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中国建筑材料科学研究总院有限公司，绿色建筑材料国家重点实验室低碳水泥研究团队在《Cement and Concrete Research》发表了题为“Influence of free calcium sulfate levels on the early hydration of sulfate-rich belite sulfoaluminate clinkers: A comparative study with anhydrite and gypsum” (游离硫酸钙含量对富硫型高贝利特硫铝酸盐熟料早期水化的影响：与硬石膏和二水石膏的比较研究)的论文。
↓论文链接
https://authors.elsevier.com/c/1i-lx21ISsuW6
富硫型高贝利特硫铝酸盐水泥（sulfate-rich BSAC）是在高贝利特硫铝酸盐水泥的矿物组成基础上，提高熟料中SO3含量，并使之以高温煅烧游离硫酸钙形式存在的一种新型水泥。高温煅烧游离硫酸钙对熟料组成、水化有重要影响。同时硬石膏和二水石膏又是调节硫铝酸盐水泥性能的重要组分。因此，研究新型熟料中高温煅烧游离硫酸钙与硬石膏/二水石膏共同作用下，富硫型高贝利特硫铝酸盐熟料的水化机理具有重要意义。
为此，绿色建筑材料国家重点实验室张文生团队探讨了sulfate-rich BSAC这种新型水泥熟料中游离硫酸钙含量对熟料水化的影响。研究了石膏种类和掺量对水泥水化过程中的水化放热、水化产物的演变和水泥的物理性能的影响。研究取得的成果如下：
研究成果：
1.不含游离硫酸钙BSA熟料在6h内的水化速度较慢。与硬石膏相比，二水石膏能显著提高BSA熟料的早期水化速度[图1(a)]。
2.随着sulfate-rich BSAC中游离硫酸钙含量的增加，熟料中高活性c-C4A3$含量增加，熟料的早期水化速率也相应提高。此外，游离硫酸钙促进了熟料的水化和AFt的生成。游离硫酸钙含量低时，由于SO42⁻离子不足，导致浆体中逐渐形成AFm相，样品抗压强度降低。反之，充足的游离硫酸钙含量可确保C4A3$充分反应，从而提高早期抗压强度[图1(b、c)]。
3.sulfate-rich BSAC中的游离硫酸钙溶解较快，可以使溶液中的Ca2+和SO42⁻离子快速饱和，从而抑制二水石膏的溶解[图2(a)]。
4.与二水石膏相比，高溶解度的硬石膏能提高溶液中Ca2+和SO42⁻浓度，促进C4A3$的水化。因此，硬石膏对sulfate-rich BSAC的早期性能的提高更为明显[图1(d)]。
图1 硬石膏(A)/石膏(G)对熟料早期水化放热与抗压强度的影响。
图2 硬石膏(A)/石膏(G)对熟料水化产物的影响
主要创新点：
通过对比研究游离硫酸钙sulfate-rich BSAC与BSA熟料早期水化，以及游离硫酸钙与硬石膏/二水石膏协同作用下sulfate-rich BSAC的早期水化特征。发现，sulfate-rich BSAC较BSA水泥具有更好的小时级强度，其6h强度超过15MPa。此外，sulfate-rich BSAC中掺加硬石膏能进一步提高早期水化速度，使6h强度达到20MPa。研究阐明了硬石膏和二水石膏影响sulfate-rich BSAC早期水化的机制，为sulfate-rich BSAC熟料制备水泥时，选择石膏种类和掺量提供了理论支撑。
研究团队简介：
张文生：博士，中国建材总院教授级高工，博士生导师，绿色建筑材料国家重点实验室学术带头人，瑞士（洛桑）联邦理工学院（EPFL）高级访问学者，“十四五”国家重点研发计划项目负责人。主要从事水泥化学和低碳胶凝材料研究及技术开发工作。负责国家自然科学基金重点项目等20余项国家级科研项目。公开发表学术论文200余篇，申请国家发明专利40余件。获得多项省部级科技奖励。兼任中国硅酸盐学会理事、中国硅酸盐学会水泥分会理事长、中国材料研究学会发展咨询委员会委员、《硅酸盐学报》第六/七/八届编委、《建筑材料学报》第七届编委和《硅酸盐通报》第六届编委等。
曹立学：张文生教授指导的博士研究生，研究方向为新型硫硅酸盐熟料的制备与应用。参与项目包括“科技助力经济2020”重点专项、中国建材集团关键核心技术攻关项目、“十四五”国家重点研发计划项目、绿色建筑材料国家重点实验室自立项目等。
任雪红：博士，中国建材总院教授级高工。现任中国建材总院水泥新材院水泥化学与房建材料研究所所长，兼任中国硅酸盐学会水泥分会理事及秘书长。中国建材集团核心技术攻关项目、中国建材联合会“揭榜挂帅”项目负责人。主要从事低碳水泥及AI大数据应用技术开发的研究。
叶家元：博士，中国建材总院教授级高工。现任中国建材总院水泥新材院副院长，兼任中国材料研究学会青年工作委员会常务理事兼副主任委员、中国土木工程学会绿色建造与运维分会理事、中国建筑学会建筑材料分会理事等。“十四五”国家重点研发计划课题负责人。主要从事固废资源化利用，低碳胶凝材料与水泥基材料数字化的研究。
刘垒：博士，郑州大学材料科学与工程学院直聘副研究员。在《Cement and Concrete Research》等发表学术论文4篇。
武岩泽：叶家元教授指导的硕士研究生，研究方向为硫硅酸盐水泥的制备与耐久性能研究。参与项目包括中国建材集团关键核心技术攻关项目、“十四五”国家重点研发计划项目等。
