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摘 要

硫铝酸钙（CSA）水泥烧成温度低，CO₂排放也少，是一种具有生态前景的新型水泥。由于其凝结时间快，后期强度不足甚至会发生倒缩，严重影响它的应用。为了解决这些问题，人们发明了贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙体系胶凝材料（BCT），发现硫硅酸钙可以在后期水化过程中提供有利的强度支持。

本文计划通过在不同温度下煅烧BCT试验研究，拟采用x射线衍射仪（XRD），热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)，扫描电子显微镜分析（SEM）等现代分析测试技术研究不同温度下贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙体系胶凝材料的矿物组成。

预测研究结果：煅烧时间在很大程度上影响BCT的合成。预测煅烧温度在1150-1250℃范围内，可以合成BCT体系胶凝材料。

关键词：贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙 煅烧温度 熟料

Effect of calcination temperature on sintering of belite-calciumsulfoaluminate-ternesite system cement

Abstract

Calcium sulfoaluminate (CSA) cement has a low sintering temperature and low emissions. It is a new type of cement with ecological prospects. Due to its fast setting time, insufficient strength in the later stage and even shrinkage, it will seriously affect its application. These problems, people invented Belite-calcium sulfoaluminate-calcium sulfosilicate cement (BCT), and found that calcium sulfosilicate can provide favorable strength support in the later hydration process.

This paper plans to conduct calcination BCT experiment research at different temperatures. It is planned to use thermogravimetric-differential scanning calorimetry (TG-DSC) graduate material to be affected by the calcination temperature, and use X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscope (SEM) and other testing techniques to study the mineral composition of the cementitious materials of the Belite-CalciumSulphoaluminate-Ternesite system at different temperatures.

It is predicted that the calcination time greatly affects the synthesis of BCT. Predictive analysis can sinter the BCT system when the temperature range is 1150-1250 °C.

Key Words: Belite-Calciumsulfoaluminate-Ternesite; Calcination temperature; Clinker

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言

1.2 背景

1.2.1 贝利特水泥

1.2.2 硫铝酸盐水泥概述

1.2.3 BCT体系概述

1.2.4 BCT的烧成

1.2.5 BCT的水化机理

1.3 有关BCT体系国内外研究进展

1.4 本论文研究意义和内容

第二章 实验方法 9

2.1 计划使用原料

2.1.1 贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙体系胶凝材料合成原料

2.2 计划实验内容

2.2.1 实验目的与原理

2.2.2 BCT的制备方案

2.3 测试分析方法

2.3.1 X射线衍射分析（XRD）

2.3.2 热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)

2.3.3 扫描电子显微镜分析（SEM）

第三章 预测分析 13

3.1.1 XRD预测分析结果

3.1.2 热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)预测结果

3.1.3 扫描电子显微镜分析（SEM）预测结果

第四章 预测实验结论 18

4.1 预测结论

参考文献 19

致谢 22

第一章 绪论

1.1 引言

硅酸盐水泥是人类社会重要的材料和组成人类文明的重要基石，经过许多学者的大量研究，硅酸盐水泥的性能特征已经为人们所熟知。因此，硅酸盐水泥的应用范围越来越广，并保持持续高速发展的趋势。取得这一成功的充分理由是：骨料和水泥等原材料非常丰富，并且在世界上大部分地区都可以使用。它可以用于生产各种形状和形式，并提供广泛的特性。混凝土坚固耐用，能够以非常低廉的成本建造可持续使用50年或更长时间的结构。不仅如此，它对环境的破环也非常低。

目前，水泥的世界年产量已高达40多亿吨，是当今社会不能缺少的重要产品。图1-1为近年来中国的水泥年产量。

图1-1近年来中国的水泥年产量

但是，随着人类文明的不断发展，普通硅酸盐水泥逐渐无法满足特殊工程的各种需要，而且煅烧水泥熟料而产生的大量CO₂温室气体也对人们的生活环境造成了很多不利影响。在人为产生的二氧化碳排放量中，约有5％来自水泥熟料的生产，因此，传统硅酸盐水泥的生产对资源和环境造成了巨大的浪费和污染，不利于社会的可持续发展。其次，硅酸盐水泥的早期水化相对缓慢，凝结时间长，不利于在一些抢修或应急工程中使用，而且体积稳定性和抗腐蚀性能差，降低了工程的耐久性，影响结构的安全性，在某些特殊环境中的应用受到一定的限制。

1.2 背景

1.2.1 贝利特水泥

Belite水泥是于相对比较低的LSF和低于波特兰水泥煅烧温度下生产的水泥^[1]。鉴于预计可节省燃料和能源，对贝利特水泥进行了超过三十年的详细研究。然而，在一定的LSF水平以下（〜80％），需要通过增加碱的掺入量或熟料的极快冷却来进行更多的贝利特改性，这反过来又会导致换热效率的降低。计算表明，即使对于纯贝利特熟料，燃料节省预计也低于10%，LSF为67%。在最佳情况下，总的CO₂排放节省潜力也只有大约10％。然而，由于预期的耐久性和贝利特水泥的极限强度增加，已经对活化贝利特改性剂进行了一些研究。但这些研究的结果并不能真正实现突破，也不能用贝利特水泥替代基于阿利特的OPC。

1.2.2 硫铝酸盐水泥概述

全世界水泥产量连年升高，而在节能和减少CO₂排放方面的问题也十分严峻^[2]。目前硫铝酸钙（CSA）水泥由于其较低的能源和CO₂排放量而被推荐作为硅酸盐水泥（PC）的可持续替代品。CSA水泥熟料的制备是通过在1250~1350℃的温度下燃烧石灰石，铝土矿和石膏等原料实现的。燃烧温度比PC生产低100~200℃，无水硫铝酸钙组合物中氧化钙的含量为26.5%，生成温度约为1300℃，贝利特组分中氧化钙的含量为65%。这一发现构成了一种创新的低碳熟料技术的核心。另外，预计可节省10％至15％的燃料消耗和电能需求。

通常，CSA水泥包含硫铝酸钙，贝利特和少量铁素体。CSA配方可以减少25-35％的CO₂排放，其变化取决于最终熟料的相组成。人们普遍认识到，由于硫铝酸钙与CS的快速反应，CSA水泥通常具有较高的早期强度，快速凝固和收缩补偿性。相较于硅酸盐水泥来说，硫铝酸盐水泥还有很多优势，如耐侵蚀性能好、良好的抗冻性和抗渗性等，在冬季施工、抢修工程等领域得到广泛应用，这比PC的相应性能要好得多。它确实有可能在更大范围内替代PC。图1-2为一种CSA/BYF水泥的生产方案。

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