摘要
主要研究了不同铝铁比的铁相固溶体对硅酸三钙（C3S）水化性能的影响.结果表明，铁相固溶体对C3S的水化具有抑制作用，并且其铝铁比越低，该抑制作用越明显.借助等温量热仪、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP‑OES）等测试手段发现，铁相固溶体水化后产生偏铁酸根离子和偏铝酸根离子，其中偏铁酸根离子会阻碍氢氧化钙的沉淀，从而抑制C3S的水化，而偏铝酸根离子可以减轻偏铁酸根离子对C3S水化的抑制作用.
目前，水泥制造业存在高能耗、高碳排放的问
综上所述，研究铁相固溶体对C3S水化的影响有助于开发新型胶凝材料，从而降低水泥生产的能耗及碳排放
按照化学计量比称取CaCO3、Fe2O3、Al2O3，使用行星球磨机（型号YXQM-1L）将其混匀，通过固相烧结法制备铁相固溶体Ca2AlxFe2-xO5（x=0、0.2、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0），煅烧温度为1 300 ℃，保温时长2 h；按照化学计量比称取CaCO3、SiO2，通过固相烧结法制备C3S，煅烧温度为1 500 ℃，保温时长6 h，反复煅烧3次；按照1∶4的质量比称取Ca2AlxFe2-xO5与C3S，使用行星球磨机将2种样品进行充分混合后得到Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系样品，球磨过程中设定转速为400 r/min，混合时间为20 min.
将不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系样品与去离子水按照0.5的水灰比（质量比）进行混合，搅拌均匀后置于养护室（（20±1） ℃，相对湿度98%）中，待水化进行到预设时间后，泡入异丙醇中终止水化.将浸泡24 h的样品放入真空干燥箱中烘干并研磨，得到试验用净浆样品.按照1∶4的质量比称取参比物刚玉（α‑Al2O3）和净浆样品并置于研钵中，向研钵中加入适量异丙醇后研磨5 min，使样品混合均匀，将得到的混合物置于真空干燥箱（型号DHG-9140A）中进行烘干，最终得到用于XRD定量分析的水化样品.
图1 不同Ca2AlxFe2-xO5⁃C3S体系水化热曲线
Fig.1 Hydration heat of different Ca2AlxFe2-xO5⁃C3S systems
由
由
综上，Ca2AlxFe2-xO5对C3S的水化具有抑制作用，并且其铝铁比越小，对C3S水化的抑制作用越明显.
为探究不同Ca2AlxFe2-xO5对C3S水化产物的影响，本研究对不同体系（x取值为0、0.6、1.0）、不同水化时间（5、12、24、48、120 h）的水化样品进行了X射线衍射分析，试验结果见
图2 不同体系水化样品的X射线衍射图谱
Fig.2 XRD patterns of hydrated samples from different systems
图3 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系相演化图
Fig.3 Phase evolution patterns of different Ca2AlxFe2-xO5‑C3S systems
结合不同水化样品中的C3S含量变化进行深入分析，结果如
图4 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系水化样品中的C3S含量
Fig.4 Content of C3S in different hydrated Ca2AlxFe2-xO5‑C3S systems
水化过程分为溶解与沉淀，二者均与溶液中离子的行为密切相关.为进一步探究Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系水化异常的原因，本研究开展了以下试验：将不同Ca2AlxFe2-xO5按照0.5的水灰比与去离子水混合进行水化，水化进行2 h后使用注射器将浆体通过0.22 µm的滤膜进行过滤，得到含铝铁水合离子的孔溶液，将该孔溶液与C3S按照0.5的水灰比进行混合并测试其水化热.此试验排除了铁相固溶体水化产物对C3S水化性能的影响，重点探究溶液中的离子在体系中的作用，试验结果见
图5 不同Ca2AlxFe2-xO5孔溶液‑C3S体系的水化放热曲线
Fig.5 Hydration heat flow of different Ca2AlxFe2-xO5 pore solution‑C3S systems
经过上述试验可以确定Ca2AlxFe2-xO5对C3S水化的抑制作用与溶液中的离子行为有关.因此本节通过ICP‑OES对不同样品水化过程中各离子的浓度进行表征，从而进一步对本体系的水化机理进行探究.
图6 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系样品中的C
Fig.6 C
图7 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系样品孔溶液中的偏铁酸根离子和偏铝酸根离子浓度
Fig.7 Metaferrate and metaluminate ion concentration of different Ca2AlxFe2-xO5‑C3S systems
Ca（OH）2是该体系的主要水化产物之一，Young
图8 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系Ca（OH）2饱和度指数
Fig.8 Saturation indexes of Ca （OH）2 in different Ca2AlxFe2-xO5‑C3S systems
图9 不同Ca2AlxFe2-xO5‑C3S体系孔溶液中Ca（OH）2的最大饱和度
Fig.9 Maximum saturation of Ca（OH）2 in pore solution of different Ca2AlxFe2-xO5‑C3S systems
（1）当铁相固溶体与C3S混合水化时，C3S的水化受到抑制，并且铁相固溶体的铝铁比越小对C3S的抑制作用越明显.
（2）铁相固溶体与水反应生成的偏铁酸根离子是导致C3S水化受到抑制的因素.偏铁酸根离子的存在提高了Ca（OH）2沉淀所需的饱和度，从而使水化反应难以进行.当体系中存在偏铝酸根离子时，Ca（OH）2沉淀所需的饱和度降低，从而减轻偏铁酸根离子对C3S水化的抑制作用.
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