含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥制备及力学性能研究

设计不同的水泥熟料物相组成,以石灰石、重烧氧化镁和铝矾土熟料为原料,于1400℃3h处理后制备了含不同量镁铝尖晶石相的铝酸盐水泥。利用XRD和SEM对不同配比的合成产物的物相及形貌特征进行了分析,并对这种新型铝酸盐水泥浇注料进行了抗压强度的测试。结果表明:含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的主要物相为一铝酸钙(CA)、镁铝尖晶石(MA)和二铝酸钙(CA2),还有少量的硅铝酸二钙(C2AS)和残余刚玉(α-Al2O3);浇注料的强度随MA含量的减小而增大,且随水化时间延长,其强度增进稳定。     

含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备及其抗侵蚀性

以白云石和工业Al2O3为原料,采用烧结法制备了含镁铝尖晶石的铝酸盐新型水泥,利用X射线衍射检测了合成产物的物相组成,采用扫描电子显微镜观察了新型铝酸盐水泥中各物相的形貌和能谱分析了成分分布,测量了这种铝酸盐水泥的凝结时间、耐火度以及其所结合的高铝矾土制成的耐火浇注料的早期强度.选择静态坩埚法进行抗渣性实验,对比了新型铝酸盐水泥和纯铝酸钙水泥结合刚玉浇注料的抗渣性差异.结果表明:这种水泥的物相组成为镁铝尖晶石、一铝酸钙和二铝酸钙;物相分布较为均匀.与纯铝酸钙水泥比较,凝结时间正常,新型铝酸盐水泥结合刚玉浇注料与纯铝酸钙水泥结合刚玉浇注料的抗弯强度相当,耐火度较高和抗侵蚀性较好,其原因在于水泥中存在镁铝尖晶石相,而镁铝尖晶石有较高的熔点和抗熔渣侵蚀能力.     

含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的制备与应用

按天然白云石(≤0.1mm)与工业氧化铝粉(≤0.088mm)的质量比为45∶55配料,经混合、成型和烘干后,于1600℃3h煅烧,细磨烧结体得到含镁铝尖晶石的新型铝酸盐水泥。测量了新型铝酸盐水泥的凝结时间、耐火度以及用其所结合高铝矾土制成的耐火浇注料的早期强度;利用XRD、SEM和EDS分析了新型铝酸盐水泥的物相组成及其形貌和分布,同时采用静态坩埚法对比了新型铝酸盐水泥和纯铝酸钙水泥结合刚玉浇注料的抗渣性差异。结果表明:新型水泥的物相组成为镁铝尖晶石(MA)、一铝酸钙(CA)和二铝酸钙(CA2),且这3个物相的分布较为均匀;新型水泥的凝结时间正常,耐火度高于纯铝酸钙水泥;用新型水泥制得的刚玉浇注料抗渣性好;其原因是新型水泥组成中引入了镁铝尖晶石相,而镁铝尖晶石具有较高的熔点和抗熔渣侵蚀能力。     

养护温度对铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料中温性能的影响

为了研究养护温度对铝酸钙水泥结合刚玉质浇注料中温性能的影响,将制得的浇注料分别在5、10、25、40和50℃养护,110℃烘24 h后分别于800和1 100℃热处理,检测其显气孔率、常温抗折强度和常温耐压强度,并分析了相同条件处理的基质试样的物相组成以及养护温度对浇注料中温强度影响的原因。结果表明:随养护温度的升高,铝酸钙水泥水化程度增加,促进水化产物均匀分布,使水化产物分解后与Al_2O_3反应原位生成CA、CA_2的量增加,因而增强了浇注料的中温强度。     

硫对铝酸盐水泥物相组成和浇注料性能的影响

为了研究煤中的硫含量对铝酸盐水泥的物相组成和浇注料性能的影响,选取以不同硫含量的煤为燃料煅烧的两种不同硫含量的CA-50铝酸盐水泥为研究对象,分析了煤中硫含量的增加对水泥熟料物相组成的影响,并用碳硫仪、XRD、SEM和EDS分析了原料和熟料中硫的含量和存在形式,比较了两种铝酸盐水泥结合浇注料的性能。结果表明:煤中硫含量的增加导致水泥中硫铝酸钙含量的增加,进而影响浇注料中水泥的水化过程,推迟了水化产物产生大量沉淀的时间,降低了最高放热温度,提高了24 h养护后的耐压强度。     

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Al2O3之间的反应产物有关.     

铝酸盐水泥-半水石膏二元体系饰面砂浆泛白原因分析

采用碱浸出率法测试了铝酸盐水泥及两种铝酸盐水泥-半水石膏二元体系饰面砂浆浸水后水中物相的质量,并用XRD分析了水化产物及浸水后水中物相成分,得出(1)引起铝酸盐水泥饰面砂浆泛白的主要物相为CaCO3和Al(OH)3,而CaCO3和Al(OH)3是由铝酸盐水泥的水化产物水化铝酸钙碳化分解而生成;(2)铝酸盐水泥-半水石膏二元体系在石膏量为5％时水化产物主要为CAH10和AFm,在石膏量为25％时水化产物主要为AFt,铝酸盐水泥-半水石膏二元体系出现泛白的原因是AFm的碳化,推测主要水化产物为AFt时砂浆未出现泛白的原因是生成AFt的同时有足够的AH3生成并包裹AFt,保护其不被碳化.     

锂化合物对硫铝酸盐水泥性能的影响分析

硫铝酸盐水泥是近年来广受关注的重要低碳水泥品种,在快速修补和防渗堵漏应用中,需要掺入适宜的促凝剂来满足施工要求.研究了两种锂化合物对硫铝酸盐水泥凝结时间、强度的影响规律,并采用XRD和SEM手段分析水泥水化产物.结果表明,当掺入两种锂化合物之后,硫铝酸盐水泥的凝结时间有明显的降低,并且Li2 CO3对硫铝酸盐水泥的促凝作用比LiOH·H2 O更为显著;硫铝酸盐水泥的小时强度随着Li2 CO3掺量的增加而明显提高,LiOH·H2 O对水泥小时强度的影响并不明显,两种锂化合物均会降低水泥的后期强度;从水化产物的微观分析来看,硫铝酸盐水泥的水化产物种类并不会因掺加锂化合物而有所改变,Li2 CO3对硫铝酸盐水泥的1 d水化有所促进,而LiOH·H2 O不会对水化产物产生明显影响.     

尖晶石加入量、水泥种类对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响

以板状刚玉、烧结尖晶石、氧化铝微粉和铝酸钙水泥为主要原料制备了铝酸钙水泥结合刚玉-尖晶石浇注料,研究了镁铝尖晶石加入量(质量分数分别为4%、7%、9%、11%、13%和15%)、铝酸钙水泥的类型(CA-270、CA-25R、CA-14M和Secar 71)对刚玉-尖晶石浇注料高温抗折强度的影响。结果表明:刚玉-尖晶石浇注料具有良好的高温抗折强度,试样的高温抗折强度受CA6高温结合相生成量、Al2O3固溶尖晶石的作用和原料带入的杂质高温下产生玻璃相共同作用的影响。在1 500~1 600℃范围内试样的高温抗折强度随着温度的升高而降低;在相同温度条件下,试样的高温抗折强度在尖晶石加入量为15%(w)时表现最好;不同种类水泥对试样高温抗折强度的影响主要表现为对高温结合物相CA6生成量的影响,同时水泥的细度和杂质含量对强度有明显影响,水泥越细,杂质越少,高温抗折强度越大。     

低水泥浇注料中纯铝酸钙水泥和SiO_2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.     

Elucidating the Role of the Aluminous Source on Limestone Reactivity in Cementitious Materials

When limestone (CaCO₃) is present in ordinary portland cement (OPC), carbonate‐AFm phases (i.e., hemi‐ and/or mono‐carboaluminate) are stabilized at the expense of the sulfate‐AFm, which is more commonly found in cement systems. In OPC, the quantity of AFm hydrates formed is often limited by the availability of aluminum. Therefore, as a means of enhancing AFm phase formation, this study elucidates the role of aluminous sources including: calcium aluminate cements, metakaolin, and a hydratable alumina to determine if their addition would enhance limestone reactions and carbonate‐AFm formation in cement systems. The results of a detailed study including: X‐ray diffraction, strength measurements, thermogravimetric analysis, and thermodynamic calculations are used to quantify solid phase constitutions, and the extent of limestone reacted. The results suggest that, the amount of limestone reacted and the specific carbonate‐AFm formed is sensitive to both, the nature of the aluminous source and limestone content. Pozzolanic reactions which occur when metakaolin is used as an aluminous source are noted to be especially beneficial in offsetting the effects of OPC replacement. It is noted that although the different aluminous materials react with different quantities of CaCO₃ during hydration, enhanced carbonate‐AFm formation alone is insufficient to ensure strength equivalence, when OPC is replaced by limestone.     

Contribution to the study of the kinetic mechanism of aluminous cement setting II - Release of the factor resposible for breaking the latent period by the dissolution of a fraction of the initial cement

The comparison of Wells (W) and filtrate development (B) curves, published in the first article (1) led us to conclude that there is no heterogeneous nucleation during the latent period either for the aluminous cement (Fondu) or for pure monocalcium aluminate (CA). This new study aims to supply new experimental data showing clearly that the factor responsible for instant hydrate precipitation, i.e. for breaking the latent period, is related too the dissolution of a fraction of initial cement, this factor being liberated by such dissolution.     

亚微米SiO2粉体对无水泥铁沟浇注料性能的影响

以致密刚玉、碳化硅等为主要原料，以w（SiO₂）=99.9%的亚微米SiO₂粉体(d₅₀=0.242μm)为结合剂，制备了一种新型无水泥铁沟浇注料。研究了亚微米SiO₂粉体加入量（质量分数分别为3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%）对其性能的影响，并从亚微米SiO₂粉体的粒度分布、红外光谱等角度，分析探讨了亚微米SiO₂粉体的作用机制。结果表明：1)亚微米SiO₂粉体可以单独作为铁沟浇注料的结合剂制备出无水泥铁沟浇注料；2)相比传统铁沟浇注料，无水泥铁沟浇注料在加水量、高温抗折强度等方面取得突破性进展，亚微米SiO₂粉体的最佳加入量为4%～6%（w）。     

水泥浆体—集料界面的结构特性与砂浆抗蚀性的关系

本文从界面出发对以石英砂、硅酸盐水泥熟料和高铝水泥熟料作集料的砂浆的抗蚀性进行了对比实验。结果表明两种水泥熟料砂浆均具有比石英砂浆好得多的抗硫酸盐腐蚀和硫酸腐蚀性能。从扫描电镜和能谱及砂浆的氯离子扩散系数的测定结果对上述砂浆的抗蚀性差异的原因、界面结构特性在砂浆腐蚀过程中的作用机理进行了详细的论述。据此给出了界面的结构特性与砂浆的抗蚀性之间的明确关系。     

钙基碳载体造粒的捕集CO特性及力学性能

采用挤出滚圆法对钙基碳载体Ca（OH）₂进行造粒。在双固定床反应器上研究了黏结剂、支撑体和造孔剂对造粒后钙基碳载体循环捕集CO₂性能的影响,并提出采用多孔Al₂O₃球粉作为新型支撑体。结果表明,选择聚乙烯吡咯烷酮为颗粒黏结剂时最佳添加量为2%。高铝水泥和多孔Al₂O₃球粉均可作为支撑体造粒。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的循环捕集CO₂性能更高,其10次循环后CO₂吸收量为0.23g/g,是添加高铝水泥造粒碳载体的1.35倍。微晶纤维素作为造孔剂显著提高了造粒碳载体的循环捕集CO₂性能。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的抗压强度略高于高铝水泥作为支撑体。多孔Al₂O₃球粉造粒钙基碳载体拥有大量30~100nm孔隙,其比孔容高于高铝水泥造粒碳载体,这有利于CO₂捕集。     

Contribution to the study of the kinetic mechanism of aluminous cement setting I — Latent periods in heterogeneous and homogeneous milieus and the absence of heterogeneous nucleation

By a comparative study of the profiles of Wells curves¹ (W) and filtrate development curves (B) it is established that the surface of pure synthetic calcium aluminate grains does not, anymore than that of an aluminous cement (Fondu Lafarge) facilitate the nucleation of solid hydrated phases by a surface effect lowering the free energy of formation of the critical size nucleus (heterogeneous nucleation). This point is an essential one in the sequence of information in competition for the explanation of the kinetic mechanism of aluminous cement setting.     

Texaco气化炉渣制备硅酸盐水泥的研究

以Texaco气化炉渣、石灰石、粘土和铁粉为原料制备硅酸盐水泥熟料,分别采用X射线衍射仪、金相显微镜对该熟料的物相以及岩相结构进行分析,掺加适量石膏后,依据国标检测水泥的标准稠度用水量、安定性、凝结时间以及龄期强度,推断出制备水泥的标号.结果表明:(1)制备的水泥熟料主要矿相为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁酸钙.(2)当粘土加入量为5%,烧成温度为1450℃时,烧制的水泥28 d抗折强度、抗压强度分别为8.0 MPa、50.9 MPa,可推断其标号为42.5水泥.     

石灰石粉含量和粒径对水泥水化热的影响

为研究石灰石粉(以下简称石粉)参数对水泥水化热的影响,利用TAM Air-八通道微量热仪探究不同石粉含量和粒径对水泥水化放热量以及水化放热速率的影响。研究表明,随着石粉含量的增加,辅助胶凝材料的水化放热量和水化放热速率总体上呈降低的趋势。其中当石粉含量为15%(质量分数)时,石粉粒径为400目时放热量为223.22 J/g,水化峰值速率为2.399 2 mW/g,石粉粒径为3 000目时放热量为215.98 J/g,水化峰值速率为2.214 0 mW/g,其放热量和水化峰值速率降低的趋势最明显。同时,当石粉掺量较大时,石粉粒径对水化反应的影响更加明显,粒径过小或者过大都会提高水化放热量和水化放热速率。当石粉粒径为1 250目时水化放热量较小且水化放热速率较低。通过物相分析发现,石粉的加入不会使体系产生新物质,当石粉含量为15%(质量分数)、粒径为1 250目时,Ca(OH)₂衍射峰强度最高并伴随着大量C-S-H的生成,说明了该组石粉能够更大程度地促进水泥水化,使反应更充分。     

Acoustic emission characterisation of calcium aluminate cement hydration at an early stage

In this paper, a new application of the acoustic emission (AE) technique is proposed. This non-destructive and in situ method, widely used in damage characterisation, permits us to follow the cement hydration at the early age from a few minutes to a few hours after mixing. The acoustic emission (AE) signals concerning a pure aluminous cement paste, (water to cement weight ratio=0.4; temperature of measurement: 20 °C) were recorded and analysed. A specific treatment of data deduced from a fracture process identification procedure was applied. Different filters were set on the AE signal duration based on the characteristic of amplitude distribution. From the value of AE signal amplitude, correlation with physical and chemical changes were found.. Based on the experiments, the relationship between the AE characteristics recorded during the tests and the different mechanisms, which take place during setting, was emphasised. The results showed that the new application of the AE technique can be considered as a valuable tool to study the hydration of a cement at young age.