高贝利特水泥性能研究及应用

乔思晓 陈安亮

(1.南阳市质量技术监督检验测试中心，河南 南阳 473000； 2.北京交通大学，北京 100044)

高贝利特水泥性能研究及应用

乔思晓1陈安亮2

(1.南阳市质量技术监督检验测试中心，河南 南阳 473000； 2.北京交通大学，北京 100044)

通过实验研究了高贝利特水泥的力学性能、比表面积、粒度等性能，并与同标号的普通硅酸盐水泥的相应性能进行了比较，同时利用X射线衍射仪半定量分析了42.5号高贝利特水泥熟料的化学组成，结果表明高贝利特水泥的物化性能和力学性能满足我国水泥国标的要求，符合在建设工程中应用的要求。

高贝利特水泥，强度，比表面积，粒度

1 概述

自1824年英国人取得波特兰水泥专利以来，水泥的发展已经有近200年的历史[1]。普通硅酸盐水泥的煅烧温度高达1 450 ℃左右，二氧化碳排放量大[2]，因此二氧化碳排放量相对较小的高贝利特水泥越来越受到重视。高贝利特水泥烧结温度比普通硅酸盐水泥降低100 ℃～200 ℃左右，能耗减少15%左右；二氧化碳排放量减少15%左右，氮氧化物排放降低35%左右[3，4]。因此从保护资源、保护生态环境，提高混凝土工程的耐久性的角度来看，高贝利特水泥有着广阔的市场前景，就高贝利特水泥的性能进行研究是很有必要的。

2 实验材料及仪器

高贝利特水泥生料配比见表1。

表1 高贝利特水泥生料配比 %

按表1的配比称量各原料，使用球磨机研磨4 min左右，使各原料混合均匀。实验样品中所用的42.5号普通硅酸盐水泥为：金隅42.5号硅酸盐水泥。所用到的主要仪器：马弗炉，鼓风机，球磨机，砂浆搅拌机，压力机，X射线衍射仪(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD，激光粒度分析仪。

3 高贝利特水泥的性能

3.1 抗压、抗折强度

实验是参照GB/T 17671—1999水泥胶砂强度检验方法进行。实验中测试在1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃不同温度梯度相同保温时间下所烧制的高贝利特水泥砂浆试件和42.5号普通硅酸盐水泥砂浆试件的3 d，7 d，28 d的抗压和抗折强度。实验结果见表2，表3。由表2，表3可以看出高贝利特水泥的3 d,7 d抗压、抗折强度低于42.5号普通硅酸水泥的3 d，7 d抗压、抗折强度，但是当到了28 d时，高贝利特水泥的抗压、抗折强度与42.5号普通硅酸盐水泥的抗压、抗折强度大小相近，有的甚至还会超过42.5号普通硅酸盐水泥的强度。其28 d抗压、抗折强度满足42.5号普通硅酸盐水泥的国家标准。分析原因在于高贝利特水泥相对于42.5号普通硅酸盐水泥含有更多的硅酸二钙、较少的硅酸三钙[5]。硅酸二钙水化活性低，早期强度主要依靠硅酸三钙的水化活性，而后期硅酸二钙逐渐反应，其强度也随之逐渐增加。

表2 高贝利特水泥的抗压强度

表3 高贝利特水泥的抗折强度

3.2 比表面积

水泥的比表面积是单位质量的水泥粉末所具有的总表面积，以m2/kg表示。通用硅酸盐水泥，硅酸盐水泥(P)和普通硅酸盐水泥(PO)应该用比表面积表示细度。不同温度梯度煅烧所得的高贝利特水泥及42.5号普通硅酸盐水泥的细度如表4所示。

表4 不同煅烧温度下的比表面积

由表4看出，四种不同煅烧温度下，贝利特水泥的比表面积相差在10 m2/kg以内，因此贝利特的不同烧制温度对其比表面积的影响并不大。贝利特水泥煅烧温度低，比表面积大于传统硅酸盐水泥熟料的比表面积，进一步验证了贝利特水泥更易磨细，能耗相对小的结论。

3.3 高贝利特水泥激光粒度分析

运用球磨机和激光粒度分析仪对不同温度梯度煅烧所得的高贝利特水泥和42.5号普通硅酸盐水泥进行粒度分析，其粒度见图1～图3。

通过干法激光粒度分析仪进行粒度分析，由图1可以看出P.O42.5硅酸盐水泥的峰值大概在20 μm～30 μm之间，累积量大于80 μm占到10%以下，符合国家规定的不大于10%的要求。在水泥厂进行粉磨时不仅会向熟料中加入助磨剂，还会有更加专业的仪器进行磨制，因此磨得的水泥研磨很充分也很均匀。从图2，图3中可看出高贝利特水泥大部分水泥细度峰值均出现在4 μm左右，满足水泥细度要求。但是在烧制温度1 400 ℃时，分析图显示峰值出现在30 μm左右，其积累量大于80 μm的量将近30%，说明水泥颗粒有部分细度过大，与理论不符，是试验中研磨不够充分所造成的。

3.4 高贝利特水泥的组成分析

本实验采用X射线衍射仪(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD对不同温度梯度(1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃)煅烧所得的高贝利特水泥进行半定量化学组成分析，实验结果选其1 250 ℃为代表。根据XRD的检测结果绘制出图4。从图4中可明显看出高贝利特水泥熟料中C2S占总体的90%左右，远远超过了C3S的含量。CaO的含量也很低，但因XRD仅仅是经过半定量分析得出粗略数据，并不能确定每种化学成分具体含量。因此，对游离的氧化钙采用化学法进行更加精确的测试，游离氧化钙的含量见表5。由表5可以看出，高贝利特水泥中氧化钙的含量很小，远低于国家规定的最大值5%。

表5 氧化钙的含量

4 结语

1)高贝利特水泥前期强度较低，后期强度高，28 d强度可以达到普通硅酸盐水泥的强度。这主要是高贝利特水泥中C2S的含量很高，并且其水化速度慢的原因。

2)通过相同条件下比表面积的对比，发现高贝利特水泥的比表面积高于同标号的普通硅酸盐水泥的比表面积，从而验证了高贝利特水泥更容易研磨的特性。

3)通过干法激光粒度分析仪进行粒度分析，高贝利特水泥大部分水泥细度峰值均出现在4 μm左右，满足水泥细度要求。

4)根据XRD的检测结果明显看出高贝利特水泥中C2S占总体的90%左右，远远超过了C3S的含量。高贝利特水泥中氧化钙的含量很小，远低于国家规定的最大值5%。

[1] 范 磊.高贝利特水泥高性能混凝土的研究[D].北京：中国建筑材料科学研究院,2003.

[2] 石建屏，李 新，吕淑珍，等.中国水泥工业CO2排放现状及减排对策[J].环境科学学报，2012,32(8):2028-2033.

[3] 郭随华，林 震，苏姣华，等.高贝利特硅酸盐水泥的水化和浆体结构[J].硅酸盐学报，2000,28(S1):16-21.

[4] 吕鹏飞，吴 勇.高贝利特水泥(HBC)性能试验研究与应用[J].人民长江,2010(18):67-70.

[5] 隋同波，刘克忠，王 晶，等.高贝利特水泥的性能研究[J].硅酸盐学报,1999(4):106-110.

Study on properties of high belite cement

Qiao Sixiao1Chen Anliang2

(1.NanyangQualityTechnologySupervisionTestCenter,Nanyang473000,China; 2.BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

The paper studies the mechanical performance, specific surface area and granularity and other performances of high belite cement with tests, compare its performance with that of similar common portland cement, and half quantitatively analyzes chemical composition of No.42.5 high belite cement clinker with X ray diffracmeter. Results show that: physical and chemical performance of high belite cement meet domestic cement criteria demands and meet construction engineering application demands as well.

high belite cement, strength, specific surface area, granularity

1009-6825(2015)02-0099-03

2014-11-01

乔思晓(1969- )，女，工程师； 陈安亮(1987- )，男，在读硕士

TU525

A