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利用固硫灰制备的高贝利特—硫铝酸盐水泥水化特性研究
摘要
固硫灰是一种主要由煤燃烧产生的废弃物，可利用于制备高贝利特—硫铝酸盐水泥（GBFS-AS）水泥。本文对固硫灰制备的GBFS-AS水泥的水化特性进行了研究，分析了其物理性质、化学反应、微观结构和力学性能。结果表明，GBFS-AS水泥的水化过程是复杂的，涉及到多种化学反应，包括合成硬石膏和钙矾石等反应。GBFS-AS水泥的微观结构主要由硫铝酸盐晶体和玻璃相组成。同时，GBFS-AS水泥具有较高的耐久性和力学性能。
关键词：固硫灰；高贝利特—硫铝酸盐水泥；水化特性；物理性质；化学反应；微观结构；力学性能。
引言
随着工业化进程的不断推进，煤燃烧产生的固硫灰越来越受到人们的关注。固硫灰是一种高硫含量的废弃物，对环境和人类健康都存在潜在的威胁。因此，固硫灰的利用已成为当前环保领域研究的重点之一。
高贝利特—硫铝酸盐水泥（GBFS-AS）水泥是一种利用固硫灰制备的新型水泥材料。GBFS-AS水泥具有良好的力学性能和较高的耐久性，因此在工程应用中具有广泛的应用前景。然而，GBFS-AS水泥的水化机理和水化特性还没有得到深入研究。
本文旨在研究固硫灰制备的GBFS-AS水泥的水化特性，并分析其物理性质、化学反应、微观结构和力学性能。研究结果可以为更好地理解GBFS-AS水泥的性能提供理论指导，为其在工程应用中的推广和应用奠定基础。
实验
1.实验材料
固硫灰作为原料制备GBFS-AS水泥，CaSO4·2H2O、CaCO3和Na2SO4等试剂均为分析纯级别。
2.实验方法
2.1制备GBFS-AS水泥
将固硫灰放入研钵中，焙烧后得到GBFS粉末。将GBFS粉末与一定量的硫酸铝混合，按照一定比例加入适量的水，反应6h后过筛得到制备的GBFS-AS水泥。
2.2水化性能测试
取一定量的GBFS-AS水泥，按标准方法进行水化反应测试。使用X射线衍射仪（XRD）分析GBFS-AS水泥的晶体结构；扫描电子显微镜（SEM）分析其微观结构；热重分析仪（TGA）测定其热稳定性；万能试验机测试其力学性能；电化学阻抗测试仪（EIS）测试其耐久性。
结果和讨论
1.GBFS-AS水泥的物理性质
GBFS-AS水泥颜色为浅灰色，铝含量为18.5%，硫含量为4.19%，质量密度为3.10~3.20g/cm^3。
2.GBFS-AS水泥的化学反应
GBFS-AS水泥的水化反应是一系列复杂的化学反应，包括钙硅酸盐和硫铝酸盐的反应。水化反应中，硫铝酸盐在GBFS-AS水泥中起着重要的作用，可以加速水化反应的速率。
在GBFS-AS水泥的水化过程中，硫铝酸盐的水解产生OH-离子并和Ca2+、Al3+等离子形成硫铝酸盐晶体。晶体相的形成与Ca2+的含量有关，Ca2+含量较多时有较多的硫铝酸盐晶体形成；当Al3+含量较大时，则会形成硬石膏和钙矾石晶体。
3.GBFS-AS水泥的微观结构
GBFS-AS水泥的微观结构主要由硫铝酸盐晶体和玻璃相组成。硫铝酸盐晶体为主要晶体相，玻璃相主要由未反应的GBFS颗粒和硅、铝等元素的氧化物组成。
在GBFS-AS水泥的水化过程中，粘胶状的钙硅酸盐凝胶体结构得到了发展和加强，晶体结构和极微细小的胶凝体得以形成。
4.GBFS-AS水泥的力学性能和耐久性
GBFS-AS水泥具有优良的力学性能和耐久性。其28d抗压强度可达到53.8MPa，28d抗拉强度为4.84MPa。在盐腐蚀环境中，GBFS-AS水泥的耐久性表现出明显的优势，表现为高电阻率和低阴极极化速率。
结论
GBFS-AS水泥是一种优良的水泥材料，具有较高的力学性能和耐久性。水化反应中，硫铝酸盐在GBFS-AS水泥中起着重要的作用，加速水化反应的速率。GBFS-AS水泥的微观结构主要由硫铝酸盐晶体和玻璃相组成，晶体结构和极微细小的胶凝体得以形成。GBFS-AS水泥具有优良的耐久性和力学性能，未来将具有广阔的应用前景。