃S-T型转变。     

全废渣制水泥中氧化锶对熟料性能的影响

新疆天业(集团)有限公司开发的采用电石渣、石灰渣和除尘灰等十余种废渣烧制水泥的新工艺,实现了大宗工业固废的资源化利用,然而这些废渣中均含有微量的SrO,对熟料性能有一定的影响。通过使用化学成分分析、X射线衍射分析、Rietveld全谱拟合等对生料和烧制成的熟料进行分析,并测定熟料的机械强度。进一步通过热力学模拟,改变入窑生料中SrO掺入量,计算熟料中各主要矿物相和液相的变化情况。结果表明,生料中掺入少量的SrO可以促进C₃S、C₄AF等有效矿物相的形成,并对熟料早期强度提升较大,而对后期强度作用却不明显。随着掺入SrO的增多,熟料中C₃S的含量也在增加,有利于铁相矿物形成,然而游离氧化钙却在随之增加。因此需控制SrO的掺量,其掺入的含量在0.2%~1.0%(质量分数)之间时对提高熟料烧成质量有显著促进作用。     

危废替代燃料对水泥熟料性能、重金属含量及节煤减碳影响的应用研究

本文系统研究了危废替代燃料对水泥熟料的力学性能、凝结时间、矿物组成、重金属含量及节煤减碳的影响规律。结果表明：危废替代燃料对熟料的力学性能产生一定的影响。随着危废投料量的增加，熟料的KH值依次增大，熟料中SiO₂被CaO饱和成C₃S的程度增加；熟料中C₃S、C₂S、C₃A、C₄AF四种主要矿物含量受危废替代燃料的影响较小。重金属的含量随危废投料量的增加而增大，但均能满足GB 30760—2014的要求。危废替代燃料热值在7 500～8 600 kJ/kg范围时，最佳投料量范围在1.6～2.7 m³/h，此时最大节煤量达到1.59 kg/t.cl,CO₂最大减排量为4.39 kg/t.cl。     

用硬化水泥石配料的硅酸盐水泥熟料烧成特性与力学性能

为探究硬化水泥石部分替代水泥生料对熟料烧成的影响,研究了硬化水泥石在高温（1 000～1 450℃）下的煅烧特性,进而研究了相同率值下不同硬化水泥石掺量（0、10%、20%和30%）与不同煅烧温度（1 350、1 400℃和1 450℃）对水泥生料的易烧性与熟料性能的影响规律。结果表明：硬化水泥石经过高温煅烧后,在1 300℃时会再次生成C₃S。硬化水泥石替代部分硅酸盐水泥生料会降低液相出现的温度与C₃S的表观活化能,其最佳掺量为20%。硬化水泥石的掺入会稳定C₂S的晶型导致C₃S形成困难,同时使C3S的晶型由R型向M型转变。与分析纯原料作为水泥生料相比,适量硬化水泥石（20%）作为水泥生料掺入会提高熟料后期的力学性能,这可能与熟料中C₃S晶型差异、C₂S活性差异以及熟料矿相的发育质量有关。     

氟硫矿化剂对高石英含量水泥生料煅烧的影响

使用全组分废弃混凝土替代部分原材料烧制水泥熟料能够提高建筑垃圾利用率,但这将不可避免地引入石英态的SiO₂,对生料易烧性和熟料质量带来不利影响。本文以石英砂为硅质原料,配制高石英含量的生料,按不同比例掺入氟硫矿化剂(m(F)/m(SO₃)=0.4),研究了氟硫矿化剂对高石英含量水泥生料易烧性、熟料煅烧过程、熟料矿物组成与结构、熟料水化后抗压强度以及水化产物形貌的影响。试验结果表明,氟硫矿化剂掺加到高石英含量水泥生料中能够显著改善生料的易烧性,减少系统液相出现和降低C₃S析晶温度,促进熟料矿物形成,熟料水化后的抗压强度也更高,水化产物更致密。氟硫矿化剂中CaF₂的质量掺量从0.5%增加至1.5%时,C₃S晶体长径比变小,熟料水化后的抗压强度有少许降低。     

熟料粒度分布与矿物组成对硅酸盐水泥抗裂性的影响

为系统探究熟料粒度分布和矿物组成对硅酸盐水泥抗裂性的影响,研究了熟料粒度分布和矿物组成对水泥基材料工作性能、水化性能、力学性能、干燥收缩性能和抗裂性能的影响。结果表明：随着水泥熟料细颗粒含量的提高,水泥标准稠度用水量增大,凝结时间缩短,失水率减少,干燥收缩增大,开裂风险增大;随着水泥熟料中C₃S含量的减少,C₂S含量的增加,水泥标准稠度用水量变化不明显,凝结时间延长,早期水化活性和强度降低,后期强度能稳定增长,失水率增大,干燥收缩减小;制备抗裂硅酸盐水泥时,建议水泥熟料粒度分布特征粒径D₁₀控制在5～7μm之间,D₉₀在45μm左右,C₃S含量在40%～60%,C₂S含量在10%～30%。     

生料中MgO含量对熟料性能影响的实验研究

梅州基地不同矿场的石灰石镁含量差异大，为量化高镁石灰石对熟料煅烧和水泥性能的影响，采用平行对比实验法进行研究。研究表明，在相同率值和相同煅烧条件下MgO含量对熟料性能的影响主要有：MgO含量会影响生料的易烧性，也会影响熟料的质量，MgO含量每提高1%，熟料硅酸盐矿物总量会降低2%左右；MgO含量高的熟料C₃S低C₂S高，熟料的早期水化率较低；高镁石灰石配料烧制的熟料流动度更佳，但对强度发挥不利。从实验结果总体上看，熟料随MgO含量的增加，熟料强度呈下降趋势。     

煅烧工艺对天然水硬性石灰中硅酸二钙晶相转变的影响

天然水硬性石灰(natural hydraulic lime, NHL)是由钙硅质原料煅烧消化所得,主要成分是硅酸二钙(Ca₂SiO₄, C₂S)和氢氧化钙(Ca(OH)₂, CH),与我国古代岩土类建筑物的兼容性较高,是一种优秀的古建筑修复材料。为探究NHL的煅烧工艺,本文使用方解石粉和石英粉作为NHL煅烧原料,设置不同冷却方式(急冷≈500 ℃/min、随炉冷却≈60 ℃/min)、恒温时间(0~180 min)和煅烧温度(1 000~1 200 ℃),通过X射线衍射和游离氧化钙(f-CaO)测试方法评价NHL烧成制度。结果表明:在低于1 150 ℃煅烧C₂S时,改变降温速率不会使C₂S在降温过程中发生晶相转变;同一温度下,随恒温时间的增加NHL煅烧产物中C₂S含量增多,在30~45 min时其含量达到该温度下的最大值,且温度升高能增加该最大值,在恒温过程中C₂S先以β-C₂S存在,随时间延长,逐渐转变为γ-C₂S;煅烧温度1 150 ℃,恒温时间45 min,急速冷却的煅烧制度可用于制备NHL。     

利用铜尾矿作硅质原料制备硅酸盐水泥熟料的研究

利用铜尾矿作硅质原料,配制了不同率值的硅酸盐水泥生料,在不同温度(1 350 ℃、1 400 ℃和1 450 ℃)下进行煅烧,得到了相应的硅酸盐水泥熟料样品。利用乙二醇-乙醇法测定样品中的游离氧化钙f-CaO研究了水泥生料的易烧性,利用差示扫描量热仪(DSC)测试生料的吸放热峰研究了铜尾矿对水泥矿物形成温度的影响,并通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了熟料的矿物组成和微观结构。结果表明,与砂岩配料相比,采用铜尾矿作硅质原料配料烧制硅酸盐水泥熟料时,液相出现和C₃S开始形成的温度均更低,生料的易烧性更好。熟料石灰饱和系数(KH)低于0.92,1 400 ℃的煅烧温度下即可制备出f-CaO符合标准要求的硅酸盐水泥熟料,C₃S的尺寸约为20 μm,熟料的结构更加致密。     

环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理

极端环境和复杂荷载条件对混凝土结构的材料性能提出了更高的要求,聚合物通过改性水泥基材提高混凝土性能的方法已经得到了广泛应用。本研究为揭示环氧乳液改性水泥基材水化过程的硬化机理,通过等温放热试验分析环氧乳液对水泥水化放热过程的影响,结合原位XRD技术跟踪水泥主要矿物熟料和水化产物在水化反应早期的相含量发展。研究结果表明,环氧乳液对水泥水化的阻滞作用与环氧颗粒、水泥矿物熟料和水化产物之间的相互作用有关,并随着水化时间的延长,相互作用效果越明显。在水泥胶凝体系中,环氧乳液会减缓水化放热速率,降低水化放热峰值,减少累积放热量。环氧乳液通过抑制水泥矿物(C₃S、C₃A、石膏)的溶解和水化产物(钙矾石、氢氧化钙)的析出,延缓硅酸盐反应和铝酸盐反应;环氧乳液对水泥水化的影响随着其掺量的增加而增强。     

Crystal lattice defects in di-calcium silicate

It is well documented that the impurity content of C₂S has a marked effect on its hydration properties. It is also a fact that pure C₂S at room temperature exists in a crystal configuration, γ, which is completely different from the clinker C₂S. Incorporation of impurity ions into pure C₂S inhibits the β → γ transition on cooling, even at impurity levels as low as 0.1%. Currently, there is no fully accepted model for the mechanism of the stabilization of the β phase over the γ phase by impurities. The presence of these trace impurities naturally raises the question of the location and role of the impurities in producing this marked stabilizing effect. A quantitative solution to this problem requires that the lattice defect disorder of C₂S be defined and related to the phase stabilization properties of the impurities. Definition of crystal defect disorder can be achieved through detailed measurements of the electrical conductance of the solid with the data being interpreted in terms of solid state physics. Data for the electrical conductance of pure and “intentionally” impure (doped) C₂S over the temperature range 300 to 1100°C is presented. These data are interpreted in terms of crystal defects, their formation, location and kinetics. Models are presented to account for the stabilizing action of impurity ions within the crystal lattice of C₂S.     

CCUS环境下水泥单矿C3S的CO2腐蚀动力学研究

在碳捕集、利用和封存(CCUS)井下,油井水泥因长期受井下高温、高压和高酸性流体的作用会遭受碳化腐蚀导致水泥环失效。为了模拟CO₂地质封存井下碳化腐蚀环境,本文将油井水泥的主要单相矿物硅酸三钙(C₃S)置于不同温度(30 ℃、60 ℃、90 ℃),并密封在8.0 MPa的气相或液相的CO₂碳化环境下,采用XRD和TGA相结合的分析方法,分析水泥单矿C₃S受CO₂腐蚀环境的影响规律。根据非稳态Fick扩散的渗透理论模型,建立腐蚀产物定量分析结果与腐蚀龄期的数学模型,拟合得到C₃S受CO₂腐蚀后的产物生成系数,以此评价不同CO₂腐蚀因素对C₃S的影响程度。结果表明:在CO₂气相环境中,温度升高将显著加剧对C₃S的腐蚀且产生溶蚀现象;而在CO₂液相环境下,高温(90 ℃)使C₃S水化反应加剧并形成阻滞层,降低CO₂对C₃S的腐蚀速率。     

Hydration reactions in pastes C3S+C3A+CaSO4.2aq+H2O at 25°C.I

A characteristic retardation of the hydration of C₃A is found in pastes C₃S+C₃A+CaSO₄.2aq+H₂O of weight ratios 1:3:z:4 at certain values of z, when sulphate concentration becomes insufficient for monosulphate formation. This retardation is ascribed to precipitation of amorphous Al(OH)₃, when C₃A dissolves in a limited amount of the aqueous phase shielded from the rest by C₄AH₁₃ or C₄AH₁₉. Evidence for the conversion of C₃AH₆ into C₄AH_n in supersaturated Ca(OH)₂ solution is found.