影響低鈣水泥熟料中C2S活性因素的探討(三)
三結果分析
不同試樣在相同溫度下煅燒后，其f-CaO的含量見下表。
次數(shù) |
CaO凈重（g） |
消耗標液體積（ml） |
TCaO（g/ml） |
TCaO平均值（g/ml） |
1 |
0.0101 |
2.35 |
0.0043 |
0.00413 |
2 |
0.0104 |
2.42 |
0.0043 |
|
3 |
0.0126 |
3.34 |
0.0038 |
不同試樣在相同溫度下煅燒后，其f-CaO的含量見下表。
1300℃
日期 |
次數(shù) |
物料凈重（g） |
消耗標液體積（ml） |
TCaO（g/ml） |
f-CaO平均值 |
1-1 |
1 |
0.4516 |
2.50 |
0.00413 |
2.32 |
2 |
0.3619 |
1.95 |
0.00413 |
||
3 |
0.3956 |
2.35 |
0.00413 |
||
1-2 |
1 |
0.4408 |
2.11 |
0.00413 |
1.80 |
2 |
0.3930 |
1.90 |
0.00413 |
||
3 |
0.3773 |
1.30 |
0.00413 |
||
1-3 |
1 |
0.4640 |
0.90 |
0.00413 |
0.93 |
2 |
0.3520 |
0.60 |
0.00413 |
||
3 |
0.3981 |
0.81 |
0.00413 |
||
2-1 |
1 |
0.4317 |
1.80 |
0.00413 |
1.69 |
2 |
0.4120 |
1.60 |
0.00413 |
||
3 |
0.4985 |
2.10 |
0.00413 |
||
2-2 |
1 |
0.4129 |
1.60 |
0.00413 |
1.64 |
2 |
0.3608 |
1.46 |
0.00413 |
||
3 |
0.3518 |
1.40 |
0.00413 |
||
2-3 |
1 |
0.4916 |
0.81 |
0.00413 |
0.9 |
2 |
0.3928 |
0.92 |
0.00413 |
||
3 |
0.4960 |
0.96 |
0.00413 |
與上表相同可得
1200℃
1-1 |
1-2 |
1-3 |
2-1 |
2-2 |
2-3 |
15.43 |
14.66 |
13.5 |
14.3 |
13.21 |
9.95 |
1250℃
1-1 |
1-2 |
1-3 |
2-1 |
2-2 |
2-3 |
9.89 |
8.58 |
5.46 |
8.12 |
8.17 |
5.37 |
1350℃
1-1 |
1-2 |
1-3 |
2-1 |
2-2 |
2-3 |
1.176 |
1.0 |
0.9 |
1.52 |
1.43 |
0.84 |
1400℃
1-1 |
1-2 |
1-3 |
2-1 |
2-2 |
2-3 |
1.85 |
0.91 |
0.8 |
0.72 |
0.87 |
0.64 |
圖1
根據(jù)圖1可知，1320℃以前低鈣水泥熟料中的f－CaO隨溫度的升高而降低，在1400℃左右達到最低點，。由此可知在1400℃ 時f－CaO最少，也就是說低鈣水泥熟料的易燒性在1400℃時最好。尤其值得一提的是，無論是那一組實驗組生料在1350℃以上時，f－CaO已經(jīng)小于2%，，并且實驗塊收縮，說明物料已經(jīng)進入燒成階段。
3.1不同冷卻制度對低鈣水泥易燒性的影響
我們?nèi)?320℃時的料作為研究對象來研究不同冷卻制度對水泥易燒性的影響。我們從新配料，
石灰石 |
38.86 |
8.16 |
2.14 |
0.97 |
44.3 |
3.78 |
100 |
1.77 |
2.62 |
2.21 |
煤灰 |
1.56 |
54.1 |
24 |
5.55 |
5.07 |
0.84 |
17 |
-0.2 |
1.83 |
4.32 |
鐵粉 |
|
16.7 |
1.88 |
55.02 |
5.36 |
1.61 |
2 |
-0.4 |
0.29 |
0.03 |
低鈣生料 |
39.13 |
17.7 |
6.258 |
3.014 |
45.2 |
3.96 |
|
0.68 |
1.91 |
2.08 |
灼燒基 |
|
23.2 |
8.219 |
3.958 |
59.4 |
5.19 |
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
|
|
|
|
|
|
|
4.29 |
63.4 |
15.1 |
12 |
原理及試驗內(nèi)容如（2）不同的是煅燒方法不同。該煅燒方法是，將物料放入高溫井式爐中，待物料在30分鐘燒到900℃，保溫30分鐘，再讓物料在40分鐘內(nèi)升到1320℃，待保溫10分鐘后取出二組物料其中沒加BaSO4記做1—1—1320—10，加BaSO4記做2－1—1320—10。待物料再保溫十分鐘，再取出二組數(shù)據(jù)，不加BaSO4的記做1—1—1320—20，加BaSO4的記做2—1—1320—20。待物料再保溫10分鐘即總共保溫30分鐘后取出4組數(shù)據(jù)。兩組放到不同的沙里，來回使物料不停的移動以便使其加快冷卻。不加BaSO4記做1—1—1320—30—S，加BaSO4記做2—1—1320—30—S。其余兩組自然冷卻，不加BaSO4的記做1—1—1320—30—Z。
加BaSO4的記做2—1—1320—30—Z。
然后粉磨，稱量，最后滴定。滴定數(shù)據(jù)如下：
試樣 編號 |
次數(shù) |
初重（g） |
終重（g） |
消耗標液體積（ml） |
f-CaO （%） |
f-CaO平均值 |
1-3-1320-10 |
1 |
0.7074 |
1.2117 |
2.25 |
1.84 |
1.87 |
2 |
0.7074 |
1.0684 |
1.70 |
1.94 |
||
3 |
0.7074 |
1.1081 |
1.80 |
1.85 |
||
2-3-1320-10 |
1 |
0.6383 |
1.0018 |
1.90 |
2.16 |
1.99 |
2 |
0.6383 |
1.0368 |
1.80 |
1.86 |
||
3 |
0.6383 |
1.08125 |
2.10 |
1.96 |
||
1-3-1320-20 |
1 |
0.6382 |
1.1099 |
2.05 |
1.79 |
1.89 |
2 |
0.6382 |
1.1165 |
2.00 |
1.73 |
||
3 |
0.6383 |
1.0144 |
1.95 |
2.14 |
||
2-3-1320-20 |
1 |
0.7074 |
1.1922 |
1.77 |
1.51 |
1.65 |
2 |
0.7074 |
1.1498 |
2.00 |
1.87 |
||
3 |
0.7074 |
1.1765 |
1.80 |
1.58 |
||
1-3-1320-30-s |
1 |
0.7074 |
1.0770 |
1.80 |
2.01 |
1.96 |
2 |
0.7074 |
1.1677 |
2.40 |
2.15 |
||
3 |
0.7074 |
1.1573 |
1.90 |
1.74 |
||
2-3-1320-30-s |
1 |
0.6383 |
1.0714 |
1.95 |
1.86 |
1.67 |
2 |
0.6383 |
1.0465 |
1.70 |
1.73 |
||
3 |
0.6383 |
1.1169 |
1.65 |
1.42 |
||
1-3-1320-30-z |
1 |
0.7074 |
1.1225 |
2.10 |
2.09 |
1.71 |
2 |
0.7074 |
1.1721 |
1.65 |
1.47 |
||
3 |
0.7074 |
1.1820 |
1.80 |
1.57 |
||
2-3-1320-30-z |
1 |
0.7073 |
1.1357 |
1.30 |
1.25 |
1.33 |
2 |
0.7073 |
1.1496 |
1.40 |
1.31 |
||
3 |
0.7073 |
1.1129 |
1.40 |
1.43 |
四分析討論
觀察熟料外觀發(fā)現(xiàn)1200℃，1250℃，1300℃，所燒熟料顏色大多呈微綠色，質地不夠致密，多孔。1350℃和1400℃所燒料全部呈棕色，較致密。
從燒制出的水泥熟料外型上看，1200℃、1250℃溫度下的試樣加鐵粉與不加鐵粉沒有明顯的差別；摻加BaSO4與不摻加BaSO4沒有區(qū)別，熟料大多成灰綠色，質地也不夠致密，多孔，且試樣在研磨的過程中易磨程度高，很容易就可以達到細磨的細度要求。而1300℃燒制出的熟料試樣則有明顯的區(qū)別，特別是加鐵粉與不加鐵粉的熟料容易就能區(qū)別開，加鐵粉的熟料都呈現(xiàn)黑色，且試樣呈融塊狀，質地較為致密，粉磨時硬度較大，不容易達到細磨的細度要求。不加鐵粉的還是灰綠色，但顏色比1200℃、1250℃已經(jīng)有變化，它的粉磨的難易程度較加鐵粉的好磨。而1350℃、1400℃所燒出的水泥熟料，觀察熟料外觀發(fā)現(xiàn)所燒熟料顏色大多呈微黑色，質地夠致密，少孔。1400℃所燒料顏色多呈黑色，較致密，而且所燒料全部呈融塊狀。摻加鐵粉與不摻加鐵粉的試樣從顏色上看，摻加鐵粉的試樣顏色更黑些，質地更為致密，硬度更大些。
鈣質原料經(jīng)過煅燒所得到的產(chǎn)物為低鈣水泥熟料,基本上都含有β-C2S和C4AF等活性礦物,利用熱活化快速煅燒法,可使生料的預熱、分解。固相反應與固液相反應各階段基本上趨于重疊。這樣,晶格的破壞與物質的無定形化,使分解產(chǎn)物和形成的礦物中間相具有很大的活性,降低反應活化能,減少β-C2S和CaO的晶體尺寸,增加晶體缺陷,較大地提高了化學化應速度;同時,較多地降低了液相出現(xiàn)的溫度,減少了液相粘度,并使液相的生成和β-C2S幾乎可以同時出現(xiàn),從而大大加快了反應速度。采用急冷的方法,使生成的β-C2S等物質來不及轉化為γ-C2S,被包裹在玻璃體中,增加了生成物的活性,提高了低鈣水泥的早期及后期強度。
4.1BaS04活化C2S的活化作用
由實驗內(nèi)容可知，在做實驗中，我們在每個溫度都做了兩組實驗來研究 BaS04活化C2S的活化作用。C2S具有較高潛在活性，但早期活性難以發(fā)揮，這主要是由于β-C2S結構所致。C2S結構中[CaO6]10-八面體的共面結構是影響其早期強度發(fā)揮的主要因素。在β-C2S中，這種共面結構較少，是一個不連續(xù)的螺旋形鏈，因此水化過程中，Ca十溶出速度較慢，造成早期水化活性難以發(fā)揮。以大離子Ba++取代Ca++可使這種結構得到改善，造成[CaO6]10-八面體產(chǎn)生三維網(wǎng)絡共面結構，提高水化活性。BaSO 4是低鈣熟料活性的主要影響因素，含量少，礦物結構活化程度不夠，強度得不到最大發(fā)揮，加量過大，影響緩燒操作工藝制度。適宜的燒成溫度為1320℃，低鈣加人BaSO4的料，可以低溫燒成，但不可片面追求低溫，一般不應低于1280℃;而溫度過高，物料易燒，易結大塊。由于BaSO4的礦化作用，使燒成反應速度加快，為此可加快窯速，相應增加喂料，以保持料層厚度，既提高了產(chǎn)量，降低了煤耗，又防止料層太薄時硫的揮發(fā)，也防止了料層太厚時早成的還原氣氛。
1-1、1-2和2-1、2-2對比圖
圖3橫坐標是溫度（℃）縱坐標是f-CaO的含量
BaSO4對C2S的活化效果，當摻加少量BaSO4時,熟料中f-CaO含量顯著降低,同時,Ba2+的引入使得C2S的晶格產(chǎn)生較大的畸變,因而也使得其水化較快,早期和后期強度在各組中最高。
C2S具有較高潛在活性，但早期活性難以發(fā)揮，這主要是由于β-C2S的結構所致。K.h.Jost認為在C2S結構中[CaO6]10-八面體的共面結構是影響其早期強度發(fā)揮的主要因素。在β-C2S中，這種共面結構較少，是一個不連續(xù)的螺旋形鏈，因此水化過程中，Ca++溶出速度較慢，造成早期水化活性難以發(fā)揮。他還認為以大離子Ba++取代Ca++可使這種結構得到改善，造成[Ca06]10-八面體產(chǎn)生三維網(wǎng)絡共面結構，提高水化活性。
離子結合方式
按結晶化學尺寸效應，Ba++在C2S中能取代[CaO 8]14-中的鈣離子。而Si6+只能取代[Si0 4]4-中的Si 4十，造成等價和不等價的類質同象。其固溶方程為:
CaSiO4+xBaO=Ca2-x BaxSi04+xCaO
Ca2Si04 +yCaSO4=Ca2-x·yV”ca (Si1-ySy04)+2yCa0+ySiO2
所以，低鈣加入BaSO4的水泥生料，可以低溫燒成，但不應片面追求低溫，應在1320℃；而溫度過高，物料易燒，易結大快。由于BaSO4的礦化作用，使燒成反應加快，不僅可改善生料的易燒性，降低熟料液相出現(xiàn)溫度。
1-1-1400
2-1-1400
從圖1-1-1400和圖2-1-1400可知，摻入BaS04后，熟料主要礦物為C2S，C3S，C3A，C4AF，但仔細分析可發(fā)現(xiàn)如下幾種變化：
摻入BaS04后，熟料出現(xiàn)了α-C2S衍射峰，其水化活性高于β-C2S
2-1-1400樣的β-C2S兩個最強峰高度下降但峰寬增加，說明BaS04有助于β-C2S缺陷，使結晶程度變差的作用，有助于水化活性的提高；β-C2S固溶了Ba2+，SO42-離子，具有活化中心的作用，故其水化活性增加。
未摻加BaS04的1-1-1400樣有較多的C12A7，隨BaS04加入，C12A7減少，到2-1-1400樣已基本消失。C12A7的出現(xiàn)，一方面使f-CaO增加，另一方面，C12A7為速凝礦物，易使水化漿體結構便差影響強度的發(fā)揮。
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