摘要:

用正交试验法研究了以沸石和石灰石生产复合水泥的原料选择及最佳掺量，借助XRD和SEM等测试手段，对水泥水化产物和微观结构进行了分析。

0 前言?

硅酸盐水泥从发明至今已有100多年的历史。现已被广泛应用。但是，这种水泥存在不少缺陷?(1～3)，主要是资源和能源消耗量大、环境污染严重、水泥的后期性能(包括长期强度发展和耐久性)并不理想，为了克服这些缺点，人们在保持熟料矿物组成不变的情况下，研究用各种混合材代替部分熟料来生产复合硅酸盐水泥(简称复合水泥)。?

以往水泥常用的混合材主要是矿渣、火山灰、粉煤灰、窑灰、石灰石和砂岩等6种材料，复合水泥除了可用上述6种主要材料外，还可同时使用其它工业废料作混合材，如磷渣、铬铁渣、钛渣等对人体无害，但对水泥性能有利的工业废渣，这对工业废渣的综合利用和缓解混合材短缺的矛盾具有重大的意义。复合水泥是以混合材复掺为基础的水泥，与单掺的水泥相比，既有优势又有不足。优势在于可明显改善水泥的性能，提高水泥的质量和产量，降低水泥生产成本；不足在于，复掺时如配比选择不当，就无法控制生产，难以生产出优质复合水泥。本文将数学方法应用于复合水泥配方的选择，可为生产优质复合水泥提供可靠的理论依据。

1 正交试验?

熟料、石灰石取自南京某水泥厂；沸石取自山东某沸石矿；石膏取自南京；外加剂Ⅰ和Ⅱ为某厂产品，上述材料的化学成分见表1。

表1 原材料的化学成分(质量分数w) %?

名称 烧失量 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：*为不溶物

由于沸石对水泥早期强度不利，而石灰石对水泥后期强度不利，根据科研及生产经验，分别按沸石掺量7%、14%和21%，石灰石掺量5%、10%和15进行配料，并采用外加剂Ⅰ和Ⅱ，来改善复合水泥的早期和后期强度。按四因素三水平表，选择?L??9(3?4)正交表，确定实验方案，见有2、表3。

表2 因素和水平表?

水平因素石灰石(A) 沸石(B) 外加剂Ⅰ(C) 外加剂Ⅱ(D)

1 5 7 0 0

2 10 14. 2? * 1

3 15 21 2 2

注：*经加工处理。

表3 正交表和水泥强度试验配方?

试验号 列号 相应配比 外加剂/% 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配方进行强度试验，试验结果见表4，其中#0样为纯熟料水泥(熟料：96%，石膏4%)。