贝利特—硫铝酸钡钙水泥熟料中硅酸盐相微结构调控和性能研究

作     者：赵燕婷 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：芦令超

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：微量组分 贝利特-硫铝酸钡钙水泥 硅酸盐相 微结构 煅烧制度 

摘      要：传统硅酸盐水泥具有能耗高、消耗优质石灰石资源、CO2排放量大等缺点，而且其体积稳定性和耐久性还需进一步提高。贝利特-硫铝酸钡钙水泥（BSAC）是环境友好、长期力学性优异的水泥体系之一，但是该水泥早期力学性能尚不足，本文旨在引入微量组分和改善煅烧制度，调节熟料中的硅酸盐相—贝利特和阿利特的微结构，通过稳定其高温高活性晶型或使晶格产生畸变，进一步提高硅酸盐相的反应活性，以达到提高水泥早期强度的目的。主要研究结论如下： （1）对于C2S单矿体系，在微量组分作用下C2S晶型主要为β-C2S与γ-C2S，稳定β-C2S的大小顺序为：SO3SrONa2OK2OBaO无掺试样MgO;BaO对稳定αL’-C2S有一定作用，而Na2O与K2O稳定作用较弱;复合掺杂能够进一步降低试样粉化率并稳定C2S高温晶型;对于C3S单矿体系，在微量组分作用下C3S晶型主要为T型和M型，其中MgO对稳定M3-C3S作用明显，甚至可以稳定R型C3S;掺杂1.5%-3%BaO对稳定M型C3S有明显作用;K2O存在时，C3S主要晶型为T型;掺杂0.5%-1.5%Na2O可以使C3S稳定为M型;掺杂1%SrO可以使C3S由T型向M型转变;在中间相和微量组分协同作用的熟料中，贝利特主要为α-C2S，当C3A/C4AF=2:5时，阿利特晶型为水化活性较高的M1型。 （2）SrO在BSAC熟料中的适宜掺量为3%-5%，其1d，3d，7d，28d净浆抗压强度分别达到8.4MPa、35.8MPa、71.3MPa及103.7MPa;掺入1%MgO时水泥早期力学性能较高，其1d，3d，7d及28d抗压强度分别为14.7MPa、23.9MPa、34.4MPa和75.5MPa;该水泥熟料体系可容纳更多MgO，当熟料中掺有7%MgO时水泥安定性仍然良好，其1d，3d，7d及28d抗压强度分别为33.6MPa、59.7MPa、89.1MPa及95.1MPa;当K2O掺量为2%时水泥1d，3d，7d及28d抗压强度可达14.9MPa、48.6MPa、75.7MPa及106.5MPa。Na2O掺量为0.5%时，水泥达到抗压强度最高，其1d，3d，7d及28d抗压强度分别为13.9MPa、40.7MPa、76.6MPa及108.9MPa。 （3）掺杂SrO，MgO，Na2O及K2O后，熟料中贝利特主要以α’-C2S存在;掺杂SrO后C3S主要以M3型存在，同时含有少量的M1及M2型;对于掺有MgO的熟料， C3S表现为M1型与M3型共存的特征，无M2型C3S;通过水化放热曲线可以看出，熟料3d水化速率顺序为：掺杂5%SrO掺杂7%MgO1%MgO无掺试样和0.5%Na2O2%K2O无掺试样。掺杂5%SrO试样的3d最大水化速率点是掺杂1%MgO和无掺试样的2.5倍。对Na2O和K2O而言，呈现出以下顺序：0.5%Na2O2%K2O无掺试样。 （4）通过研究煅烧制度对水泥熟料微结构和力学性能的影响，得到掺杂2%K2O的水泥硬化浆体7d和14d抗压强度在快速煅烧条件下（从室温以30℃/min的升温速率升至510℃;从510℃至810℃以20℃/min速率升温;810-1380℃以10℃/min升温）比普通煅烧制度（5℃/min的升温速率升至1380℃）下均高出10MPa左右的结论，归因于此时硅酸盐相的生成量增加，此时阿利特主要为M1型，贝利特为α-C2S和少量β-C2S;相比快速煅烧制度，液氮冷却工艺对硅酸盐相形成和稳定高温晶型并无显著影响。