硅酸二钙的结构与活性

硅酸二钙既是硅酸盐水泥熟料的主要矿物,也是硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物,并且有可能成为吸收捕集二氧化碳材料的重要矿物。发展以硅酸二钙为主要矿物组成的低钙、低碳排放胶凝材料正在成为研究热点。本文在简述硅酸二钙结构及其晶型转变的基础上,综述分析了硅酸二钙在高温合成过程中外来离子对其结构与活性的影响;硅酸二钙在水化阶段液相中外来离子对其活性发挥的影响,以及利用硅酸二钙在结构上易发生碳化反应的特点,制备可吸收二氧化碳材料的现状。在此基础上,展望了硅酸二钙结构与活性研究及其应用的发展趋势。     

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CO₂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。     

JC／T《硫铝酸钙改性硅酸盐水泥》行业标准介绍

硅酸盐系列水泥作为应用最广泛的建筑材料,具有可塑性强、性能稳定、生产成本低的特点,其熟料矿物以硅酸三钙为主,通过液相烧成,铝酸三钙等熔剂矿物的存在必不可少。铝酸三钙水化速度快,水化热高,凝结时间短,早期强度高,但缺点是强度的绝对值不高,后期强度不再增长甚至出现倒缩,耐化学侵蚀性特别是抗硫酸盐腐蚀性能差,干缩性大。     

γ型硅酸二钙的碳化研究进展

γ型硅酸二钙(γ-C_2S)的水化活性低,是水泥生产中有意避免生成的熟料矿物。但其具有较高的碳化活性,而这一特性长期未得到足够的重视与研究。利用其碳化反应活性高、碳化反应密实化的特点,将其应用于发展新型快硬高强碳化材料、混凝土抗蚀改性材料等,有望开辟一条胶凝材料开发和改性新途径。介绍了γ-C_2S的碳化反应活性及其应用研究进展,展望了其未来在低碳材料等领域中的应用前景。     

2CaSO_4·K_2SO_4复盐对硅酸盐水泥熟料烧成及水化的影响

通过高温合成2CaSO_4·K_2SO_4复盐,再将其以不同掺量掺入Ca CO3、Si O2、Al2O3和Fe2O3组成的水泥生料中,在1 450℃煅烧至水泥熟料中f-Ca O小于1%。研究了2CaSO_4·K_2SO_4复盐对水泥熟料高温烧成过程、矿物组成与结构及水化性能的影响。结果表明:2CaSO_4·K_2SO_4降低了Ca CO3起始分解温度,改变了熟料的熔融液相性质,增加了液相量,降低了矿物的最低共熔温度;2CaSO_4·K_2SO_4提高了熟料中C_3S含量,降低了C_3A和C_4AF含量,烧成熟料中C2S晶型主要为β型,也存在少量γ型,2CaSO_4·K_2SO_4使C_3S晶型由R型向M_1型转变,但晶型不随掺量改变。复盐的掺入缩短了熟料水化的诱导期,促使第二水化放热峰最大值提前出现,2CaSO_4·K_2SO_4掺量增加抑制了熟料前期和后期水化性能,提高了中期水化放热速率。     

烧成温度对低热水泥性能的影响及其机理研究

检测了不同烧成温度制成的低热水泥的物理性能及水化速率，并采用岩相分析、XRD、EDS﹑化学分析方法研究了不同烧成温度对低热水泥熟料岩相结构﹑矿物组成、矿物晶型及矿物固溶组分的影响。结果表明，低温烧制的熟料中C4A3S的生成及C3A、C4AF含量相对较多是低温烧制的低热水泥早期强度较高的主要原因;而高温烧成的熟料中高温晶型C2S含量高，B矿中固溶SO3、Al2O3、Fe2O3多，B矿的Ca/Si增高，水化活性增大，这是高温烧成的低热水泥后期强度较高的主要原因。     

高KH值、超低硅酸率生产水泥熟料

众所周知，水泥熟料的矿物主要含有硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)及其他物质。其矿物组成决定了水泥的水化速度、水化产物本身的强度、形态与尺寸以及彼此间构成网状结构时各种键的比例．对水泥强度起重要作用。布特等人经过试验证明。硅酸盐矿物的含量是决定水泥强度的重要因素．28天强度基本依靠C3S含量。硅酸二钙(C2S)的含量在水化早期直到28天前，对强度影响不大，它的强度发展主要在后期。     

低温烧成熟料生产的硅酸盐水泥的水化、硬化及其长期稳定性

应用X射线衍射仪、扫描电镜、热分析仪、高压水银测孔仪等测试手段测定了低温烧成熟枓的矿物组成及其配制的硅酸盐水泥的水化产物、液相的pH值和水泥石结构等。 低温烧成熟料的矿物组成是C_3S,C_2S、C_3A、C_4AF和少量的C_(11)A_7·CaF_2相。 低温烧成熟料生产的硅酸盐水泥的水化产物、水泥石结构、液相的pH值和普通硅酸盐水泥一致。水化产物主要是C-S-H凝胶、Ca(OH)_2和C_3A·3CaSO_4·32H_2O。 阐明了低温烧成熟料生产的硅酸盐水泥的强度发展和普通硅酸盐水泥一致,不锈蚀钢筋,长期稳定性可靠。     

高胶凝性水泥熟料

总结了以硅酸三钙(C3S)为主要矿物的熟料烧成研究成果和最新研究进展．C3S是硅酸盐系统的水泥熟料中含量最高、胶凝性能最好的矿物。在熟料烧成过程中。C3S是形成温度最高的矿物。因此。C3S的充分形成实际上也就代表了熟料的烧成．提高C3S含量是提高水泥熟料胶凝性能有效途径．采用离子掺杂的方法可以降低熟料烧成过程中的游离氧化钙,使C3S质量分数(下同)在70%以上的硅酸盐水泥熟料在正常温度下烧成。如：在生料中掺加氟硫复合矿化剂,适量磷渣或钢渣等含磷杂质及其与氟离子复合。或者掺入1%CuO,可明显改善熟料的易烧性。但是磷的掺加数量应有一定限制。在硅酸盐水泥熟料中引入适量硫铝酸盐矿物也可以有效提高水泥的胶凝性能。但是应该解决烧成温度范围偏窄的问题。     

用脱硫石膏制备硫铝酸盐水泥熟料研究

用脱硫石膏代替天然石膏进行硫铝酸盐水泥熟料制备试验研究.结果表明:用本试验所采用的原料,配料比为m(矾土)∶ m(石灰石)∶ m(脱硫石膏)=35∶ 43∶ 22,煅烧温度为1400 ℃可烧制成矿物组成为无水硫铝酸钙和硅酸二钙的合格硫铝酸盐水泥熟料.从外观特征及借助XRD、SEM分析温度对水泥熟料烧结的影响,当烧结温度为1300 ℃时,熟料结构酥松,强度低,其主晶相为C_4A_3 、β-C_2S、2C_2~-S·CaSO_4,熟料为欠烧料;当烧成温度为1400 ℃时,熟料结构致密,强度高,形成的主要矿物为C_4A_3 、β-C_2~-S和C_4AF,属于正常合格的硫铝酸盐水泥熟料;当烧成温度为1500 ℃时,出现液相过多,熟料块坚硬,主晶相为C_4A_3 、β-C_2~-S、C_12A_7、CT,熟料为过烧料.     

快速低温烧成硅酸盐水泥的研究

本文研究了在复合矿化剂作用下，升温速度达８００℃／ｍｉｎ时硅酸盐水泥熟料的形成过程，矿物组成及结构，烧成熟料的物理力学性能和水化产物。研究表明，硅酸盐水泥熟料可以在１０５０－１１５０℃的范围内烧成，其物理力学性能优良。     

MgO对熟料烧成及性能的影响机理

采用化学试剂合成硅酸盐水泥熟料,应用X射线衍射结合Rietveld方法和差示扫描量热等,研究了MgO对熟料煅烧、矿物组成、阿利特晶型及熟料性能等的影响。结果表明:MgO在碳酸钙分解反应阶段已开始影响甚至参与了熟料烧成反应;MgO掺入使阿利特和铁铝酸四钙含量增多,贝利特和铝酸三钙含量相对降低;但当MgO掺量达到2%(固溶置换极限)及以上时,方镁石形成,熟料矿物组成基本不再变化;随着MgO的掺入,阿利特的晶型逐渐由M1型为主转变稳定为M3晶型。MgO掺量在1%附近时,靠近阿利特准同型相界处,熟料发展强度最高。     

原料中SiO2结晶特性影响熟料烧成的研究进展

二氧化硅(SiO2)是硅酸盐水泥生料的主要成分,其赋存于原料中的结晶特性对熟料烧成能耗及熟料质量具有决定性的影响.结合熟料烧成反应过程,根据熟料矿物与原料矿物组分之间的成键关系,分析了原料中SiO2参与熟料烧成反应的化学过程,综述了原料矿物中的Si-O键合形式,石英的含量、晶粒尺寸、晶型及结晶度等SiO2结晶特性对熟料烧成的影响及作用机理,并总结了提高惰性石英质原料中SiO2反应活性的方法.综述分析可为水泥企业高效应用各类硅源原材料,生产高质量水泥提供参考依据和科学方法.     

熟料中SO3含量对低热水泥性能的影响及机理研究

检测了同一温度下烧制的不同SO3含量的熟料制成的低热水泥的物理性能及水化速率,并采用岩相分析、XRD、EDS、化学分析方法研究了熟料中SO3含量对低热水泥熟料岩相结构、矿物组成、矿物晶型及矿物固溶组分的影响.结果表明,随着熟料中SO3含量的增加,水泥凝结时间显著延长,水化速率提高,7d、28d强度和水化热增大;提高熟料中SO3含量有利于A、B矿的生长和发育;熟料中SO3含量越高,早强矿物C4A3S的峰强越高,高温型B矿特征峰变窄而峰强变高,结晶程度提高;熟料中的SO3大部分固溶在硅酸盐矿物中,尤其是B矿中,SO3的引入,使A、B矿的Ca/Si增大,铝铁固溶量增多,其固溶异离子的量越多,越有利于活化阿利特晶体,稳定及活化贝利特的高温晶型,从而提高水泥的水化活性,增大水泥的后期强度.     

高硅酸三钙硅酸盐水泥熟料组成及性能的研究

设计了一种石灰饱和系数、硅酸率和铝率分别为0．98,2．4和2．4的新型硅酸盐水泥熟料组成。研究了掺加了质量分数为1％CuO的生料分别在1200,1350,1400,1450℃下保温30min烧结样的矿物相、矿物形貌及性能。X射线衍射及其定量分析结果表明：1450℃烧结样的硅酸三钙(C3S)质量分数为73．37％,晶体尺寸大,主要矿物相为C3S、少量硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)及铁相固溶体。这种新型高C3S熟料完全可以在传统水泥烧成制度下烧成。该烧结样加入质量分数分别为50％的粉煤灰及5％的石膏制得水泥,其性能符合强度等级为32．5的粉煤灰水泥标准要求。     

复合矿化剂在立窑水泥的应用

用复合矿化剂能加快水泥熟料烧成反应速度和降低烧成温度,促进水泥熟料中有益矿物硅酸三钙含量增多,提高水泥熟料强度,水泥中能多加混合材料,增加水泥产量,减少煤耗,降低水泥成本.     

Ba在C2S-C3S矿物相中固溶机理探讨

以Ca(OH)2、SiO2、Fe2O3、Al2O3化学纯为原料,分别掺入不同质量分数的Ba(OH)2制备不同矿物相组成的熟料相,运用化学分析、XRD、SEM、水化热测试方法,研究掺Ba(OH)2后熟料相中硅酸三钙-硅酸二钙(C3S-C2S)混合相组成、晶型、新相生成的变化规律.结果表明:Ba(OH)2一定程度上削弱C3S形成,且稳定β-C2S形成效应明显,矿物相体系中α'-C2S、α-C2S量减少并转换为β-C2S,掺量大于2.5％后有新相Ba0.48 Ca1.52SiO4形成;Ba(OH)2掺入促使矿物相中C2S相明显增多,晶粒整体尺寸变小,边界变圆润;随Ba(OH)2掺量递增,熟料样的水化速率呈持续减小的趋势变化.     

高硅酸二钙含钡硫铝酸盐水泥研究

通过研究含钡硫铝酸盐水泥的强度随硫铝酸钡钙矿物减少和硅酸盐矿物β-C2S矿物含量增加的变化情况,找出含钡硫铝酸盐水泥熟料的强度随矿物组成的变化规律,并寻找该水泥综合性能最优的β-C2S含量.实验结果表明,当C2S质量分数达到52%时,含钡硫铝酸盐水泥还具有较高的强度,其烧成温度为1350℃.含钡硫铝酸盐水泥3d到28d的强度增长率为14%,当C2S的质量分数到达52%时,3d到28d的强度增长率为23.3%.通过X射线衍射,扫描电子显微镜及能谱分析等手段对此配料点水泥矿物的水化机理及其水化过程进行了探讨.     

影响硅酸盐水泥熟料颜色若干因素的探讨

硅酸盐水泥熟料是由多种矿物组成的集合体，它的颜色与各种矿物本身的颜色有着本质的联系。硅酸盐水泥熟料中的Ａ矿（５４ＣａＯ·１６ＳｉＯ２·Ａｌ２Ｏ３·ＭｇＯ）是含有少量ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３的硅酸三钙固溶体，它常以单斜晶系、三方晶系、三斜晶系存在于熟料中，在单偏光镜下为无色透明的棱柱状。Ｂ矿（Ｃａ２ＭｘＳｉ１－ｘＯ４－ｘ／２，其中Ｍ＝Ａｌ，Ｆｅ等）是含有Ａｌ、Ｆｅ、Ｋ、Ｎａ、Ｔｉ、Ｂａ、Ｖ和Ｃｏ等离子的硅酸二钙固溶体，它大部分为β型，属单斜晶系，在单偏光镜下为无色透明体。铝酸盐类矿物主要包括铝酸三钙、七…     

硫铝酸盐水泥的红外光谱研究

对硫铝酸盐水泥熟料进行了红外光谱分析。结果表明,熟料矿物各有其红外特征吸收带。提出以1098cm~(-1)或641cm~(-1)的吸收带作为C_4A_3S 的鉴别特征;520cm~(-1)为β-C_2S的鉴别特征。据此,可用红外光谱对硫铝酸盐进行快速定性、定量分析。红外分析还表明,硫铝酸盐水泥熟料中的硅酸二钙以固溶体存在,并推断水泥浆体中的钙矾石固溶了少量其他元素。 本文还提出了硫铝酸盐水泥各水化相的红外鉴别特征,并根据不同龄期水化浆体的红外光谱,讨论了硫铝酸盐水泥的水化过程。