硅率对高阿利特-硫铝酸盐水泥熟料的影响文献综述
2021-10-06 12:24:47
毕业论文课题相关文献综述
一、我国水泥行业现状及面临的问题
水泥基材料作为生产建设中不可或缺的原材料，为现代国民经济的发展和进步做出的重大贡献。近年来，随着我国经济的快速发展，高速公路、高速铁路等一批大型基础建设项目的实施，房地产市场飞速发展和新农村建设项目的落实，国内市场对水泥仍保持较大的需求。水泥行业作为支撑社会和经济发展的重要基础原材料工业，在挑战中展现出勃勃生机。
我国的水泥产量已经连续 27 年稳居世界第一。2009 年我国水泥产量达到 16.3 亿吨，2010 年这一数字上升到 18.8 亿吨， 2011 年中国的水泥产量突破 20 亿吨达到 20.6 亿吨。 中国水泥的生产总量超过了世界水泥生产总量的 50%。同时，经过十五及十一五期间的迅猛发展，我国水泥生产和应用技术取得了长足的进步，科技改革创新的步伐加快，产业结构也进行了优化[1]。然而，我国从水泥大国成长为水泥强国还有很长的路要走，仍需努力改进。主要体现在：首先，中国的水泥产品质量与发达国家的相比仍有较大差距，具体表现为低等级水泥占较大比例 （目前中国生产的普通水泥中标号 32.5 级的低端产品约为总量的 85%，而 42.5 级及以上的约占总量的 12%）；其次，我国水泥工业的资源利用率不高，且单位能耗较高，水泥生产消耗大量的粘土、石灰石等矿产资源，目前水泥工业的能耗占全国总能耗的 4%左右；第三，水泥生产中产生大量的 CO2给国民经济的可持续发展造成了巨大压力。 我国 CO2排放量占全球第一， 其中水泥工业的 CO2排放量占全国 CO2排放总量的 20%，占全世界 CO2排放量的 8%，2008 年我国单位水泥 CO2排放量为 1.22，而发达国家单位水泥 CO2排放量为 0.97[2,3]。面对水泥工业发展的挑战，要达到节能减排、提高性能的目的，可以通过以下三条途径：（1）提高混凝土耐久性以减少混凝土的需求量； （2）提高水泥使用性能以减少混凝土中水泥的使用量；（3）提高熟料和辅助胶凝材料性能以减少水泥中熟料使用量。
二、硫铝酸盐水泥简介及矿物组成
1908年在法国发表了铝酸盐水泥的专利，并于1908年首先进行工业化生产。经过几十年的发展，已形成包括膨胀水泥、自应力水泥和耐火水泥在内的铝酸盐水泥系列，该系列水泥的特征是其熟料矿物组成以CA为主，由此而赋予水泥具有早强耐火等特殊性能。现在铝酸盐水泥主要用于耐高温浇注材料。在建筑上由于发现其后期强度倒缩而不再使用。
二十世纪70年代，在中国发明了硫铝酸盐水泥。80年代又首创了铁铝酸盐水泥的工业生产。如果说，我们把硅酸盐水泥系列产品通称为第一系列水泥，把铝酸盐水泥系列产品通称第二系列水泥。那么，我们可以把硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥以及它们派生的其它水泥品种通称为第三系列水泥。该系列水泥的矿物组成特征是含有大量的C4A3 矿物。以此与其它系列水泥相区别。并构成了第三系列水泥的早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点。第三系列水泥在中国已得到广泛应用[6,8]。
硫铝酸盐水泥是中国建筑材料科学研究院自主研究发明的。2000年，我国硫铝酸盐水泥产量只有67.25万吨。到2005年，我国硫（铁）铝酸盐水泥产量达到了125.3万吨。目前，我国生产硫铝酸盐水泥的企业有30家，全国硫铝酸盐水泥产量基本稳定在125万吨左右。
硫铝酸盐水泥主要是以无水硫（铁）铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥。
表1 硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥熟料化学成分与矿物组成
化学成分与矿物 组成（%） | Al2O3 | SiO2 | CaO | Fe2O3 | SO3 | C4A3 | C2S | C4AF |
硫铝酸盐水泥熟料 | 28-40 | 3-10 | 36-43 | 1-3 | 8-15 | 55-75 | 15-30 | 3-6 |
三、阿利特-硫铝酸盐水泥熟料
阿利特英文名为alite又称A矿。含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等的硅酸三钙固溶体。其组成范围为：氧化钙70.90%～73.10%；二氧化硅24.90%～25.30%；氧化镁0.30%～0.98%；三氧化二铝0.70%～2.47%；三氧化二铁0.40%～1.60%；其他还有一些二氧化钛、氧化钾、氧化钠、五氧化二磷等，含量在0.4%以下[2,14]。密度为3.14～3.25g/ cm3。在偏光显微镜下观察为无色透明。二轴晶晶体折射率ng=1.7720.002(Na)，np=1.7180.002(Na)，双折射率ng-np=0.004～0.007。在正交偏光镜下，呈灰色或深灰色干涉色。在反光镜下，呈六角形、棱柱形，有时呈环带结构。不同带的部位，组成不同，这是它形成固溶体的特征[10,15]。
阿利特是硅酸盐水泥中主要矿物，是使水泥水化后获得高机械强度，特别是早期强度的最主要矿物。
阿利特-硫铝酸盐水泥熟料，是在普通硅酸盐水泥熟料中引入C4A3S矿物，这既可以发挥 C4A3S矿物快硬早期强度高的特点，又能保持 C3S 矿物高强的优点，从而提高熟料的强度，也能保证熟料在水化过程中有足够的 Ca(OH)2，实现熟料中大量掺入粉煤灰的目的。和贝利特-硫铝酸盐水泥相比，阿利特-硫铝酸盐水泥有着更好的强度性能[1,3]。对于含 C4A3S矿物硅酸盐水泥熟料的制备，为了达到较高的早期强度及合理的后期强度的目的，要求在熟料矿物组成中有一定含量的早强组分 C4A3S及较高的 C3S 含量。因此，生料配料在兼顾易烧性的同时应采纳较高的 KH 值。此外，为了保证 C4A3S的生成，应采用铝质含量较高的原料，及采用石膏和萤石配料。在水泥生料中掺杂石膏，研究通过二次烧成的方法来烧制阿利特-硫铝酸盐水泥熟料，期望能够得到早期性能优良、合理的后期强度的阿利特－硫铝酸钙水泥熟料。
四、高阿利特-硫酸铝盐水泥熟料矿物体系的组成、结构与性能的关系
高阿利特的高胶凝性熟料研究取得重要进展，达到了很好的实际效果。高阿利特熟料具有高于常规熟料的胶凝性能，提高阿利特的含量可以提高熟料强度5~10MPa；掺杂和调整烧成参数来调整阿利特晶体结构，使得阿利特的对称性提高，大部分保持R型，提高了阿利特的水化活性，也有可能提高熟料强度5-10MPa。支撑了阿利特含量达到70%左右的水泥熟料，在比表面积为320-350 m2/kg时28d抗压强度达到70MPa以上，这一效果在实验室烧成的熟料和工业化生产中经过大量的实验反复验证，说明了其可靠性。这种高强度的熟料对于辅助胶凝组分具有很强的激发作用，由高阿利特的水泥熟料和大量混合材组成的复合水泥由很高的强度。由于这种高阿利特熟料的中间相含量较低，制成的水泥与化学外加剂的适应性更好，因此在用于混凝土时具有优于通常水泥的工作性能，适合于配制高性能混凝土[4,9,11]。
参考文献：
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一、我国水泥行业现状及面临的问题
水泥基材料作为生产建设中不可或缺的原材料，为现代国民经济的发展和进步做出的重大贡献。近年来，随着我国经济的快速发展，高速公路、高速铁路等一批大型基础建设项目的实施，房地产市场飞速发展和新农村建设项目的落实，国内市场对水泥仍保持较大的需求。水泥行业作为支撑社会和经济发展的重要基础原材料工业，在挑战中展现出勃勃生机。
我国的水泥产量已经连续 27 年稳居世界第一。2009 年我国水泥产量达到 16.3 亿吨，2010 年这一数字上升到 18.8 亿吨， 2011 年中国的水泥产量突破 20 亿吨达到 20.6 亿吨。 中国水泥的生产总量超过了世界水泥生产总量的 50%。同时，经过十五及十一五期间的迅猛发展，我国水泥生产和应用技术取得了长足的进步，科技改革创新的步伐加快，产业结构也进行了优化[1]。然而，我国从水泥大国成长为水泥强国还有很长的路要走，仍需努力改进。主要体现在：首先，中国的水泥产品质量与发达国家的相比仍有较大差距，具体表现为低等级水泥占较大比例 （目前中国生产的普通水泥中标号 32.5 级的低端产品约为总量的 85%，而 42.5 级及以上的约占总量的 12%）；其次，我国水泥工业的资源利用率不高，且单位能耗较高，水泥生产消耗大量的粘土、石灰石等矿产资源，目前水泥工业的能耗占全国总能耗的 4%左右；第三，水泥生产中产生大量的 CO2给国民经济的可持续发展造成了巨大压力。 我国 CO2排放量占全球第一， 其中水泥工业的 CO2排放量占全国 CO2排放总量的 20%，占全世界 CO2排放量的 8%，2008 年我国单位水泥 CO2排放量为 1.22，而发达国家单位水泥 CO2排放量为 0.97[2,3]。面对水泥工业发展的挑战，要达到节能减排、提高性能的目的，可以通过以下三条途径：（1）提高混凝土耐久性以减少混凝土的需求量； （2）提高水泥使用性能以减少混凝土中水泥的使用量；（3）提高熟料和辅助胶凝材料性能以减少水泥中熟料使用量。
二、硫铝酸盐水泥简介及矿物组成
1908年在法国发表了铝酸盐水泥的专利，并于1908年首先进行工业化生产。经过几十年的发展，已形成包括膨胀水泥、自应力水泥和耐火水泥在内的铝酸盐水泥系列，该系列水泥的特征是其熟料矿物组成以CA为主，由此而赋予水泥具有早强耐火等特殊性能。现在铝酸盐水泥主要用于耐高温浇注材料。在建筑上由于发现其后期强度倒缩而不再使用。
二十世纪70年代，在中国发明了硫铝酸盐水泥。80年代又首创了铁铝酸盐水泥的工业生产。如果说，我们把硅酸盐水泥系列产品通称为第一系列水泥，把铝酸盐水泥系列产品通称第二系列水泥。那么，我们可以把硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥以及它们派生的其它水泥品种通称为第三系列水泥。该系列水泥的矿物组成特征是含有大量的C4A3 矿物。以此与其它系列水泥相区别。并构成了第三系列水泥的早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点。第三系列水泥在中国已得到广泛应用[6,8]。
硫铝酸盐水泥是中国建筑材料科学研究院自主研究发明的。2000年，我国硫铝酸盐水泥产量只有67.25万吨。到2005年，我国硫（铁）铝酸盐水泥产量达到了125.3万吨。目前，我国生产硫铝酸盐水泥的企业有30家，全国硫铝酸盐水泥产量基本稳定在125万吨左右。
硫铝酸盐水泥主要是以无水硫（铁）铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥。
表1 硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥熟料化学成分与矿物组成
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