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。     

水泥矿物体系诱导期的水化进程及机理的研究进展

硅酸三钙(C₃S)体系及铝酸三钙-二水石膏(C₃A-CH₂) 体系作为主要的硅酸盐水泥矿物相,对水泥新拌阶段及后续性能发展阶段有尤为重要的影响。而水泥在诱导期内的水化进程很大程度上决定了其后续性能的发展。鉴于此,本文回顾了水泥水化的热力学原理,重点综述了目前关于水泥水化诱导期开始及结束时作为主要矿物体系的C₃S体系和C₃A-CH₂体系的水化进程及机理的研究进展,以及不同矿物体系诱导期的成因。但限于目前的研究手段,对于水泥水化诱导期内各种矿物体系的相互作用和相互影响仍未完全厘清,还需要进一步的探索。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铁相组分对铁相和高铁低钙水泥熟料水化性能及抗侵蚀性能影响

随着国家海洋战略的提出,大量水泥基材料被应用到海洋工程建筑中,海洋环境对水泥基材料的侵蚀破坏也愈发受到人们的广泛关注。研究表明,水泥中的铁相具有较好的抗侵蚀性能,而铁相中Al₂O₃和Fe₂O₃的摩尔比(Al/Fe,下同)是影响铁相抗侵蚀性能的主要因素。本文设计并烧成了两种铁相单矿C₄AF和C₆A₂F(Al/Fe分别为1和2),以及铁相为C₄AF或C₆A₂F的高铁低钙硅酸盐水泥熟料(铁相质量分数均为20%)。通过对铁相单矿C₄AF和C₆A₂F,以及高铁低钙水泥熟料进行X射线衍射、水化热、抗压强度、抗硫酸盐侵蚀能力和固化氯离子能力等测试,探究Al/Fe对铁相单矿和高铁低钙水泥熟料各项性能的影响。结果表明,随着Al/Fe增大,铁相晶面间距变小,氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀能力有所下降。同时,熟料中铁相含量提高促进了C₃S的水化,且Al/Fe高的熟料促进效果更加明显。铁相的Al/Fe提高,水泥熟料的氯离子固化能力增强,而抗硫酸盐侵蚀性能下降则较小。     

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。     

镍铁渣硫酸浸出渣制备硅酸盐水泥熟料工艺研究

以镍铁渣硫酸浸出渣为原料制备硅酸盐水泥熟料，研究不同石灰饱和系数和不同焙烧温度对硅酸盐水泥熟料物相结构与微观形貌的影响。通过测定熟料中f-CaO浓度来判断水泥熟料的易烧性，通过XRD、EDS、SEM分析熟料的物相结构、元素分布及微观形貌。结果表明，焙烧温度越高，f-CaO浓度越低，易烧性越好。当焙烧温度为1 350℃时，硅酸盐水泥熟料焙烧后出现了粉化现象且未形成C₃S相；而当1 400℃焙烧时，硅酸盐水泥熟料中出现了以C₂S和C₃S为主的晶相，未出现粉化现象；当焙烧温度达到1 450℃时，水泥相晶粒组织发育比较充分。该熟料与石膏混合制成水泥，其水泥砂浆的水化产物经28 d养护后抗压和抗折强度分别为37.34和7.01 MPa。     

碱性和无碱液体速凝剂促凝早强作用机理对比研究

碱性和无碱速凝剂掺入水泥后的水化机理不同,导致应用性能存在明显差异。本文通过测试凝结时间和砂浆抗压强度等宏观性能对比了两种速凝剂的应用性能,并通过水化放热分析、XRD定量分析、热重分析和SEM微观形貌观察等微观方法综合分析了两者的早期水化历程。结果表明:碱性速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-加快了水泥中石膏的消耗速度,水化初期生成大量钙矾石(AFt),促进了硅酸三钙(C₃S)矿物的水化,缩短了水泥浆体的凝结时间并提高了砂浆的早期抗压强度,但石膏的加速消耗也使得单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物提前生成,影响了水泥基材料的后期抗压强度发展;无碱速凝剂加入水泥后,[Al(OH)₄]^-和SO^2-₄在液相中生成了大量AFt,促进了铝酸三钙(C₃A)和C₃S矿物的水化,影响了氢氧化钙(CH)的结晶析出。值得注意的是,SO^2-₄不仅促进了C₃A生成AFt的过程,也延缓了水泥中石膏的消耗及AFm和C-A-H等产物的生成,因此无碱速凝剂的加入除了明显提高早期抗压强度外,后期28 d抗压强度也不受影响。     

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。     

C4A3■对硅酸盐水泥体积稳定性与力学性能的影响

针对预制构件存在早期强度发展不足,后期体积稳定性差的缺点,以无水硫铝酸钙(C₄A₃■)和硬石膏(C■)作为调控胶凝材料,针对C₄A₃■对硅酸盐水泥体积稳定性和力学性能的影响机理进行了探讨,对制备体积稳定的早强硅酸盐水泥基胶凝材料具有一定的指导意义。先用自由膨胀率与抗压强度分析了C₄A₃■-PC水泥浆体的体积及力学性能变化规律,再用X射线衍射仪、热分析仪、压汞仪和扫描电镜探究了该体系膨胀及水化机理。结果表明：C₄A₃■能改善硅酸盐水泥的体积稳定性,提高其早期强度,加速水泥的水化进程。当C₄A₃■含量为10%、■摩尔比为11时,12h钙矾石(AFt)含量可达5.61%,28 d含量为8.51%。C₄A₃■和C■的水化作用会消耗硅酸盐矿物水化产生的Ca(OH)₂。细针棒状的AFt生长在水泥硬化浆体的表面及孔隙中...     

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。     

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。     

水泥颗粒分布对其使用性能的影响

研究了水泥的颗粒分布对I型硅酸盐水泥标准稠度用水量、凝结时间、水化热、强度、与外加剂适应性及砂浆干缩性能的影响。研究结果表明:同一比表面积的水泥,颗粒分布越窄,则标准稠度用水量越大,凝结时间越长,1d水化热越小,1d胶砂强度越低,与外加剂适应性越差,砂浆干缩率越大。随着比表面积增大,凝结时间缩短,1d水化热增大,强度提高,砂浆干缩率增大。当颗粒分布较窄时,随着比表面积增大,1d胶砂强度增幅不大,与外加剂适应性显著变差。     

煅烧温度对水泥熟料矿物相含量及形貌影响的Rietveld法研究

为了探究煅烧温度对水泥熟料矿物相的影响,采用XRD分析法、Rietveld法以及岩相法,对不同煅烧温度下得到的熟料矿物相进行定性、定量以及形貌分析。研究结果表明:采用Rietveld法可快速、准确测得熟料中各矿物相的相对含量;通过Rietveld法计算得到的矿物相含量可明显看出,煅烧温度对熟料中各矿物相的含量有直接影响,其中对C₃S和C₂S含量的影响最为明显;Rietveld法与鲍格算法得到的矿物相含量结果接近,但拟合得到的C₃A含量会偏低,这是由于熟料的急冷使得C₃A以玻璃相形式存在;煅烧温度升高,晶体成核和发育更加完善,熟料能呈现更好的形貌。     

硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥研究进展

硫铝酸盐水泥具有煅烧温度低、CO₂排放少、快硬早强以及抗冻抗渗等优良特性,在建材、固废领域具有广阔的应用前景,并衍生出贝利特-硫铝酸钙、贝利特-硫铝酸钡钙等一系列硫铝酸盐水泥。然而,硫铝酸盐水泥主要矿物成分贝利特(β-C₂S)具有水化活性低、水化速度慢的缺点,易导致水泥后期强度增长缓慢。硫硅酸钙(C₅S₂$\bar{\text{S}}$)曾被认为是一种“惰性”矿物,但在硫铝酸盐体系下可表现出比β-C₂S更强的水化活性,因此硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥(TSAC)的研究具有重要意义。本文从C₅S₂$\bar{\text{S}}$矿物的形成和水化、TSAC的制备和性能等方面,综述了C₅S₂$\bar{\text{S}}$和TSAC的研究现状,并提出了TSAC需进一步研究和解决的问题,如固废原料探寻、TSAC性能调控以及TSAC熟料矿物组成优化等,以期为新型低碳水泥的研究和应用提供积极有利的参考和支持。     

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。     

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。     

一种液体水泥助磨剂对水泥适应性的研究

从与水泥适应性的角度,通过激光粒度、水泥凝结时间、流动度、水泥胶砂抗压强度、SEM分析,系统地研究了一种自制液体水泥助磨剂对普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥物理化学性能的影响.结果表明:掺加助磨剂的普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥标准稠度用水量变化不明显,凝结时间明显缩短,对体积安定性无影响.该助磨剂提高了普通硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥的抗压强度.通过SEM发现助磨剂增加了普通硅酸盐水泥的水化产物,提高了水化反应速率.显著减小了粉煤灰水泥颗粒粒径,促进粉煤灰水泥的早期水化.增加了矿渣水泥水化产物,使得颗粒间隙更加密实.