摘要：本研究旨在分析高贝利特铁铝酸盐水泥制备工艺，提升水泥性能。研究人员着重考察了天然石膏掺量，对铁铝酸盐水泥的凝结时间、水化放热、抗压强度以及膨胀率的影响。研究结果表明，熟料煅烧条件的优化对水泥质量具有直接影响。本研究不仅深化了对高贝利特铁铝酸盐水泥水化过程的理解，也为优化其制备工艺提供了实验基础，对于提高水泥的性能，拓展其应用领域具有积极作用。

　　关键词：铁铝酸盐水泥；天然石膏；膨胀率

　　高贝利特铁铝酸盐水泥主要成分为高铝铁矾土，具有独特的矿石结构和丰富的氧化铝、氧化铁等矿物成分。相比传统水泥，高贝利特铁铝酸盐水泥具有耐高温、耐腐蚀、抗硫酸盐侵蚀等优势，在一些特殊工程领域有着广泛的应用前景。想要充分发挥高贝利特铁铝酸盐水泥的性能，重点在于不断优化制备工艺。本次研究中，相关研究人员通过实验与分析，尝试优化高贝利特铁铝酸盐水泥制备技术，为其在工程领域的广泛应用提供技术支持。

　　1原材料与试验方法

　　1.1原材料

　　本次研究中，研究人员选择水泥、磷石膏、矿渣、粉煤灰等材料作为制备铁铝酸盐水泥的原料，原材料具体化学成分如表1。

　　1.2熟料与水泥制备

　　本次研究中，相关工作人员运用倒推法，假定水泥熟料的矿物组成，即预设目标矿物的含量。研究人员根据所用原料的化学组成进行配比计算，以使其与设定的熟料化学组成相吻合。在此基础上，基于制备铁铝酸盐水泥所使用的原材料，得到最佳的熟料矿物组成与化学组成。其中石灰石占比为59.2%，硫铁矿烧渣占比为14.7%，磷石膏与铝矾土占比分别为7.6%、18.4%。

　　实际开始熟料制备工作后，研究人员将上述原料进行干混，时间控制在1 min，根据水料比0.18加水，再次搅拌均匀，并将原料搓成直径为12～15 mm的料球，将料球放入马弗炉进行煅烧，取出后用风扇迅速吹冷，得到水泥熟料。

　　研究人员将天然石膏与水泥熟料进行充分混合，使用研磨设备将混合料研磨到一定的细度，得到铁铝盐酸水泥（表2）。

　　1.3性能测试

　　在试样制备阶段，研究人员将水泥净浆以及水泥胶砂试块，分别设置为不同的水灰比进行制备，在标准养护条件下，将两组试块放入水中养护。取样过程中，研究人员从净浆试块内部取得试样，以备X射线衍射测试以及扫描电子显微镜测试。

　　实际开始测试之后，研究人员遵守相关质量安全标准，进行水泥比表面积测定、水泥凝结时间测定，水泥胶砂强度测定，确保本次实验能够对高贝利特铁铝酸盐水泥物理、化学、力学性能进行全面评估。

　　2结果分析与讨论

　　2.1熟料煅烧条件的确定

　　在进行X射线衍射测试分析过程中，研究人员对制备的熟料样品进行粉碎，并制备成适当的薄片，得到X射线的散射模式，进而测定晶体的结构和组成。在实际实验中，研究人员预先设置好X射线管电压、电流以及合适的扫描速度等参数，通过这种方式获得高质量衍射图谱。通过与数据库中的标准图谱对比，可以确定熟料中存在的晶相，评估其相对含量和结晶度。

　　在进行扫描电子显微镜测试分析过程中，研究人员对熟料样品表面进行金属喷涂处理，提高样品的导电性，获得有关熟料微观形貌的详细信息。通过观察颗粒大小、形状、分布以及表面结构等微观特征，可以更全面地了解熟料的物理性质，为工艺的优化提供有益的线索。综合分析XRD和SEM实验数据，不仅可以确定熟料中的晶相种类、含量和结晶度，还能深入了解颗粒的形貌、尺寸分布和表面结构等微观特征（如图1所示）

　　分析图1-1可以发现，本次实验制备的铁铝酸盐水泥，其内部为疏松多孔结构，因此该材料具有较为明显的易磨性；分析图1-2可以发现，C2S与C4A3紧密结合，结晶轮廓清晰。研究人员在水泥原料中加入天然石膏以及磷石膏（表3），并对比两种试块的抗压强度（图2）。

　　分析图2可以发现，本次研究中制备的两种水泥试块中，掺入天然石膏的水泥试块，其抗压强度高于掺入磷石膏的水泥试块，当煅烧温度达到1 310℃后，两种水泥试块的抗压强度接近。造成这一现象的主要原因在于：磷石膏富含磷酸盐，而天然石膏主要是硫酸盐矿物。这两者的引入可能导致不同的水泥硬化反应，其中磷酸盐可能对水泥的矿物相形成产生负面影响，降低抗压强度。此外，硬化过程中的反应差异，也是影响两者抗压强度的因素。磷酸盐的存在，干扰了水泥中的矿物物相形成，而硫酸盐则与水泥矿物发生反应，形成硫铝酸盐，有助于提高水泥的性能。

　　2.2天然石膏对水泥凝结时间的影响

　　分析图3可以发现，天然石膏对于水泥的凝结时间将会产生直接影响，初凝与终凝时间均呈现出一定的规律。未加入天然石膏时，水泥的初凝时间为150 min，终凝时间为185 min。当加入5%的天然石膏时，水泥的凝结时间急剧缩短，初凝时间小于10 min，终凝时间为15 min。说明小量的天然石膏可以显著促进水泥的凝结，使其更快地达到初凝和终凝阶段。但是，随着天然石膏掺量提升至15%，水泥的初凝和终凝时间有所延长，也就是说随着天然石膏掺量不断提高，其对于凝结时间的影响不再呈线性关系，而是受到更复杂的影响机制。

　　经过深入研究，相关工作人员发现在天然石膏掺量为5%的情况下，钙矾石的形成效率加快，并在水泥原料中形成了交织的网状结构，缩短了凝结时间。这说明在一定范围内，适量的天然石膏促进了钙矾石的形成，而过量的天然石膏则导致钙矾石与水泥颗粒的隔离。

　　需要注意的是，即使在掺入15%的天然石膏时，水泥的终凝时间仍然小于25 min。这说明铁铝盐酸水泥具有较快的凝结特性，相较于硅酸盐水泥，具备更为迅速的凝结和硬化能力。

　　2.3天然石膏对水泥抗压强度的影响

　　分析图4可以发现，1、3 d的抗压强度，与28、56 d的抗压强度呈现相似的增长规律，在不同时间尺度上，水泥的抗压强度有一致的发展趋势。当石膏掺量从5%增加到15%时，1、3 d抗压强度呈递增趋势，说明在早期阶段，适量的天然石膏掺入有助于提高水泥的抗压强度。当水泥中掺入5%天然石膏，其在1、3 d的抗压强度低于无石膏水泥，其原因在于石膏导致水泥的凝结时间过快，终凝时间为15 min，从而阻碍了早期强度的充分发展。此外，在28、56 d时，掺有5%天然石膏的水泥表现出最高的抗压强度，与早期1、3 d的规律明显不同。当天然石膏掺量为10%时，抗压强度随龄期变化增长率较小，证明10%的石膏含量对强度的提高有一定抑制作用。当天然石膏掺量为5%时，抗压强度随龄期变化增长率较大，尤其是从3~28 d，表明5%的石膏掺量在早期到中期对强度有促进作用（详见表4）。

　　2.4天然石膏对水泥膨胀率的影响

　　分析图5可以发现，水泥膨胀率变化趋势在10%石膏掺量处发生变化，这表示膨胀率的变化与水泥基体硬化前后的关系密切相关。当石膏掺量为0%时，无水硫铝酸钙水化较慢，大部分在后期水化，生成具有膨胀性的产物。在10%石膏掺量下，水化反应虽然快速，但1d后反应较少，因此膨胀率相对较低，同时与抗压强度的下降有关。在15%石膏掺量下，早期与后期均发生水化反应，大量钙矾石的出现使得后期膨胀增加，这成为提高水泥抗压强度的一个重要因素。

　　3结语

　　本次研究中，相关工作人员深入分析天然石膏对水泥性能的复杂影响。通过实验，研究人员发现适量的石膏掺入，可在早期提高水泥抗压强度，但是天然石膏过量则会导致凝结时间延长。在制备后期，石膏对水泥抗压强度的作用，表现出更为显著的积极影响。这一研究不仅对高贝利特铁铝酸盐水泥的优化提供了数据支持，也深化了相关从业者对水泥水化反应及性能发展机制的理解，为实现高贝利特铁铝酸盐水泥在建筑领域的更广泛应用提供帮助。

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