1. 研究目的与意义（文献综述）

随着全球特别是中国等新型经济体水泥产量和消费量的剧增，水泥生产所需的天然资源和能源短缺之势日益凸显。一方面，水泥生产用优质矿产资源越来越少，品位也越来越低。例如据国家发改委的预测数据，我国的石灰石资源仅可供水泥工业使用30年^[1]，且随着资源的消耗，优质高品位矿石资源所剩无几， 20年前水泥生产中广泛使用的cao含量在52％～56％的优质石灰石在现在的水泥生产中已经 不多见，取而代之的是 cao含量在42％～50％的低品位石 灰石，部分企业甚至利用电石渣等废弃物作为钙质原料。另 一方面，能源成本上升使得能耗成本成为水泥生产中主要成 本构成之一。水泥生产是高能耗产业，近年来能源价格上涨 导致能源成本占水泥生产成本的60％以上，部分地区甚至达 到70％～80％，节能降耗、降低能源成本是水泥企业生存和发展的需求。另外，在全球碳减排的背景下，我国政府承诺到2020年 单位ＧＤＰ碳减排40％～45％，水泥工业作为co₂ 排放最主要的产业之一面临着巨大的减排压力。

硅酸二钙（ 2cao·sio_２，简写c₂s）是硅酸盐水泥熟料的 4种主要组成矿物之一，在水泥中通常以含有少量其他元素 如al、fe等固溶体（称作贝利特，在水泥化学中通常与硅酸二钙不加区分）的形式存在。硅酸盐矿物是水泥胶凝性能的主要来源，其中硅酸二钙主要为水泥提供后期强度，而另一 种主要的硅酸盐矿物硅酸三钙（3cao·sio_２，简写c₃s，其固溶体称作阿利特）则主要为水泥提供早期强度。与硅酸三钙相比，硅酸二钙矿物在组成、形成及性能方面均具有独特特点，是一种钙含量较低的硅酸盐胶凝矿物，其具有石灰石消耗少、生成能耗低、水化热低、水化产物中氢氧化钙含量少等显著特点，发展以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥符合节能减排和可持续发展的要求，是水泥工业发展的重要方向。尤其是在解决资源和能源问题、降低排放、提高性能方面优势显著。

硅酸二钙也叫正硅酸钙，具有岛状结构，其内部基本结构单元［sio₄］四面体通过[ cao_x]多面体连接在一起形成空间三维结构。硅酸二钙晶体有5种晶型，按照存在温度由高 到低分别为α型、 α_h′型、 α _{l ′}型、 β型和γ型，其中有时候也将 α_h′型和α _l′型统称为α ′型。，对于纯 c₂s 而言，高温晶型 α-c2s、α_h′-c₂s、α _l′-c₂s及β-c₂s在常温下都不能稳定存在， 有向 γ-c2s 转化的趋势^[2]，β-c₂s 向 γ-c₂s 的转化导 致体积膨胀高达 10%，其应力足以粉化水泥熟料球，可以减少粉磨能量的消耗^[3]。然而在水泥熟料的生 产工艺中，一般采用在 500 ℃以上急速冷却的制度， 使得 c₂s 的晶型转变来不及完成，以 β-c₂s 的晶型 保留下来而避免 γ-c₂s 在熟料中生成^[3]，这是因为 γ-c2s 被认为是几乎没有水化活性。例如 bensted^[4] 用差热分析和远红外光谱研究 γ-c₂s 的水硬性，显 示 γ-c₂s 在水介质中5年的水化程度为 20%~25%； 而 huang 的研究结果^[5]表明 β 在室温下水化 50 d 的水化程度接近 40%；sakurada 等^[6]和 wang 等^[7] 利用材料计算科学从理论上分析了γ-c₂s水化活性低的原因；同时有研究发现在一些物理化学激发条件下，其水化速率也有所提高^[8–10]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：采用水泥工业原料石灰石、粘土、砂岩等制备高碳化活性自粉化胶凝材料，按照ca/si=1-3的不同配比配制原料，压片后在高温炉中煅烧。

材料表征：水泥熟料的游离氧化钙含量、水泥熟料的碳化活性，试块碳化后的力学性能、碳化产物的特性分析。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－11周：按照实验方案制备实验样品，对样品进行相关的结构性能测试。根据分析结果，调整试验方案，补充相关测试。

第12－14周：整理前期实验工作所得数据和资料，结合相关参考文献，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 谭强.未来我国矿产资源供需形势严峻[j]．功能材料信， 200(4):2

[2] 赵燕婷.贝利特-硫铝酸钡钙水泥熟料中硅酸盐相微结构调控和性能研究[d]; 济南: 济南大学, 2014.

[3] zhao m. quantitative control of c₂s crystal transformation[j].appl mech mater, 2011, 121-126: 311–315.