BaO对磷铝酸盐水泥合成及性能的影响

摘要

本文主要研究了BaO对磷铝酸盐水泥合成及性能的影响，通过掺杂Ba2+离子部分取代Ca2+离子，增加磷铝酸盐水泥矿相微结构缺陷，优化熟料矿物组成，提高其水化活性，以期制备出具有良好力学性能的含钡磷铝酸盐水泥熟料。主要从以下几个方面开展研究：将BaO引入到磷铝酸钙和铝酸钙矿物中，使其晶格产生畸变，调节矿物微结构，进一步提高矿物的水化活性；制备高铁磷铝酸盐水泥熟料，研究氧化铁对磷铝酸盐水泥熟料矿相低温形成的影响规律；以单矿物中BaO的掺量研究为基础，将BaO引入高铁磷铝酸盐水泥熟料，获得具有良好性能的含钡磷铝酸盐水泥熟料。主要研究结论如下：
　　（1）掺入适量的BaO，磷铝酸钙矿物的各龄期抗压强度均有所提高。其最佳掺量为20％（摩尔掺量，BaO取代CaO量）。在最佳掺量条件下，该矿物3d、28d、90d抗压强度分别达到了60.0MPa，109.3MPa和122.7MPa。分别比空白样提高了38.5%，26.0%和18.2%。
　　（2）BaO的掺入使得磷铝酸钙矿物水化明显加快，7d的水化程度达到90%以上，且更容易生成稳定的水化产物 C(A,P)H10；磷铝酸钙的水化产物的形态由板状转变为薄片状，且水化产物尺寸更小，大约在2μm~5μm，这使得矿物水化产物相互搭接更为紧密，形成更密实的硬化浆体结构；孔结构分析结果表明，含钡磷铝酸钙矿物的硬化浆体有害孔含量与空白样相比大大降低。
　　（3）掺加BaO可增加CA合成过程中的液相量，减少中间产物C12A7的量；当BaO掺量为7%（摩尔掺量，BaO取代CaO量）时，试样具有较好的抗压强度；Ba2+离子的引入可稳定CAH10晶格，阻止CAH10向C3AH6的晶型转变，防止后期强度倒缩；随着 Ba2+离子掺量的增加，水化产物 CAH10最大分解速率温度逐渐增加，水化产物热稳定性提高；CA结构中BaO的最大容纳量为15%，超出该掺量后将出现气硬性矿物BA的衍射峰。
　　（4）高铁磷铝酸盐水泥熟料中Fe2O3最佳含量为11%（质量分数），当煅烧温度为1350℃。该试样1d强度可达70.6MPa，28d强度达到95.5MPa；相应的熟料氧化物质量组成范围为 Al2O325.0~32.0%，CaO30.0~40.0%，P2O514.0~15.0%，SiO23.0~5.0%，Fe2O310.5~11.0%。Fe2O3可以作为磷铝酸盐水泥烧成过程中的一个重要组分，在较低的温度下促进矿物CA1-Y(PY)向特征矿物LHss的转变，调整高铁磷铝酸盐水泥矿物组成；铁相处在主要熟料矿物的间隙中，是一系列固溶体，没有固定的化学组成。
　　（5）含钡高铁磷铝酸盐水泥熟料中BaO最佳掺量为11%（摩尔掺量，BaO取代CaO量），Fe2O3最低掺量为7%（质量分数），最佳煅烧温度为1420℃，相应的熟料氧化物质量组成范围为Al2O325.0~32.0%，CaO30.0~37.0%，BaO10.5~11.0%，P2O514.0~15.0%，SiO23.0~5.0%，Fe2O36.0~7.5%。其1d强度为106.5MPa，28d强度达到了143.2MPa；与高铁磷铝酸盐水泥相比，其1d、3d、7d和28d强度分别增长了50.8%、21.0%、27.0%和49.9%。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 选题目的和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 主要研究内容

1.4 实验方案设计

1.5 创新点

1.6 技术路线

第二章 原料及研究方法

2.1 实验原料

2.2 研究方法

2.3 性能表征

第三章 BaO对磷铝酸钙矿相形成及性能的影响

3.1 磷铝酸钙单矿物合成

3.2 BaO对磷铝酸钙矿相形成及性能的影响

3.3 本章小结

第四章 BaO对铝酸钙形成及性能的影响

4.1 CA单矿物合成

4.2 BaO对CA形成的影响

4.3 BaO对CA水化性能的影响

4.4 本章小结

第五章 高铁磷铝酸盐水泥制备和性能

5.1 高铁熟料组成及性能

5.2 高铁水泥水化产物分析

5.3 煅烧温度对高铁水泥性能的影响

5.4 本章小结

第六章 含钡高铁磷铝酸盐水泥熟料制备及其性能

6.1熟料中BaO和Fe2O3的掺量确定

6.2 BaO掺量对熟料组成的影响

6.3 BaO掺量对硬化水泥浆体性能的影响

6.4水泥物理性能

6.5本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

附录