CaF2摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥礦物形成及力學性能的影響

趙艷榮,陳 平,宋釗鋒,韓祖檬,周宏研,韋錦璨

(桂林理工大學 a.材料科學與工程學院;b.廣西工業廢渣建材資源利用工程技術研究中心, 廣西 桂林 541004)

0 引 言

隨著自然資源的減少,工業廢渣逐年遞增,利用工業廢渣及低品位原料制備系列特種水泥成為研究熱點[11-13]。本文利用大宗固廢——赤泥、鋇泥取代部分鐵(鋁)質原料及石膏制備高鐵阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥,重點討論CaF2摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料礦物形成及力學性能的影響。

1 實 驗

1.1 原料

石灰石、黏土取自廣西興安海螺水泥有限責任公司,赤泥取自廣西平果鋁赤泥堆場,鋁礬土購自于山東某鋁廠,石膏取自于柳州魚峰水泥股份有限公司,鋇泥取自于廣西象州聯壯化工有限公司。 分別將上述原料于105 ℃烘至恒重, 粉磨至一定細度后備用。原料的化學成分如表1所示。

1.2 配料方案及燒結溫度設計

1.3 制備

①生料制備：根據表2中的原料配比進行配料,先人工混料,后置于滾筒球磨機上混料120 min;②樣品成型：將混勻的原料用壓片機壓制成約Φ50 mm×10 mm的試餅,壓力<4 MPa;③熟料煅燒:將成型的樣品裝入氧化鋁坩堝,置于馬弗爐內,按設計燒結溫度及保溫時間進行煅燒,燒結完成后高溫取料,用鼓風機吹風使其急冷至室溫;④水泥制備：將煅燒好的熟料加入8%的天然石膏混合,磨細至比表面積400±20 m2/kg;⑤水泥試塊制備：參照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T 17671—1999)進行制備。

1.4 測試方法

水泥標準稠度用水量、 凝結時間、 安定性參照《水泥標準稠度用水量、 凝結時間、 安定性檢驗方法》(GB/T 134—2011)進行; 水泥膠砂強度測定參照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T 17671—1999)進行; 水泥比表面積測定參照《水泥比表面積測定方法 勃氏法》(GB/T 8074—2008)進行; 水泥游離氧化鈣測定采用乙二醇-乙醇快速測定法; 巖相分析采用德國萊卡(LEICA)公司的DM2700M金相顯微鏡測試; 熟料的礦物組成采用荷蘭帕納科(PANantical)公司X’Pert PRO X射線衍射儀分析。

表1 原料化學成分

Table 1 Chemical composition of raw materialswB/%

名稱CaOBaOAl2O3SiO2Fe2O3SO3Na2OK2OTiO2MgOother 石灰石54.4-0.190.860.17-0.010.08-0.443.89 黏 土0.34-20.6358.767.46-0.151.3-0.1911.17 赤 泥14.69-16.479.5332.39-3.280.162.430.7220.33 鋁礬土1.15-80.311.032.3100.081.33.211.31.67 石 膏32.56-0.50.510.3644.02---0.5521.64 鋇 泥-66.7---31.2----2.1

表2 熟料的原料配比及燒結溫度

Table 2 Raw material proportion and sintering temperature of clinkers

wB/%

2 結果與討論

2.1 CaF2摻量對水泥熟料礦物形成的影響

由圖2中熟料的巖相結構, 結合XRD分析(圖1)可知, 隨著CaF2摻量的增加, 水泥熟料中A礦(C3S)的生成量逐漸增多, 當CaF2摻量小于1.0%時, 六方板狀A礦、 圓粒狀B礦(C2S)及白色中間相(C4AF)的形成情況均較好;當CaF2摻量大于1.0%時,A礦、B礦的邊沿相對模糊,結晶情況變差,部分A礦、B礦固溶到鐵相中間相。因此,CaF2的引入能有效促進A礦的低溫形成,但摻量過多時會使其他礦物部分分解,CaF2的摻量應控制在1.0%以內。

圖1 不同CaF2摻量水泥熟料礦物的XRD分析圖譜Fig.1 XRD patterns of clinkers with different CaF2dosage

圖2 不同CaF2摻量水泥熟料的巖相分析圖Fig.2 Petrographic analysis of clinkers with different CaF2dosage

2.2 CaF2摻量對水泥工作性能、 力學性能的影響

水泥的礦物組成及形貌對其的工作性能、力學性能影響較大,表3、表4分別為不同CaF2摻量水泥的工作性能、力學性能。

表3 不同CaF2摻量水泥的工作性能Table 3 Performance of cement with different CaF2 dosage

表4 不同CaF2摻量水泥在不同期齡時的力學性能Table 4 Mechanical properties of cement with different CaF2dosage in different curing period

3 結 論

(1)利用赤泥、 鋇泥取代部分鐵(鋁)質原料及石膏制備出的阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥性能較好, 各項工作性能均合格, 1、 3、 28 d抗壓/抗折強度分別為6.1 MPa/34.5 MPa、7.3 MPa/39.2 MPa、9.2 MPa/59.0 MPa。

(2)CaF2摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥熟料礦物形成的影響較大, CaF2摻量過少會影響A礦的生成, 摻量過多則會引起其它礦物的部分分解, 結晶情況變差, f-CaO增加, 不利于強度的發展。