熟料矿物组成对阿利特–硫铝酸钡钙水泥性能影响的设计和研究
陈诚-阿利特硫铝酸盐水泥合成与水化研究进展材料导报修改稿
阿利特-硫铝酸盐水泥的合成与水化研究进展陈诚 芦令超（济南大学材料科学与工程学院，济南 250022）摘 要 阿利特和无水硫铝酸钙矿物分别是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的主导矿物。
阿利特矿物的早期强度偏低，后期强度高。
硫铝酸钙是典型的早强型矿物，但后期强度增进率低。
因此，实现这两种矿物的复合，制备以阿利特和硫铝酸钙为主导矿物的新型水泥材料，将使水泥的早期强度进一步提高，并具有较高的强度增进率和后期强度。
同时由于在水泥熟料矿物体系中含有硫铝酸盐矿物，将对以阿利特为主导矿物的硅酸盐水泥的水化产生重要影响。
因此，深入分析该水泥的合成及水化机制具有重要意义。
关键词 阿利特 硫铝酸盐 水泥 合成 水化中图分类号：TQ172.2文献标识码：AReview on the Hydration and Hardening of Alite Sulphoaluminate CementCHEN Cheng，LU Ling-chao(School of Material Science and Engineering, University of Jinan, Jinan 250022, China) Abstract Alite and C4A3S are main minerals of Portland cement and Alite sulphoaluminate cement. Alite has lower early strength and good long-term strength. C4A3is the typical high early strength mineral, but its improving rate of the strength is small. So, the early strength of Alite sulphoaluminate cement will be further improved at the base of the compound of the two minerals. Also, it has important effect on the hydration of Portland cement on account of the existence of sulphoaluminate minerals in the clinker system. Therefore it’s useful to deeply study the synthesis and hydration of Alite Sulphoaluminate Cement.Key words Alite, sulphoaluminate, cement, synthesis, hydration0 引言水泥是重要的建筑材料，它对工程建设起着重要的作用。
MnO_2对阿利特_硫铝酸盐水泥熟料煅烧及矿物形成的影响
０引言水泥熟料中存在的少量ＭｎＯ２通常由机械磨耗或工业废渣带入。
有关ＭｎＯ２对普通硅酸盐水泥熟料矿物组成和某些性能的影响，国内外已有相关报道。
Ｆ．Ｍ．Ｌｅａ［１］认为，ＭｎＯ２的掺量在４％以下能生产出优质水泥，但含量超过５％时强度会降低。
Ｋ．Ｋｏｌｏｖｏｓ［２］的显微结构分析研究结果认为，掺加ＭｎＯ２的熟料中Ａ矿为六角棱柱状，Ｂ矿呈小圆粒状，Ｍｎ主要分布在中间相中，少量分布在Ａ矿和Ｂ矿中，且在两者中的量相当。
Ｊ．Ｉ．Ｂｈａｔｔｙ［３］研究了Ｍｎ在水泥生产和应用中的作用，认为ＭｎＯ２能使Ａ矿增加，Ｍｎ４＋优先固溶在铁相中，使Ｃ３Ａ减少，ｆＣａＯ增加。
王宁章等［４］认为，ＭｎＯ２降低了生料的易烧性，使熟料的烧结困难，其主要分布在中间相中，使铁相增多，Ｃ３Ａ、Ｃ３Ｓ减少，且抑制ＣａＦ２的矿化作用。
在阿利特－硫铝酸盐水泥的生产中，一些地区也使用含有ＭｎＯ２的原料或利用一些工业废渣配料。
而有关ＭｎＯ２对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料煅烧、矿物形成以及水泥性能影响的研究，目前尚未见报道。
本文采用化学试剂及工业原料配料，在生料中掺入不同量的ＭｎＯ２，高温煅烧制得不同矿物组成的阿利特－硫铝酸盐水泥熟料，探讨了ＭｎＯ２对水泥熟料的烧成和矿物形成的影响。
１原材料和试验方法１．１原料试验所用原料为化学试剂ＣａＣＯ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＦ２、ＭｎＯ２以及工业原料。
工业原料化学成分分析结果见表１。
表１工业原料的化学成分％１．２熟料组成为便于比较，设计了１组以纯化学试剂配料的试样（记为Ａ），２组以工业原料配料的试样（记为Ｂ、ＭｎＯ２对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料煅烧及矿物形成的影响汝莉莉，刘晓存，李艳君，林健，赵德利（济南大学材料学院，山东济南２５００２２）摘要：以化学试剂及工业原料配料，研究了ＭｎＯ２对阿利特－硫铝酸盐水泥熟料煅烧及矿物形成的影响。
结果表明，在１２５０℃的较低温度下煅烧，随ＭｎＯ２掺量提高，熟料中的ｆＣａＯ显著升高，但随煅烧温度升高，ＭｎＯ２的不利影响减小；以工业原料配制的生料，掺加ＭｎＯ２在低于１３５０℃时可获得煅烧良好的熟料。
掺杂CuO阿利特-硫铝酸钙水泥熟料矿物的形成化学及其性能
掺杂CuO阿利特-硫铝酸钙水泥熟料矿物的形成化学及其性能邓松;马素花;沈晓冬【摘要】采用化学分析、X线衍射分析等测试手段研究了掺杂CuO阿利特-硫铝酸钙熟料的形成化学,测试熟料抗压强度.研究结果表明:在生料中掺杂CuO能够改善生料的易烧性,掺杂适量(质量分数不超过0.1%)的CuO可以明显提高熟料中硫铝酸钙的含量,从而提高熟料的性能,熟料的2、7和28d净浆强度分别提高19.8、9.4和9.0MPa.掺杂CuO不改变阿利特-硫铝酸钙熟料体系中阿利特的晶型,该熟料中阿利特均为M1型.【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(032)005【总页数】4页(P28-31)【关键词】CuO掺杂;阿利特-硫铝酸钙;熟料【作者】邓松;马素花;沈晓冬【作者单位】南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009;南京工业大学,材料科学与工程学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏,南京,210009【正文语种】中文【中图分类】TQ172.1近年来,随着气候变化的影响日益显著,低碳经济已成为全球发展的热点.在全球的CO2排放总量中,水泥熟料生产约占 6%[1-2],以实现节能减排为目标的水泥生产技术创新愈加重要.由此,具有水化速度快,早期强度高且烧成温度低等优点的阿利特-硫铝酸盐水泥得到很多研究人员的关注[3-5].然而,这一具有优异熟料性能的水泥生产技术仍未得到广泛推广,其关键问题是如何在工业熟料中实现硅酸三钙 (C3S)和硫铝酸钙(C4A3¯S)的共存.许多研究表明[6-7],MgO和 ZnO等组分的掺入有利于体系中 C3S和C4A3¯S的共存.在此基础上,笔者研究了在工业熟料体系中掺杂CuO对二者共存的影响,并对所得熟料性能进行比较,为工业实际生产提供指导.阿利特是该熟料体系中的主要矿物相,其主要存在7种晶型:3种三斜晶型(T1、T2、T3),3种单斜晶型(M1、M2、M3)以及 1种三方晶型(R).Staněk等[8]在研究中提到M1型阿利特的抗压强度比M3型阿利特高 10%.因此,笔者同时研究本体系中阿利特的晶型结构.1.1 原料实验主要采用工业原料配料,石灰石、粉煤灰、砂岩和石膏均来自徐州淮海中联水泥厂,化学组成见表 1.CaF2(国药集团化学试剂有限公司)和 CuO (上海新宝精细化工厂)采用化学纯试剂.将上述 4种原料烘干破碎后,分别置于球磨机中粉磨,细度控制为原料通过80μm方孔筛的筛余率小于 8%.1.2 试样制备将粉磨后的原料按设计组成混合均匀,加入0.5%(质量分数,下同)CaF2制得生料.化学成分见表 2.表中:KH为石灰饱和系数;S M为熟料的硅率; IM为熟料的铝率.在生料中掺入 CuO,质量分数分别为 0.1%、0.3%、0.5%、1.0%,与生料混合均匀,试样编号分别为 D00、D01、D03、D05、D10.在生料中加入 8%的水后搅拌均匀,随后放在自制钢模中以10MPa的压力压制成质量约20 g,直径为25mm、厚7mm的生料片,于100℃下烘干.室温条件下,将生料片置于电阻式高温炉内,并以5℃/min的升温速率升至设定煅烧温度(1 300℃或1 350℃),煅烧 30 min后取出,并用电风扇急冷至室温.1.3 测试方法1)游离氧化钙 (f-CaO)含量测定采用甘油-乙醇法测定熟料中 f-CaO含量.2)物相测定美国热电公司ARL X′TRA型 X线衍射仪 (XRD,CuKα,λ=0.154 nm,工作电压45 kV,工作电流35mA),数据采集范围为8°～70° (2θ),步长0.02°.3)熟料净浆强度测定将各熟料粉磨,比表面积控制在(310±5)m2/kg.在熟料中加入质量分数为 4%的CaSO4·2H2O以控制凝结时间.水灰比为0.26,采用20mm×20 mm×20 mm的模具.成型后将模具置于(20±2)℃且湿度超过 90%的环境中养护24 h.随后,拆模取出待测试样,置于(20±1)℃水中养护.测试其 2、7和28 d强度.2.1 掺杂 CuO对阿利特 -硫铝酸钙水泥熟料易烧性的分析各试样在1 300℃和1 350℃煅烧 30min后测得的 f-CaO质量分数见表 3.由表 3可知:掺入 CuO后,烧成熟料中 f-CaO的质量分数明显降低.并且随着 CuO 掺入量的增加,熟料中的 f-CaO质量分数逐渐下降,说明少量的 CuO可促进熟料中f-CaO的吸收,明显改善含硫铝酸钙矿物硅酸盐水泥生料的易烧性,促进含硫铝酸钙矿物硅酸盐水泥熟料的形成.此外,观察烧成熟料的外观发现,随着 CuO掺入量的增加,熟料块颜色逐步加深,呈灰黑色,原因可能为液相量增多,试样致密,体积收缩大.2.2 CuO对熟料中矿物组成的影响对在1 300℃下煅烧30min后的 D00、D01、D05试样进行 XRD分析,结果如图1所示.由图 1可见,各熟料中的主要矿物相为 C3S、硅酸二钙 (C2S)、铁铝酸四钙(C4AF)以及C4A3¯S,C3A含量较低.比较C4A3¯S的衍射特征峰的强度可以发现,掺杂 0.1%CuO的D01试样,其C4A3¯S特征峰明显高于未掺 CuO的D00试样.然而,随着 CuO掺量的增多,C4A3¯S特征峰的强度下降,说明 CuO掺量过量时,会促进体系中C4A3¯S的分解,降低它的含量.2.3 阿利特的晶型1 300℃煅烧的 D00、D01、D05试样的 C3S衍射特征峰如图 2所示.由图 2可知:32°～33°的双峰圆滑、无肩峰;51.5°～52°出现单峰,根据文献 [9]可以初步判定,阿利特 -C4A3¯S熟料体系中的阿利特晶型为M1型.Maki等[10]认为通过在生料中掺入 S,可以得到M1型的阿利特,这与本体系中的阿利特晶型吻合.由图 2还可知:掺杂 0.1%CuO使得32°～33°的双峰略微向低角度平移,这可能是由于适量掺杂的 CuO使阿利特的晶胞略微膨胀,这对阿利特的水化过程会产生一定的影响.2.4 掺杂 CuO阿利特 -硫铝酸钙水泥熟料的性能各试样在1 300℃和1 350℃煅烧30min后的净浆强度如图 3所示.由图 3可知:1 300℃烧成熟料与1 350℃烧成熟料相比,前者的早期强度高,后期强度低.这是因为硫铝酸钙矿物在1 300℃已逐步分解,随着烧成温度的升高,C4A3¯S含量降低,导致早期强度的下降.而作为对熟料性能有较大影响的 C3S,其形成温度约为1 450℃,CuO的掺入可使 C3S的形成温度降低约50℃,所以随着烧成温度的升高, C3S含量增加,使后期强度提高.1 300℃烧成的 D01熟料与D00熟料相比,前者的2、7和28 d净浆强度分别提高 19.8、9.4和 9.0MPa.由图 3还可知:适量掺杂 CuO有利于阿利特 -硫铝酸钙水泥净浆强度的提高.然而,CuO的掺量超过 0.1%后,熟料的抗压强度逐步下降,当 CuO掺量达到 1%时,抗压强度甚至远低于未掺杂 CuO的试样,说明掺杂过量 CuO会影响阿利特 -硫铝酸钙熟料的形成,改变其矿物组成.1)在生料中掺杂 CuO能够增加烧成过程中的液相量,促进 f-CaO的吸收,从而改善生料的易烧性.2)在烧制阿利特 -硫铝酸钙熟料时,CuO掺量不超过 0.1%,适量的 CuO能够提高硫铝酸钙的形成量,掺杂 0.1%CuO的熟料净浆强度提高约 10%.但过量的 CuO不利于阿利特 -硫铝酸钙熟料的形成,会改变其矿物组成.3)在掺杂 CuO(质量分数不超过 1.0%)的阿利特 -硫铝酸钙熟料体系中,阿利特的晶型均为M1型.【相关文献】[1] Damtoft J S,Lukasik J,Herfort D,et al.Sustainable development and climate change initiatives[J].Cement and Concrete Research,2008,38(2):115-127.[2] Gartner E.Industrially interesting approaches to“low-CO2”cements [J].Cement and Concrete Research,2004,34(9):1489-1498.[3] Chang J,Cheng X,Liu F,et al.Influence of fluorite on the Babearing sulphoaluminate cement[J].Cement and Concrete Research,2001,31(2):213-216.[4] Odler I,Zhang H.Investigations on high SO3portland clinkers and cements:I.clinker synthesis and cement preparation[J]. Cement and Concrete Research,1996,26(9):1307-1313.[5] 马素花,沈晓冬.含硫铝酸钙矿物硅酸盐水泥熟料矿物组成设计 [J].硅酸盐通报,2009,28(5):863-868. Ma Suhua,Shen Xiaodong.Design of minerals composition in cement clinker containing calcium sulphoaluminate[J].Bulletin of the Chinese CeramicSociety,2009,28(5):863-868.[6] Liu X,Li Y,Zhang N.Influence of MgO on the formation of Ca3SiO5and3CaO·Al2O3·CaSO4minerals in alite-sulphoaluminate cement[J].Cement and Concrete Research,2002,32 (7):1125-1129.[7] 马素花,沈晓冬,黄叶平,等.氧化锌对高胶凝性水泥熟料矿物形成及强度的影响 [J].硅酸盐学报,2005,33(12): 1499-1503. Ma Suhua,Shen Xiaodong,Huang Yeping,et al.Influence of ZnO on formation and properties for high cementing clinker[J].Journal of the Chinese Ceramic Society,2005,33(12):1499-1503.[8] Staněk T,Sulovsky P.The influence of the alite polymorphis m on the strength of the portland cement[J].Cement and Concrete Research,2002,32(7):1169-1175.[9] CourtialM,de Noirfontaine M N,Dunstetter F,et al.Polymorphis m of tricalcium silicate in portland cement:a fast visual identification of structure andsuperstructure[J].PowderDiffraction, 2003,18(1):7-15.[10] Maki I,Goto K.Factors influencing the phase constitution of alite in portland cement clinker[J].Cement and Concrete Research, 1982,12(3):301-308.。
固硫灰制备贝利特_硫铝酸钙水泥熟料的研究
2011.No.2注：①熟料和矿渣混合粉磨；②熟料和矿渣（加助磨剂）单独粉磨后混合；③矿渣和熟料单独粉磨后混合。
样品配比/%45μm 筛余/%标准稠度用水量/%凝结时间/min 3d 强度/MPa 7d 强度/MPa 28d 强度/MPa 熟料+石膏矿渣助磨剂初凝终凝抗折抗压抗折抗压抗折抗压11002126.0110230 5.025.0 6.139.08.154.02①80200.3 4.928.9164310 6.041.07.150.69.264.03②80200.48.028.2156282 4.118.1 6.2528.48.051.04③802010.429.11793343.9516.95.525.67.145.0表6水泥物理性能检测指标珍珠岩助磨效果好。
2.6混凝土性能分析膨胀珍珠岩具有增加细粉含量、激发矿渣活性的助磨作用。
采用矿渣粉配制的混凝土28d 抗压强度高，能改善抗渗性、密实性、耐久性等性能，是配制高性能混凝土不可替代的材料。
试验中混凝土保水性好，没有离析现象。
3结论1）轻质、多孔、细小粒径的膨胀珍珠岩安全、环保符合矿渣助磨剂要求，采用尾砂生产膨胀珍珠岩价格低廉，有广阔的市场开发前景。
2）膨胀珍珠岩助磨效果比较：矿渣+粉煤灰＞矿渣+熟料＞矿渣单独粉磨，最佳掺量分别为0.3%、0.4%和0.3%。
3）按配比80%（熟料+石膏）∶20%矿渣∶0.3%膨胀珍珠岩粉磨的水泥，3d 、7d 和28d 强度均增加，与硅酸盐水泥相比28d 抗压强度提高10MPa 。
矿渣单独粉磨时，掺有膨胀珍珠岩粉磨矿渣配制水泥28d 抗压强度指标高于无助磨剂粉磨矿渣配制水泥6MPa 。
4）试验中混凝土保水性好，没有离析现象。
参考文献：[1]王波，尹兆英.膨胀珍珠岩助磨性的试验研究[J].水泥，2010（1）:20-21.[2]张永娟,张雄.矿渣助磨剂的试验研究[J].水泥，2003(4)：9-12.(编辑乔彬）0引言固硫灰是含硫煤和脱硫剂（一般为石灰石）在循环流化床锅炉内于850～900℃温度燃烧后的残余飞灰。
阿利特—硫铝酸钡钙水泥混凝土力学性能和耐久性研究
阿利特—硫铝酸钡钙水泥混凝土力学性能和耐久性研究阿利特—硫铝酸钡钙水泥混凝土力学性能和耐久性研究引言阿利特—硫铝酸钡钙水泥 (BARC) 是一种在建筑领域广泛使用的特种水泥，具有良好的力学性能和耐久性。
本文旨在研究BARC混凝土的力学性能和耐久性，并讨论其在工程实践中的应用。
一、BARC的制备和物理性能BARC是一种由硫铝酸铋钡(Bi2O3·Al2O3·6BaO·2SO3) 和硅酸钡 (BaSi2O5) 组成的无机水泥。
BARC的制备过程包括原料的混合、煅烧和粉碎等步骤。
BARC具有高度的密实性和低的孔隙率，密度约为3.2 g/cm3。
二、BARC混凝土的力学性能(一) 抗压强度BARC混凝土的抗压强度与水灰比、BARC掺量等因素有关。
研究发现，随着BARC掺量的增加，混凝土的抗压强度也随之增加。
但是，当BARC掺量过高时，可能会导致混凝土的抗压强度下降。
(二) 抗拉强度BARC混凝土的抗拉强度一般较低，可以通过掺加纤维增强材料等方式进行改善。
研究表明，适当掺加合适的纤维材料可以有效提高BARC混凝土的抗拉强度。
(三) 抗冻性BARC混凝土具有较好的抗冻性能。
研究结果表明，在相同的抗压强度条件下，BARC混凝土的抗冻性能优于普通混凝土。
三、BARC混凝土的耐久性(一) 酸碱侵蚀BARC混凝土具有良好的酸碱侵蚀抗性。
研究证明，BARC混凝土在酸性和碱性环境下的耐久性明显优于普通混凝土。
(二) 氯离子侵蚀BARC混凝土对氯离子侵蚀具有很强的抵抗力。
研究发现，BARC混凝土中掺加适量的BARC水泥剂可以显著提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能。
(三) 水蚀性BARC混凝土对水蚀具有较好的抵抗能力。
BARC混凝土的低孔隙率和高密实性使其具有良好的防水性能。
四、BARC混凝土的应用前景BARC混凝土由于其优异的力学性能和耐久性，具有广阔的应用前景。
在工程实践中，BARC混凝土可用于高速公路路面、桥梁、地铁隧道等重要的基础设施工程。
C_3S含量对阿利特_硫铝酸盐水泥熟料煅烧及性能的影响
Kakali G, Tsivilis S, Aggeli E, et al. Hydration products of C 3A,C3S
and Portland cement in the presence of CaCO 3 [J]. Cement and Concrete Research, 2000,30:1073-1077. [4] [5] [6] [7] [8]
2）在石灰石矿渣水泥中 ， 适宜掺量的钢渣可起碱
激发作用 ， 促进水化碳铝酸钙或水化硫铝酸钙的早期 形成 ， 显著提高水泥的强度 。 同时存在最佳钢渣掺量 ， 在本试验范围内最佳掺量为 8%左右 。
3） 石灰石可有效促进矿渣的早期水化并可以与
其反应 ， 生成水化碳铝酸钙水化产物 。 参考文献 ：
[1] Tsivilis S, Chaniotakis E, Badogiannis E, et al. A study on the parameters affecting the properties of Portland limestone cements [J]. Cement and Concrete Composites.,1999, 21(2):107-116.
表4
A 0.17
矿物组成 /%
C3S A B C D 15 30 45 60
C2S C4A3S C4AF CaSO4 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 60 45 30 15 15 15 15 15 5 5 5 5 5 5 5 5 60.01 24.87 8.57 1.64 4.91 61.30 23.59 8.57 1.64 4.91 62.58 22.30 8.57 1.64 4.91 63.87 21.02 8.57 1.64 4.91
阿利特-硫铝酸钡钙水泥的耐久性
阿利特-硫铝酸钡钙水泥的耐久性摘要：本文主要进行水泥耐久性的研究。
在1 MPa的水压下8小时，水可以渗透通过波特兰水泥制成的样品，但无法穿过阿利特-硫铝酸钡钙水泥。
在冻融循环的条件下，水泥抗压强度的损失率在28 d时只有约17.3%，但波特兰水泥的损失高达29.5%。
阿利特-硫铝酸钡钙水泥还具有优良的耐腐蚀性，其耐硫酸盐侵蚀水泥系数超过1。
同时，对硬化浆体阿利特-硫铝酸钡钙水泥的组成和微观结构进行XRD和SEM分析。
关键字：耐久性，水泥，阿利特，硫铝酸钡钙盐；1引言作为重要的建筑材料，水泥具有良好的力学性能和耐久性。
然而，很多混凝土建筑却因为水泥的耐久性不良遭到损坏，这已严重影响到混凝土建筑的质量和服务时间。
水泥材料的耐久性受到了广泛的关注。
阿利特-硫铝酸钡钙水泥是一种新型胶凝材料，其主要孰料矿物组成为硅酸三钙（C3S），硫铝酸钡钙（C2.75B1.25A3S），硅酸二钙（C2S）以及铁铝酸钙（C4AF）。
硫铝酸钡钙矿物赋予了阿利特-硫铝酸钡钙水泥早强，快硬，烧结温度低，以及补偿收缩等性能。
因此，它在高性能混凝土的制备中是最重要的材料之一。
为了评估阿利特-硫铝酸钡钙水泥的耐久性，我们研究了其抗渗性、抗冻性以及耐腐蚀性。
2.实验2.1原材料阿利特-硫铝酸钡钙水泥熟料（命名为熟料AS）来自华阴水泥厂，波特兰水泥熟料（命名为熟料OP）以及石膏（CaSO4·2H2O）来自山东水泥厂。
表1显示了原材料的化学成分。
表2显示了水泥的组成。
水泥使用前通过75μm筛，筛余控制在2%~5%。
2.2实验方法2.2.1渗透性样品为Φ7 cm×8 cm×3 cm 的试体，已经在20℃的条件下养护3天。
水灰比以及胶沙比分别为0.5和0.4.在渗透测试过程中，水压开始设置为0.2 MPa ，2小时后设置0.1兆帕/小时的增加率直到达到1MPa ，维持8小时。
渗透试验后，对样品进行分离。
五点法测量水穿透高度，平均值作为评价渗透的指数。
率值对阿利特_硫铝酸盐水泥生料易烧性的影响
图3im对生料易烧性的影响由图3可见不同温度下fcao含量随im变化规律基本相同即随im值升高先降低后平缓增加202010no7虽在im338时出现增加但依然有较好的易烧性分析认为主要是由于im值虽然较高但熟料中c3a矿物含量少液相黏度并不大没有对液相中ca2与sio44离子参与贝利特吸收fcao形成阿利特的反应6造成影响所以同温度同时间内im值升高的物料没有出现难烧的现象所以本试验中im值控制在309比较合理
值来控制熟料矿物组成和调整生料配比 [1]。 为实 现 C3S 和 C4A3S 的共存和水泥的早强、高强性能，以矿物
含量中 C3S+C4A3S >70% 为原则设计熟料率值的波动 范围。 各组熟料的率值和矿物组成见表 2。
表 2 熟料的率值和矿物组成
率值
矿 物 组 成 /%
编号
KH SM IM Pm C3S C2S C4A3S C4AF CaSO4
图 3 IM 对生料易烧性的影响
由图 3 可见， 不同温度下，fCaO 含量随 IM 变化 规律基本相同， 即随 IM 值升高先降低后平缓增加，
2010.No.7
张兆玉，等：率值对阿利特-硫铝酸盐水泥生料易烧性的影响
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虽在 IM=3.38 时出现增加， 但依然有较好的易烧性， 分析认为主要是由于 IM 值虽然较高， 但熟料中 C3A 矿物含量少，液 相 黏 度 并 不 大 ，没 有 对 液 相 中 Ca2＋与 [SiO4]4-离 子 参 与 贝 利 特 吸 收 fCaO 形 成 阿 利 特 的 反 应[6]造成影响，所以 同 温 度 同 时 间 内 ，IM 值 升 高 的 物 料没有出现难烧的现象，所以本试验中 IM 值控制在 >3.09 比较合理。 2.1.4 Pm 的影响
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Material Sciences 材料科学, 2020, 10(6), 454-459Published Online June 2020 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2020.106055Design and Research on the Influence ofClinker Mineral Composition on theProperties of Alit-Baluminate CementShitao LiuShanghai Construction Design Institute, ShanghaiReceived: May 21st, 2020; accepted: Jun. 4th, 2020; published: Jun. 11th, 2020AbstractThe paper studies the effect of clinker mineral composition on the properties (rheological and ex-pansion properties, pore structure, etc.) of alite-barium aluminate calcium cement. Results show that the shear stress of alit-barium aluminate calcium cement paste with different mineral com-position varies with the shear rate, and the linear relationship between them belongs to the Bing-ham rheological equation. The expansion rate is also quite different, the expansion ratio of D min-eral composition is the largest (Such as 28 d expansion rate of 0.0565%). The distribution and size of the pore size and the degree of hydration are different for different minerals. Among them: A sample 1 d, 7 d and 28 d of the total porosity is the smallest, divided into 24.63 percent, 20.06% and 13.62 percent, respectively. A sample of 1 d, 7 d and 28 d were the slowest hydropers, with21.45%, 41.26% and 61.49%, respectively.KeywordsClinker Mineral Composition, Alite-Barium Aluminate Calcium Cement, Rheological, ExpansionProperties, Pore Structure熟料矿物组成对阿利特–硫铝酸钡钙水泥性能影响的设计和研究柳世涛上海中建建筑设计院有限公司，上海收稿日期：2020年5月21日；录用日期：2020年6月4日；发布日期：2020年6月11日柳世涛摘要本文主要研究熟料矿物组成对阿利特–硫铝酸钡钙水泥性能(流变性和膨胀性能、孔结构等)的影响。
结果表明：不同矿物组成的阿利特–硫铝酸钡钙水泥浆体的剪应力随剪切速率的流变曲线不同，且两者之间的线性关系属于宾汉姆流变方程；膨胀率也有较大的不同，其中D 矿物组成的膨胀率最大(如28 d 膨胀率为0.0565%)；不同矿物组成试样的孔径的分布和空隙大小、水化程度各不相同，其中：A 试样的1 d 、7 d 和28 d 的总孔隙率最小，分别分24.63%、20.06%和13.62%；A 试样的1 d 、7 d 和28 d 的水化程度最慢，分别分21.45%、41.26%和61.49%。
关键词熟料矿物组成，阿利特–硫铝酸钡钙水泥，流变性，膨胀性能，孔结构Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/1. 引言以C3S 和C2S 矿物为主导矿物相的硅酸盐水泥早期强度(3 d)较低，后期强度较高(28 d 及龄期较长) [1] [2] [3]。
含钡硫铝酸盐水泥的矿物(C2.75B1.25A3)作为优势矿物，具有水化速度快、早期强度高、凝结时间短等特点，但后期强度增强大较低。
硫铝酸钙钡是一种快速硬早强水硬化矿物，也具有烧成温度低、水化微膨胀的特点[4] [5] [6]。
程新和卢令超教授等将硫铝酸钡钙阿与利特结合，通过引入铝钙硫铝酸盐矿物相体系，合成了高凝性铝钙硫铝酸盐矿物相体系的早强矿物铝酸钡钙(C (4−x)B x A 3S )进入水泥熟料[7] [8] [9]，从而提出阿利特–硫铝酸钡钙水泥。
综合程新等教授对阿利特–硫铝酸钡钙水泥性能的研究，研究该水泥性能(比如力学性能和耐性性能等等)至关重要。
本文研究熟料矿物组成对水泥性能(流变性、膨胀性、孔隙结构等)的影响。
设计4种不同的熟料矿物成分设计方案。
为该水泥在各种建设工程项目中的推广应用提供了一定的技术支持和建议。
2. 试验材料和试验方法2.1. 试验材料水泥熟料所用材料为：分析纯化学试剂，主要有碳酸钙、碳酸钡、硫酸钡、三氧化铝、三氧化二铁、二氧化硅和氟化钙等。
石膏为山东淄博某石膏矿厂产。
2.2. 试验方法熟料和水泥的制备方法：按各种比例称取各原料，加水拌合均匀并压制成Ф60 × 10 mm 试饼，以5℃/min 升温至1380℃保温4 h 。
制得水泥熟料，然后磨细加适量石膏混合即得水泥。
3. 结果和分析3.1. 熟料矿物组成对水泥流变性能影响的试验研究A 、B 、C 和D 四个方案分别为：柳世涛方案A ：6%CBA S + 62.83%C3S + 13.87%C2S + 7.84%C3A+9.46%C4AF 方案B ：8%CBA S + 62.23%C3S + 14.01%C2S + 8.04%C3A+9.72%C4AF 方案C ：6%CBA S + 62.56%C3S + 13.34%C2S + 7.76%C3A+10.34%C4AF 方案D ：8%CBA S + 60.06%C3S + 14.05%C2S + 7.84%C3A+10.14%C4AF其中：CBA S 为硫铝酸钡钙，C3S 为硅酸三钙，C2S 为硅酸二钙，C3A 为铝酸三钙，C4AF 为铁铝酸四钙。
在阿利特–硫铝酸钡钙熟料中加入5%的石膏磨细得到水泥，水灰比0.32，测量水泥浆体粘度。
计算出浆体的剪应力–剪切应变速率并做曲线如图1所示。
Figure 1. Results of the experiment on the shear stress and shear rate of the clinker mineral composition on the cement ce-ment cement body图1. 熟料矿物组成对水泥浆体的剪应力和剪切速率影响的试验结果由图1中可以看出：矿物不同的水泥浆体的剪切应力随剪切速率的变化而变化，但水泥浆体的流变曲线在屈服应力后趋于一条直线关系。
在相同剪切速率的情况下，A 中矿物组成的水泥浆体的屈服应力较大，其它三种矿物组成的水泥浆体的屈服应力相差不大。
采用剪切速率对不同矿物组成的水泥浆体的剪切应力进行了回归。
回归分析结果见表1所示。
Table 1. Results of the test on the effect of shear stress r and shear rate D s on the composition of clinker minerals 表1. 熟料矿物组成对剪切应力r 和剪切速率D s 影响的试验结果序号 Mw/Mc 稠度/mm 回归方程 相关系数 A 0.35 48 τ = 25502.43 + 59.19 D s 0.997 B 0.35 48 τ = 3298.46 + 45.82 D s 0.996 C 0.35 48 τ = 8652.28 + 27.93 D s0.998 D0.3548τ = −2839.51 + 66.57 D s0.993表1的回归分析表明：每个试样的剪应力与剪切应变之间的线性关系是相当明显的，属于宾汉流变方程。
方程的一般通式是：τ = a + b D s ，其中a 为屈服应力，b 为塑性粘度。
从表1中还可以看出：C 组试样的水泥浆体粘度最小，相同条件下其浆体流动性较好。
柳世涛3.2. 熟料矿物组成对水泥膨胀性影响的试验研究在不同水化龄期下，各组试样的膨胀率试验结果见图2所示。
Figure 2. Results of the test on the effect of clinker minerals on the expansion properties of the slurry图2. 熟料矿物对浆体膨胀性能影响的试验结果从图2中可以看出：各组试样的膨胀率有较大的不同，随着水化龄期的延长，3 d后开始膨胀，水化14 d之前变化较大，而14 d后趋于稳定，在试件相同龄期情况下，D矿物组成试样的膨胀率最大，如28 d膨胀率为0.0565%。
3.3. 熟料矿物组成对水泥孔结构和性能影响的试验结果采用压汞法测试出随汞压力的增加压入硬化水泥浆体中汞体积的增加，图3为不同矿物组成的试样压汞体积和压力的原始测试数据结果，表2为由图3结算出来的硬化水泥浆体的孔结构分析的试验结果。
Figure 3. Test data graph for each group of specimen hole structure图3. 各组试样孔结构测试数据图柳世涛Table 2.Analysis of the hole structure of hardened cement表2.硬化水泥浆体的孔结构分析孔径分布/%编号最可几孔径/nm总孔隙率/%<20 nm 20~100 nm 100~200 nm >200 nmA-1D 6.62 24.63 37.90 52.34 1.12 8.64A-7D 5.56 20.06 24.68 69.56 0.87 4.89A-28D 5.43 13.62 25.30 69.30 0.84 4.56B-1D 5.41 24.76 16.03 42.54 20.37 21.06B-7D 5.88 20.18 16.29 56.03 20.42 19.26B-28D 5.43 17.95 19.48 69.75 2.10 8.67C-1D 5.67 36.34 10.29 57.88 8.53 23.30C-7D 5.98 26.71 24.13 54.52 9.87 11.48C-28D 5.34 18.76 91.43 5.52 0.97 2.08D-1D 5.33 29.95 14.59 64.74 18.8 32.19D-7D 5.42 23.81 27.80 64.63 2.81 4.76D-28D 5.36 12.44 25.20 65.48 0.50 8.78从表2中可以看出：对于硬化水泥浆体，最大孔径在5~6 nm以内，属于凝胶孔，对硬化水泥浆体的力学性能不会有太大影响；从表2中还可以看出：随着水化固化龄期的增长，组分和水灰比相同的水化样品总孔隙率降低比较明显，矿物成分不同的孔隙率变化不同；其中：A试样的1 d、7 d和28 d的总孔隙率最小，分别分24.63%、20.06%和13.62%。