貝利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料形成機制及形成動力學.pdf

1、貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥是一種新型膠凝材料。與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相比，水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含成量低，耐久性好;體積穩(wěn)定性好;長期穩(wěn)定增長;水泥水化熱較低;同時該水泥燒成溫度低，能耗低，可使用熱值低的燃料;水泥熟料的石灰飽和系數(shù)低，可使用低品質石灰石。為了有效控制該新型水泥熟料的生產(chǎn)工藝，調控熟料體系的礦相組成和性能，必須研究該新型水泥熟料體系中熟料礦相的形成機制及形成動力學。本文系統(tǒng)研究和分析了該水泥熟料礦相形成機制，建立該水泥熟料體系的

2、形成動力學模型，為工程應用提供理論和技術指導。主要結論如下:
　　BaO、BaSO4和CaF2均能夠促進貝利特礦物的形成，其晶型主要為β-C2S和γ-C2S，對穩(wěn)定β-C2S有重要作用;當BaSO4和BaO摻量分別為3.0％和5.0％時，還能形成少量高水化活性α'-C2S;純貝利特礦物的形成活化能為206kJ·mol-1，摻雜0.6％CaF2后形成活化能降為164kJ·mol-1，因此，少量CaF2可降低貝利特礦物形成勢壘。

3、>　　當煅燒溫度為1450℃時，摻雜BaSO4后阿利特主要晶型為M3-C3S，且存在少量的T3-C3S、R3-C3S和T1-C3S;隨著BaSO4摻量的增加，試樣中阿利特礦物含量降低，表明BaSO4不利于阿利特礦物形成。CaF2能夠促進阿利特礦物的形成，當煅燒溫度為1380℃時，阿利特主要晶型為M3-C3S、T3-C3S和R3-C3S;隨著CaF2摻量的增加，M3-C3S含量增加，T3-C3S和R3-C3S含量變化不大。
　　C2

4、.75B1.25A3(S)礦物開始形成的溫度為1100℃，大量形成溫度為1350℃，分解溫度為1370℃。其形成的化學反應方程為:11/4CA+BaSO4+1/4Al2O3+1/4BaO→C2.75B1.25A3(S)11/48C12A7+BaSO4+67/48Al2O3+1/4BaO→C2.75B1.25A3(S)1/4CaO+BaSO4+3Al2O3+1/4BaO→C2.75B1.25A3(S)11/48C12A7+BaSO4+1/

5、4BA+55/48Al2O3→C2.75B1.25A3(S)C2.75B1.25A3(S)礦物的形成受擴散機制的控制，符合的動力學模型為:D4=1-2α/3-(1-α)2/3。在1100-1300℃溫度范圍內，C2.75B1.25A3(S)礦物形成的反應活化能為227.5kJ·mol-1;在1300-1380℃溫度范圍內，C2.75B1.25A3(S)礦物形成的反應活化能為175.9kJ· mol-1。C2.75B1.25A3(S)礦物

6、的分解受界面化學反應的控制，符合的動力學模型為:R2=1-(1-α)1/3，分解活化能為449.78 kJ·mol-1;主要分解產(chǎn)物為C3A、BA和SO3。
　　在C2S-C2.75B1.25A3(S)系統(tǒng)中，鋇、硫元素的存在使貝利特礦物的形成得到促進，其晶型主要為β-C2S;在1300-1350℃的溫度范圍內，貝利特礦物的存在為C2.75B1.25A3(S)礦物的形成提供了表面，降低了C2.75B1.25A3(S)礦物的形核勢壘

7、，促進了該礦物的大量形成，而且使其在高溫階段分解受到抑制。在C3A/C4AF-C2.75B1.25A3(S)系統(tǒng)中，當煅燒溫度為1350℃和1380℃時，高鐵含量的中間相能夠促進C2.75B1.25A3(S)礦物的形成，當中間相含量為16％時，能夠促進C2.75B1.25A3(S)礦物的形成;此外，中間相粘度和含量對C2.75B1.25A3(S)礦物的生長發(fā)育有重要影響。
　　在水泥熟料中，MgO能夠促進f-CaO的吸收，促進阿利

8、特礦物和白色中間相的形成。當煅燒溫度為1380℃，并且MgO摻量為1.0％時，貝利特礦物有分解的跡象，此時形成的阿利特礦物尺寸較小;當MgO摻量為3.0％-5.0％時，阿利特礦物的尺寸不均勻，且存在大尺寸礦物;當MgO摻量為7.0％時，貝利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料的安定性不良，這主要是因為形成了MgO礦巢。CaF2能夠很好地促進水泥熟料形成，水泥熟料的形成符合的動力學模型為D4=1-2α/3-(1-α)2/3，摻雜0.6％CaF2的水泥熟