石膏对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及浆体组成的影响

摘要:利用前期合成的阿利特-硫铝酸钡钙水泥，应用XRD、SEM-EDS等研究了随石膏掺量的改变对新型胶凝材料阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及水化浆体组成的影响。研究结果表明:随石膏掺量增加，水化浆体的水化程度大致趋势是先增加后降低;阿利特-硫铝酸钡钙水泥最佳铝硫比为1.0/1.0，此时硬化浆体在标准稠度加水量下1d、3d和28d龄期的水化程度分别达到48.3%、57.6%和75.3%。XRD及SEM-EDS分析表明在最佳铝硫比1d、3d龄期时水化产物就已大量形成，结构致密。

关键词:阿利特-硫铝酸钡钙水泥 石膏 水化程度 浆体

以硅酸盐矿相为主的硅酸盐水泥早期强度偏低，后期强度较高;以硫铝酸钡钙为主导矿相的含钡硫铝酸盐水泥早期强度高，但后期强度较低，程新[^1-3]等报道了系列含钡硫铝酸盐水泥的研制并合成了兼具两种水泥优良性能于一体的阿利特-硫铝酸钡钙水泥，芦令超^[4-7]等采用正交试验的方法详细研究该水泥熟料的制备技术及其组成与结构的关系。本文在此基础上，通过调整石膏掺加量，改变阿利特-硫铝酸钡钙水泥组成的铝硫比，测试水泥水化程度，应用XRD、SEM-EDS研究阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化硬化浆体组成。

1 阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度研究

1.1实验方法

在熟料中掺加不同量的石膏，改变水泥组成Al₂O₃和总SO₃量的比值即Al₂O₃/SO₃，测试不同Al₂O₃/SO₃水泥在标准稠度(水灰比为0.255)下各龄期的水化程度。水化程度测试方法参考杨东生^[8]编著的《水泥工艺实验》。

1.2实验结果与分析

注:C、M、A、B是组成相同的熟料，A(B、C、M)1(3、28)D编号分别表示A(B、C、M)组水泥水灰比为0.255水化1(3、28)天龄期试样。

表1是阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化浆体不同龄期不同Al₂O₃/SO₃水化程度。从表1可以看出，随着水泥中石膏掺量(Al₂O₃/SO₃减小)增加，水化程度先增加后降低，说明石膏的加入影响水泥的水化速度。在石膏掺量最低的C组试样中，1d水化程度最低，基本上是石膏掺量稍高的M组水化程度的50%，3d龄期时C组水化程度有较大幅度的增加，但仍较M组的低，28d龄期时C组水化程度继续增加，基本上达到了M组的水化程度。当水泥中Al₂O₃/SO₃为1.0/1.0时，不同龄期的水化程度都达到最高值。

2阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化浆体组成XRD分析

图1至图4是A、B、C、M四组水化样的XRD分析。可以看出，图1和图2的衍射谱相似，图3和图4的衍射谱相似。对比图1、2和图3、4可以发现，图1、2可以明显检测出钙矾石衍射峰，而图3、4钙矾石衍射峰很弱，图1、2试样中石膏的掺加量要高于图3、4中试样，足量石膏存在是钙矾石在硬化水泥浆体中结晶析出和大量生成的条件之一，可以推测在A、B组中钙矾石的生成量要明显高于C、M组。在A、B组和C、M组XRD衍射图谱中除了钙矾石衍射峰有明显区别外，Ca(OH)₂衍射峰的变化规律也不同，C、M组1d龄期的Ca(OH)₂衍射峰强度较低，3d后衍射峰强度有较大提高，基本上与28d龄期有相同的衍射峰值，而在A、B组Ca(OH)₂衍射峰强度在1d、3d和28d龄期时基本相同。Ca(OH)₂衍射峰强度的变化一定程度上说明了C、M组和A、B组相同龄期内水化程度的不同，这点与水化程度测试分析是一致的。当石膏掺加量较低时，水泥浆体的水化程度较低，适量增加石膏掺量对提高浆体水化程度是有益的。硬化水泥浆体中除了上述晶态物质外，还有C-S-H凝胶、铝胶等，严格意义上说它们不属于晶态的物质，XRD衍射峰背底较高，呈“馒头”状，A、B、C和M组都有不同程度的非晶态物质的衍射峰出现，这些物质大都是随着水化龄期的延长，其衍射峰变得更为明显或者趋于尖锐，说明其数量在增加或者结晶程度在改善。

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3 阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化浆体SEM-EDS分析

图5至图13是CO试样和AO试样硬化浆体的SEM-EDS分析，其中CO试样Al₂O₃/SO3为1.0/0.3，水灰比为0.255(标准稠度加水量)，AO试样Al₂O_3/SO₃为1.0/1.0，水灰比也是标准稠度加水量。从图5可以看出，CO试样水泥1d龄期的水泥熟料颗粒清晰可见，水泥颗粒之间只有少量的胶状物质相联，结构较为松驰，水化程度不高，3d龄期时(图6)，胶体状物质明显增多，不再能清晰见到水泥熟料颗粒，到了28d龄期(图7)，晶胶交错连成一片，结构紧凑，水化程度高。对C组水化样，不论是1d龄期还是3d龄期和28d龄期其晶态物质较少，而凝胶状物质较多。对AO试样1d龄期时发现有钙矾石(图8)和结晶较好的氢氧化钙晶体(图9)，胶体状物质较多，3d龄期时(图10至图12)，胶体继续增多，钙矾石晶体成片分布，28d龄期时(图13)，胶体连成一体并将钙矾石和Ca(OH)2等晶体包裹起来，使其成为硬化浆体重要组成成分。

4结论

1)阿利特-硫铝酸钡钙水泥随石膏掺量的增加水化程度先增加，后降低，最佳铝硫比为1.0/1.0，此时硬化浆体在标准稠度下1d、3d和28d龄期的水化程度分别达到48.3%、57.6%和75.3%。2)XRD及SEM-EDS分析表明阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化浆体在最佳石膏掺量条件下1d、3d龄期时水化产物大量形成，结构致密，与水化程度分析结果一致。

参考文献:

[1]CHENGXin,CHANGJun,LULingchao,etal.StudyofBa2bearingsulphoaluminatemineralsandcement[J].CementandConcreteResearch,2000,30(1):77-81.

[2]CHENGXin,CHANGJun,LULingchao,etal.InfluenceoffluoriteontheBa2bearingsulphoaluminatecement[J].CementandConcreteResearch,2001,31(3):213-216.

[3]程新,芦令超,王来国,等.高胶凝性阿利特-硫铝酸钡钙矿相体系的研究[J].硅酸盐学报,2004,32(3):321-326.

[4]芦令超,常钧,沈业青,等.阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料合成与力学性能的研究[J].硅酸盐学报,2005,33(7):900-906.

[5]芦令超,常钧,叶正茂,等.硫铝酸盐与硅酸盐矿物合成高性能水泥[J].硅酸盐学报,2005,33(1):57-62.

[6]芦令超,常钧,沈叶青,等.阿利特-硫铝酸钡钙水泥材料制备技术的研究[J].硅酸盐通报,2004,23(5):16-19.

[7]沈业青,芦令超,常钧,等.利用工业原料合成阿利特-硫铝酸钡钙水泥及其性能研究[J].安徽师范大学学报:自然科学版,2006,29(2):151-153.

[8]杨东生.水泥工艺实验[M].北京:中国建筑工业出版社,1986:107-110.