影响低钙水泥熟料中c2s活性因素的探讨

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1、影响低钙水泥熟料中C2S活性因素的探讨摘要:应用XRD和化学分析等方法，对石灰石和粉煤灰烧制的低钙水泥的熟料中C2S活性及易烧性进行的研究。实验结果得出了在不同烧成温度和不同冷却制度下对低钙水泥的影响。一前言  水泥工业的节能，一直是人们关注的重大问题。降低能耗的一种有效方法，是生产节能性水泥，其中低钙硅酸盐水泥，以生料中碳酸钙含量少，碳酸钙分解能耗降低，熟料矿物形成温度低，烧成中可以可利用固相反应热等优点。  高贝利特水泥是一种新型低热高性能硅酸盐水泥。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系，即水泥熟料矿物也是由C3S,

2、C2S,C3A,C4AF组成，两者不同之处主要是高贝利特水泥是一种以水化热低，最终强度高，耐久性能好的贝利特水泥矿物（C2S）为主，其含量在50%以上。众所周知，以高钙阿利特为主导矿物的通用硅酸盐水泥熟料烧成温度较高，一般为14500C左右，在不考虑其他热损失的前提下，熟料烧成热耗来自两个方面，一是熟料矿物（主要是阿利特矿物）的高温形成；二是生料中石灰石的分解。据估算，碳酸钙分解耗能占熟料理论热耗的46%左右，显然，通用硅酸盐水泥熟料烧成的高能耗根本原因在于高钙矿物组成设计。因此，只要降低熟料组成中CaO的含量，即相应增加低

3、钙贝利特矿物的含量，就可以有效降低熟料烧成温度，减少生料中石灰石的用量，从而降低熟料烧成热耗。Metha曾计算，当水泥熟料中的CaO含量从传统的65%降低到50%时，每千克熟料可节约热耗502KJ左右。由于贝利特水泥中含CaO量较低，可以利用低品位石灰石。随着研究的不断深入，各种工业废料均被用来研究开发贝利特水泥。1.1.贝利特水泥的优势水泥工业的节能，一直是关注的重大课题。人们研究低钙水泥的初衷是为了节能，降低能耗的一种有效方法是生产节能型水泥，其中低钙硅酸盐水泥生料中CaCO3含量少,以C2S代替Ｃ3Ｓ从而降低CaCO3

4、配入量。这样碳酸钙分解的能耗降低，熟料形成温度降低，烧成中可充分利用固相反应放热等优点。Metha[1]曾计算,当水泥熟料中的CaO含量从传统的65%降低到50%时,每千克熟料可节约热耗502kJ左右。而随着对低钙硅酸盐水泥的研究不断深入，发现贝利特水泥具有许多传统酸盐水泥（主要成分为硅酸三钙3CaO·SiO2以下简写为C3S）不具备的优点，因此人们对贝利特水泥及其主要矿物β-C2S的研究越来越多,一方面Ｃ2Ｓ的形成温度低,所需能量少;另一方面是的最终强度比Ｃ3Ｓ高,Willamson[2]曾作其纯物相水化强度对比,β-C2

5、S水化两年强度为143.5ＭＰａ,而Ｃ3Ｓ为113ＭＰａ。低钙硅酸盐水泥矿物组成与传统的硅酸盐水泥相类似的，只是在矿物比例上有差别。前者以C2S为主,而后者以C3S为主，其目的是降低CaO的含量，C3S和β-C2S的最终水化产物都是水合硅酸钙凝胶CaO•xSi02•yH20(以下简写为C-S-H)和氢氧化钙Ca(OH)2(以下简写为CH)}C-S-H是水泥石强度的主要成因。与C3S相比，β-C2S水化物中CH的量较少，有利于水泥石强度的发展，因为CH对水泥石强度的贡献远小于C-S-H。一般来说，水化物中C-S-H与CH体积比

6、越大，水泥的抗压强度越高[3]。同样100g的矿物，C3S可生成75gC-S-H凝胶,而C2S可生成106g，如按强度和凝胶体积比之间的联系来计算，C2S最终强度将比C3S高26%。此外，贝利特水泥的水化热低，干缩小，耐温、抗侵蚀、抗冻、抗渗、耐久性好;水化产物CH极少，碱度低;可大量利用低品位石灰石;生产时较传统硅酸盐水泥熟料排放出的CO2和NOX、少等。将贝利特水泥用于混凝土中也有明显的优势。中国建材院研究表明[8]贝利特水泥的需水量较低，因而工作性能更好，同时对混凝土外加剂有更好的适应性;有优良的体积稳定性、抗化学侵蚀

7、性及良好的耐磨性。最近在日本，为了防止混凝土内部因温差导致的裂纹，贝利特水泥的需求大大增加。通常是在硅酸盐水泥中添加细磨矿渣或粉煤灰作为低热水泥使用，但是这样做有几个问题，例如，水化热不是很低、由于矿渣或粉煤灰是工业副产品而导致水泥质量不稳定以及容易炭化等等。因此，使用水化热较低的贝利特水泥是阻止温差裂纹有效而长久的方法]。由此可见，生产贝利特水泥不仅可以节能，有利于环境保护，还可以改善混凝土的耐久性等。发展贝利特水泥符合我国可持续发展的战略要求。1.2贝利特水泥研究的历史与现状贝利特水泥的主要矿物C2S存在几种晶型，晶型之

8、间可以互相转化，如下所示加热时:γ-C2S→→α’-C2S→→α-C2S冷却时:α-C2S→→α’-C2S→→β-C2S→→γ-C2S在上述晶型中，除了γ-C2S没有水硬性之外，其余几种都有不同的水化活性。一般认为在熟料矿物中，存在较多的是产β-C2S。但是β-C2S容易转化为密度较小且无