硅酸盐矿物元素

硅酸盐矿物元素（精选八篇）

硅酸盐矿物元素 篇1

1 LA-ICP-MS技术及基体归一方法原理分析

1.1 LA-ICP-MS技术原理:

LA-ICP-MS法的原理是在样品表面聚集激光束并使样品表明产生熔蚀气化, 通过He、Ar等载气将样品的气溶胶送到等离子体中进行电离, 使用质谱系统完成对样品的质量的过滤操作, 使用接收器区别检测出具有不同质荷比的离子[1,2]。

1.2 基体归一方法原理:

基体归一方法具体操作方法为:直接采用外标法得到样品中待测元素的浓度以及所有主含量元素的浓度, 然后再将主含量元素氧化物加和后进行100%归一, 求出变化幅度系数K’, 最后对外标法结果进行校正, 得到待测元素的最终分析结果。采用基体归一法最大的优点主要为避免预先采用其他微区分析技术对未知样品中内标元素进行定量。

2 实验部分

2.1 仪器选择

选择等离子体质谱仪 (美国热电公司生产, 型号:i CAP Qc) , 此仪器具有较高分辨率与灵敏度, 能够与磁、电结合, 还能与激光剥蚀技术一起使用, 完成对激光固体的采样操作, 选择激光剥蚀系统 (New Wave公司生产, 型号:UV213) , 此仪器为213nm Nd:YAG的固体激光, 具有改善传输过程和分析灵敏度的功能, 能够在研究样品上打出平底的坑穴。

2.2 方法

实验具体步骤为: (1) 调试等离子体质谱仪的工作参数; (2) 将合成硅酸盐熔融玻璃片作为外标标准物质, 完成对天然硅酸岩石流纹岩熔融玻璃片与天然锆石样品的处理, 使用环氧树脂固定样品, 完成对样品表面的抛光操作并使用酒精棉擦拭样品表面。 (3) 激光剥蚀:调试激光束斑的参数, 完成对激光采样操作, 在此过程中先遮挡激光束16s后连续剥蚀样品上的点位45s, 接着使用氦气对样品进行14s的清洗, 控制样品的分析时间为75s。 (4) ICP-MS测量与分析:在激光点燃时即开始ICPMS的信号测量, 应用低分辨模式提升灵敏度。

2.3 结果

使用基体归一的校准方式分析天然硅酸岩石流纹岩熔融玻璃片 (德国标准物质ATHO-G) 与天然锆石样品, 通过检测数据进行分析结果显示, 内标法与基体归一法对天然硅酸岩石流纹岩熔融玻璃片与天然锆石的分析结果具有较高的符合度。常见硅酸岩中元素Na2O、Mg O、Al2O3、Si O2、K2O等项目的RE (%) 和RSD (%) 均符合要求。

3 LA-ICP-MS法在硅酸盐矿物元素测定中应用的价值

LA-ICP-MS中的基体归一定量技术在硅酸盐微区多元素分析中的应用, 其分析结果的准确度与加和元素的完整程度具有较大关系, 完全加和元素对分析结果存在的相对误差极小[3,4]。此方法在阴离子测定中具有较高的难度, 主要因为C、S、Cl等阴离子具有较高的含水性, 使用氧化物加和与归一过程容易造成分析误差;在硅酸盐的主量元素中, 因Mn、Fe、Zr、Si、Na、Al、P、K、Ti等元素都属于较轻的元素, 应用氧化物加和不成重元素的变化存在一定的局限性, 但是与单元素内标法相比, 具有显著优势。矿物样品微区原位元素浓度的三维变化对地质学家而言有着重要意义, LA-ICP-MS法具有提供三维信息的功能, 应用激光进行点位的垂直向下剥蚀, 能够得到这个点位的垂直分布信息。对于垂直分布非均匀的基体元素, 应用逐点校正氧化物加和能够得到较准确的元素垂直分布信息。基体归一法在水平方向的扫描中的应用, 不存在内标法中内标元素变化的可能性。

综上所述, 应用LA-ICP-MS法对硅酸盐矿物元素进行定量分析, 同时结合基体氧化物加和与归一方法完成对分析的校准, 能够提高元素空间分布测定的敏感度, 准确测定出硅酸盐矿物质中的主、次量元素的含量。

参考文献

[1]陈春飞, 刘先国, 胡兆初.LA-ICP-MS微区原位准确分析含水硅酸盐矿物主量和微量元素

[2].地球科学 (中国地质大学学报) , 2014, (05) :525-536.

硅酸盐矿物元素 篇2

关键词:岩石矿物 硅酸盐 系统分析方法

中图分类号:TQ17文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0138-01

引言

硅酸盐普遍地存在于岩石矿物之中,所谓硅酸盐,指的就是硅(Si)、氧(O)与其他几种化学元素(主要包括Al、Fe、Mg、K以及Ca等元素)结合而成的一种化合物的总称。硅酸盐在地壳中的分布十分广泛,它是地壳中常见的一种物质,因此它是构成多种岩石与土壤的重要组成成分。经过测算,硅酸盐含量约占地壳质量的80%以上。对于硅酸盐而言,其种类较多且多数熔点较高且化学性质十分稳定,为硅酸盐工业的一种主要的原料,运用硅酸盐加工而成的材料广泛地应用于工业、科研以及实际的生活之中。对于岩石矿物中的硅酸盐进行定性与定量分析,具有十分重要的意义。本文在介绍硅酸盐化学成分的基础之上,对岩石矿物中硅酸盐的系统分析方法——微波消解法进行阐述与分析,旨在为岩石中的硅酸盐分析提供一种科学的分析方法。

1 概述

由上述可以得知,地壳中的硅酸盐含量十分之多,而且它在自然界中的分布也十分广泛。对于矿物而言,已知的矿物在800种以上,这个数量占自然界所存在的已知矿物的三分之一。常见的矿物主要由高岭土、云母、石英、绿帘石、黄玉、橄榄石、蛋白石等。硅酸盐矿物与岩石的种类十分之多,然而其化学成分也各不相同。对于硅酸盐矿石的化学成分分析而言,一般包括如下几个方面的参数:SiO2、Al2O3、Na2O、TiO2、MgO、CaO、FeO、Cu、Zn、Cr、V等成分。对于上述成分而言,一定要将前面的十几种元素加以测定。它们的百分含量综合接近于100%,对于次要的成分,则不一定要对其进行测定。

2 岩石矿物中硅酸盐的系统分析方法

2.1 原理

微波是电磁波中位于远红外与无线电之间的一种电磁辐射,它的频率范围为300MHz～3×105MHz。微波加热与传统的加热方式有所不同,微波加热属于一种内部加热方式,其被加热的样品与酸混合物通过吸收微波能产生的即时深层加热。与此同时,微波所产生的交变磁场会促使介质分子发生极化的现象,而极性分子又可以随着频率高的磁场交替排列,导致了分子的高速振荡。对于这种振荡而言,又会受到分子热运动与相邻分子之间相互作用的阻碍与干扰,产生了类似于摩擦作用使得分子获得高能量。因此,这种高能量可以击碎岩石矿物之中的化学性质稳定的硅酸盐,从而對其分子可以进行测定。

2.2 实验部分

2.2.1 仪器与试剂

仪器:家用微波炉(如美的牌)。

试剂:水泥熟料标样;普通硅酸盐水泥标样;水泥生料标样;TEA(三乙醇胺)(体积配合比1:2);盐酸;KOH溶液;EDTA标样;钙黄绿素-甲基百里香酚蓝-酚酞混合指示剂(CMP混合指示剂)。

2.2.2 实验方法

(1)EDTA标液的标定

首先取一定体积的CaCO3溶液稀释8倍,如在实际的实验过程之中,吸取了10mL该溶液稀释至80mL,然后加入适量的CMP混合指示剂,在磁力搅拌器搅拌的作用下滴加200g/L的KOH溶液之后一直到出现绿色荧光之后再滴定过量2mL左右。以EDTA标液滴定溶液滴定至绿色荧光消失且呈现红色。

(2)样品的消解

a.首先对水泥熟料标样或普通硅酸盐水泥标样的消解:称取0.1000g已于105～110℃烘过两个小时的水泥熟料标样或是普通硅酸盐水泥标样,放入400mL的烧杯之中,加入20～30mL的蒸馏水与3～4mL体积配合比为1:1的盐酸溶液中对样品进行溶解,盖上表面皿,放入微波炉加热消解,取出,冷却至室温,定容于100mL的容量瓶之中,待用。

b.水泥生料标样的消解:称取0.2000g已于105～110℃温度条件下烘过两个小时的水泥生料标样,放于400mL的烧杯之中,加入适量的蒸馏水与HCl溶液对样品进行溶解,盖上表面皿,置于微波炉之中进行加热消解。然后取出并冷却至室温,定容于100mL的容量瓶之中,待用。

3 结果与讨论

主要对水泥熟料与普通硅酸盐水泥之中的CaO的含量进行了测定。具体见表1所示。

由上1可以看出,在微波小火条件下,消解2min以上,氧化钙含量已在允差范围之内,符合测定要求。

参考文献

[1] 吕学勤,钱惠芬.岩石矿物中硅酸盐的系统分析方法[J].科协论坛(下半月),2009(6).

[2] 汤志勇,邱海鸥,郑洪涛.岩石矿物分析[J].分析试验室,2006(9).

[3] 孙国良,石建敏,陈金媛.微波消解法在硅酸盐分析中应用探讨[J].浙江工业大学学报,2004,32(3).

硅酸盐矿物元素 篇3

关键词：石膏砌块,铝硅酸盐,破坏机理

烟气脱硫石膏排放量的迅速增长, 已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫可持续发展的重要因素。因此, 研究脱硫石膏的综合利用有着重要的意义。

目前脱硫石膏的综合利用途径之一是生产石膏砌块、石膏空心条板等石膏制品。石膏制品具有质量轻、保温隔热、隔音、防火、“会呼吸”、施工快捷、增加使用面积等诸多优点。为了改善石膏制品的防水防潮性能, 有时需在脱硫石膏砌块的生产中加入一定量的水泥、粉煤灰、矿粉等硅铝质活性掺合料。事实证明水泥和矿物掺合料的掺入对提高石膏制品的强度和改善制品的防水性能确实具有积极的作用。但如果过量掺加, 会造成石膏制品的破坏, 主要表现为制品的酥松和开裂。

分析表明, 过量掺加掺合料导致石膏制品被破坏的主要原因有: (1) 环境中作为主要基材的硫酸盐与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石 (C3A·3CaSO4·32H2O) 晶体, 它的体积比原有体积增加1.5倍以上, 导致石膏制品膨胀破坏; (2) 硫酸盐与环境中的碳酸盐和水化硅酸钙反应生成无胶结作用的碳硫硅钙石 (CaCO3·CaSiO3·CaSO4·15H2O) 晶体[1], 制品逐渐失去强度。在水泥混凝土和砂浆中, 上述破坏被称为硫酸盐腐蚀, 但在以硫酸盐为主要胶结材料的石膏基制品中, 可称为铝硅酸盐破坏。

1 钙矾石型破坏

采用100%半水脱硫石膏制做的制品和用8%的普通硅酸盐水泥、20%粉煤灰及72%半水脱硫石膏制做的制品的电镜图见图1、图2。图2中明显可见钙矾石晶体、C-S-H凝胶、以及起填充作用的粉煤灰颗粒。掺加了水泥和粉煤灰等矿物掺合料的石膏混合料遇水后, 水泥中的C3A在有石膏存在的情况下发生下列水化反应, 生成钙矾石晶体 (AFt) [2]

粉煤灰等矿物掺合料中的Al2O3也会与硫酸盐在较长时间内缓慢反应生成部分钙矾石, 钙矾石晶体与水泥水化产生的C-S-H凝胶覆盖或填充于二水硫酸钙晶体中, 降低了石膏制品的孔隙率, 提高了石膏制品的强度和耐水性能。

虽然掺加部分水泥和粉煤灰对石膏制品的耐水性有明显的改善, 软化系数可以提高到0.6以上, 但是应严格控制掺合料的掺量, 当水泥掺量超过一定量时, 会导致石膏基制品形貌的严重破坏。在实验室按不同配合比成型, 在室内养护静置60 d后的石膏基试件见图3。其中Ⅰ3-3配比为15%的普通硅酸盐水泥、85%的半水石膏, 自然条件下养护;Ⅰ8-3配比为15%的普通硅酸盐水泥、25%的Ⅱ级粉煤灰、60%的半水石膏, 自然条件下养护;Ⅰ5-2、Ⅰ5-3配比为20%的普通硅酸盐水泥、20%粉煤灰及60%半水石膏, Ⅰ5-2在潮湿条件下养护, Ⅰ5-3为自然条件下养护。

从图3中看出, 仅掺加15%的水泥的试件完好, 而掺加15%的水泥、25%的Ⅱ级粉煤灰试件发生了明显的体积膨胀, 试件表面有不规则裂纹出现;掺加20%的水泥、20%的Ⅱ级粉煤灰试件体积膨胀更大, 试件出现了严重的开裂, 潮湿条件下养护的试件开裂更加明显。

对Ⅰ5-3、Ⅰ8-3试件的产物XRD分析见图4。

试件的XRD表明, 在Ⅰ5-3、Ⅰ8-3试件中除二水石膏外, 均存在数量较多的钙矾石晶体, 正是由于较多数量的钙矾石的生成导致石膏制品膨胀破坏;Ⅰ5-3试件峰值更强, 说明生成的钙矾石数量更多, 相对Ⅰ8-3试件膨胀值更大, 裂纹也更宽更多。

水化产物中产生较多数量钙矾石晶体的原因是水泥及矿物掺合料的掺入量较多。因此, 生产中应严格控制水泥及粉煤灰等矿物掺合料的掺入量。实验证明, 在以石膏为主要基材的水泥-石膏体系中, 水泥的掺加量不应超过15%, 宜控制在10%以内;水泥及粉煤灰等矿物掺合料的总掺加量应控制在30%以内, 以保证石膏制品的稳定。

2 碳硫硅钙石型破坏

在脱硫石膏砌块的实际生产中, 生产产品还出现过严重的开裂破坏现象。其侧面与正面的开裂程度见图5、图6。

该产品生产时已进入冬季, 日平均气温低于5℃, 最低温度约-2℃, 生产时为提高制品的耐水性掺加了一定数量的普通硅酸盐水泥和Ⅱ级粉煤灰。对生产的合格产品和废品的产物分析比较见图7。

图7中上线为废品的XRD线, 下线为合格产品的XRD线, 图中G代表二水硫酸钙衍射峰, T代表碳硫硅钙石 (TSA) 的衍射峰。物相分析表明, 相比合格品而言废品中主要含有较多量的碳硫硅钙石产物, 而钙矾石含量并不高, 因此将这类破坏归结为碳硫硅钙石型破坏 (TSA) 。

已有研究表明[3,4], 碳硫硅钙石可能通过两种途径形成:一种是直接由CSH凝胶与硫酸盐、碳酸盐在低温条件的溶液中反应生成, 即溶液反应机理;另一种是由钙矾石、CSH凝胶和碳酸盐在水中反应生成碳硫硅钙石, 钙矾石是碳硫硅钙石的母体, 即硅钙矾石转变机理;甚至认为实际中碳硫硅钙石的形成可能以上两个机理兼而有之[5]。

图7表明, 废品中含有的主要破坏性产物为碳硫硅钙石, 而钙矾石含量并不高, 但废品的破坏特征与试验中出现的钙矾石型破坏特征非常相似。由于脱硫石膏是石灰石烟气脱硫的产物, 其中含有5%~8%左右残留的未反应的石灰石, 水泥生产中以石灰石为掺合料, 提供了碳酸盐的来源。因此一般认为导致石膏砌块生产中产生废品的原因是由于在生产配料中掺入了过多量的水泥或粉煤灰等物质, 导致石膏基制品中生成较多量的钙矾石晶体, 在低温和潮湿环境下, 生成的钙矾石晶体又迅速与CSH凝胶和碳酸盐反应生成碳硫硅钙石, 过程中伴随着石膏基制品的变形和开裂。

3 结论及建议

掺加水泥和矿物掺合料的石膏基制品中存在钙矾石型和碳硫硅钙石型破坏。

建议在以石膏为主要基材的水泥-石膏体系中, 水泥的掺加量控制在10%以内;水泥和粉煤灰等矿物掺合料的总掺加量应控制在30%以内, 以保证石膏制品性能的稳定。

参考文献

[1]胡明玉, 唐明述.碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀研究综述[J].混凝土, 2004 (6) :17-19.

[2]袁润章.胶凝材料学[M].武汉:武汉工业大学出版社, 1989.

[3] Crammo nd N J.The thaumasite form of sulfate attack in theUK[J].Cem Concr Compos, 2003, 25 (8) :809.

[4] Jo hn Bensted.Thaumasite——Direct, woodfordite and otherpossible form ation routes[J].Cem Concr Compos, 2003, 25 (8) :873.

矿物元素对鸡蛋壳品质的影响 篇4

蛋壳品质受营养性和非营养性两大类复杂因素的影响和控制, 非营养性因素包括遗传育种、生理状态、疾病、环境温度和湿度等诸多因素, 营养性因素主要有日粮中矿物元素、维生素及电解质平衡等几个方面。本文就矿物元素对蛋壳品质的影响进行分析阐述。

1 钙元素对鸡蛋壳品质的影响

钙元素是蛋壳形成过程中最重要的元素, 鸡蛋壳品质好坏很大程度上取决于饲料日粮中钙的供应情况及蛋鸡对钙的吸收利用情况。成年母鸡每日维持需摄入0.17~0.18 g钙。有实验表明, 产蛋鸡在产蛋前期对钙的吸收率达57%, 之后递减, 到产蛋后期锐减至40%左右, 整个产蛋期内对钙的平均利用率为50.8%, 但考虑蛋内容物内也含有少量的钙及产蛋鸡每日维持需要, 平均日供应钙应该在3.6 g左右。形成良好蛋壳所需钙为每只蛋鸡每天3.75~4.0 g, 但要维持蛋壳品质则需要5 g/d。产蛋鸡日粮适宜的钙水平3.2%~3.5%, 在高温及产蛋率增加时为3.6%~3.8%, 钙含量增至4.0%可在短期内提高蛋壳强度。日粮中含钙过高 (>4.0%) 会使饲料适口性下降, 鸡采食量降低, 还会影响磷、锰、锌等元素的吸收, 对产蛋产生不良影响, 而且钙过量时蛋壳会有白垩状沉积, 蛋两端变得粗糙, 蛋壳品质下降。产蛋鸡日粮钙含量下限为3.0%, 给蛋鸡饲喂低钙日粮 (1.5%~2%) , 48 h之内血钙浓度降低, 导致蛋壳品质降低。钙供应不足时, 会导致鸡产出薄壳蛋、砂壳蛋、软壳蛋甚至出现无壳蛋, 并伴随产蛋量下降, 严重时甚至出现停产。

钙源的颗粒大小对蛋壳品质也有一定影响。大小颗粒石粉混合, 适当增加大颗粒石粉比例, 有助于提高蛋壳质量。细颗粒的钙能快速通过鸡的消化道并排出体外, 导致钙的吸收量很小。较大颗粒的石粉从肌胃排出的速度比粉末状的要慢, 在蛋鸡胃肠道中停留较长时间, 并且分解较慢, 使得蛋鸡可不断地从肠道中吸收钙质, 持续地向蛋壳腺供应钙, 特别是在形成蛋壳的夜间能更有利于蛋壳的形成, 使蛋壳强度提高。使用溶解度在11%~14%范围内的石灰石, 能使钙的释放速度与蛋鸡实际吸收速度比较一致, 提高蛋壳品质。

此外, 产蛋鸡在开产前吸收的钙主要沉积于骨骼, 为形成蛋壳做准备, 在开始产蛋后吸收的钙主要用于形成蛋壳, 建议应从120日龄或产蛋率达5%时, 逐渐提高饲料中的钙含量。日粮中常添加的钙源主要有贝壳和石灰石两种。产蛋鸡对动物性钙吸收好, 对植物性钙吸收差, 往日粮中添加部分贝壳砂, 不仅有利于产蛋鸡对钙的吸收, 而且还能降低血磷含量。二者在日粮中最佳比例为2∶1。用4.0%贝壳粉和3.5%的石粉能保证钙的吸收量最大, 并明显提高蛋壳品质。

2 磷元素对鸡蛋壳品质的影响

磷是蛋壳形成过程中的另一个重要元素, 钙决定蛋壳的脆性, 磷则决定蛋壳的韧性和弹性。骨髓中的钙几乎全是以磷酸钙的形式存在, 骨髓生成需要饲料中的磷, 因此日粮中应供应充分的磷, 否则蛋鸡会动用骨髓钙贮, 对整个产蛋期产生不利影响。1枚蛋含磷160 mg左右, 其中蛋壳含磷约为20 mg。产蛋鸡日需有效磷约为400 mg, 考虑到植物性饲料中的磷以植酸磷的形式存在, 计算饲粮配方时应保证日粮总磷在0.6%~0.66%、有效磷在0.42%~0.45%的范围内, 这样才能保证蛋壳品质正常。磷水平过高 (超过500 mg/d) 时会导致钙磷的拮抗, 使蛋壳密度与产蛋率均有所下降, 从而影响蛋壳品质。过低的磷水平对蛋壳质量亦有不良影响。将蛋鸡日粮中有效磷从0.55%降至0.26%, 抗破损强度明显降低。用含0.3%的有效磷和3.5%钙的蛋鸡日粮, 产蛋量及蛋壳强度均可获得最佳效果。

产蛋鸡在产蛋期对钙的需要量是磷的十倍左右, 但如果两者含量悬殊太大, 会形成磷酸钙沉淀, 导致蛋壳品质下降, 因此日粮中保持二者的适当比例是十分重要的。产蛋鸡日粮中钙磷比例控制在8~10∶1 (预产期5∶1) 是比较合适的。

鱼粉中含有一定量的钙磷, 且消化率高于其他来源的钙磷, 因此在全植物性日粮中大部分磷为植酸磷时加入一定量的鱼粉可提高磷的吸收利用。蛋鸡日粮中添加植酸酶也可以使植酸磷的利用率提高, 降低粪便中磷的排放量。

3 镁元素对鸡蛋壳品质的影响

产蛋鸡日粮中缺镁会导致蛋壳的厚度和强度降低, 但一般日粮中镁的含量足以满足蛋鸡生产的需要, 生产中很少出现镁缺乏情况。尽管如此, 血镁过低会使蛋鸡消耗大量骨中的镁, 最终也导致蛋重和蛋壳重下降、蛋壳变薄、产蛋量下降。饲粮中含钙量提高时可加重缺镁状况。镁过量比镁缺乏更容易影响蛋壳品质。用含镁超过1.5%的石灰石粉作为矿物质补充饲料, 会导致蛋鸡血钙浓度降低、血镁浓度升高, 蛋鸡采食量下降、产蛋率下降、砂壳蛋增加、破蛋率增加, 软壳蛋比率增加到4%。一般要求作为蛋鸡钙源的石灰石中含镁量不应超过1.5%。

日粮中镁含量达400 mg/kg时能保证蛋壳强度, 适宜的镁水平为500~600 mg/kg。一般日粮, 如玉米、豆粕, 镁含量在0.1%~0.3%, 足以满足蛋鸡生产需要。补镁时以硫酸镁为好。

4 钠和氯元素对鸡蛋壳品质的影响

钠和氯主要通过影响电解质平衡来影响蛋壳品质。日粮中两者比例不适当时会破坏机体的酸碱平衡, 降低蛋壳强度。产蛋鸡日粮中食盐的含量应保持在0.37%的水平, 钠与氯的适当比例应为1~2∶1。一般以无氯的物质来供给产蛋鸡所需要的钠, 如碳酸钠、丙酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠等。

5 锰和锌元素对鸡蛋壳品质的影响

锰是机体内一系列酶的激活剂, 在体内参与很多化学反应, 是蛋壳形成必需的一种微量元素。它能影响蛋白质-粘多糖的合成, 这一重要的糖蛋白是蛋壳基层的有机成分, 影响蛋壳钙化作用的启动, 与蛋壳的抗裂强度有关。饲料中缺锰, 产蛋量和孵化率均降低, 蛋壳变薄, 裂纹蛋及破蛋比例上升, 并且这种影响可能是持续性的 (有研究表明, 长达12个月之久) , 甚至是不可逆的。当饲料中锰含量降至7 mg/kg时, 不论饲料中磷、钙含量多少, 都会引起蛋壳品质下降。日粮中钙磷含量的提高也会加重缺锰的危害, 主要是降低锰在肠道的吸收;相反, 饲料中锰含量过高, 也会影响钙的吸收和代谢, 不利于蛋壳形成。

关于蛋鸡日粮中锰的适宜含量迄今一直没有统一的标准。美国NRC (1994) 建议蛋鸡日粮中添加17 mg/kg锰可满足蛋鸡的产蛋需要, 袁建敏等 (2000) 认为 20 mg/kg的锰含量已可以满足保证正常蛋壳强度所需。陈又新等 (2006) 认为日粮中锰含量达80~100 mg/kg时, 破壳率较低, 蛋的质量较好, 含量在90 mg/kg时破壳率最低。

锌是碳酸酐酶的主要成分, 碳酸酐酶在蛋壳钙化过程中起催化二氧化碳和水生成碳酸及其逆反应的作用。锌缺乏导致碳酸酐酶活性下降, 影响蛋壳腺对碳酸根的分泌, 进而影响蛋壳钙化, 使蛋壳表面钙沉积不均而产砂壳蛋。一般认为, 在产蛋期内, 日粮中必须含锌50 mg/kg才能保持蛋壳正常。向日粮中添加适当的氧化锌, 可以补充饲料成分中天然锌的不足。

大多数的研究表明, 锌只有和锰同时添加到蛋鸡日粮中才有效, 并且锰和锌在体内代谢时相互影响, 锰含量过高会抑制锌的吸收。日粮中锰、锌的水平分别维持在30~50 mg/kg和50~75 mg/kg可使蛋壳品质较好。

6 铜元素对鸡蛋壳品质的影响

目前对铜元素的研究相对较少, 因为蛋鸡生产中很少出现铜的缺乏症。日粮适量的铜可以促进母鸡促黄体素、雌激素和孕酮的分泌, 提高蛋鸡生产性能, 铜的缺乏会影响蛋壳腺的分泌和蛋壳形成, 造成蛋壳膜缺乏完整性、均匀性, 在钙化过程中导致蛋壳起皱褶。据估算, 铜的最低需要量在3~5 mg/kg之间, 一般的配合饲料中铜含量为10~20 mg/kg时足以满足蛋鸡生产需要。铜过多会影响其它微量元素的平衡。

7 碘元素对鸡蛋壳品质的影响

日粮中碘添加量超过65 mg/kg可降低蛋破损率, 大于130 mg/kg则影响产蛋率。碘不足时导致甲状腺缺乏活力, 导致母鸡积聚脂肪变肥, 严重时可导致蛋鸡停产。

8 其他矿物元素对鸡蛋壳品质的影响

硫元素不会对蛋产量和蛋重产生不良影响, 但过量的硫能导致蛋壳厚度显著降低。

矿物质元素与奶牛的繁殖机能 篇5

磷在奶牛机体中主要是参与中间物质的代谢，是营养物质吸收与酶活性不可缺少的元素。当奶牛体内磷含量不足时，奶牛对传染病的抵抗能力显著下降，采食量大大减少，胡萝卜素转化成维生素A的能力下降，甚至造成不孕。如果奶牛日粮中缺乏50%的磷，奶牛不孕率增加40%。奶牛日粮中缺磷，往往造成奶牛卵泡萎缩，屡配不孕，或中途流产，或产下弱体质犊牛。但如果奶牛日粮中磷含量过高，也会抑制奶牛的繁殖机能。这是由于磷含量过高造成锰含量不足引起的。当奶牛日粮中磷钙比小于1.5∶1时，就会导致奶牛受胎率下降，出现难产，同时还容易导致奶牛发生子宫输卵管炎;当奶牛日粮中磷、钙比大于4∶1时，奶牛的繁殖指数明显下降，导致奶牛发生阴道炎或子宫脱出、乳腺炎或产后瘫痪。实践表明，奶牛日粮中的磷、钙比一般以1.5∶1～2∶1效果最好。

2 铜和钴

奶牛缺铜除了会导致奶牛贫血、发生瘤胃疾病外，还会导致奶牛不发情或胚胎早期死亡。当奶牛日粮中铜含量低于31mg/ml时，奶牛就会发生严重的贫血，发情期延长，不孕率提高。当奶牛日粮中钴缺乏时，受胎率下降50%，如果注射铜制剂受胎率增加67%。如果在奶牛日粮中适当补充钴元素，可使奶牛的受胎率达到93%以上。

3 钾和钠

钾除了维持正常的PH值和酶的活性外，对奶牛的繁殖机能也有较大的影响。如果奶牛摄入的钾超量，就会出现奶牛缺钠现象，使奶牛机体中毒，生殖黏膜发生炎症或卵巢囊肿。实践表明，奶牛日粮中钾钠的适宜比例为5∶1。母牛日粮中的钾含量对犊牛的性别有一定的影响，在日粮中添加较多的钾盐或配种前1个月饲喂含钾量较多的饲料，产下的犊牛70%为母犊;在母牛的日粮中大量添加氧化镁和碳酸钙，可增加公犊比例。

4 碘

碘是合成甲状腺的重要物质，甲状腺素是保证脑垂体和生殖腺正常机能不可缺少的物质。母牛不排卵主要与垂体中促黄体素水平下降和甲状腺活动降低有关。奶牛饲料中缺碘，则母牛发情中断，不排卵，或是受胎后流产，或是胚胎死亡。有的母牛虽能产下犊牛，但被毛粗糙，体重轻，成活率低。奶牛对碘的正常需求量为5～12mg/kg体重干物质，干奶牛为3～8mg/kg体重干物质。奶牛饲喂碘和钾或含碘食盐、海带碎屑等，可使奶牛的受胎率提高到84%以上。

5 锰

锰参与机体内的一系列氧化酶作用，与硫酸软骨素合成多糖聚合酶和半乳糖转移酶。机体缺锰，可引起奶牛酶活性降低，生殖器关发育迟缓，一般可使产后母牛发情推迟6个月以上。实践表明，奶牛日粮中锰含量一般以50mg/kg干物质为宜，最高剂量为250mg/kg干物质。

6 锌

奶牛缺锌，发情紊乱，初情期和产后发情期大大推迟。长期日粮缺锌，会使奶牛卵泡萎缩，卵巢机能衰退，使奶牛的繁殖机能降低甚至完全丧失。

7 硒

硅酸盐矿物元素 篇6

化学活化法[1,2,3]是目前最有效的贝利特活化途径，即通过氧化物掺杂，掺入离子与β-C2S形成固溶体，阻止β-C2S向γ-C2S转变，稳定β-C2S，同时引起贝利特晶格畸变，活化贝利特矿物，最终提高其水化反应速率。

研究发现，少量金属氧化物在高温下可进入β-C2S晶格，显著提高其反应活性，从而提高其水化速度[4,5,6]，然而Pritts[7]研究表明，稳定剂的加入反而降低了β-C2S的水化速度。由此可见，目前国内外对于外掺氧化物对β-C2S是否具有稳定作用并无定论。

此外，为HBCSA水泥中另一种关键矿物，在高温下外掺氧化物也必定会影响该矿物的晶格状态，进而影响熟料及水泥性能。

目前仅有少量关于外掺氧化物对HBCSA水泥强度影响的研究，更没有对其矿物活化机理的研究。本文主要研究外掺氧化物对HBCSA熟料中贝利特和C4A3S矿物的稳定与活化机理，以确定有效的稳定和活化技术;此外，还研究了活化效果最佳水泥制得的混凝土性能。

1 试验

1.1 原材料

制备HBCSA熟料所用原料包括：石灰石、矾土、硬石膏和黏土，均由唐山北极熊建材有限公司提供;试验所用四种外掺化学试剂如下：NH4H2PO4、硼酸(H3BO3)、ZnO和BaSO4。上述原料化学成分见表1。

%

1.2 试验步骤与测试方法

1.2.1 试验步骤

1）水泥试样制备

分别粉磨石灰石、矾土、黏土和硬石膏至一定细度，配制生料[8]，分别掺入1%的NH4H2PO4、硼酸(H3BO3)、ZnO和BaSO4混匀，加入10%～12%的水搅拌5min，称取约250g置于专用磨具中压制成尺寸为Φ18mm×115mm的单面波状试饼，置于已恒温至105～110℃的电热干燥箱内烘干24h以上。

将烘干后的生料试饼置于铂金片上，放入恒温至950℃的马弗炉内预烧1h，立即将预烧试饼连同铂金片转入已恒温至1 300℃的高温炉内，恒温煅烧1h，得到水泥熟料。

向上述烧制好的熟料中分别掺入水泥质量12.5%的硬石膏，混合磨细，控制比表面积在(400±20)m2/kg范围内，制成水泥样品。

2）混凝土试件制备及养护

混凝土试件制备与养护按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，本试验成型过程要迅速，且试件6h后观察是否具备脱模条件，立即脱模，然后进行标准养护。

1.2.2 测试方法

1）矿物组成分析

用德国布鲁克公司D8-ADVANCE型X射线衍射仪(XRD)分析水泥熟料矿物组成，仪器工作参数：Cu Kα，管压40kV，管流40mA，步宽：0.02°，扫描速度8°/min，范围：5°～80°。

用德国布鲁克公司TENSOR27型红外光谱仪(IR)分析水泥熟料矿物。

2）性能测试

水泥强度测试按照GB/T 17671—1999进行，凝结时间测试按照GB/T 1346—2001进行。

混凝土的物理力学性能试验按照GB/T 50081—2002进行，并按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》对混凝土的抗硫酸盐侵蚀、抗碳化性能和干缩等性能指标进行测试。

2 结果与讨论

2.1 氧化物掺杂对水泥强度性能的影响

几种氧化物P2O5、B2O3、ZnO和BaO掺杂对HBCSA水泥强度等物理性能的影响测试结果见表2和图1。

由表2和图1可见，与空白样相比，掺BaO、P2O5和ZnO水泥试样的早期和后期抗压强度显著提高，其28d抗压强度分别提高了15.6%、8.9%和26.5%，这说明外掺离子的掺入提高了熟料中贝利特和的活性。掺BaO的试样，其整个龄期内强度增长最快，这说明BaO对矿物活化效果最佳。

然而，掺B2O3的水泥试样与空白样相比其1～7d强度差别较小，而28d强度下降幅度较大，这表明B2O3的掺杂对影响不显著，而对贝利特有显著负面影响。

综合水泥试样的抗压强度性能，可得出外掺离子对水泥强度的提高作用依次为：Ba2+>P5+>Zn2+>空白>B3+。

2.2 氧化物掺杂对熟料矿物晶体结构的影响

采用XRD分析熟料中矿物结晶发育情况见图2。

从图2可观察到，掺杂后的熟料样品，β-C2S特征峰(0.277 8nm、0.274 0nm和0.260 7nm)均有不同程度的增强，这说明外掺氧化物对β-C2S矿物有一定的稳定和活化作用。此外，特征峰中并未观察到γ-C2S峰，结合外掺熟料样品均未出现粉化，这说明离子掺杂有效地阻止了β-C2S→γ-C2S的转变。研究还发现的三强峰(0.367nm、0.265nm和0.217nm)也有所增强，这也表明氧化物掺杂对矿物的形成有积极的促进作用，对此，之前并无文献例证。本研究综合得出，氧化物掺杂具有双重作用，一方面稳定和活化了β-C2S，另一方面对有积极作用，这与Taylor[9]阐述的“在多种矿物存在的情况下，外掺离子不会只影响熟料中某一种相”的结论相一致。

2.3 氧化物掺杂对矿物晶体结构对称性的影响

图3为氧化物掺杂后熟料的IR图谱，992cm-1、886cm-1和521cm-1处的吸收带符合β-C2S中[SiO4]的特征峰值[10]。掺Ba2+熟料[SiO4]的伸缩振动由992cm-1移至996cm-1，向高波位数移动;弯曲振动由521cm-1移至520cm-1处，向低波位数移动，且吸收带形状也发生变化，这说明[SiO4]的偶极矩发生了较大变化，从而造成β-C2S晶格变形，由此可得出，Ba2+成功进入β-C2S晶格，引起其晶体结构的对称性显著降低，造成晶格变形，从而阻止了β-C2S→γ-C2S转变。图3还表明，Ba2+活化熟料的β-C2S位于996cm-1和520cm-1处吸收峰在所有样品中最强，这说明了其β-C2S的晶格畸变最显著，则可进一步得出BaO稳定与活化贝利特的效果最为显著，这与本文2.1节中得出的结论相吻合。

此外，Ba2+易于富集在晶界上，产生晶界缺陷，阻挡晶粒继续长大，使β-C2S的晶粒普遍细化，从而使得其具有较高的水化反应活性。

综上所述，BaO活化与稳定β-C2S矿物的机理主要包括以下两方面：1)Ba2+在高温下进入β-C2S晶格，降低了晶体结构的对称性，引起晶格畸变，起到稳定与活化作用;2)Ba2+易于富集在β-C2S晶界上，产生晶界缺陷，阻碍晶粒长大，使得β-C2S晶粒细化，活性提高。

掺P5+样品的[SiO4]弯曲振动由521cm-1移至较强吸收峰516cm-1处，峰强略低于Ba2+，吸收峰向低波位数移动，吸收带形状与空白样相比发生较大变化，这说明P5+成功固溶进入β-C2S，造成晶格变形，引起熟料中β-C2S吸收带的漂移与形状变化，从而达到提高贝利特水硬活性的效果。

掺Zn2+和B3+熟料中β-C2S的[SiO4]在521cm-1处的特征吸收峰，与空白熟料试样相比，峰强有所降低，说明这两种离子引起的晶格变形低于空白样。

综上所述，外掺离子对β-C2S的稳定与活化效果顺序为：Ba2+>P5+>空白>Zn2+>B3+。

此外，图3还显示，外掺离子对C4A3S矿物中[AlO4]和[SO4]四面体(1 101cm-1、882cm-1、644cm-1和415cm-1)的特征吸收峰也有显著的影响。掺Ba2+和P5+熟料样品[AlO4]和[SO4]的伸缩振动由1 101cm-1向高波位数移动至1 105cm-1，吸收峰比空白样强，这说明了这两种离子均成功进入矿物，降低了晶体结构的对称性，引起晶格变形。掺P5+的熟料样品中矿物伸缩振动由886cm-1移动至878cm-1，发生较大移动且波形变化在所有样品中程度最大，这说明P5+较大程度地提高了的活性。

掺Zn2+样品中矿物伸缩振动由882cm-1向低波位数878cm-1移动，振动幅度较大，说明Zn2+对矿物的活化作用强于空白样。掺B3+样品中矿物在1 101cm-1和644cm-1吸收峰波位数没有变化;在882cm-1和415cm-1处的吸收峰轻微向880cm-1和414cm-1低波位数移动，引起的晶格振动幅度较小，略低于空白样的882cm-1向886cm-1移动的波位数所引起的晶体结构变化。

总结得出，外掺离子对活性提高作用依次为:P5+>Ba2+>Zn2+>空白>B3+。

综上所述，结合强度、XRD和IR分析可得出，Ba2+，P5+和Zn2+成功地稳定和活化了β-C2S，并提高的反应活性;而B3+对影响不显著，对β-C2S有显著负面影响。外掺离子对以上两种矿物的综合影响顺序为：Ba2+>P5+>Zn2+>空白>B3+。

2.4 BaO掺杂后水泥熟料矿物形貌

图4和图5分别为HBCSA熟料(空白样)和掺BaO后熟料SEM形貌。

从图4和图5可见，与空白样相比，掺BaO熟料中分布了较多的粒状β-C2S矿物，晶粒尺寸明显变小，且轮廓清晰，成核数量增多，这说明BaO使β-C2S晶粒尺寸得到细化，这是β-C2S活性提高的重要因素之一;同时BaO具有助熔作用，促进了β-C2S晶体成核，提高其结晶程度，故而可观察到β-C2S数量明显增多，这与前面研究得出的BaO促进β-C2S矿物生长结论一致。此外，掺BaO的熟料中存在大量晶粒尺寸较小的六方板状的矿物，晶粒尺寸1～4μm，且大小均匀，说明熟料中矿物成核数量增多，且晶粒尺寸明显细化，水硬性得到显著提高。

综上所述，Ba2+有效地细化了β-C2S和矿物的晶粒尺寸，促进了矿物的成核、生长发育，提高其结晶度，进而显著提高两种矿物活性。

2.5 掺杂后HBCSA水泥混凝土性能

试验选取掺杂效果最佳的BaO对熟料进行活化，制得的HBCSA水泥配制C30混凝土，与强度等级为42.5的基准水泥(PC)配制的C30混凝土进行性能对比，两种水泥化学组成以及物理性能见表3,HBCSA水泥混凝土和基准水泥混凝土配合比以及成型指标控制见表4，混凝土性能见表5。

从表5可见，经BaO掺杂后的HBCSA-30水泥混凝土的性能如下：

1)强度

HBCSA-30混凝土28d抗压强度为39.7MPa，高于PC-30混凝土的33.5MPa，且早期抗压强度发展较快，说明HBCSA水泥混凝土具有高早强、高后期强度性能。这可能是因为破坏常常发生在水泥石和集料之间的界面上，而HBCSA水泥石发生水化反应生成的针状钙矾石和C-S-H凝胶及铝胶等交叉连生，一方面增加了混凝土浆体的密实度;一方面，各种形貌的胶体水化产物具有较大的表面能，增加了水泥石与集料之间的黏结力，改善了混凝土内部结构，因此HBCSA水泥混凝土具有高早强、高后期强度性能，早期强度发展较为迅速。

2）轴心抗压强度和弹性模量

HBCSA-30混凝土的28d轴心抗压强度和弹性模量分别为38.4MPa和3.43×104MPa，均高于PC-30混凝土的31.6MPa和3.19×104MPa，表明HBCSA水泥混凝土具有较为良好的抵抗变形的能力。

3）抗硫酸侵蚀性能

HBCSA-30混凝土在硫酸盐侵蚀和干湿交替循环荷载50次的复合因素的作用下，其抗硫酸盐侵蚀系数为1.04;PC-30混凝土的为0.94，说明HBCSA水泥混凝土的抗硫酸侵蚀性能良好。这可能是由于硫酸根离子进入HBCSA混凝土与水泥砂浆中Ca(OH)2反应，促进了的水化生成钙矾石，增加了浆体致密度;同时溶液中Ca(OH)2的减少加速了C-S-H凝胶的形成，增强了水泥石与集料之间的黏结力，大大改善了混凝土试体内部结构，提高了试件的抗硫酸盐腐蚀性能。

4）抗碳化性能

HBCSA-30混凝土的抗碳化系数为0.95，高于PC-30混凝土的0.94，说明HBCSA-30混凝土抗碳化性能优于PC-30混凝土。HBCSA水泥中 6h开始快速水化反应形成钙矾石，伴随该水化反应的进行，溶液中易碳化的Ca(OH)2量减少，同时钙矾石形成时伴有的微膨胀增加了试体的致密度，阻碍了CO2向混凝土内部扩散，提高HBCSA水泥混凝土的抗碳化性能。

5）干缩

HBCSA-30混凝土抗干缩性能优良，其28d干缩率为130.67×10-6，低于PC-30混凝土的317.60×10-6，且整个龄期内干缩率增长较为平缓，均低于PC-30混凝土，表明HBCSA-30混凝土的抗干燥收缩性能优于PC-30混凝土。这是由于HBCSA水泥中矿物水化生成的钙矾石具有混凝土收缩补偿特性，增加水泥浆体的密实度，减少微裂纹，利于提高HBCSA混凝土体积稳定性。在胶凝材料用量相同的情况下，HBCSA-30混凝土水胶比为0.47，低于PC-30混凝土的0.50，则水泥浆体内毛细孔量大大减少，水分蒸发而引起的收缩相应减小，因此HBCSA-30混凝土的抗干缩性能优于PC-30混凝土。

4 结论

1)生料中掺P2O5、BaO和ZnO制得的HBCSA水泥，与空白水泥试样相比，其早期和后期抗压强度得到显著提高，说明对强度起关键作用的贝利特和矿物活性得到了显著提高;然而，掺B2O3试样，水泥早期强度变化不大，后期强度降低幅度较大，说明其对影响不显著，而对贝利特有显著负面影响。

2)P2O5、BaO和ZnO的掺入，稳定和活化了β-C2S矿物并提高了矿物的水硬活性，这是因为外掺离子在高温下进入矿物晶格，引起晶体结构不对称，造成晶格缺陷;并且易于富集在矿物晶界上，产生晶界缺陷，阻碍晶粒长大，从而达到稳定矿物晶型并提高其水硬活性。B2O3对矿物的晶格变形影响不大，而对β-C2S矿物引起的晶格变形则低于空白样。

3)外掺离子对水泥强度的提高作用依次为：Ba2+>P5+>Zn2+>空白>B3+。外掺离子对β-C2S的稳定及活化效果顺序为：Ba2+>P5+>空白>Zn2+>B3+,对的活性提高作用次序则为：P5+>Ba2+>Zn2+>空白>B3+。

4)强度等级C30的HBCSA水泥混凝土的抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量等力学性能以及抗硫酸侵蚀性能、抗碳化性能和抗干缩等耐久性能均优于PC水泥混凝土。

参考文献

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硅酸盐矿物元素 篇7

硫铝酸盐水泥因其特有的矿物组成使其拥有早强、高强、低碱度、高抗渗等优异性能[1,2]。近年来, 在各个相关领域都受到了广泛的关注, 然而, 硫铝酸盐水泥存在着后期强度倒缩的缺点, 因而影响了该特种水泥的推广使用。理论上认为, 掺入活性掺合料不仅解决硫铝酸盐水泥后期强度倒缩问题[3,4,5], 而且将两种不同比表面积的活性掺合料复掺还能形成一定的颗粒级配, 进而使砂浆结构变得更加密实, 因而提高了砂浆的力学性能和抗渗性能。

能够掺入水泥砂浆中的活性掺合料种类较多[6,7], 本文选取了三种常见的活性掺合料:粉煤灰、矿渣和硅灰, 研究三种掺合料两两复掺对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响。

2 原材料及实验方法

2.1 原材料

胶凝材料:曲阜中联生产的快硬42.5级硫铝酸盐水泥;深圳妈湾电厂Ⅱ级粉煤灰, 细度16%, 需水量比102%, 活性指数;矿渣微粉;硅灰

细集料:实验所用砂为东莞中砂, 细度模数2.6, 含泥量0.8%。

减水剂:聚羧酸减水剂由安徽中铁工程材料科技有限公司提供, 固含量为10.5%, 减水率为27.3%。

水:自来水

2.2 实验方法

按设计的配比准确称量好原料依次放入砂浆搅拌锅内, 在加水前用砂浆搅拌机低速搅拌30s使原料混合均匀, 加水后快速搅拌90s。用于测试力学性能的砂浆分两次装入涂有脱模油的三联试模中 (40mm x40mm x160mm) 。用于测试抗渗性能的砂浆一次装入六个抗渗试模 (70mm x80mm x30mm) 中, 快速用捣棒插捣25次, 再在振实台上振动60次, 然后用刮刀刮平后放入标准养护箱内, 记下时间, 一天后从标准养护箱中取出拆模, 测出1d龄期的砂浆抗折抗压强度, 3d、7d及28d龄期的试样放入水中继续养护。用于测试7d和28d抗渗压强的试件放入温度 (20±2) ℃, 湿度在90%以上的养护室中养护至7d龄期再进行测试。

3 结果分析与讨论

3.1 强度分析

从表3.2结果我们可以得出, 矿物掺合料复掺的胶砂强度在1d时抗折抗压强度较空白对比试样明显降低, 其中A3组抗折强度 (3.0MPa) 最小, 只达空白样 (6.2MPa) 的48.4%, A7组抗折强度 (4.5MPa) 最大, 也只达空白样的72.6%;A3组的抗压强度 (11.4MPa) 最小, 只达空白样 (25.8MPa) 的44.2%, 而A7组的抗压强度 (17.9MPa) 最大, 达空白样的69.4%。3d龄期时其抗折抗压强度增进较快, 与空白试样的强度差距缩小, 其中A2和A5组抗折强度 (4.5MPa) 最小, 为空白样 (5.3MPa) 的84.9%, A7组抗折强度 (5.3MPa) 最大, 与空白样的抗折强度持平。

A2组抗压强度 (17.7MPa) 最小, 为空白样 (24.5MPa) 的72.2%, A9组抗压强度 (24.1MPa) 最大, 为空白样的98.4%。7d龄期时各实验组的强度继续增进, 进一步缩小了与A0的差距, 其中A1组抗折强度 (4.8MPa) 最小, 为空白样抗折强度 (5.7MPa) 的84.2%, A2和A3组的抗折强度 (5.6MPa) 最大, 为空白样抗折强度的98.2%;A4组抗压强度 (20.3MPa) 最小, 为空白样抗压强度 (24.9MPa) 的81.5%, A8组抗压强度 (24.3MPa) 最大, 为空白样抗压强度的97.6%, 与空白样基本持平。到28d龄期时各组试样与空白样抗压强度的差距进一步缩小, 甚至有的还略微高于空白样。通过以上数据分析表明:

(1) 矿物掺合料复掺显著降低了硫铝酸盐水泥砂浆的1d龄期抗折强度和抗压强度, 而3d龄期的砂浆强度降低并不明显, 28d龄期时甚至出现A8的抗压强度超过了纯硫铝酸盐水泥砂浆的抗压强度, 这表明矿物掺合料在硫铝酸盐水泥砂浆中早期并未被碱有效激发而仅起微填充作用, 因而强度降低明显, 而在中后龄期由于受到Ca (OH) 2的激发而发生二次水化效应, 促进了砂浆强度增进, 因而使得在硫铝酸盐水泥砂浆中掺入活性矿物掺合料, 砂浆后期的强度并未明显降低, 甚至有的实验组还略有提高

(2) 矿粉同粉煤灰复掺时, A1、A2、A3组试样中随着粉煤灰掺量的降低, 矿粉掺量的提高, 1d龄期强度逐渐降低, 但中后期强度逐渐提高。这说明1d龄期时, 一方面粉煤灰对硫铝酸盐水泥砂浆强度的贡献大于矿渣, 另一方面随着粉煤灰掺量与矿渣掺量的比例降低, 水泥砂浆中的次级颗粒级配紧密度也逐渐降低。中后期强度逐渐提高, 这说明在硫铝酸盐水泥砂浆中粉煤灰和矿渣7d后即可逐渐被碱激发, 发生火山灰效应, 生成了C-S-H凝胶, 提高了界面过渡区的密实性, 因而强度提高, 且矿渣的活性高于粉煤灰, 表现为随矿渣掺量的增加, 强度逐渐提高。

(3) 硅灰和粉煤灰复掺时, A4、A5、A6组试样中随着粉煤灰掺量的降低, 硫铝酸盐水泥砂浆的抗折强度和抗压强度都呈现出了不同程度的提高。这是因为硅灰的颗粒粒径远小于矿渣和粉煤灰, 硅灰可以填充到水泥砂浆浆体的孔隙中, 形成紧密堆积, 使水泥石结构更加致密, 且硅灰的活性较高, 因而提高了强度。

(4) 硅灰与矿粉复掺时, A7、A8及A9各龄期的强度较同龄期其他两种复掺组合均有一定程度的提高;但当硅灰掺量增加时, A7、A8及A9各龄期强度均有一定的下降趋势, 这一结果表明本实验所用矿粉的活性大于硅灰, 在受到碱激发后, 对砂浆的强度贡献较大。

(5) 综上分析, 粉煤灰、矿渣、硅灰的掺入, 对砂浆的早期强度均产生不利的影响, 但随着水化的不断进行, 在中后期掺合料的活性逐渐受到激发, 后期强度逐渐赶上甚至超过空白试样。

3.2 微观结构分析

分别对A0、A2、A5及A7四组试样7d龄期进行了扫描电镜分析, 图4.1、图4.2、图4.3及图4.4分别为A0、A2、A5及A7试样7d后放大2000倍的SEM图。

从图3.1可以看出, 空白试样7d龄期时有大量的凝胶及针棒状的钙矾石生成, 它们攀附交织在一起, 形成了较为致密的水泥石结构。图3.2是矿渣与粉煤灰复掺的试样, 从中我们可以看出掺入了粉煤灰与矿渣的试样在标准养护至7d龄期时硫铝酸盐水泥生成的凝胶攀附在骨料上, 但钙矾石的量很少, 且能看到一些微裂纹。同时可以见到一些未水化的粉煤灰球体, 说明它们未发生火山灰效应, 在砂浆中仅起微填充作用。图3.3是硅灰与粉煤灰复掺的试样A5, 从中我们同样可以看出掺入了硅灰与粉煤灰的试样在标准养护至7d龄期时生成了大量的凝胶, 且有少量的细针状钙矾石生成, 致密性明显好于A2组试样, 且没有发现明显的微裂纹, 因而抗渗性能好于A2组试样。图3.4是矿渣与硅灰复掺的试样A7, 从中我们可以看出掺入了矿渣与硅灰的试样在标准养护至7d龄期时生成了大量的凝胶、针状及细棒状的钙矾石, 但水泥石结构疏松, 有较多的空洞, 因而抗渗性能较差。

3.3 孔结构分析

表3.3试样A0、A2、A5、A7水化7天时进行压汞法测定孔径分布的实验结果。从表3.3可以看出, 加入掺合料的各试样其总孔体积及直径大于1000的有害孔体积均比空白样A0有明显降低, 这说明了掺入掺合料对改善砂浆的密实度有明显的效果, 因而能提高砂浆的抗渗性能。随着水化龄期的增长, 在掺合料被充分激发后, 产生的水化物将会包裹其颗粒, 与水泥水化物一起胶结成密实的整体, 堵塞连通的孔隙及微裂纹, 致使砂浆的力学强度及抗渗性都能进一步得到提高。

4 结论

(1) 通过研究粉煤灰、矿渣及硅灰三种不同掺合料以三种不同比例两两搭配对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响发现:与空白试样对比, 掺合料在硫铝酸盐水泥砂浆中早期并未被碱激发而仅起微填充作用, 因而强度降低明显, 而在中后龄期由于受到Ca (OH) 2的激发而发生二次水化效应, 因而使得在硫铝酸盐水泥砂浆中掺入30%的矿物掺合料的砂浆强度并未降低。这其中尤以矿粉与硅灰之比为4∶1时效果最好。

(2) 矿物掺合料的加入明显降低了砂浆的总孔体积及有害孔体积, 虽然早期强度不高, 但随着水化龄期的不断增加, 矿物掺合料活性得到激发, 砂浆的力学强度及抗渗性能都有了一定程度的提高。

参考文献

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硅酸盐矿物元素 篇8

硅酸二钙(2CaO·SiO2,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·SiO2,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的特点(两种矿物特点比较见表1),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。

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。由此可见,无论是从水泥高性能发展趋势还是水泥工业能源、资源与成本考虑,还是国家政策导向,发展以贝利特为主要矿物的低钙水泥都是水泥技术研发和水泥产业发展的重要方向。基于贝利特矿物的特性,发展以贝利特为主要矿物的低钙水泥是水泥工业可持续发展的重要途径[2]。

注:*数据来源于pdf2衍射数据库,**未列出的夹角均为90°

1 硅酸二钙的结构及水化活性

1.1 硅酸二钙的晶型、结构及其晶型转变

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[CaOx]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、αH′型、αL′型、β型和 γ型,其中有时候也将αH′型和αL′型统称为α′型。

5种硅酸二钙晶型的晶体学参数如表2所示。

纯硅酸二钙在常温下呈 γ型,具有典型的橄榄石结构,结构中[SiO4]四面体通过[CaO6]八面体连接在一起形成空间三维结构,Ca2+配位数均为6。高温型的硅酸二钙也是通过钙氧多面体将[SiO4]四面体连接起来,但是其中Ca2+配位数不像γ型中是固定不变的,如β型中是6配位和8配位,α′L中则是9配位和10配位[3]。

随着温度变化不同晶型的硅酸二钙之间可以发生相转变,其转变关系为:

Regound等[4]将β→γ和β→α′L的转变可归结为不可逆的重建性相变,[SiO4]四面体的方向及Ca2+配位数发生改变,并且伴随着明显的体积变化。其中β→γ转变产生约13%的体积增加,这是水泥熟料粉化的原因。和之间的转变属于置换型相变[3],其中前者的两种晶型晶体结构非常相似,相转变过程中变化幅度较小,以至于早期并未发现二者之间的转变而将其当作是一种晶型(α′型)。后者之间的转变属于一级相变,伴随着Ca2+配位数的变化。之间的转变属于半重建新相变,其中1/2的[SiO4]四面体发生了旋转[4]。

除温度能造成硅酸二钙呈现不同的晶型之外,外来离子也能造成其呈现不同晶型。外来离子固溶进入硅酸二钙晶体可以阻止在温度下降过程中高温晶型向低温晶型的转变,从而将β型、α′型甚至α型硅酸二钙稳定到室温。研究者们在外来离子对硅酸二钙晶型稳定方面开展了大量的研究工作(如表3[5,6,7,8,9]所示),特别是采用外来离子稳定β型硅酸二钙,防止粉化。对于外来离子对β型硅酸二钙的稳定,研究者们提出了3种理论判据,分别是RG判据、C/Rp判据和C2/R判据。RG判据认为Goldschmitt半径大于Ca2+的离子取代Ca2+位或Goldschmitt半径小于Si4+的离子取代Si4+即可稳定β型硅酸二钙[5]。C/Rp判据则认为取代Si4+的离子的C/Rp值大或取代Ca2+的离子的C/Rp小就对β型硅酸二钙有稳定作用[6]。这两种判据能够判别多数离子对β型硅酸二钙的稳定作用,但对部分离子的判断与实验结果不符。冯修吉等[7]又提出了C2/R判据,该判据认为C2/R小于4或大于39的离子对β型硅酸二钙有稳定作用。这些判据对于选择稳定β型硅酸二钙具有指导作用。外来离子固溶量是一个重要参数,如B2O3含量为1%时稳定β型硅酸二钙,3%时则稳定α′型硅酸二钙[10]。

1.2 硅酸二钙的活性

水泥化学中所谓的活性具有两方面的含义,一方面是特定时间段中与水反应的程度,另外一方面是生产的产物对性能和结构如强度、孔隙率等发展的贡献。特定时间内的结合水量、水化放热量、水化程度、强度等均是常用来衡量水化活性的指标,其中结合水量、水化放热量和水化程度实际上表征的是活性的第一层含义,而强度则是两层含义的综合。对于硅酸二钙之间的活性而言,活性的第一层含义一般认为是最重要的。

注:由于α′H、α′L结构差异较小,且部分文献特别是早期中对二者未加区分,在此指二者合称

一般认为具有橄榄石结构的 γ型硅酸二钙几乎不与水发生反应,没有水硬活性,但也有研究认为其只是水化活性较低,长期也能一定程度的与水发生水化反应[11]。高温型的硅酸二钙都具有不同程度的水化活性。硅酸二钙的水化活性受晶型、固溶杂质等因素的影响。一般认为硅酸二钙越是高温晶型,活性越高,即水化活性。上述规律对于同种离子稳定的不同晶型的硅酸二钙的规律性较好。Suzuki等[13]研究了用BaO稳定的硅酸二钙,发现其水化活性的顺序为 α-C2S>α′-C2S>β-C2S。Jelenic等[10]报道了同样采用B2O3稳定,α′-C2S的水化程度和强度均较同龄期的β-C2S高。Benarchid等[15]实验发现采用Fe2O3和P2O5可以稳定α′-C2S和β-C2S,前者水化率显著高于后者。对于同一种晶型而言,采用不同稳定离子水化活性不相同。Ghose等[15]发现同样是α′型硅酸二钙,采用BaO稳定的活性大于B2O3稳定的,而B2O3稳定的活性又高于采用P2O5稳定的。Pritts等[6]发现采用V2O5、Cr2O3和B2O3三种稳定剂稳定得到的β-C2S的水化活性顺序是V2O5>Cr2O3>B2O3。对于不同离子稳定的不同晶型,情况就较为复杂,一种离子稳定的高温型可能比另外一种离子稳定的较低温型水化活性还低。

关于硅酸盐水化活性差异的解释理论可归结为活性点位理论和键性理论两大类。前者主要包括Jeffery提出的不规则Ca配位具有高活性理论[16]、Taylor提出的活性O理论[17]。后者主要有 Бикбау提出的Me-O离子/共价特性及电离度理论[18]、冯修吉提出的Ca-O键性构成理论[19]。这些理论在解释硅酸二钙活性差异上有一定的作用,但又存在很多不能解释的现象。近年来,有研究者将第一原理理论计算用于硅酸二钙的结构计算,发现电荷密度较大的活性O原子及其电子结构可能是引起硅酸二钙活性差异的原因[20,21]。

硅酸二钙的研究已经经历一个世纪,对其晶体结构、晶型转变等已经有了较为清晰和深刻的认识,在贝利特矿物的活化方面也取得了一些进展。然而,对于硅酸二钙活性差异特别是由外来离子引起的活性差异的机制仍然缺乏深层次的理解,在具有实用化的硅酸二钙的活化方法上也还需要进一步的研究。

2 以贝利特为主要矿物的硅酸盐体系水泥研究进展

2.1 低热硅酸盐水泥

最早大规模人为制造和使用低热硅酸盐水泥是20世纪30年代美国建设胡佛大坝时大量使用的Ⅳ型水泥,该型为用于大体积混凝土的低热硅酸盐水泥。为了降低水化产生的热量,该型水泥将水泥中铝酸三钙(C3A)和硅酸三钙(C3S)的最高含量分别限制在7.0%和35%以下。其中硅酸二钙含量一般在40%~50%,水泥水化热较低,28天水化热大约是270J/g[22]。然而,Ⅳ型水泥强度发展缓慢,7天抗压强度仅为10MPa左右,28天抗压强度仅为24MPa左右,仅适宜于大坝等大体积混凝土工程。美国在20世纪前半叶建设高潮特别是水泥工程建设高潮过后,Ⅳ型水泥逐渐萎缩。目前,虽然ASTM关于水泥的标准中仍保留该型水泥,但并没有水泥厂商生产该型水泥,市场上也无该型水泥出售。

日本从20世纪70年代开始,在美国Ⅳ型水泥的基础上开发低热硅酸盐水泥[23]。日本开发的低热硅酸盐水泥硅酸二钙的含量在50%~60%,其3天抗压强度可达14 MPa左右,28天抗压强度可达50 MPa,水泥7天水化热为206J/g左右[24]。日本开发的低热硅酸盐水泥投入了生产,并在一些水利工程上应用。

德国在20世纪70年代和80年代,在以贝利特为主要矿物的低钙硅酸盐水泥(其称为活性贝利特水泥)方面进行了大量的研究。他们研究的初衷是基于从理论上计算生产低钙硅酸盐水泥熟料(KSt为82)热耗可以较普通水泥熟料(KSt为95)降低5%即150kJ/kg熟料。低钙硅酸盐水泥中贝利特活性的提高是最关键的问题。德国研究者研究了热活化(控制熟料冷却速度)和化学活化两种方式对贝利特活性的影响。研究结果表明,将低钙熟料的冷却速率从100K/min提高到3000K/min,熟料的3天强度可以提高5MPa左右,28天抗压强度则可以提高30~40 MPa[25]。要想得到理想活性的贝利特水泥,从1300~900 ℃的范围内冷却速度须在800 K/min以上[26]。 在生料中掺加杂质组分如K2O、Na2O以及SO3可以提高贝利特的活性,但是无法达到高速淬冷的效果。研究人员设计制造了工业试验用的高温破碎机及高速冷却装置,并且利用该装置生产了500t优质的熟料。该熟料3 天强度达15~36 MPa,28 天强度达54~61MPa[25]。然而,由于高速冷却的装置控制难度大等问题,后续未见采用该方法制备活性贝利特水泥投入工业生产应用的相关报道。

我国以中国建筑材料科学研究总院为代表的研究机构从20世纪90年代开始,也进行了低热硅酸盐水泥的研究。研究主要从矿物组成设计及贝利特矿物的活化与高温晶型稳定两方面着手,成功开发了贝利特含量在50%~55%的低热硅酸盐水泥(也叫高贝利特水泥),并且在该水泥的工艺制备技术方面取得了进展,在湿法窑、旋风预热器窑、预分解窑等多种窑型上实现了低热硅酸盐水泥的工业化生产[27]。工业生产的低热硅酸盐水泥3天抗压强度为15 MPa左右,28天抗压强度高达50MPa(原强度数据检验方法是GB177,按3天RISO/RGB177=0.80,28天RISO/RGB177=0.87折算后的数据),3天水化放热量为190J/g左右。低热硅酸盐水泥在三峡大坝等诸多重大水利工程得到应用,在大体积混凝土温升及温度裂缝控制方面发挥了巨大的作用。

印度、希腊等国家在20世纪末到本世纪初也进行了低热硅酸盐水泥的研究与开发[28,29],其采取的手段与日本和中国类似,但关于其报道较少。

低热硅酸盐水泥是目前以贝利特为最主要矿物水泥中较为成功的一类水泥,其具有贝利特的水化热低、水化产物中凝胶数量较多以及氢氧化钙数量少等特点,使得利用其制备的水泥混凝土具有一系列优于传统硅酸盐水泥混凝土的优良特性。这类优良特性主要包括[30,31,32,33]:后期强度增进率高,强度高;断裂能大,断裂韧性高;干缩率低,体积稳定性好;耐久性优异,抗冻、抗渗、抗碳化等性能好;拌制的混凝土温升小,温峰低而宽泛;与外加剂相容性好,具有优异的工作性能尤其是在低水灰比时更为突出。这些特性使得这类水泥非常适合大体积混凝土工程,其在水工大坝等大体积混凝土工程中有着广泛的应用。然而,这类水泥早期强度较低,3天强度为10~15MPa,7天强度为17~20MPa,在建设工程中人力成本越来越高、对工期要求越来越短的今天,难以大规模地推广应用到大体积混凝土之外的建设工程中。

2.2 低温合成活性贝利特水泥

在20世纪七八十年代,研究者们就发现通过水热、溶胶凝胶等方法低温烧成合成的硅酸二钙具有较高的活性。Roy等[34]最早报道了采用溶胶凝胶法低温合成活性贝利特水泥。这种水泥是采用Ca(NO3)2和SiO2胶体按照化学计量比2∶1混合制成溶胶后,在750~940 ℃下煅烧得到的纯β型硅酸二钙。这种方法合成的β-C2S不需要任何的稳定剂,得到的产物呈针状或纤维状,具有很高的比表面积(~12900 m2/kg)和较高的水化活性。此后,Kurdowski[35]、Georgescu[36]、Singh[37]、Ishida[38,39]等相继报道了采用化学试剂或纯物质作为原材料并用溶胶凝胶或水热方法合成高活性的贝利特水泥。然而上述研究都是建立在化学试剂或纯物质的基础上,难以在水泥这类大宗材料上应用。20世纪70年代末,杨南如等[40,41]在进行粉煤灰应用研究时发现,对于钙硅比为2的CaO-SiO2-H2O体系用水热合成C-S-H后经低温烧成可以得到高活性的β-C2S。原材料的实用化使得该类水泥向实用化方向迈进了一大步。后来发展到用稻壳灰甚至是工业废渣作为原材料,水热合成过程中的条件也进行了改进。这类采用工业原材料低温合成的活性贝利特水泥中不仅含有活性β-C2S,还含有C12A7等早强型矿物,早期强度大幅度提升,同时具有水化热低、耐侵蚀性好等特性。

低温合成的活性贝利特水泥最大的特点是产物晶体细小,比表面积高,晶体中缺陷多,因此该类水泥具有较高的活性。然而,对原材料要求高、制备工艺复杂、成本高等使得其目前尚难以在水泥这类附加值相对低廉的材料中得以大规模应用。

3 以贝利特为主要矿物的非硅酸盐体系水泥的研究进展

3.1 贝利特-硫铝酸盐水泥

硫铝酸钙水泥是一种以贝利特和无水硫铝酸钙为主要组成矿物的水泥,这种水泥是20世纪七八十年代由中国建筑材料科学研究总院开发的。无水硫铝酸钙是一种铝氧四面体构成骨架的多孔结构的矿物,具有很高的水化活性。另外,部分硫固溶进入贝利特中,对贝利特活性提高有显著的作用。无水硫铝酸钙与贝利特二者配合在一起,前者提供早期强度,后者提供后期强度,水泥性能可以实现较好协调发展。早期的硫铝酸钙水泥中贝利特含量在20%~40%之间,无水硫铝酸钙占55%~75%,水泥具有优异的早强和低温强度发展性能[42]。近年来,贝利特含量为40% ~60% 的贝利特-硫铝酸钙水泥(亦称作高硅硫铝酸盐水泥)成为研究的热点。贝利特-硫铝酸钙水泥具有早强高强的特性,3天强度可达35MPa左右,28天强度可达60MPa左右[43],而且还具有无收缩或微膨胀等普通水泥所不具备的性能。更为重要的是,贝利特-硫铝酸钙水泥具有低钙低排放的特点,其熟料煅烧温度较普通水泥低100~200 ℃,熟料理论形成热耗低约20%,熟料CO2减排20%左右[44,45]。因此,该水泥受到了世界各主要生产国的广泛关注,法国、德国、美国、日本等纷纷进行了研究和开发。

程新带领的研究团队还研究了以硫铝酸钡钙或硫铝酸锶钙替代10%左右的无水硫铝酸钙得到的贝利特-硫铝酸盐钡(锶)钙水泥[46]。硫铝酸钡(锶)钙的活性较无水硫铝酸钙更高,且钡或锶对贝利特也有较强的活化能力,因此该水泥具有超高的早期强度,据称1天强度能达到65~70MPa[47]。

3.2 其他含贝利特的水泥

前苏联在20世纪曾经首先开发过两种以贝利特为主要矿物的水泥,分别是贝利特铝酸盐水泥(也叫矾土贝利特水泥)和波色尔水泥[48,49]。前者是以C2S、CA和C12A7为主要组成矿物,后者是以C2S、C4A3S和CA为主要矿物,二者中C2S含量均为60%左右。这两种水泥28天强度均较低,但在20~30MPa的范围内具有良好的抗海水类化学侵蚀性能。

以贝利特为主要矿物的非硅酸盐类低钙水泥一般都是由高活性的水泥矿物如硫铝酸盐矿物、铝酸盐矿物与活性较低的贝利特矿物一起构成,从而使得水泥具有能协调发展的早后期性能。这类水泥一般是作为某种具有特殊用途如低温施工等的特种水泥应用于工程中,其生产受制于原材料如较高品位的铝质原料,在普通民用建筑工程中大规模应用的潜力有限。

4 展望

贝利特是一种低钙、具有诸多优良特性的熟料矿物。目前以贝利特为主要矿物水泥的开发较为成功的是低热水泥和贝利特硫铝酸盐水泥,二者都属于具有特殊功能和用途的特种水泥,分别在大体积混凝土和具有快凝早强、低温施工等领域有着较广泛的应用。然而,特种水泥在我国水泥总量中所占比例不足5%,因此对于减少水泥工业资源能源消耗和CO2排放的作用有限。进一步发掘贝利特的性能特点,开发以贝利特为主要矿物实用性通用水泥是未来水泥工业发展的方向。以贝利特为主要矿物的低钙通用水泥研发主要在于:(1)进一步深入研究贝利特的活化技术,通过原料易得的复合离子掺杂技术实现高温晶型的稳定及β型晶型的晶格畸变,从而实现水泥性能特别是早期强度性能的进一步提高;(2)将以贝利特为主要矿物的低钙水泥技术研发与新型水泥生产装备相结合,例如利用低钙水泥煅烧温度低、对冷却速率要求高等特点,通过流化床或沸腾炉实现水泥熟料的煅烧与冷却;(3)深入研究以贝利特为主要矿物的水泥熟料与混合材共同水化作用的机理,特别是某些少量组分对贝利特水化的作用,在低钙水泥熟料与辅助胶凝组分协同作用提高水泥性能方面取得突破。

可喜的是,国内外许多水泥科研工作者一直在开展这方面的研究工作,国家自然科学基金、国家科技支撑计划等国家项目也对相关研究进行了支持,相信在不久的将来,以贝利特为主要矿物的低钙水泥能够成为通用水泥,在更多的建设工程中发挥作用。

摘要：硅酸二钙是一种钙含量较低的硅酸盐胶凝矿物,与传统高钙硅酸盐矿物硅酸三钙相比,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。对硅酸二钙的结构、晶型转变及水化活性的研究情况进行了综合评述,并对以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥的组成、性能及存在的主要问题进行了介绍。在此基础上,指出了以硅酸二钙为主要矿物的低钙水泥研发的技术方向。