碱金属硫酸盐对水泥性能影响及敏感性分析

摘要

现今资源短缺、生产成本不断增加，高硫燃料等劣质燃料用于生产水泥熟料，导致硅酸盐水泥中硫酸盐含量不断升高，且使得其来源与种类也更加复杂。硫酸钠钾、硫酸钠、硫酸钾作为硅酸盐水泥熟料中主要的碱金属硫酸盐，其含量控制不当会对水泥水化硬化产生较大影响。大部分学者在研究碱金属硫酸盐对水泥性能的影响时，直接使用分析纯硫酸盐，然而实际熟料中的硫酸盐经过高温煅烧，性质很可能发生变化，从而造成对水泥性能影响的差异。
　　本文对比了高温煅烧与分析纯硫酸盐对硅酸盐水泥性能影响的差异，研究了高温煅烧碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥性能的影响，并分析了这些硫酸盐对水泥性能影响的显著性及敏感性是有必要的。通过采用高温煅烧模拟制备熟料中的碱金属硫酸盐，在随着碱含量变化的条件下和随着SO3含量变化的条件下，对比高温煅烧与分析纯硫酸盐对硅酸盐水泥标准稠度需水量、凝结时间、抗压强度、膨胀、干燥收缩的影响，研究证实高温煅烧碱金属硫酸盐与分析纯硫酸盐对硅酸盐水泥基本物理性能的影响存在一定的差异。通过对比高温煅烧硫酸钠、硫酸钾与分析纯硫酸钠、硫酸钾的XRD图，发现碱金属硫酸盐经过高温煅烧后晶体发生了变化，可能导致两者对水泥性能的影响存在一定的差异。选择天然石膏作为外掺石膏，改变碱金属硫酸盐掺量，研究三种高温煅烧碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥标准稠度需水量、凝结时间、抗压强度、体积稳定性的影响。研究结果表明：三种硫酸盐中硫酸钠会降低水泥的标准稠度需水量，所有碱金属硫酸盐均存在加速水泥凝结、降低后期强度和增加收缩等不利影响。采用Kruskal-Wallis检验研究碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥性能影响的显著性，发现碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥标准稠度需水量、凝结时间影响显著的概率大于60％；对抗压强度影响显著的概率大于95%；硫酸钠钾对硅酸盐水泥体积稳定性影响显著的概率大于92%，硫酸钠大于84%，硫酸钾大于95%。说明碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥性能具有显著性影响。采用直接求导法分析碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥性能影响的敏感点。研究结果表明三种碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥标准稠度需水量影响的敏感点大致如下：硫酸钠钾含量为1.75%，硫酸钠含量为1.38%，硫酸钾含量为0.84%；对水泥凝结时间影响的敏感点大致如下：硫酸钠钾含量为1.89%，硫酸钠含量为1.61%，硫酸钾含量为0.55%；对水泥抗压强度影响的敏感点大致如下：硫酸钠钾含量为1.59%，硫酸钠含量为1.70%，硫酸钾含量为1.96%；对水泥浸水膨胀影响的敏感点大致如下：硫酸钠钾含量为2.4%，硫酸钠含量为2.07%，硫酸钾含量为0.8%。对水泥干燥收缩影响的敏感点大致如下：硫酸钠钾含量为1.81%，硫酸钠含量为2.16%，硫酸钾含量为2.81%。说明三种碱金属硫酸盐中硫酸钾对水泥性能影响的敏感含量低于1%，所有碱金属硫酸盐对强度和收缩不利影响的敏感含量较高。

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1 绪 论

1.1 硅酸盐水泥中硫酸盐的来源及分类

1.2 石膏对硅酸盐水泥性能的影响

1.3 碱金属硫酸盐对水泥性能的影响

1.4 本课题的提出及研究意义

1.5 课题研究内容

2 原材料及试验方法

2.1 原材料

2.2 试验方法

3 高温煅烧与分析纯硫酸盐对水泥性能影响的差异研究

3.1 碱金属硫酸盐的模拟制备

3.2高温煅烧与分析纯硫酸盐对水泥性能影响对比

3.3 高温煅烧与分析纯硫酸盐对水泥性能影响的差异分析

3.4 本章小结

4 碱金属硫酸盐对硅酸盐水泥性能的影响

4.1 标准稠度需水量及凝结时间

4.2 抗压强度

4.3 体积稳定性

4.4 本章小结

5 碱金属硫酸盐对水泥性能影响的敏感性分析

5.1 假设检验

5.2 碱金属硫酸盐对水泥性能影响显著性分析

5.3 碱金属硫酸盐对水泥性能影响的敏感点

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文及申请专利目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目