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高贝利特硫铝酸盐水泥活化研究进展

硅酸盐通报 2022年第9期41卷 2979-2992页

作者：张五怡聂松徐名凤周健李辉河北工业大学土木与交通学院天津300401

基于我国提出的“双碳”战略目标,水泥行业应针对其高碳排放问题制定脱碳计划,因此,低碳水泥的研发和应用迫在眉睫。高贝利特硫铝酸盐水泥是一种在节能减排的同时能够资源化利用含铝工业废弃物的新型低碳水泥,未来也将会是一种具有高强... 详细信息

基于我国提出的“双碳”战略目标,水泥行业应针对其高碳排放问题制定脱碳计划,因此,低碳水泥的研发和应用迫在眉睫。高贝利特硫铝酸盐水泥是一种在节能减排的同时能够资源化利用含铝工业废弃物的新型低碳水泥,未来也将会是一种具有高强度的低成本水泥。因此,高贝利特硫铝酸盐水泥的研发促进了水泥行业的绿色化发展。然而,水泥矿物组成中高活性无水硫铝酸钙含量较低,导致水泥石早期强度较低。对水泥早期活性进行研究可提升水泥强度,进而扩大其应用范围。本文通过简述高贝利特硫铝酸盐水泥的组成、特点和研究现状,从水泥主要矿物硅酸二钙、无水硫铝酸钙的活化和水泥矿物组成设计优化三个方面总结了影响高贝利特硫铝酸盐水泥活性的因素,旨在为高性能水泥的研制提供理论指导。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙硅酸二钙矿物组成低碳活化

高贝利特硫铝酸盐水泥—普通硅酸盐水泥复合胶凝材料体系性能研究

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混凝土 2023年第2期 100-104页

作者：林祥玲苏敦磊胡振文李秋义青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛农业大学建筑工程学院山东青岛266019

为进一步提升高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)与普通硅酸盐水泥(P·O)的性能,获得性能优异、经济性较好的新型胶凝材料,开展了HBSAC和P·O的复配研究。研究了不同复配合比例HBSAC-P·O复合胶凝材料的物理性能、力学性能和干缩性能,结合水... 详细信息

为进一步提升高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)与普通硅酸盐水泥(P·O)的性能,获得性能优异、经济性较好的新型胶凝材料,开展了HBSAC和P·O的复配研究。研究了不同复配合比例HBSAC-P·O复合胶凝材料的物理性能、力学性能和干缩性能,结合水化产物的形成分析,阐明了HBSAC-P·O复合胶凝材料体系的水化机理。结果表明:在HBSAC中加入P·O,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少,凝结时间延长,干缩率增加,后期强度增加的同时早期强度降低;在P·O中加入HBSAC,复合胶凝材料的标准稠度用水量减少、凝结时间缩短,干缩率降低,但是其早期强度并未得到提升;HBSAC-P·O复合胶凝材料的水化机理在于削弱了硫铝酸盐矿物的早期水化作用,降低了早期强度;增强了硅酸盐矿物的后期水化作用,提高了后期强度。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥普通硅酸盐水泥复合胶凝材料水化性能水化机理

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高贝利特硫铝酸盐水泥性能调控试验研究

高贝利特硫铝酸盐水泥性能调控试验研究

作者：林祥玲青岛理工大学

学位级别：硕士

随着我国可持续战略的不断深入,新型绿色胶凝材料、高性能混凝土等建材的发展受到越来越多的关注。高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)作为一种低碳胶凝材料,具有高强、快凝、低水化热、低收缩和优异的耐久性等性能,广泛应用于抢修抢建、防腐... 详细信息

随着我国可持续战略的不断深入,新型绿色胶凝材料、高性能混凝土等建材的发展受到越来越多的关注。高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC)作为一种低碳胶凝材料,具有高强、快凝、低水化热、低收缩和优异的耐久性等性能,广泛应用于抢修抢建、防腐抗渗等工程中。但HBSAC却存在凝结时间过短、碱性较低、后期强度发展还有待进一步提高等问题,这成为阻碍其广泛应用的瓶颈。为有效调控HBSAC的水化性能,扩大其应用范围,本文对HBSAC进行了改性试验研究。通过分别向HBSAC中加入新型复合缓凝剂(RA)、亚硝酸钙(CN)和氢氧化钙(CH)三种改性组分,构建三种新型复合胶凝材料体系,即HBSAC-RA体系、HBSAC-CN体系和HBSAC-CH体系,并采用宏观性能测试与微观结构分析相结合的研究方法,对复合胶凝材料体系的物理力学性能、水化特性和耐久性能进行了系统研究。主要研究内容与结论如下:(1)复合缓凝剂对HBSAC水化的影响机制在于减缓石膏溶解速率,抑制其与CAS的早期水化,从而对胶凝材料起到缓凝作用。复合缓凝剂的加入,在物理力学性能方面,胶凝材料的标准稠度用水量减少,凝结时间延长,其早期强度降低,但后期强度在合适掺量的复合缓凝剂下提升效果显著;此外,在耐久性能方面,胶凝材料的干缩增大,但抗硫酸盐侵蚀性能增强。综合考虑以上性能,在复合缓凝剂掺量为1.0%时,对HBSAC的改性效果最佳,初凝、终凝时间分别延长至75.9min、88.5min,28d抗折、抗压强度分别为HBSAC的1.16倍、1.48倍。(2)亚硝酸钙对HBSAC水化的影响机制在于提高早期矿物的溶解速率,增加钙矾石的早期含量,从而加速了胶凝材料的凝结硬化。亚硝酸钙的加入,在物理力学性能方面,胶凝材料的标准稠度用水量变化较小,凝结时间缩短,早期强度的提升效果甚微,但其中期、后期强度的发展有明显的优势;此外,在耐久性能方面,胶凝材料的干缩减小,同时抗硫酸盐侵蚀性能也有一定的增强。综合考虑以上性能,在亚硝酸钙掺量为1.0%～1.5%时,对HBSAC的改性效果最佳,28d强度最大增加至HBSAC的1.43倍,干缩率缩减为HBSAC的50%。(3)氢氧化钙对HBSAC水化的影响机制在于通过抑制CAS的早期溶解和改变AFt的晶体形态来延缓早期水化进程,从而有利于胶凝材料的后期水化。氢氧化钙的加入,在物理力学性能方面,胶凝材料的标准稠度用水量增加,凝结时间延长,但两种的变化幅度均较小,其早期强度降低,而中期、后期强度获得较好的提升,7d强度最大提高至HBSAC的1.29倍;此外,在耐久性能表现为,胶凝材料的干缩增大,且抗硫酸盐侵蚀性能明显减弱,在氢氧化钙掺量为4.0%时,胶砂试件的强度损失显著。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥改性组分复合胶凝材料物理力学性能耐久性能水化特性

高贝利特硫铝酸盐水泥基多元胶凝材料的制备及性能研究

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高贝利特硫铝酸盐水泥基多元胶凝材料的制备及性能研究

作者：胥梦鸽河南工业大学

学位级别：硕士

为了应对全球气候变化,减少碳排放量,我国力争在2030年前达到二氧化碳排放峰值,在2060年前实现碳中和。水泥作为一种重要的建筑材料,高碳排放问题受到了很大的关注,因此,绿色高性能水泥的研究与应用成为主要的发展方向。高贝利特硫铝酸... 详细信息

为了应对全球气候变化,减少碳排放量,我国力争在2030年前达到二氧化碳排放峰值,在2060年前实现碳中和。水泥作为一种重要的建筑材料,高碳排放问题受到了很大的关注,因此,绿色高性能水泥的研究与应用成为主要的发展方向。高贝利特硫铝酸盐水泥(HBCSA)是一种新型低碳水泥,与传统水泥相比,具有快硬高强、低收缩性和耐腐蚀等特性。然而,较高的生产成本,限制了高贝利特硫铝酸盐水泥的发展与应用,为了降低其使用成本、提高生态效益、经济效益和应用前景,本课题旨在制备一种低碳、环境友好型的高贝利特硫铝酸盐水泥基多元胶凝材料。本文通过初步探索外加剂对高贝利特硫铝酸盐水泥性能的影响,引入普通硅酸盐水泥和石膏,制备出高贝利特硫铝酸盐水泥基三元胶凝体系,研究粉煤灰和矿粉的掺入及其掺量对高贝利特硫铝酸盐水泥基三元胶凝体系的基本性能、水化产物、形貌特征的影响,并探究多元胶凝材料在硫酸盐环境中的腐蚀劣化机理。研究结果表明:(1)通过研究外加剂对高贝利特硫铝酸盐水泥性能的影响,以1.4%作为减水剂掺入时水泥净浆流动度的饱和掺量,测得三种缓凝剂以及在不同掺量时均有不同程度的缓凝效果,且不影响水泥水化产物种类。β-环糊精与聚羧酸减水剂复配后,与单独使用减水剂相比,水泥浆体的初始流动度相差不大,分散性能较为稳定,水泥的早期和晚期强度都有所降低;柠檬酸或硼砂与聚羧酸减水剂复配后,水泥净浆的初始流动度和Zeta电位分析均有所降低,但硼砂不影响水泥胶砂强度;将柠檬酸和硼砂分别与β-环糊精混合掺入后,与单掺时相比,其流动度会有所改善,但不利于水泥强度的发展,因此也会抑制水泥石主要水化产物钙矾石AFt的发育,改变其形貌。(2)通过将普通硅酸盐水泥、石膏添加到高贝利特硫铝酸盐水泥中,制备出高贝利特硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元胶凝体系,研究该三元胶凝体系的力学特性,高贝利特硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏比例为7:2:1时更有利于该三元胶凝体系的强度发展。将不同掺量的粉煤灰和矿粉掺入高贝利特硫铝酸盐水泥基三元胶凝体系中,研究其基本性能、水化产物种类以及微观结构变化的影响。粉煤灰和矿粉的掺入会改善复合体系的流动度,降低流动度损失,提高水泥基复合体系的抗收缩性能,但延长三元胶凝体系凝结时间的效果不够明显,粉煤灰和矿粉复掺后,多元胶凝材料的凝结时间最多仅延长了6min。随着粉煤灰和矿粉掺量的增加,胶凝材料的抗压强度不断降低,所有掺合料组分在掺量达到30%时,强度下降尤为明显。通过扫描电镜结果显示,钙矾石形貌发育较为缓慢,生成总量减少;在热分析中可知空白组三元胶凝体系的水化程度最高,掺加粉煤灰和矿粉的多元胶凝材料水化反应减弱;从水化产物分析中可见掺加粉煤灰和矿粉的多元胶凝材料主要水化产物仍为钙矾石。(3)研究粉煤灰和矿粉对高贝利特硫铝酸盐水泥基三元胶凝体系抗硫酸钠侵蚀性能的影响。硫酸钠溶液全浸泡下的多元胶凝材料胶砂试块质量变化相对明显,掺加掺合料的水泥胶砂质量变化率明显高于空白组,在浸泡前期水泥胶砂质量变化率都呈线性增长,而后期质量变化率变化不大,趋于稳定;抗压强度随浸泡龄期的增长逐步增大,浸泡240d时开始下降;相对动弹性模量在120d内有所增长,120d后出现下降,空白组下降最为明显。在半浸泡条件下,水泥胶砂试块的质量变化率上升幅度较小,且一直处于上升状态,而试块被浸泡下半部分的强度变化也较为明显。微观试验表明,受硫酸盐侵蚀240d后钙矾石AFt的衍射峰明显增强,这也是在侵蚀过程中强度上升的原因,扫描电镜图片中可以看到生成的钙矾石晶体较为粗大,试块内部出现微裂缝,导致侵蚀240d后强度下降。粉煤灰和矿粉双掺时能够较好地改善高贝利特硫铝酸盐水泥基三元胶凝体系的抗硫酸盐侵蚀性能。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥三元胶凝体系掺合料抗硫酸盐侵蚀劣化机理

高贝利特硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥-高铝水泥复合胶凝材料制备超早强修补砂浆

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河南建材 2022年第4期 14-17页

作者：王德刚河南五建混凝土有限公司 450100

以高贝利特硫铝酸盐水泥、P·O42.5水泥、CA-50高铝水泥为胶凝材料,研究了三种水泥配比、缓凝剂、早强剂、EVA胶粉等对砂浆的凝结时间、抗压强度、拉伸黏结强度的影响。研究表明:以60%的高贝利特硫铝酸盐水泥、20%的P·O42.5水泥、20%的... 详细信息

以高贝利特硫铝酸盐水泥、P·O42.5水泥、CA-50高铝水泥为胶凝材料,研究了三种水泥配比、缓凝剂、早强剂、EVA胶粉等对砂浆的凝结时间、抗压强度、拉伸黏结强度的影响。研究表明:以60%的高贝利特硫铝酸盐水泥、20%的P·O42.5水泥、20%的CA-50高铝水泥,5%的硅灰,2%的EVA胶粉制备的砂浆性能最优。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥高铝水泥胶凝材料

矿渣-高贝利特硫铝酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀机理的研究

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硅酸盐通报 2023年第8期42卷 2683-2691页

作者：裴天蕊齐冬有邹德麟蔡永慧汪智勇郝禄禄王亚丽张钰刘洪印北京工业大学材料与制造学部北京100124 建筑材料工业技术监督研究中心北京100024 中核国电漳州能源有限公司漳州363300

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素,为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵... 详细信息

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一个重要影响因素,为进一步提高高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-CSA)基混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在HB-CSA中掺入粒化高炉矿渣(GBFS)以提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀性能。采用抗蚀系数来评价矿渣对HB-CSA砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并结合X射线衍射分析法、热重分析法、压汞法、扫描电子显微镜等测试方法,从微观层次对抗硫酸盐侵蚀机理进行了研究。结果表明,矿渣可以提高HB-CSA的抗硫酸盐侵蚀性能,HB-CSA的抗蚀系数可提高至1.51。GBFS-HB-CSA体系在抗硫酸盐侵蚀过程中,矿渣颗粒对HB-CSA孔结构的填充细化起主要作用,SO_(4)^(2-)和Ca(OH)_(2)共同激发矿渣中Al_(2)O_(3)与SiO_(2)水化生成凝胶和钙矾石(AFt),凝胶和AFt填充在浆体孔隙中,细化了浆体孔径,使浆体结构密实,降低了离子渗透性,从而提高HB-CSA抗硫酸盐侵蚀的能力。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥矿渣硫酸盐侵蚀水化产物微观结构填充效应

矿粉与粉煤灰对高贝利特硫铝酸盐水泥水化和强度的影响

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混凝土 2023年第2期 105-108,113页

作者：范昭昂李秋义郭远新岳公冰青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛农业大学建筑工程学院山东青岛266109

掺加矿物掺合料是降低高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-SAC)混凝土的生产成本并改善其凝结硬化性能的有效措施。研究了水灰比为0.5时,矿粉(MP)、粉煤灰(FA)对高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度、砂浆流动度、标准稠度用水量、凝结时间的影响;并通过... 详细信息

掺加矿物掺合料是降低高贝利特硫铝酸盐水泥(HB-SAC)混凝土的生产成本并改善其凝结硬化性能的有效措施。研究了水灰比为0.5时,矿粉(MP)、粉煤灰(FA)对高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度、砂浆流动度、标准稠度用水量、凝结时间的影响;并通过XRD、SEM对掺加不同矿物掺合料的高贝利特硫铝酸盐水泥净浆进行分析。结果表明:掺加矿物掺合料延长了高贝利特硫铝酸盐水泥的凝结时间;水泥浆体标准稠度用水量随矿物掺合料掺量的增加呈先减小后增大趋势,掺量为10%时达到最小值;掺加矿物掺合料后水泥砂浆流动度变大,粉煤灰对砂浆流动度的影响显著;当掺量从0增加至30%时,掺加矿粉抗压强度降低15.4%,掺加粉煤灰抗压强度降低27.6%;掺矿粉、粉煤灰后,水泥浆体中C-S-H凝胶数量增加,其他水化产物无明显变化。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥矿粉粉煤灰力学性能水化进程定性分析

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煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥试验研究

煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥试验研究

作者：王明明西安建筑科技大学

学位级别：硕士

煤矸石是我国排放量最大的固体废弃物,将其用于水泥生产,不仅实现利用固废减少天然原料消耗,而且具有显著的节能减碳作用。本文以煤矸石为原料制备高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC),采用X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析、同步热分析和扫... 详细信息

煤矸石是我国排放量最大的固体废弃物,将其用于水泥生产,不仅实现利用固废减少天然原料消耗,而且具有显著的节能减碳作用。本文以煤矸石为原料制备高贝利特硫铝酸盐水泥(HBSAC),采用X射线衍射分析、傅里叶红外光谱分析、同步热分析和扫描电子显微镜等多种方法,对熟料烧成过程、反应机理、煅烧制度、熟料矿物组成与水泥力学性能、水泥浆体的水化特性及产物的微观形貌进行研究。主要结果如下:(1)煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的最佳煅烧条件是1300℃～1350℃下保温60 min～90 min。通过理论和试验优化,当高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成为51%β-CS、36%CA(?)和10%CAF时,制备的水泥具有较好的物理性能,煤矸石的配比高达27%。(2)煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥水化中出现两个放热峰,均出现在16 h以前且放热迅速。水化产物主要为针棒状的AFt、絮状或网络状的C-S-H凝胶、花瓣状的AFm、六角形片状的CH晶体和CASH。以纯高贝利特硫铝酸盐水泥熟料配制的水泥3天和28天抗压强度分别为30.5 MPa和35.2 MPa。(3)在煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥熟料-石膏体系中,石膏对于水泥凝结时间有延缓作用。石膏掺量为11%时水泥的28天抗压强度达到47.8 MPa。在高贝利特硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石复合水泥体系中,石灰石起到一定的缓凝作用。石灰石掺量对提高水泥后期强度有效,但掺量过多则会降低水泥的早期强度。当高贝利特硫铝酸盐水泥熟料-石膏-石灰石的质量百分比分别为89:6:5时,水泥凝结时间满足施工要求,28天抗压强度达到54.2 MPa。本文的结果对利用煤矸石制备高贝利特硫铝酸盐水泥的技术开发和应用提供了理论和实践基础。

关键词：煤矸石高贝利特硫铝酸盐水泥煅烧制度水化硬化

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高贝利特硫铝酸盐水泥的熟料煅烧及其强度

硅酸盐通报 2008年第3期27卷 601-605页

作者：要秉文梅世刚罗永会吕臣敬石家庄铁道学院材料科学与工程分院石家庄050043

用粉煤灰、石灰石、石膏作原料,烧制了以贝利特(β-C2S)为主、无水硫铝酸钙(C4A3S)为辅的高贝利特硫铝酸盐水泥,其w(β-C2S)达60%、w(C4A3S)30%,熟料中无C3S和C3A。分析了率值和煅烧制度对熟料矿物形成的影响,较佳的煅烧工艺参数是:碱... 详细信息

用粉煤灰、石灰石、石膏作原料,烧制了以贝利特(β-C2S)为主、无水硫铝酸钙(C4A3S)为辅的高贝利特硫铝酸盐水泥,其w(β-C2S)达60%、w(C4A3S)30%,熟料中无C3S和C3A。分析了率值和煅烧制度对熟料矿物形成的影响,较佳的煅烧工艺参数是:碱度系数Cm为0.95～1.03,铝硫比P为3.32～3.65,煅烧温度1280～1340℃,保温时间45～70min。试验表明C4A3S使水泥具有较高的早期强度,大量的β-C2S持续水化保证了水泥强度的稳定增长。水泥胶砂的1d、3d、7d和28d抗压强度分别为16.5MPa、28.0MPa、36.7MPa和48.6MPa。硬化水泥砂浆的总孔隙率低,最可几孔径小。

关键词：高贝利特硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙贝利特熟料煅烧粉煤灰