20世纪90年代初,我国研究开发了用烧结法生产纯铝酸钙水泥,生产工艺简单且生产成本低,促进了该特种水泥的发展;同时,对该种水泥也进行了一些理论研究,以下主要探讨煅烧温度及配料组成对纯铝酸钙水泥性能的影响。
一般,纯铝酸钙水泥熟料的组成区域为:Ca0 20%~40%,Al203 60%~80%。将原料按表中的设计组成配合,放入球磨机中磨细;加水拌和均匀,用钢模在25MPa压力下压制成直径60mm,厚度8mm的波形圆饼;将该圆饼放入硅钼棒电炉内煅烧,煅烧温度分别控制在1350℃、1400℃、1450℃、1550℃、1600℃保温30min后关闭电源;在炉内冷却至1200℃出炉并在空气中急玲,制得熟料;将熟料磨细,细度控制在0.080mm方孔筛筛余约为2%,制得绝铝酸钙水泥。
(1)配料组成与熟料矿物形成按配料组成表2-6中l#、2#、3#配比组成的试样煅烧后,理论上形成的矿物应为CA、CA2,且CA的形成量依次降低,而CA2的形成量依次增加;4#配比试样煅烧后,理论上形成的矿物应为CA2和CA6。各配比方案矿物质量分数理论计算值见表2—7。
各试样在1550℃条件下煅烧制得熟料,熟料的XRD图谱显示.1#试样CA的衍射峰(d=4.69,2.98,2.52)最强.CA2的衍射峰(d一4. 46,3.51,2.60)较弱。随配料中A1203增加,CA2的衍射蜂增强,CA的衍射峰减弱。4#试样则基本上只有CA2的衍射峰。可见,实际矿物的形成与理论计算是相符的。
(2)煅烧温度与熟料矿物形成各温度下煅烧得到的试样,分析其游离Ca0(f-Ca0)含量。
1350℃下煅烧,试样中尚存在较多的f-Ca0,1450℃下煅烧,f.Ca0已基本吸收完全。对各温度下煅烧的试样进行XRD图谱分析,2#试样在1350℃的较低温度下,即有较多的CA、CA2形成,但还有f-Ca0(d-2.78,2。41,1.70)的衍射峰,而无A1203存在。在1350℃温度下煅烧的1 0试样,还可以看到C12 Ar (d=4. 89,2.68,2.45)的衍射峰。随煅烧温度提高各试样CA、CA2矿物的衍射峰升高,矿物形成良好。在1600℃煅烧的试样中,CA形成量有所减少,而CA2有所增加。
(3)配料组成对凝结时间及强度的影响不论初凝时间还是终凝时间,它们都随试样中Al203的增如而呈延长趋势。通常认为CA矿物水化凝结硬化快,因此若CA含量高,水泥的凝结时间就短,这正符合一般配比的变化规律。
在一定的煅烧温度下,抗压强度基本上是随试样中A1203的增加而降低。这一结果主要是因为随试样中A1203的增加,CA矿物的形成量依次减少。4#配料理论上形成的矿物只有CA2和CA6,因而强度最低。从强度和耐火度两方面综合考虑,配料中A1203含量应控制在69%—75%,这样制得的纯铝酸盐水泥,其强度较高且耐火度也高。
(4)煅烧温度对凝结时间及强度的影响随煅烧温度的提高,试样凝结时间呈延长趋势。这是因为随温度提高,CA2矿物的形成量相对增加,而CA矿物的形成量相对减少。在1400℃煅烧的试样凝结时间较短,是由于C12A7矿物的形成所致;在1600℃高温下煅烧的试样凝结时间亦缩短,可能与杂质成分的固溶及矿物的结构畸变有关。
1#、2#试样,A1203含量较低,试样基本是强度随温度的提高而提高;而对Al203含量较高的3#试样,较高温度时ld强度降低,而3d、7d强度随温度的提高而提高;AI203含量更高的4#试样,各龄期强度均随温度的提高而降低。这一结果主要与不同煅烧温度下形成的矿物种类及含量不同有关。
(5) Ba0和Zn0对强度厦凝结时间的影响众所周知,在硅酸盐水泥生产中,微量元素和矿化剂对熟料的煅烧及性能有重要的影响。那么,对纯铝酸盐水泥而言,是否也能通过掺人外加剂来改善其易烧性,降低熟料中的f-CaO,且烧得的熟料具有较高强度和耐火度呢?选择Ba0和Zn0,以2#试样为基础,分别掺人1%的Ba0和1%的Zn0,于1550℃煅烧并磨制成水泥,测定水泥凝结时间及抗压强度。结果表明掺少量Ba0和Zn0昀水泥抗压强度有所降低而凝结时间显著缩短。
总之,经1350℃温度下煅烧,试样中存在较多的f-Ca0,主要矿物CA及CA2形成量少,且有少量C12A7形成;1450℃煅烧,试样中的f-Ca0基本吸收完全,主要矿物CA及CA2形成良好。
随煅烧温度提高至1550℃,CA及CA7的形成量均显著增加。配料组成中A1203增加,则CAz的形成量增加,水泥的凝结时间延长且强度降低;当A1203低于76%时,随煅烧温度提高,水泥的凝结时间延长但强度提高,尤其是3d、7d强度;掺少量Ba0和Zn0可使水泥凝结时间缩短但强度降低。