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摘 要

本实验研究了硫硅酸钙对C₄A₃$-C₂S体系熟料的早期水化影响。利用XRD分析、化学结合水分析、热分析等对烧制的熟料矿物含量、不同体系水化程度和水化产物进行表征。结果表明：将硫硅酸钙掺入硫铝酸钙与硅酸二钙熟料体系后不会改变体系的水化产物，硫硅酸钙都能参与水化反应并且有利于促进体系的水化反应，不同体系的最终水化产物为钙矾石、水铝黄长石和水化硅酸钙。

关键词：硫硅酸钙 C₄A₃$-C₂S体系熟料 水化产物

Effect of calcium sulfosilicate on hydration of C₄A₃ $-C₂S system

Abstract

This experiment intends to study the effect of calcium sulfosilicate on the early hydration of clinker in the C₄A₃$-C₂S system.It is planned to use XRD analysis,chemical combined water analysis, thermal analysis,etc.to characterize the fired clinker mineral content, hydration degree of different systems and hydration products.The prediction results show that the calcium sulfosilicate will not change the hydration products of the system after it is incorporated into the clinker system with calcium sulfoaluminate and dicalcium silicate.The reaction is also beneficial to promote the hydration reaction of the system.The final hydration products of different systems are ettringite,gibbsite and hydrated calcium silicate.

Keywords: calcium sulfosilicate; C₄A₃$-C₂S system clinker; hydration products

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 低碳水泥 2

1.2.1 Aether水泥 2

1.2.2 BCT水泥 3

1.2.3 高贝利特水泥 3

1.2.4 Alinite水泥 4

1.3 硫硅酸钙单矿物与硫铝酸盐体系熟料的特性 5

1.3.1 硫硅酸钙的矿物特性 5

1.3.2 硫铝酸盐体系熟料的特性 6

1.4 硫硅酸钙单矿物与硫铝酸盐体系熟料的水化活性的研究 6

1.4.1 硫硅酸钙的水化活性的研究 6

1.4.2 硫铝酸盐体系熟料的水化活性的研究 7

1.5 本课题的提出及研究内容 9

第二章 原材料及实验方法 10

2.1 计划采用原料 10

2.2 实验计划采用设备 10

2.3 生料配制及实验拟使用电炉 10

2.3.1 生料的配制 10

2.3.2 实验拟使用电炉 11

2.4 实验方案设计 11

2.5 硫硅酸钙单矿物与C₄A₃$-C₂S体系熟料的制备 11

2.5.1 硫硅酸钙单矿物的制备 11

2.5.2 C₄A₃$-C₂S体系熟料的制备 12

2.6 材料表征拟采用的试验方法 13

2.6.1 化学结合水 13

2.6.2 物相XRD衍射分析 13

2.6.3 水化量热分析 14

2.6.4 热分析 14

第三章 推测实验结果 15

3.1 合成的硫硅酸钙XRD分析 15

3.2 表征方法试验结果推测 15

3.2.1 化学结合水结果推测 15

3.2.2 XRD物相分析结果推测 16

3.2.3 水化量热分析结果推测 17

3.3.4 热分析结果推测 18

第四章 实验结论 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1 引言

随着全球变暖的加剧，节能和可持续发展变得越来越重要。建筑材料的生产是社会上最大的能源消耗之一。据了解，2019年水泥混凝土生产排放的CO₂约占全球总排放量的7%，水泥行业的高排放对自然生态环境造成了负面的影响。因此，低碳节能水泥的水泥品种需要被开发而取代高污染能耗的品种得到大量的应用。普通波特兰水泥,由于高排放的问题需要进行低碳改造。

波特兰水泥行业低碳的实现^[1]有几种选择，可以通过以下几种方式：

1.使用替代燃料和/或替代原料来减少制造波特兰水泥的CO₂排放量。

2.用混凝土中的低碳辅助水泥材料(SCM)(无论是与水泥一起添加还是直接添加到混凝土混合物中)来最大程度地替代波特兰熟料。

3.开发不基于波特兰熟料的替代低碳粘合剂。

4.捕获并隔离水泥厂排放的CO₂。

硫铝酸钙(CSA)水泥被认为是环境友好型的材料，因为其生产过程向大气中释放CO₂的量比普通硅酸盐水泥(OPC)少。水泥制造行业的二氧化碳排放可分为两大类：一是来自原材料的二氧化碳排放和二是来自运营过程的二氧化碳排放。前者很容易估计，可以根据反应的化学计量计算出的与水泥组分生产相关的CO₂排放量，然而水泥生产是一项耗能的过程，重要的是如何量化因燃料消耗而达到窑中熟料温度的二氧化碳排放量，它直接关系到处理设备的类型和所选的特定燃料。

CSA熟料的生产，其工作温度可以降低到约1250°C，比OPC的生产温度低约200°C，同时每吨CSA熟料可减少多达0.04吨的二氧化碳^[36]。OPC熟料生产中用于研磨的电力消耗所产生的二氧化碳排放量不可忽略。与OPC水泥熟料相比，CSA水泥熟料易研磨，其在研磨的过程中损失的能耗较低，减少了能源消耗，减少电力消耗可减少从而减少CO₂排放。

近年来，由于起到了减少了二氧化碳的排放的作用，硫硅酸钙主要被用于水泥工业。硫硅酸钙是硫硅酸钙-硫铝酸钙水泥熟料的主相，也是硫铝酸钙-贝利特水泥熟料中的添加剂。硫铝酸钙(CSA)水泥熟料在较低的温度(约1250°C ~ 1250°C)下烧制，与普通波特兰(OPC)水泥(在约1450°C的温度下烧制)相比，减少了25%~35%CO₂排放量^[36]。粉煤灰或高炉矿渣等副产品可以用作铝的来源。

1.2 低碳水泥

1.2.1 Aether水泥

石灰石、铝土矿、石膏、泥灰岩还有铁质原料为Aether水泥^[2]的主要组成原料，这些原料比较容易获得。其组成矿物为如表1-1所示

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