趙艷榮,陳 平,宋釗鋒,韓祖檬,周宏研,韋錦璨

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

0 引 言

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

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

石灰石、黏土取自廣西興安海螺水泥有限責(zé)任公司,赤泥取自廣西平果鋁赤泥堆場(chǎng),鋁礬土購(gòu)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(lián)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(xì)度后備用。原料的化學(xué)成分如表1所示。

1.2 配料方案及燒結(jié)溫度設(shè)計(jì)

1.3 制備

①生料制備：根據(jù)表2中的原料配比進(jìn)行配料,先人工混料,后置于滾筒球磨機(jī)上混料120 min;②樣品成型：將混勻的原料用壓片機(jī)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(nèi),按設(shè)計(jì)燒結(jié)溫度及保溫時(shí)間進(jìn)行煅燒,燒結(jié)完成后高溫取料,用鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)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(xì)至比表面積400±20 m2/kg;⑤水泥試塊制備：參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》(GB/T 17671—1999)進(jìn)行制備。

1.4 測(cè)試方法

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、 凝結(jié)時(shí)間、 安定性參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、 凝結(jié)時(shí)間、 安定性檢驗(yàn)方法》(GB/T 134—2011)進(jìn)行; 水泥膠砂強(qiáng)度測(cè)定參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》(GB/T 17671—1999)進(jìn)行; 水泥比表面積測(cè)定參照《水泥比表面積測(cè)定方法 勃氏法》(GB/T 8074—2008)進(jìn)行; 水泥游離氧化鈣測(cè)定采用乙二醇-乙醇快速測(cè)定法; 巖相分析采用德國(guó)萊卡(LEICA)公司的DM2700M金相顯微鏡測(cè)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(xué)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(jié)溫度

Table 2 Raw material proportion and sintering temperature of clinkers

wB/%

2 結(jié)果與討論

2.1 CaF2摻量對(duì)水泥熟料礦物形成的影響

由圖2中熟料的巖相結(jié)構(gòu), 結(jié)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(dāng)CaF2摻量小于1.0%時(shí), 六方板狀A(yù)礦、 圓粒狀B礦(C2S)及白色中間相(C4AF)的形成情況均較好;當(dāng)CaF2摻量大于1.0%時(shí),A礦、B礦的邊沿相對(duì)模糊,結(jié)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(jìn)A礦的低溫形成,但摻量過多時(shí)會(huì)使其他礦物部分分解,CaF2的摻量應(yīng)控制在1.0%以內(nèi)。

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(duì)水泥工作性能、 力學(xué)性能的影響

水泥的礦物組成及形貌對(duì)其的工作性能、力學(xué)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(xué)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(shí)的力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties of cement with different CaF2dosage in different curing period

3 結(jié) 論

(1)利用赤泥、 鋇泥取代部分鐵(鋁)質(zhì)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(xiàng)工作性能均合格, 1、 3、 28 d抗壓/抗折強(qiáng)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(duì)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(huì)影響A礦的生成, 摻量過多則會(huì)引起其它礦物的部分分解, 結(jié)晶情況變差, f-CaO增加, 不利于強(qiáng)度的發(fā)展。