高貝利特水泥性能研究及應(yīng)用

喬思曉 陳安亮

(1.南陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 南陽(yáng) 473000； 2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

高貝利特水泥性能研究及應(yīng)用

喬思曉1陳安亮2

(1.南陽(yáng)市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 南陽(yáng) 473000； 2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了高貝利特水泥的力學(xué)性能、比表面積、粒度等性能，并與同標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥的相應(yīng)性能進(jìn)行了比較，同時(shí)利用X射線衍射儀半定量分析了42.5號(hào)高貝利特水泥熟料的化學(xué)組成，結(jié)果表明高貝利特水泥的物化性能和力學(xué)性能滿足我國(guó)水泥國(guó)標(biāo)的要求，符合在建設(shè)工程中應(yīng)用的要求。

高貝利特水泥，強(qiáng)度，比表面積，粒度

1 概述

自1824年英國(guó)人取得波特蘭水泥專利以來(lái)，水泥的發(fā)展已經(jīng)有近200年的歷史[1]。普通硅酸鹽水泥的煅燒溫度高達(dá)1 450 ℃左右，二氧化碳排放量大[2]，因此二氧化碳排放量相對(duì)較小的高貝利特水泥越來(lái)越受到重視。高貝利特水泥燒結(jié)溫度比普通硅酸鹽水泥降低100 ℃～200 ℃左右，能耗減少15%左右；二氧化碳排放量減少15%左右，氮氧化物排放降低35%左右[3，4]。因此從保護(hù)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高混凝土工程的耐久性的角度來(lái)看，高貝利特水泥有著廣闊的市場(chǎng)前景，就高貝利特水泥的性能進(jìn)行研究是很有必要的。

2 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

高貝利特水泥生料配比見表1。

表1 高貝利特水泥生料配比 %

按表1的配比稱量各原料，使用球磨機(jī)研磨4 min左右，使各原料混合均勻。實(shí)驗(yàn)樣品中所用的42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥為：金隅42.5號(hào)硅酸鹽水泥。所用到的主要儀器：馬弗爐，鼓風(fēng)機(jī)，球磨機(jī)，砂漿攪拌機(jī)，壓力機(jī)，X射線衍射儀(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD，激光粒度分析儀。

3 高貝利特水泥的性能

3.1 抗壓、抗折強(qiáng)度

實(shí)驗(yàn)是參照GB/T 17671—1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中測(cè)試在1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃不同溫度梯度相同保溫時(shí)間下所燒制的高貝利特水泥砂漿試件和42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥砂漿試件的3 d，7 d，28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，表3。由表2，表3可以看出高貝利特水泥的3 d,7 d抗壓、抗折強(qiáng)度低于42.5號(hào)普通硅酸水泥的3 d，7 d抗壓、抗折強(qiáng)度，但是當(dāng)?shù)搅?8 d時(shí)，高貝利特水泥的抗壓、抗折強(qiáng)度與42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥的抗壓、抗折強(qiáng)度大小相近，有的甚至還會(huì)超過(guò)42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。其28 d抗壓、抗折強(qiáng)度滿足42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。分析原因在于高貝利特水泥相對(duì)于42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥含有更多的硅酸二鈣、較少的硅酸三鈣[5]。硅酸二鈣水化活性低，早期強(qiáng)度主要依靠硅酸三鈣的水化活性，而后期硅酸二鈣逐漸反應(yīng)，其強(qiáng)度也隨之逐漸增加。

表2 高貝利特水泥的抗壓強(qiáng)度

表3 高貝利特水泥的抗折強(qiáng)度

3.2 比表面積

水泥的比表面積是單位質(zhì)量的水泥粉末所具有的總表面積，以m2/kg表示。通用硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥(P)和普通硅酸鹽水泥(PO)應(yīng)該用比表面積表示細(xì)度。不同溫度梯度煅燒所得的高貝利特水泥及42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥的細(xì)度如表4所示。

表4 不同煅燒溫度下的比表面積

由表4看出，四種不同煅燒溫度下，貝利特水泥的比表面積相差在10 m2/kg以內(nèi)，因此貝利特的不同燒制溫度對(duì)其比表面積的影響并不大。貝利特水泥煅燒溫度低，比表面積大于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料的比表面積，進(jìn)一步驗(yàn)證了貝利特水泥更易磨細(xì)，能耗相對(duì)小的結(jié)論。

3.3 高貝利特水泥激光粒度分析

運(yùn)用球磨機(jī)和激光粒度分析儀對(duì)不同溫度梯度煅燒所得的高貝利特水泥和42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥進(jìn)行粒度分析，其粒度見圖1～圖3。

通過(guò)干法激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析，由圖1可以看出P.O42.5硅酸鹽水泥的峰值大概在20 μm～30 μm之間，累積量大于80 μm占到10%以下，符合國(guó)家規(guī)定的不大于10%的要求。在水泥廠進(jìn)行粉磨時(shí)不僅會(huì)向熟料中加入助磨劑，還會(huì)有更加專業(yè)的儀器進(jìn)行磨制，因此磨得的水泥研磨很充分也很均勻。從圖2，圖3中可看出高貝利特水泥大部分水泥細(xì)度峰值均出現(xiàn)在4 μm左右，滿足水泥細(xì)度要求。但是在燒制溫度1 400 ℃時(shí)，分析圖顯示峰值出現(xiàn)在30 μm左右，其積累量大于80 μm的量將近30%，說(shuō)明水泥顆粒有部分細(xì)度過(guò)大，與理論不符，是試驗(yàn)中研磨不夠充分所造成的。

3.4 高貝利特水泥的組成分析

本實(shí)驗(yàn)采用X射線衍射儀(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD對(duì)不同溫度梯度(1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃)煅燒所得的高貝利特水泥進(jìn)行半定量化學(xué)組成分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果選其1 250 ℃為代表。根據(jù)XRD的檢測(cè)結(jié)果繪制出圖4。從圖4中可明顯看出高貝利特水泥熟料中C2S占總體的90%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了C3S的含量。CaO的含量也很低，但因XRD僅僅是經(jīng)過(guò)半定量分析得出粗略數(shù)據(jù)，并不能確定每種化學(xué)成分具體含量。因此，對(duì)游離的氧化鈣采用化學(xué)法進(jìn)行更加精確的測(cè)試，游離氧化鈣的含量見表5。由表5可以看出，高貝利特水泥中氧化鈣的含量很小，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的最大值5%。

表5 氧化鈣的含量

4 結(jié)語(yǔ)

1)高貝利特水泥前期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度高，28 d強(qiáng)度可以達(dá)到普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度。這主要是高貝利特水泥中C2S的含量很高，并且其水化速度慢的原因。

2)通過(guò)相同條件下比表面積的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)高貝利特水泥的比表面積高于同標(biāo)號(hào)的普通硅酸鹽水泥的比表面積，從而驗(yàn)證了高貝利特水泥更容易研磨的特性。

3)通過(guò)干法激光粒度分析儀進(jìn)行粒度分析，高貝利特水泥大部分水泥細(xì)度峰值均出現(xiàn)在4 μm左右，滿足水泥細(xì)度要求。

4)根據(jù)XRD的檢測(cè)結(jié)果明顯看出高貝利特水泥中C2S占總體的90%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了C3S的含量。高貝利特水泥中氧化鈣的含量很小，遠(yuǎn)低于國(guó)家規(guī)定的最大值5%。

[1] 范 磊.高貝利特水泥高性能混凝土的研究[D].北京：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院,2003.

[2] 石建屏，李 新，呂淑珍，等.中國(guó)水泥工業(yè)CO2排放現(xiàn)狀及減排對(duì)策[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012,32(8):2028-2033.

[3] 郭隨華，林 震，蘇姣華，等.高貝利特硅酸鹽水泥的水化和漿體結(jié)構(gòu)[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2000,28(S1):16-21.

[4] 呂鵬飛，吳 勇.高貝利特水泥(HBC)性能試驗(yàn)研究與應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江,2010(18):67-70.

[5] 隋同波，劉克忠，王 晶，等.高貝利特水泥的性能研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),1999(4):106-110.

Study on properties of high belite cement

Qiao Sixiao1Chen Anliang2

(1.NanyangQualityTechnologySupervisionTestCenter,Nanyang473000,China; 2.BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

The paper studies the mechanical performance, specific surface area and granularity and other performances of high belite cement with tests, compare its performance with that of similar common portland cement, and half quantitatively analyzes chemical composition of No.42.5 high belite cement clinker with X ray diffracmeter. Results show that: physical and chemical performance of high belite cement meet domestic cement criteria demands and meet construction engineering application demands as well.

high belite cement, strength, specific surface area, granularity

1009-6825(2015)02-0099-03

2014-11-01

喬思曉(1969- )，女，工程師； 陳安亮(1987- )，男，在讀碩士

TU525

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