摘要:

用正交試驗法研究了以沸石和石灰石生產復合水泥的原料選擇及最佳摻量，借助XRD和SEM等測試手段，對水泥水化產物和微觀結構進行了分析。

0 前言?

硅酸鹽水泥從發明至今已有100多年的歷史。現已被廣泛應用。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、環境污染嚴重、水泥的后期性能(包括長期強度發展和耐久性)并不理想，為了克服這些缺點，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復合硅酸鹽水泥(簡稱復合水泥)。?

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，復合水泥除了可用上述6種主要材料外，還可同時使用其它工業廢料作混合材，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廢渣，這對工業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。復合水泥是以混合材復摻為基礎的水泥，與單摻的水泥相比，既有優勢又有不足。優勢在于可明顯改善水泥的性能，提高水泥的質量和產量，降低水泥生產成本；不足在于，復摻時如配比選擇不當，就無法控制生產，難以生產出優質復合水泥。本文將數學方法應用于復合水泥配方的選擇，可為生產優質復合水泥提供可靠的理論依據。

1 正交試驗?

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為某廠產品，上述材料的化學成分見表1。

表1 原材料的化學成分(質量分數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度不利，而石灰石對水泥后期強度不利，根據科研及生產經驗，分別按沸石摻量7%、14%和21%，石灰石摻量5%、10%和15進行配料，并采用外加劑Ⅰ和Ⅱ，來改善復合水泥的早期和后期強度。按四因素三水平表，選擇?L??9(3?4)正交表，確定實驗方案，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：*經加工處理。

表3 正交表和水泥強度試驗配方?

試驗號 列號 相應配比 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配方進行強度試驗，試驗結果見表4，其中#0樣為純熟料水泥(熟料：96%，石膏4%)。