硫铝酸盐水泥在我国的研究现状 (论文)

硫铝酸盐水泥在我国的研究现状、生产应用水平及发展趋势

摘要：分析了我国及国外硫铝酸盐水泥行业发展及产品应用市场现状，以及硫铝酸盐的历史背景，提出了行业发展趋势，并对未来产品市场应用前景进行了展望。硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性，生产能耗更低。本文对利用固体废弃物为原料制备硫铝酸盐水泥的国内外研究现状进行了介绍，综述了赤泥、脱硫灰渣、城市垃圾焚烧飞灰、粉煤灰等固体废弃物的性能以及对硫铝酸盐水泥熟料水化特性、物相组成、机械强度等性能的影响。最后提出如果能充分有效地利用固体废弃物，硫铝酸盐水泥工业将在实施循环经济和可持续发展战略中具有更大的优势。硫铝酸盐水泥盐可用作公路修补材料、早强、耐火耐高温浇注衬料和耐火浇注料的粘合剂等特殊性能。

关键词:硫铝酸盐水泥，行业现状，发展趋势，市场前景

硫铝酸盐的历史背景：

1824年，英国人J.Aspdin发明了Portland水泥。经过发展，Portland水泥逐步形成了庞大的硅酸盐水泥系列，品种多达十几种。该类水泥的矿物组成均是以3CaO}SiOz (C3S)矿物为主，C3S矿物决定了硅酸盐类水泥的凝结和强度等一系列基本性能。硅酸盐水泥自发明以来，由于其丰富的原料资源，相对较低的生产成本和良好的胶凝性能，成为当前乃至21世纪人类社会最主要的、不可替代的建筑材料。美国学者Greening等在20世纪60年代后期率先研制成功了3Ca0}3A1203}CaS04-2CaO}SiO:型超早强硫铝酸盐水泥，其中，以3Ca03A1203}CaS0;为主要矿物的快硬硫铝酸盐水泥得到了广泛生产和应用，水泥的早期性能得到了明显改善和提高，但是随着特殊建设工程要求的提高，硫铝酸盐水泥的后期强度不高，某些使用条件下强度甚至会出现倒缩，凝结时间不易调节以及膨胀不稳定等因素使其远不能满足特殊建设工程的需要。20世纪70年代，中国从无水硫铝酸钙(3Ca0}3A1203}CaSOa)复合矿物的研究中成功研制了(普通)硫铝酸盐水泥，从而形成了不同种类的硫铝酸盐水泥系列。普通硫铝酸盐水泥的熟料是以适当成分的石灰石、矾土和石膏为原料，于1300 0C } 1400 0C锻烧而成，熟料主要矿物是CaA3 S和C2S，还有少量游离石膏CaSOa和铁相(2CaO}Fe203 6Ca0}2A1203}Fe203 )，有时还存在一些方镁石Mg0和钙钦矿CaO}Ti02。与硅酸盐水泥熟料相比，硫铝酸盐水泥熟料含Ca0量少，主要矿物CaA3 S的形成温度较硅酸盐水泥熟料的C3S低，因此在理论上生产能耗较少，其中普通硫铝酸盐水泥的熟料烧成温度较硅酸盐水泥熟料低100.c

我国硫铝酸盐的现状：

硫铝酸盐水泥

用途：

在中国又把以3Ca0}3A1}03}CaS0;矿物为主的硫铝酸盐水泥各品种称为第

三系列水泥。硫铝酸盐因其自身的特点，广泛应用于房屋建筑、桥梁、码头、机场、市政设施和工矿建设。新开发的硫铝酸盐水泥还具有一系列比硅酸盐水泥更为优异的性能，如抗渗、耐腐、抗冻，并且用一种熟料可制成早强、膨胀、高强、自应力、低碱度等不同性能的水泥，使其用于冬期施工工程、快速施工工程、抗渗与防水工程、海洋与耐腐蚀工程、自应力水泥制品和GRC制品等方面有着独特的优势，在众多水泥品种间有很强的竞争力，其特殊的性能使其在工程中的应用越来越广泛。硫铝酸盐水泥是一种性能优良、附加值高的无机非金属材料，具有凝结快、强度高、微膨胀和低收缩等特性，配置的混凝土抗渗性和抗裂性能好。硫铝酸盐水泥的抗冻性能是普通硅酸盐水泥的5倍以上，抗渗透性能是普通硅酸盐水泥的2倍以上。因此，硫铝酸盐水泥是飞机跑道、铁路、港口、路桥、码头、水坝、油井建设和建筑地下土程及冬季施土不可或缺的功能性材料。硫铝酸盐水泥也可用于CRC制品、水泥制品及灌浆材料的生产，还可制造耐火材料。

硫铝酸盐的不足：

目前大量使用的硅酸盐水泥存在如下一些缺点和不足:早期强度偏低，3d强度仅有20-30MPa，后期强度尚需要进一步提高;烧成温度高(1450 0C )，电耗、煤耗高;水泥熟料中C3S的含量高，通常为50%左右，有时甚至高达60%，对石灰石原料品质要求高，消耗了大量优质石灰石资源:同时，由于大量使用石灰石，产生了大量的co:等废气，环境污染严重;水化后期，硬化水泥浆体产生体积收缩，造成收缩裂纹，影响水泥混凝土的稳定性与耐久性。因此，提高传统硅酸盐水泥的性能，满足现代工程建设对水泥性能的多功能、高性能的要求，并达到节约能源、节省资源、保护环境的目的，实现水泥工业可持续发展，对国民经济与社会发展具有重要意义。

自本世纪70年代以来，世界性的能源危机迫使主要能耗产业之一的水泥工业把降低能耗利用废弃物作为其主要解决的问题和发展方向。利用固体废弃物作为原材料生产高品位硫铝酸盐水泥，是固体废弃物资源化利用的新方向。目前该方向的主要研究内容包括:利用不同固体废弃物制备硫铝酸盐水泥的可行性研究;利用固体废弃物所制备硫铝酸盐水泥的物化组成、水化性能、力学性能研究;固体废弃物中其他氧化物对硫铝酸盐水泥性质的影响;硫铝酸盐水泥中固体废弃物活化机理研究。

固体废弃物原料有

1、以赤泥为原料

赤泥中含有较多的CH,OvFPZ03和AlZ 03，但是由十碱含量比较高，不能直接作为普通硅酸盐水泥的原料，但是可以用来生产硫铝酸盐水泥，以赤泥为主要原料，添加石灰、铝矾土和石膏，在1300℃下制备出硫铝酸盐水泥。XRD测试表明主要矿物组成为:CQA3S, CQAF和CZF，随着赤泥量的增加，CQ AF和CZF有所增加，CQA3S相应减少。抗压强度结果表明，水泥的强度在1300℃达到最大值，随着赤泥用量的增加，抗压强度逐渐增大，其主要原因是CQ AF增多，CzF减少。

2、以电厂脱硫灰渣为主要原料

脱硫灰渣是热电厂采用循环流化床土艺对废气进行脱硫处理时一所得固体废弃物。脱硫灰渣中含有较高的Ca0和S03，这正是硫铝酸盐水泥熟料的主要组分。利用脱硫灰渣中的含硫矿物CaSO:与CaS04作为水泥熟料中硫儿素的来源，添加CaO,CaC03和Ca ( OH) z作为Ca0的来源，添加粉煤灰作为SiOZ和AlZ 03的