硫含量对铝酸盐水泥水化过程及浇注料性能的影响

摘要

铝酸盐水泥具有耐火度高、强度发展快、耐磨性好、耐酸及碱-集料反应等优点，广泛应用于耐火材料和建材等领域。其水化行为取决于矿物组成和施工条件，同时严重影响其所结合浇注料的流变行为和强度发展。我国铝酸盐水泥总产量的80％是Al2O3含量约为50wt％的CA-50，以矾土和石灰石为原料，以煤为燃料，利用回转窑进行生产。矾土和煤给铝酸盐水泥带入了一些杂质，硫就是其中的一种。虽然硫在水泥中的含量不高，但其对水泥组成、施工性能以及浇注料性能的影响尚不很清楚。随着环境保护意识的增强，使煤在燃烧过程中生成高温固硫物相来降低SO2排放具有实际意义。本工作就硫对水泥熟料的组成、水化产物和水化过程的影响以及硫在水泥熟料与烟气中的分布进行了研究。此结果对于含硫CAC的应用及环境保护有意义。
　　基于以上思想，采用XRF、XRD、SEM、EDS和碳硫仪研究了硫在CA-50水泥熟料中的赋存形式及其形成过程，通过元素平衡计算的方法分析了原料和煤对水泥熟料中的硫含量和窑尾SO2排放的影响。结果表明矾土和煤中的硫元素在水泥熟料中以硫铝酸钙（C4A3S）的形式存在，均匀地分散在水泥熟料中。入窑的大部分硫元素进入窑尾烟气中，部分进入水泥熟料中。含硫量高的煤种生成更多的(C4A3(S))。在水泥熟料的煅烧过程中，C4A3(S)在900-1000℃之间开始生成。随着温度的升高，含量逐渐增加。1300℃以上开始分解。当温度升高到1400℃时，水泥熟料中仍然有C4A3(S)存在，原因可能与煅烧过程中系统产生的液相有关。
　　采用ICP-OES、TG-DSC、PH计研究了水泥中的硫含量对其水化产物和水化过程的影响，发现C4A3(S)相的水化延迟了水泥中无水相的溶解。在20℃、水灰比为10的条件下，水泥中硫含量的增加提高了孔隙溶液中S元素的离子浓度，降低了孔隙溶液中Ca和Al元素的离子浓度，降低了孔隙溶液的PH值。C4A3(S)遇水5分钟内即部分溶解并释放出SO42-离子。在20℃、水灰比为0.6的条件下，硫含量较高的样品水化生成较多的CAH10和较少的C2AH8。水泥中硫含量的增加，延长了水泥浆体或浇注料到达最高放热温度的时间，降低了最高放热温度。
　　研究了水泥中的硫含量对其结合浇注料性能的影响，发现水泥中硫含量的增加使传统浇注料经24h养护后的常温耐压强度提高，而对浇注料的流动性没有明显影响。同时，硫含量的增加使得浇注料的施工性能对温度的敏感性增加。水泥中的硫含量对氧化硅微粉、硼酸或碳酸锂在浇注料中的作用影响很小。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 铝酸盐水泥的制备方法、应用及性能表征

1．1．1 铝酸盐水泥的制备方法

1．1．2 铝酸盐水泥的应用

1．1．3 铝酸盐水泥的性能表征

1．2 铝酸钙水泥的研究进展

1．2．1 铝酸钙水泥的水化产物

1．2．2 铝酸钙水泥的水化机理

1．2．3 铝酸钙水泥水化过程的影响因素

1．2．4 铝酸盐水泥脱水过程的研究进展

1．3 硫铝酸钙的研究进展

1．3．1 硫铝酸钙的生成

1．3．2 硫铝酸钙的水化反应

1．4 本课题的提出及研究内容

第2章 硫在铝酸盐水泥熟料中的存在形式及S02排放

2．1 煅烧温度对水泥熟料矿物相组成的影响

2．1．1 实验过程

2．1．2 结果与讨论

2．1．3 结论

2．2 煤对水泥熟料矿物相组成和SO2排放的影响

2．2．1 实验过程

2．2．2 结果及讨论

2．2．3 结论

2．3 石灰石对水泥熟料矿物相组成的影响

2．3．1 实验过程

2．3．2 结果与讨论

2．3．3 结论

第3章 硫含量对铝酸盐水泥水化产物和水化过程的影响

3．1 硫含量对铝酸盐水泥水化产物的影响

3．1．1 实验过程

3．1．2 实验结果与讨论

3．1．3 结论

3．2 硫含量对铝酸盐水泥水化过程的影响

3．2．1 实验过程

3．2．2 实验结果与讨论

3．2．3 结论

第4章 硫含量对铝酸盐水泥结合浇注料性能的影响

4．1 硫含量对铝酸盐水泥胶砂性能的影响

4．1．1 实验过程

4．1．2 实验结果与讨论

4．1．3 结论

4．2 硫含量对铝酸盐水泥结合传统浇注料性能的影响

4．2．1 实验过程

4．2．2 实验结果与讨论

4．2．3 结论

4．3 硫含量对铝酸盐水泥结合传统浇注料中添加剂作用的影响

4．3．1 实验过程

4．3．2 实验结果与讨论

4．3．3 结论

第5章 全文总结

参考文献

本论文的创新点

攻读博士学位期间取得的科研成果

致谢