高硅铁铝酸盐水泥熟料矿物组成设计及性能调控.pdf

摘要

摘要

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硫铝酸盐水泥及其衍生的铁铝酸盐水泥被统称为第三系列水泥，是我国自主发

明的新体系水泥，具有低能耗和低石灰石消耗的双重低碳属性，因此在国内水泥科研

和产业届备受关注。相比于以无水硫铝酸钙（）和贝利特（CS）为主矿物的硫

C4A3S2

铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥熟料矿物主要为C4A3S、铁相固溶体（统称CAF）和CS，

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因此继承了硫铝酸盐水泥快硬早强、高强、微膨胀特性；更重要的是，铁相矿物大量

增加不仅使铁铝酸盐水泥耐蚀性得到提升，还克服了传统硫铝酸盐水泥熟料生产对稀

缺昂贵的高品位铝矾土依赖。尽管如此，一般认为铁铝酸盐水泥熟料中铁相、硅酸盐

C4A3S≥55%CS≤30%CAF15%C4A3S

相仍应控制在相对较低水平（，2，4＜），以保证含

量，进而发挥其高早强特性。由此，铁铝酸盐水泥中高CAS含量使得其和硫铝酸盐

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水泥同样存在早期水化热集中、后期力学性能不发展甚至倒缩以及对高品位铝矾土过

度依赖问题。

基于以上问题，本论文提出突破传统铁铝酸盐水泥熟料矿物组成限定，进一步增

CSCAFCSCS≥40%CAF

加低水化热、高耐久性的2和4矿物，设计和制备2（2）、4

（CAF≥15%）和C4A3S≤35%（即三率值为Cm：0.98±0.02；P：2.90±0.10；N：0.80±0.40）

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的高硅铁铝酸盐水泥熟料及其水泥，冀望通过熟料矿物组成设计和匹配优化以及水化

CSCS≥40%CAFCAF≥15%C4A3S≤35%

特性调控，解决高2（2）、高4（4）和稳定共存

的匹配问题，形成原料适应性广、能耗低且快凝、快硬、高早强、后期强度持续稳定

增长的新型铁铝酸盐水泥；进而开展工业化试生产，获得高硅铁铝酸盐水泥生产的关

键工艺参数；并对水泥新应用领域进行探索，为高硅铁铝酸盐水泥的应用提供方向。

首先，设计高硅铁铝酸盐水泥熟料C4A3S-CS-CAF体系，理论分析结合分析纯原

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料试验研究了CAF、C4A3S和CS各矿物的形成和共存机制，重点研究了CAF的形

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成过程及其在熟料体系中组成、结构特点，建立了高胶凝性的CAF固溶体形成机制。

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在CaO-FeO-AlO-SO-SiO五元组分体系中，CaO较充足时，铁主要存在于高胶凝

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性的CAF固溶体中，且矿物发育较好、呈长针状；随着铁含量增加，长针状CAF颗

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