碱金属阳离子（Na+/K+）对硫铝酸钙（C4A3$）水泥水化行为、相演变及抗压强度的影响机制研究

本文系统研究了碱金属阳离子（Na+/K+）对硫铝酸钙（C4A3）基水泥性能的影响。研究发现，适量碱金属离子可促进C4A3由正交相（o-C4A3）向高反应活性立方相（c?C4A3）转变，显著提升早期强度，为利用含碱工业固废生产低碳水泥提供了理论依据。

　　

Highlight

矿物分析

图1展示了不同碱金属阳离子及其浓度对C₄A₃矿物相组成的影响。X射线衍射（XRD）结果显示，随着碱金属阳离子含量的增加，C₄A₃在23.7°、33.7°和41.6°的衍射峰强度先增强后减弱。Na⁺和K⁺的添加改变了C₄A₃$的晶体结构，尤其影响了23°处的衍射峰，使其从宽泛的馒头峰转变为尖锐的衍射峰。

结论

本研究探讨了生料中Na⁺和K⁺对C₄A₃$基水泥的烧结矿物、水化行为及抗压强度的影响。结果表明，碱金属阳离子影响了熟料矿物的结晶度，进而影响了水化过程和力学性能。主要结论如下：

1. 1.
   Na⁺/K⁺的掺入在合成过程中改变了C₄A₃的晶体结构。随着碱含量的增加，高反应活性的立方相（c?C₄A₃）的形成得到促进，而正交相（o-C₄A₃$）的形成受到抑制。Na⁺在促进这种晶型转变方面比K⁺更为有效。
2. 2.
   适量的碱金属离子（如0.3% Na或0.5% K）能显著加速C₄A₃$的水化，从而大幅提高早期（6小时和1天）抗压强度。
3. 3.
   然而，过量的碱含量会阻碍C₄A₃$的形成，并对其强度发展产生不利影响。因此，必须严格控制生料中的碱含量（建议Na₂O当量不超过0.9%，K₂O不超过1.1%）。
   这些发现拓宽了C₄A₃水泥生产的原料来源范围，为利用含碱金属离子的工业固废生产C₄A₃基水泥提供了理论基础。