摘要:

用正交試驗(yàn)法研究了以沸石和石灰石生產(chǎn)復(fù)合水泥的原料選擇及最佳摻量，借助XRD和SEM等測試手段，對水泥水化產(chǎn)物和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

0 前言?

硅酸鹽水泥從發(fā)明至今已有100多年的歷史。現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。但是，這種水泥存在不少缺陷?(1～3)，主要是資源和能源消耗量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、水泥的后期性能(包括長期強(qiáng)度發(fā)展和耐久性)并不理想，為了克服這些缺點(diǎn)，人們在保持熟料礦物組成不變的情況下，研究用各種混合材代替部分熟料來生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥(簡稱復(fù)合水泥)。?

以往水泥常用的混合材主要是礦渣、火山灰、粉煤灰、窯灰、石灰石和砂巖等6種材料，復(fù)合水泥除了可用上述6種主要材料外，還可同時(shí)使用其它工業(yè)廢料作混合材，如磷渣、鉻鐵渣、鈦渣等對人體無害，但對水泥性能有利的工業(yè)廢渣，這對工業(yè)廢渣的綜合利用和緩解混合材短缺的矛盾具有重大的意義。復(fù)合水泥是以混合材復(fù)摻為基礎(chǔ)的水泥，與單摻的水泥相比，既有優(yōu)勢又有不足。優(yōu)勢在于可明顯改善水泥的性能，提高水泥的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低水泥生產(chǎn)成本；不足在于，復(fù)摻時(shí)如配比選擇不當(dāng)，就無法控制生產(chǎn)，難以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)復(fù)合水泥。本文將數(shù)學(xué)方法應(yīng)用于復(fù)合水泥配方的選擇，可為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合水泥提供可靠的理論依據(jù)。

1 正交試驗(yàn)?

熟料、石灰石取自南京某水泥廠；沸石取自山東某沸石礦；石膏取自南京；外加劑Ⅰ和Ⅱ?yàn)槟硰S產(chǎn)品，上述材料的化學(xué)成分見表1。

表1 原材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)w) %?

名稱 燒失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O H2O f-CaO Σ

熟料 1.35 21.22 4.88 4.88 64.55 1.75 — — — — 0.38 98.63

沸石 7.52 70.80 12.48 0.89 2.91 0.76 — 1.42 2.70 — — 95.10

石灰石 26.43 35.97 2.23 1.60 32.76 0.93 — — — — — 99.92

石 膏 0.58* — 0.16 0.12 32.24 — 44.97 — — 20.63 — 98.70

注：*為不溶物

由于沸石對水泥早期強(qiáng)度不利，而石灰石對水泥后期強(qiáng)度不利，根據(jù)科研及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，分別按沸石摻量7%、14%和21%，石灰石摻量5%、10%和15進(jìn)行配料，并采用外加劑Ⅰ和Ⅱ，來改善復(fù)合水泥的早期和后期強(qiáng)度。按四因素三水平表，選擇?L??9(3?4)正交表，確定實(shí)驗(yàn)方案，見有2、表3。

表2 因素和水平表?

水平因素石灰石(A) 沸石(B) 外加劑Ⅰ(C) 外加劑Ⅱ(D)

1 5 7 0 0

2 10 14. 2? * 1

3 15 21 2 2

注：*經(jīng)加工處理。

表3 正交表和水泥強(qiáng)度試驗(yàn)配方?

試驗(yàn)號(hào) 列號(hào) 相應(yīng)配比 外加劑/% 石膏/% 混合材/% 熟料/%

A B C D A B C D

1 1 1 1 1 5 7 0 0 0 4 12 84

2 1 2 2 2 5 14 2* 1 3 4 19 74

3 1 3 3 3 5 21 2 2 4 4 26 66

4 2 1 2 3 10 7 2* 2 4 4 17 75

5 2 2 3 1 10 14 2 0 2 4 24 70

6 2 3 1 2 10 21 0 1 1 4 31 64

7 3 1 3 2 15 7 2 1 3 4 22 71

8 3 2 1 3 15 14 0 2 2 4 29 65

9 3 3 2 1 15 21 2* 0 2 4 36 58

按表3配方進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4，其中#0樣為純熟料水泥(熟料：96%，石膏4%)。