第七章-鋁酸鹽水泥

第七章鋁酸鹽水泥凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料稱為鋁酸鹽水泥，代號CA用GB201-2000鋁酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)取代GB201-1981高鋁水泥的標(biāo)準(zhǔn)鋁酸鹽水泥按Al2O3含量分為四類CA-5050％≤Al2O3<60%CA-6060%≤Al2O3<68%CA-7068%≤Al2O3<77%第一節(jié)高鋁水泥凡礦物組成以鋁酸鈣為主、化學(xué)成分中氧化鋁的含量約50％的熟料磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，稱為高鋁水泥或礬土水泥主要以礬土和石灰石做原料，按適當(dāng)比例配合后，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)或熔融再粉磨而成一、化學(xué)組成和礦物組成1.化學(xué)組成主要有CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3及少量的MgO等CaO：32-44％；Al2O3：33-60％；SiO2：3－15％；Fe2O3:1-15%1.氧化鋁氧化鋁含量在45％以上，其含量低，會(huì)形成C12A7，使水泥快凝，強(qiáng)度下降；含量高，形成的CA2多，使早期強(qiáng)度低2.CaO含量高，易形成C12A7，含量低，CA2多采用燒結(jié)法生產(chǎn)，燒成溫度隨CaO含量增多而降低，因此CaO含量高會(huì)造成燒結(jié)溫度窄。3.氧化硅其含量不宜超過10％，當(dāng)含量在4-5％時(shí)，能促使生料更均勻燒結(jié)并加速礦物形成。SiO2含量增加，C2AS含量也增加，水泥早期強(qiáng)度降低4.Fe2O3Fe2O3形成膠凝性能弱的C2F、CF，會(huì)降低強(qiáng)度，采用熔融法時(shí)，F(xiàn)e2O3可以降低燒成溫度，但含量不宜超過15％；采用燒結(jié)法時(shí)，不宜超過4％。（二）礦物組成在CaO－Al2O3－SiO2的三元相圖中，鋁酸鹽水泥組成落在C12A7-CA-C2S(I)、C2S-C2AS2-CA(II)、CA-CA2-C2AS(III)和CA2-CA6-C2AS2(IV)四個(gè)三角形的陰影區(qū)內(nèi)，I、II、III為高鋁水泥區(qū)IV為低鈣鋁酸鹽耐火水泥區(qū)1.鋁酸一鈣CACA是高鋁水泥的主要組分，具有很高的水硬性，其特點(diǎn)凝結(jié)正常，硬化迅速，是高鋁水泥強(qiáng)度主要來源CA含量高的水泥，強(qiáng)度發(fā)展主要集中在早期，后期不明顯CA的結(jié)晶形狀與煅燒方式、冷卻條件等有關(guān)，用慢冷法得到的CA，多為不規(guī)則的板狀，粒徑在5-10μm，熔融溫度為1600℃CA常與鐵酸一鈣、氧化鐵及鉻、錳等形成固溶體2.二鋁酸一鈣CA2在CaO含量低的高鋁水泥中CA2較多CA2水化較慢，早期強(qiáng)度低，但后期強(qiáng)度不斷增加，其含量高，會(huì)影響到高鋁水泥的快硬性，但耐熱性提高燒結(jié)法得到的CA2呈粒狀晶體，尺寸在10－20μm，其晶體分布并不均勻，并且包裹物多。3.七鋁酸十二鈣C12A7晶體中Al和Ca配位極不規(guī)則，晶格中具有大量的空洞，使其水化極快，但強(qiáng)度不高因此，C12A7含量高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)快凝，強(qiáng)度降低，耐熱性降低4.鋁方柱石C2AS由于其晶格結(jié)構(gòu)內(nèi)離子配位對稱性高，膠凝性能很差。通常以長方、正方、板狀和不規(guī)則形狀，一般情況下，分布比較均勻。除此之外，還含有C2S、C2F、MgO·Al2O3等采用燒結(jié)法時(shí)，Al2O3含量一般在45％以上，過低會(huì)使快凝的C12A7增多，強(qiáng)度降低；過多，使CA2增加，早期強(qiáng)度降低。氧化硅含量不宜超過10％，否則C2AS增加，使早期強(qiáng)度降低，通常應(yīng)在4-5％

氧化鐵會(huì)形成CF、C2F，膠凝性弱，在燒結(jié)法中，一般控制在1-3％，超過4％，易生燒。二.高鋁水泥的生產(chǎn)方式（一）熔融法把生料放入爐中熔融，熔融溫度1300-1400℃。生料不必磨細(xì)，在熔融過程中可達(dá)到混合均勻的目的當(dāng)原料中Fe2O3含量較多時(shí)，采用此法比較合適采用電爐煅燒時(shí)，礬土和石灰石需預(yù)先干燥或煅燒，使礬土脫水和石灰石分解，以免大量氣體生成造成爆炸熔融法優(yōu)點(diǎn)原料不用磨細(xì)，并可用低品位礬土，即Fe2O3、SiO2含量高時(shí)，也能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)水泥缺點(diǎn)能耗高，熟料硬度大，粉磨電耗大（二）.燒結(jié)法由于我國礬土中Fe、Si含量低，普遍采用此法，最廣泛使用的回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法?；剞D(zhuǎn)窯燒結(jié)法與硅酸鹽水泥燒成相似：將生料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒至部分熔融。由于煅燒是在氧化氣氛進(jìn)行，原料的雜質(zhì)不能被還原去除，需要控制Fe、Si的含量高鋁水泥燒結(jié)溫度窄，在1300-1330℃，CA在900℃開始形成，C12A7在950-1000℃生成，而CA2在1000-1100℃才開始形成在煅燒過程中，要避免燒流和結(jié)塊，也要避免生燒。為了避免燒流和結(jié)塊，可采用：1.采用低灰份燃料煤灰落入生料會(huì)降低熔融溫度，也會(huì)造成物料不均勻2.控制好燒成帶溫度溫度過高，易結(jié)塊熟料燒結(jié)的好壞可以通過熟料顏色和結(jié)粒大小反映，正常得到的淺黃色熟料，粒度在5-10mm耐火材料廠采用倒焰窯生產(chǎn)高鋁水泥時(shí)，將石灰石與礬土預(yù)先烘干，分別磨制成0.080mm的篩余低于10％的物料，然后進(jìn)行混合，加水拌成半干料，再制成坯煅燒。三、高鋁水泥的水化硬化過程CA是高鋁水泥主要礦物，其水化及水化物的結(jié)晶狀況決定了高鋁水泥的水化CA由于Ca、Al配位不顧則，水化很快，其水化過程和產(chǎn)物與溫度有很大關(guān)系二鋁酸一鈣的水化反應(yīng)七鋁酸十二鈣的水化反應(yīng)結(jié)晶的C2AS水化很慢，C2S水化形成C-S-H凝膠CAH10、C2AH8都屬于六方晶系，其晶體呈片狀或針狀，互相交錯(cuò)攀附，重疊結(jié)合，可形成堅(jiān)強(qiáng)的結(jié)晶合生體，使水泥獲得很高強(qiáng)度。氫氧化鋁凝膠又填充與晶體骨架的孔隙，形成了較致密的結(jié)構(gòu)。高鋁水泥水化5－7d后，水化產(chǎn)物增加很慢，因此早期強(qiáng)度增長快，以后不顯著。值得注意：CAH10或C2AH8都是亞穩(wěn)相，逐漸轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的C3AH6，這是一自發(fā)過程，并由于溫度提高而加速摩爾量1014378312324密度1.722.522.401.00摩爾體積比10.2540.220.5491ml的CAH10經(jīng)轉(zhuǎn)化后，僅形成0.254mlC3AH6和0.22mlAH3，造成漿體孔隙率達(dá)53.7％。C2AH8轉(zhuǎn)化為C3AH6，孔隙率達(dá)30.7％值得注意：晶型轉(zhuǎn)化隨溫度升高加快隨溫度升高孔隙率增大，強(qiáng)度降低，隨水灰比降低，孔隙率降低，強(qiáng)度增加在條件允許下，盡可能采用低的水灰比，一般高鋁水泥混凝土的水泥應(yīng)不超過0.4，預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)小于0.35四、高鋁水泥的性能和應(yīng)用1.高鋁水泥強(qiáng)度發(fā)展迅速，24h可以達(dá)到最高強(qiáng)度2.低溫（5-10℃）能很好硬化，可以進(jìn)行冬季施工，但溫度高于30℃，強(qiáng)度迅速降低，且迅速放熱，所以構(gòu)件體積不宜過大3.不宜與石灰或水化后有Ca(OH)2形成的膠凝材料混合，否則凝膠不正常，強(qiáng)度下降。由于Ca(OH)2與低堿水化鋁酸鈣反應(yīng)立即形成立方相水化鋁酸三鈣（C3AH6)4.具有很好的抗硫酸鹽和海水侵蝕的能力沒有氫氧化鈣形成5.耐濃酸及堿和堿金屬碳酸鹽的侵蝕性差6.耐高溫性好固相燒結(jié)的結(jié)果第二節(jié)快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥以鋁酸鈣為主要成分的熟料，加入適量硬石膏，磨細(xì)而成具有快硬、高強(qiáng)的水硬性膠凝材料該水泥各齡期強(qiáng)度高于硅酸鹽水泥，不但具有小時(shí)強(qiáng)度高，而且有較好的強(qiáng)度發(fā)展，快硬而不快凝?？朔烁咪X水泥后期強(qiáng)度低的缺點(diǎn)快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物有鈣礬石和水化氧化鋁凝膠。160℃是AFt脫水；300℃是鋁膠脫水6h已形成大量的AFt，而且AFt和鋁膠隨齡期增加而增加快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥的水化水化相穩(wěn)定，水泥石結(jié)構(gòu)穩(wěn)定1年半內(nèi)沒有新相形成，5年內(nèi)強(qiáng)度還在增加有微膨脹的AFt和加上水化氧化鋁的填充，密實(shí)，使其具有快硬、高強(qiáng)研究表明：當(dāng)硅酸鹽水泥、高鋁水泥、石膏比例適當(dāng)時(shí)，可制得早期強(qiáng)度相近、28d強(qiáng)度接近或超過高鋁水泥的復(fù)合水泥，而且高溫高濕下，強(qiáng)度繼續(xù)增加凡是以優(yōu)質(zhì)鋁土和優(yōu)質(zhì)石灰石為原料，按一定比例配合而成的生料，經(jīng)煅燒后，所得以低鈣鋁酸鹽為主要成分的熟料，磨細(xì)而成，制得一種具有耐火性的水硬性膠凝材料第三節(jié)低鈣鋁酸鹽耐火水泥主要成分是CA2（熔點(diǎn)1765℃），約占60-70％，晶體尺寸在5-25μm，還有少量游離Al2O3（熔點(diǎn)2040℃）

、C2AS（熔點(diǎn)1580℃）、CA6（熔點(diǎn)1870℃）

。第四節(jié)硫鋁酸鹽水泥以適當(dāng)成分的生料經(jīng)煅燒后，得到以無水硫鋁酸鈣（3CaO·3Al2O3·CaSO4）和硅酸二鈣為主要礦物組成的熟料，加入適量的石膏和石灰石磨細(xì)，具有水硬性的膠凝材料GB20472-2006硫鋁酸鹽水泥

分為低堿度硫鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥快硬硫鋁酸鹽水泥由適當(dāng)?shù)牧蜾X酸鹽水泥熟料、小于15%石灰石、適量石膏磨細(xì)制成，具有早強(qiáng)性能的水硬性膠凝材料低堿度硫鋁酸鹽水泥由適當(dāng)?shù)牧蜾X酸鹽水泥熟料、15-35%石灰石、適量石膏磨細(xì)制成，具有堿度低的水硬性膠凝材料主要用于制作玻璃纖維水泥制品由適當(dāng)?shù)牧蜾X酸鹽水泥熟料、適量石膏磨細(xì)制成，具有膨脹性能的水硬性膠凝材料自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥所用的原料為石灰石、礬土和石膏，要求：石灰石：CaO>52%；礬土：Al2O3>50；SiO2<20%;二水石膏：SO3>38%；無水石膏：SO3>48%礦物組成：無水硫鋁酸鈣為36－44％；C2S為23-24％；C2F為10-17％；CaSO4為12-17％硫鋁酸鹽水泥熟料主要控制兩個(gè)率值：T為TiO2，S為SO3，其它同前堿度系數(shù)一般在0.9-1.0，硫鋁比在3.5-4.0熟料中Al2O3含量大于30％，SiO2含量小于10.5％；對于自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥熟料還要求Al2O3/SiO2<6.0硫鋁酸鹽水泥熟料的煅燒：溫度超過1400℃，無水硫鋁酸鈣會(huì)分解石膏含量不足，會(huì)形成鈣黃長石，降低早期性能；含量高，冷卻時(shí)形成硫硅酸鈣，降低水化活性煅燒溫度應(yīng)在1250-1350℃硫鋁酸鹽水泥的水化首先形成AFt，石膏少時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)為為AFm，此外形成C-S-H凝膠和AH3凝膠水泥早期的強(qiáng)度是主要由于大量AFt的形成，而C-S-H凝膠的形成，保證后期強(qiáng)度繼續(xù)發(fā)展硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間快，初凝在8-60min，終凝在10-90min，需要加入緩凝劑如蜜糖、亞甲基二萘磺酸鈉、硼酸鈉等。硫鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度穩(wěn)定，并且有所增長，在5℃下能正常硬化，但是超過150℃，強(qiáng)度迅速降低硫鋁酸鹽水泥的收縮小，抗硫酸鹽侵蝕強(qiáng)，抗凍、抗?jié)B性能好主要用于冬季施工工程、搶修工程等無機(jī)防火保溫板是以硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰或工業(yè)廢渣為原料，加入發(fā)泡劑、特殊纖維等復(fù)合、攪拌、發(fā)泡成型

玻璃纖維增強(qiáng)板和管第五節(jié)氟鋁酸鈣水泥主要以鋁制原料、石灰質(zhì)原料、螢石經(jīng)配合燒制以氟鋁酸鈣和硅酸鈣為主要成分的熟料，再與石膏一起磨細(xì)而成熟料礦物主要以阿利特、貝利特、以及氟鋁酸鈣和鐵鋁酸鈣固溶體氟鋁酸鹽水泥的組成主要原料石灰石、礬土、螢石、少量石膏熟料形成過程氟鋁酸鹽水泥的水化氟鋁酸鈣一接觸水