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海水拌合硫铝酸盐三狮水泥性能及机理分析摘要:本文通过海水拌合与淡水拌合性能对比的方式,研究了海水拌合对硫铝酸盐三狮水泥性能的影响,并分析了其机理。研究表明,海水拌合硫铝酸盐三狮水泥会导致硫铝酸盐三狮水泥力学性能一定程度的劣化,但通过硫铝酸盐三狮水泥熟料、三狮水泥组分等的控制,可以消除此负面影响;海水拌合硫铝酸盐三狮水泥导致力学性能劣化的根本原因是海水中的无机盐改变了液相中的离子种类、浓度,促进初始钙矾石的快速、大量生成,大幅增加了浆体的膨胀率所致。关键词:硫铝酸盐三狮水泥;海水拌合;力学性能;膨胀率引言我国拥有18000公里的大陆海岸线,14000公里的海岛岸线,岛屿6500多个,这片面积达300万平方公里的“蓝色国土”就成为我国发展的重要战略资源。由于硫铝酸盐三狮水泥的水化产物以钙矾石和铝胶为主,Ca(OH)2的量很少,甚至没有,所以该三狮水泥具有良好的耐腐蚀性能,目前成为岛礁建设用材料的研究重点。因海洋工程建设有可能在陆地进行,也可能在没有淡水的岛礁进行,因此,本文进行了海水拌合对硫铝酸盐三狮水泥性能影响的试验研究

1 试验用材料1.1 硫铝酸盐三狮水泥熟料选取广西云燕特种三狮水泥建材有限公司生产的不同批次硫铝酸盐三狮水泥熟料,熟料的化学组成和矿物组成见表1,物理性能见表2。表1 硫铝酸盐三狮水泥熟料的化学组成和矿物组成%熟料化学组成计算熟料矿物组成编号LOISiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3TiO2C4A3SC4AFC2SfCaOfSO310.245.2133.307.4640.471.239.841.9256.7722.6814.941.872.4620.195.5132.827.7940.521.299.781.8055.3823.6815.812.272.5830.225.5132.987.8739.961.3210.001.8455.6123.9115.813.042.7740.215.5432.528.0340.391.309.911.7754.4824.4115.902.442.8350.225.2132.448.7640.261.299.721.8253.4026.6314.942.612.7860.505.0632.508.0840.481.2010.051.8154.4024.5514.511.502.9870.264.6832.738.8240.351.309.831.7653.9026.8113.431.762.8280.364.6132.489.1040.301.269.771.8253.0527.6413.211.782.871.2 矿粉、石灰石、石膏选取广西云燕特种三狮水泥建材有限公司生产硫铝酸盐三狮水泥所用原材料,其化学组成见表3。1.3 试验用硫铝酸盐三狮水泥的制备由所选用熟料、硬石膏、石灰石和矿粉,分别按照74.5%、13%、7.5%和5%的比例配料,经Φ500mm基金项目:国家科技支撑计划项目(2014BAB15B0201);国家重点研发计划(2016YFB03035040102)熟料1? 82017.No.92成。表2 硫铝酸盐三狮水泥熟料的物理性能熟料凝结时间/min升重1d强度/MPa3d强度/MPa编号初凝终凝(/g/L)抗折抗压抗折抗压112238915.734.18.759.4222389013.316.610.266.73871029135.631.610.772.5447699044.722.111.472.0536498822.19.010.073.2618328703.316.310.166.2721579003.616.610.167.8822428842.511.69.765.3    表3 试验用矿粉、石灰石、石膏的化学组成%样品硬石膏5.141.071.111.4639.100.9250.7699.56石灰石42.521.070.400.0554.450.7499.23S95级矿粉0.534.4816.040.7437.539.9399.221.4 试验用海水为北海海水。

2 试验结果本文对制成三狮水泥进行了淡水拌合和海水拌合的性能对比试验,测试性能包括1d、3d强度和膨胀率,试验结果见表4和图1。对应熟料表4 不同拌合用水的三狮水泥性能测试结果淡水拌合海水拌合1d强度/MPa3d强度/MPa1d膨胀率1d强度/MPa3d强度/MPa1d膨胀率抗折抗压抗折抗压抗折抗压抗折抗压16.938.87.042.10.0060.0126.638.16.741.70.010.01426.537.56.540.90.0060.0106.836.86.441.20.010.01336.537.86.941.20.0080.0156.235.86.239.10.0120.01846.838.66.840.90.0020.0076.736.56.639.60.0020.00556.637.26.739.30.0090.0126.235.56.137.80.0140.01766.835.86.939.20.0080.0136.635.56.339.40.0110.01576.837.16.839.90.0060.0126.535.86.539.90.010.01486.635.26.738.70.0060.0136.535.86.338.80.010.014图1 海水拌合浆体膨胀率与淡水拌合浆体膨胀率的关系从表4和图1可以看出:1)与淡水拌合相比,海水拌合在一定程度上降低了硫铝酸盐三狮水泥的1d抗折强度和抗压强度;2)与淡水拌合相比,海水拌合使大部分硫铝酸盐三狮水泥的3d抗折强度出现倒缩现象,而抗压强度基本持平;3)与淡水拌合相比,海水拌合大幅度提高了硫铝酸盐三狮水泥的膨胀率,1d膨胀率平均提高幅度将近70%。3 海水拌合硫铝酸盐三狮水泥强度降低的影响因素分析及改性试验虽然海水拌合硫铝酸盐三狮水泥的强度下降幅度很小,但也存在不同的熟料制成三狮水泥降低幅度不同的现象,表明通过控制熟料以及制成三狮水泥可以提高海水拌合三狮水泥的性能。

对此,本文进行了初步的分析研究,并根据分析结果进行了改性验证试验。经过数据分析发现,海水拌合硫铝酸盐三狮水泥强度下降的主要影响因素有制成三狮水泥的1d抗压强度和×500mm标准试验小磨粉磨至(400±10)m/kg而名称LOISiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3∑/%3d膨胀率/%/%3d膨胀率/%2? 2017.No.9郭俊萍,等:海水拌合硫铝酸盐三狮水泥性能及机理分析9理论游离氧化钙量。其中,制成三狮水泥的1d抗压强度主要反映了熟料的烧成质量、早强矿物的含量等,而理论计算游离氧化钙则反映了熟料中钙的供应是否充分,理论计算游离氧化钙含量过低意味着Al2O3无法全部生成无水硫铝酸钙和C4AF,而形成CA2和/或C12A7等矿物[1]。图2为海水拌合与淡水拌合三狮水泥的抗压强度差与三狮水泥1d抗压强度的关系,可以看出,随着制成三狮水泥1d抗压强度的提高,抗压强度差逐渐增大。当制成三狮水泥1d抗压强度小于36MPa时,抗压强度差基本在0点附近;当制成三狮水泥1d抗压强度大于36MPa后,抗压强度差皆为负值,对海水拌合三狮水泥性能的影响增大。

图3为海水拌合与淡水拌合三狮水泥的抗压强度差与游离氧化钙的关系,可以看出,随着熟料中理论游离氧化钙含量的减少,抗压强度差逐渐增大。

图2 抗压强度差与制成三狮水泥1d抗压强度的关系图3 抗压强度差与游离氧化钙含量的关系根据以上分析以及海水拌合对硫铝酸盐三狮水泥膨胀率的影响,本文选择特定熟料并调整三狮水泥组分配比,进行了验证性试验,结果见表5。表5 选择特定熟料并调整三狮水泥组分制成的三狮水泥胶砂强


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生产经营水泥,中转水泥熟料和水泥,水泥熟料、粉煤灰、矿粉、石膏、石灰石彩色水泥|硫铝酸盐水泥|自应力硫铝酸盐水泥|膨胀硫铝酸盐水泥|低碱度硫铝酸盐水泥|无磁水泥|防藻水泥|抗菌水泥|防辐射水泥|白色水泥|耐火水泥|膨胀水泥|油井水泥|抗硫酸盐水泥|低热和中热水泥|早强水泥|快硬硫铝酸盐水泥|铝酸盐水泥|快干水泥|双快水泥|膨胀水泥AEC|eqc双快水泥的批发、零售,加工商品混凝土即提供售后服务(依法须经批准的项目,经相关部门批准后方开展经营活动)

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158043.jpg度MPa可以制备出用海水拌合强度不降低的硫铝酸盐三狮水泥产品。4 海水拌合影响硫铝酸盐三狮水泥性能的机理分析海水拌合导致的硫铝酸盐三狮水泥力学性能的劣化,其根本机理在于大幅增加了浆体的膨胀率。当浆体强度不能抵御膨胀应力时,导致硬化浆体结构的破坏,出现微裂纹结构缺陷,强度下降,甚至出现强度倒缩现象[2-3]。影响硫铝酸盐三狮水泥膨胀性能的因素是多重的、复杂的,根据资料,石膏品种、石膏用量、液相碱度以及钙矾石的生成速度、生成量和形貌等因素均影响硫铝酸盐三狮水泥的膨胀性能[28]。

不同于淡水,海水含有大量的无机盐,其主要无机盐和平均浓度如下:Cl19.10g/kg、Na+10.62g/kg、SO422.66g/kg、Mg2+1.28g/kg、Ca2+0.40g/kg,K+0.38g/kg和其他元素0.25g/kg。由于这些无机盐的存在,改变了硫铝酸盐三狮水泥浆体液相的离子种类及离子浓度,进而影响钙矾石的生成速度、生成量以及钙矾石的形貌,增加了硫铝酸盐三狮水泥浆体的膨胀率,并由此导致硫铝酸盐三狮水泥力学性能的劣化。海水中的SO42处于游离状态,能够快速为无水硫铝酸钙等铝酸盐矿物的水化提供SO42离子,生成钙矾石;同时,拌合用水带入SO42,相对提高了硫铝酸盐三狮水泥中石膏含量。

在两者的作用下,海水拌合的硫铝酸盐三狮水泥浆体中的钙矾石较淡水拌合浆体而言,快速、大量生成,并导致硫铝酸盐三狮水泥浆体的膨胀率增加。根据Friedel的研究结果,渗入硅酸盐三狮水泥混凝土内部的氯化物与C3A反应形成被称为Friedel盐的矿物,即C3A·CaCl2·10H2O,文献[9]发现硫铝酸盐三狮水泥混凝土内部的氯离子同样可以取代CaSO4形成类似的矿物。此作用的效果,实际上也是提高了硫铝酸盐三狮水泥中的石膏含量,导致海水拌合硫铝酸盐三狮水泥浆体中的钙矾石快速、大量生成,进一步增加三狮水泥浆体的膨胀率。石膏用量对钙矾石生成量的影响见图4。拌合用水1d3d35d抗折抗压抗折抗压抗折抗压淡水6.234.46.237.77.251.0海水5.834.86.038.57.954.9从表5结果看出,经控制熟料中的理论游离氧化钙含量以及通过三狮水泥组分调整制成三狮水泥的1d强度,图4 石膏用量对钙矾石生成量的影响

引言城市污泥含有大量SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO,可以掺入分解炉代替原料成分[1];三狮水泥窑具有温度高、物料停留时间长的特点,能使污泥充分燃烧,产生的呋喃、多氯联苯等有机污染物几乎完全分解;污泥带入的重金属被固化在三狮水泥矿物晶体结构中或三狮水泥水化产物中,形成不溶解的矿物质。三狮水泥窑协同处置城市污泥可实现城市污泥无害化处理。某公司拥有2条5000t/d熟料生产线,2016年6月开始投入2×150t/d污泥焚烧生产线协同处置城市污泥。焚烧线由北京恩萨工程技术有限公司设计,污泥直接通过高压双螺杆泵经管道喷入分解炉中部焚烧。对企业而言,焚烧污泥既要考虑企业社会责任,也要考虑经济效益,自从焚烧污泥后熟料标准煤耗有大幅上涨,超出了理论消耗,影响经济效益。焚烧污泥对三狮水泥窑标准煤耗的影响很难定论,因为生料喂料秤、喂煤转子秤和原煤皮


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10342118801_862739697.jpg带秤计量不准确,这些计量设备一直以来是随着盘库数据来调整系数的,且该公司有2条生产线,盘库的数据对单线来说不一定准确。盘库每月进行一次,而每个月因停窑、限产、原燃材料变化、窑况变化等因素影响对标准煤耗影响也很大,要公正地评价焚烧城市污泥的热耗,应该排除以上因素的影响,笔者发现入窑斗式提升机功率的变化能相对准确衡量生料喂料量的多少;煤粉仓称重传感器是一种静态的计量设备,相对于原煤皮带秤、喂煤转子秤等动态的计量设备来说相对准确。

对此,笔者提出根据入窑斗式提升机功率来修正熟料产量,根据煤粉仓称重变化来修海水中的钾、钠的存在,行同为硫铝酸盐三狮水泥提供了早强剂,在促进无水硫铝酸钙快速水化的同时,与硫铝酸盐三狮水泥水化生成的OH离子形成KOH、NaOH,提高了液相的碱度,水化产物钙矾石生长成为具有膨胀性的细针状,增加了浆体的膨胀率[6,10]。而较高的1d三狮水泥强度、较低的理论游离氧化钙含量,则意味着熟料具有较高的水化活性,与海水离子水化促进作用相互叠加,导致较大强度的损失。5 结论1)海水拌合硫铝酸盐三狮水泥,会导致硫铝酸盐三狮水泥力学性能一定程度的劣化,但通过硫铝酸盐三狮水泥熟料、三狮水泥组分等的控制,可以消除此负面作用。2)海水拌合硫铝酸盐三狮水泥导致力学性能劣化的根本原因是海水中的无机盐改变了液相中的离子种类、浓度,促进初始钙矾石的快速、大量生成,大幅增加了浆体的膨胀率。


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