氧化铁含量变化对硫铝酸盐水泥性能的影响研究

摘 要：本文结合企业生产的实际情况，运用含有较高氧化铁含量的低品位矾土，在实验室中以不同的氧化铁含量和烧结温度来探索其对水泥物理性能和水化性能的影响，从而为企业的生产提供参考和指导。

关键词：硫铝酸盐水泥 氧化铁 物理性能 结合水含量

1.实验

1 . 1原材料

实验的原材料为矾土、石膏和石灰石，用分析纯的Fe2O3来做铁质校正原料，通过化学分析可以得到各组份的化学成分，见表1。

1 . 2配料计算

配料计算所遵循的规律是物料平衡。同硅酸盐水泥类似，硫铝酸盐水泥的三个率值分别是，碱度系数Cm、铝硅比N和铝硫比P，生产中控制三个率值的范围一般为Cm≤1，P≤3.82。依次通过调整铁质校正原料的含量来控制各熟料的成分。

1.3烧结和配制

称取一定比例的原材料均匀混合，加入适量的水搅拌，在60KN的压力下成型为φ30mm，高度为10mm的圆形试样。试样放入105℃的烘箱中4h，接着在硅钼棒电炉中烧结，煅烧温度为1200℃、1300℃和1400℃，升温速率是5℃/min，保温80min，取出在空气中急冷得到熟料。掺加10%的石膏与熟料共同粉磨，研磨到细度通过0.080mm方孔筛，筛余为5%，可制得水泥。

1 . 4性能检测和分析方法

抗压强度实验水灰比为0.33，成型成20mm×20mm×20mm的立方体试块，6h后脱模，然后在标准条件下养护，分别测定1、3、7和28d的强度。试样水化程度用结合水含量来表征。采用D/max-RB型X射线衍射仪对水泥的水化产物进行分析；用JSM-5610LV型SEM透射电镜对水化试样进行分析。

2.结果与讨论

2 . 1水泥物理性能

对不同组份和不同温度烧结下的水泥进行凝结时间和力学性能实验，结果如表2所示。

表2分析可知，不同的组份和煅烧温度对水泥的性能有很大的影响。A和B组中，低温烧结下的初、终凝时间都非常短，出现促凝现象，为10min和15min，在实际的生产中要避免这种情况的发生，高温烧结下的水泥凝结时间正常；C和D组中，水泥中的杂质矿物被分解和转化，使得凝结时间符合实际生产，为20min和100min。

2 . 2结合水含量

不同氧化铁含量和烧结温度对水泥各龄期结合水含量的影响如图1所示。

图1是各龄期下不同组份的结合水含量，随着水泥龄期的延长，结合水含量逐渐增加，水化反应持续进行。A和B组中，低温组份中的结合水含量增加幅度远小于高温组份，水化程度降低，这与强度的发挥相吻合；C和D组中，低温组份的结合水含量明显高于前两组，杂质矿物消失，水化速率上升。从A到D组，随着氧化铁含量的增加，结合水含量缓慢减小，水化速度降低，和上述强度的变化规律相同。随着氧化铁含量的上升，更容易形成配位数较少的低铝铁相，其相邻原子之间的键长变短，键能增强，水化速度变慢，结合水含量呈下降趋势。

2.3微观分析

3.结语

（1）低温烧结下，低氧化铁含量的水泥出现促凝现象，高氧化铁含量的水泥凝结时间正常。高温烧结时各组份水泥凝结时间大致相同。

（2）低温烧结下，低氧化铁含量的水泥前期抗压强度较低，后期几乎不增长，高氧化铁含量的水泥前期与后期的抗压强度发展较好。高温组份水泥各龄期的抗压强度发展良好，当氧化铁含量为8%时，抗压强度达到最大值，矿物组成比例适宜。

（3）结合水含量随着氧化铁含量的增加而减小，水化速度降低。水泥水化后的产物是AFt、铝胶和铁胶，以及少量的Ca（OH）2和C-S-H等相互胶结在一起，共同构建了水泥石的空间结构。

参考文献：

[1]王燕谋，苏慕珍，张量.硫铝酸盐水泥[M].北京：北京工业大学出版社.1999.

[2]郭勇，苏慕珍，邓君安，王燕谋.铁铝酸盐水泥中铁相水化特征的研究[J].硅酸盐学报，1989（08）：296-301.