20世紀90年代初,我國研究開發了用燒結法生產純鋁酸鈣水泥,生產工藝簡單且生產成本低,促進了該特種水泥的發展;同時,對該種水泥也進行了一些理論研究,以下主要探討煅燒溫度及配料組成對純鋁酸鈣水泥性能的影響。
一般,純鋁酸鈣水泥熟料的組成區域為:Ca0 20%~40%,Al203 60%~80%。將原料按表中的設計組成配合,放入球磨機中磨細;加水拌和均勻,用鋼模在25MPa壓力下壓制成直徑60mm,厚度8mm的波形圓餅;將該圓餅放入硅鉬棒電爐內煅燒,煅燒溫度分別控制在1350℃、1400℃、1450℃、1550℃、1600℃保溫30min后關閉電源;在爐內冷卻至1200℃出爐并在空氣中急玲,制得熟料;將熟料磨細,細度控制在0.080mm方孔篩篩余約為2%,制得絕鋁酸鈣水泥。
(1)配料組成與熟料礦物形成按配料組成表2-6中l#、2#、3#配比組成的試樣煅燒后,理論上形成的礦物應為CA、CA2,且CA的形成量依次降低,而CA2的形成量依次增加;4#配比試樣煅燒后,理論上形成的礦物應為CA2和CA6。各配比方案礦物質量分數理論計算值見表2—7。
各試樣在1550℃條件下煅燒制得熟料,熟料的XRD圖譜顯示.1#試樣CA的衍射峰(d=4.69,2.98,2.52)最強.CA2的衍射峰(d一4. 46,3.51,2.60)較弱。隨配料中A1203增加,CA2的衍射蜂增強,CA的衍射峰減弱。4#試樣則基本上只有CA2的衍射峰。可見,實際礦物的形成與理論計算是相符的。
(2)煅燒溫度與熟料礦物形成各溫度下煅燒得到的試樣,分析其游離Ca0(f-Ca0)含量。
1350℃下煅燒,試樣中尚存在較多的f-Ca0,1450℃下煅燒,f.Ca0已基本吸收完全。對各溫度下煅燒的試樣進行XRD圖譜分析,2#試樣在1350℃的較低溫度下,即有較多的CA、CA2形成,但還有f-Ca0(d-2.78,2。41,1.70)的衍射峰,而無A1203存在。在1350℃溫度下煅燒的1 0試樣,還可以看到C12 Ar (d=巭4. 89,2.68,2.45)的衍射峰。隨煅燒溫度提高各試樣CA、CA2礦物的衍射峰升高,礦物形成良好。在1600℃煅燒的試樣中,CA形成量有所減少,而CA2有所增加。
(3)配料組成對凝結時間及強度的影響不論初凝時間還是終凝時間,它們都隨試樣中Al203的增如而呈延長趨勢。通常認為CA礦物水化凝結硬化快,因此若CA含量高,水泥的凝結時間就短,這正符合一般配比的變化規律。
在一定的煅燒溫度下,抗壓強度基本上是隨試樣中A1203的增加而降低。這一結果主要是因為隨試樣中A1203的增加,CA礦物的形成量依次減少。4#配料理論上形成的礦物只有CA2和CA6,因而強度最低。從強度和耐火度兩方面綜合考慮,配料中A1203含量應控制在69%—75%,這樣制得的純鋁酸鹽水泥,其強度較高且耐火度也高。
(4)煅燒溫度對凝結時間及強度的影響隨煅燒溫度的提高,試樣凝結時間呈延長趨勢。這是因為隨溫度提高,CA2礦物的形成量相對增加,而CA礦物的形成量相對減少。在1400℃煅燒的試樣凝結時間較短,是由于C12A7礦物的形成所致;在1600℃高溫下煅燒的試樣凝結時間亦縮短,可能與雜質成分的固溶及礦物的結構畸變有關。
1#、2#試樣,A1203含量較低,試樣基本是強度隨溫度的提高而提高;而對Al203含量較高的3#試樣,較高溫度時ld強度降低,而3d、7d強度隨溫度的提高而提高;AI203含量更高的4#試樣,各齡期強度均隨溫度的提高而降低。這一結果主要與不同煅燒溫度下形成的礦物種類及含量不同有關。
(5) Ba0和Zn0對強度廈凝結時間的影響眾所周知,在硅酸鹽水泥生產中,微量元素和礦化劑對熟料的煅燒及性能有重要的影響。那么,對純鋁酸鹽水泥而言,是否也能通過摻人外加劑來改善其易燒性,降低熟料中的f-CaO,且燒得的熟料具有較高強度和耐火度呢?選擇Ba0和Zn0,以2#試樣為基礎,分別摻人1%的Ba0和1%的Zn0,于1550℃煅燒并磨制成水泥,測定水泥凝結時間及抗壓強度。結果表明摻少量Ba0和Zn0昀水泥抗壓強度有所降低而凝結時間顯著縮短。
總之,經1350℃溫度下煅燒,試樣中存在較多的f-Ca0,主要礦物CA及CA2形成量少,且有少量C12A7形成;1450℃煅燒,試樣中的f-Ca0基本吸收完全,主要礦物CA及CA2形成良好。
隨煅燒溫度提高至1550℃,CA及CA7的形成量均顯著增加。配料組成中A1203增加,則CAz的形成量增加,水泥的凝結時間延長且強度降低;當A1203低于76%時,隨煅燒溫度提高,水泥的凝結時間延長但強度提高,尤其是3d、7d強度;摻少量Ba0和Zn0可使水泥凝結時間縮短但強度降低。