第十章-特性水泥和专用水泥

第十章特性水泥和专用水泥本章学习要点本章要求了解特种水泥的概念和分类，掌握每类特种水泥的概念、分类、技术指标、生产工艺、主要特性矿物的水化硬化性能、突出特性和主要用途等。特别是掌握硫铝酸盐、氟铝酸盐、铁铝酸盐、铝酸盐矿物的水化硬化胶凝性能。10.1概述特性水泥和专用水泥统称为特种水泥，也即指通用水泥以外的水泥。目前我国已研制开发了70多种特种水泥。10.1.1特种水泥的分类1、按特种水泥所含矿物分类特种水泥通常可分成六大系列产品，它们是：硅酸盐水泥系列（除通用水泥外）、铝酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他（包括无熟料、少熟料）水泥系列。2、特种水泥的功能或用途分类①快硬高强水泥②水工水泥③油井水泥④装饰水泥⑤膨胀和自应力水泥⑥其他10.1.2特种水泥的生产状况目前我国特种水泥生产年产量低，仅占全国水泥总产量的2﹪以下，与发达国家7﹪～9﹪的生产规模相比有相当的差距。10.2快硬水泥10.2.1快硬硅酸盐水泥1、快硬硅酸盐水泥技术要求①氧化镁含量：≤5.0％②三氧化硫含量：≤4％③水泥细度：筛余≤10%④凝结时间：初凝≥45min，终凝≤10h⑤安定性：合格⑥强度：不得低于标准规定值2、快硬硅酸盐水泥生产工艺（1）设计合理的矿物组成。（2）适当提高水泥的比表面积。（3）适当增加石膏的含量。3、快硬硅酸盐水泥性能与用途快硬硅酸盐水泥早期强度高，1d抗压强度为28d的30%～35%，后期强度呈持续增长趋势；其凝结时间正常，一般初凝时间为2～3h；水泥的水化热较高，早期干缩率亦较大。主要用于抢修工程、军事工程、预应力混凝土制件。10.2.2快硬硫铝酸盐水泥以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏和0～10%的石灰石，磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥，代号R·SAC。快硬硫铝酸盐水泥的标号以3d抗压强度表示，分425、525、625、725四个标号。1、快硬硫铝酸盐水泥技术指标◆比表面积比表面积不得低于350m2/kg。◆凝结时间初凝不得早于25min。终凝不迟于3h。◆强度各龄期强度不得低于国家标准值2、快硬硫铝酸盐水泥生产工艺◆原料铝质原料（矾土）、石灰质原料（石灰石）和石膏。要求石灰石中CaO＞52%。MgO＜1.5%；矾土中Al2O350%～65%，SiO2＜25%；二水石膏SO3＞38%，MgO＜3%，也可以使用相应质量的无水石膏。◆熟料的组成与率值熟料矿物以无水硫铝酸钙3（CaO·Al2O3）·CaSO4（简写为C4A3）和硅酸二钙β-C2S为主，还有少量的CaSO4、钙钛矿（CT）和含铁相等。熟料的化学组成大致为CaO40%～44%，Al2O318%～22%，SiO28%～12%，Fe2O36%～10%，SO312%～16%，其相应的矿物组成一般是C4A336%～44%，β-C2S23%～34%，C2F10%～27%，CaSO44%～17%。◆煅烧生产C4A3—β-C2S型水泥熟料，一般采用干法回转窑生产，也可以用立窑生产。生料细度控制在0.080mm方孔筛筛余＜10%。熟料煅烧温度为1250～1350℃，不宜超过1400℃，否则CaSO4分解，C4A3也分解。◆水化C4A3和石膏形成钙矾石和Al（OH）3凝胶，石膏量少时，后来生成低硫型硫铝酸钙。由于较低温度形成的C2S水化较快，生成C-S-H凝胶，而AH3和C-S-H凝胶填充在水化硫铝酸钙之间，加固和致密水泥石的结构，故水泥早期强度高。改变水泥中石膏的掺入量，可以制得快硬不收缩、微膨胀、膨胀和自应力水泥。3、快硬硫铝酸盐水泥性能和用途C4A3—β-C2S型水泥的初凝时间0.5～1h，终凝时间1～1.5h；长期强度稳定，并有所增长。低温性能较好，气温在-5℃以上时，不必采取任何特殊措施，就可以正常施工。可用于紧急抢修工程，如接缝、堵漏、锚喷、抢修飞机跑道、公路等，适合于冬季施工工程、地下工程、配制膨胀水泥和自应力水泥以及玻璃纤维砂浆等，但不适应于在100℃以上环境下使用。10.2.3快硬氟铝酸盐水泥以矾土、石灰石、萤石（或再加石膏）经配料煅烧得到的以氟铝酸钙（C11A7·CaF2）为主要矿物的熟料，再与石膏一起磨细而成的水泥为快硬氟铝酸盐水泥。1、快硬氟铝酸盐水泥矿物组成主要矿物为氟铝酸钙、阿利特、贝利特和铁铝酸钙固溶体。2、快硬氟铝酸盐水泥配料先设计水泥熟料的矿物组成，然后计算出熟料的化学成分，再用试配法进行配料。3、快硬氟铝酸盐水泥生产工艺烧成温度一般控制在1250～1350℃，火焰温度控制在1350～1400℃，温度过高，易结大块，易结圈；温度过低，容易产生生烧。熟料要求急冷。水泥粉磨细度要求较高，一般比表面积控制在500～600m2/kg。4、快硬氟铝酸盐水泥性能与用途快硬氟铝酸盐水泥凝结很快，硬化很快。快硬氟铝酸盐水泥可用于抢修工程，用作喷锚用的喷射水泥。由于其水化产物钙矾石在高温迅速脱水分解，它可用作铸造业用的型砂水泥。10.2.4快硬铁铝酸盐水泥以适当成分的生料，经煅烧所得以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸钙为主要矿物的熟料，加入适量石灰石和石膏，磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料。1、快硬铁铝酸盐水泥技术要求比表面积、凝结时间、游离氧化钙符合表12.6的规定。项目技术要求比表面积（m2/kg）不小于380凝结时间（min）初凝不早于25终凝不迟于180游离氧化钙（%）不大于0.42、快硬铁铝酸盐水泥生产工艺（1）熟料的化学成分及矿物组成主要化学成分分为CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、SO3，主要矿物为C4A3、β-C2S、C4AF。（2）原料、燃料配料采用三组分配料：石灰石、铁矾土、石膏。（3）煅烧煅烧设备为回转窑。烧成温度一般为1250～1350℃，。（4）粉磨在水泥粉磨过程中，比表面积应控制在350m2/kg以上，一般为350～400m2/kg的范围。3、快硬铁铝酸盐水泥的特性和用途（1）早强高强（2）抗冻性（3）耐蚀性能好（4）高抗渗性能快硬铁铝酸盐水泥适合于冬季施工工程、抢修工程、配制喷射混凝土及生产预制构件等。10.3抗硫酸盐水泥凡以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏，磨细制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。按其抗硫酸盐侵蚀分为中抗硫酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥两类。抗硫酸盐水泥的技术要求中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥的标号均有两种，分为425、525两个标号。各标号水泥的各龄期强度不低于下表中的所列数据。水泥标号抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42516.042.53.56.552522.052.54.07.0抗硫酸盐水泥的生产技术抗硫酸盐水泥的生产工艺基本上与硅酸盐水泥生产相似，不同之处在于熟料矿物有所区别。对于抗硫酸盐水泥熟料，由于KH值低、n值高、p值也较低，所以熟料的形成热较硅酸盐水泥熟料低，易于烧成。对于回转窑的窑皮维护不利，应加强稳定热工制度、严格控制熟料的结粒情况；对于立窑来讲，应加强熟料烧成控制，浅暗火操作，快烧快冷，减少中间结大块，提高立窑煅烧能力。抗硫酸盐水泥的性能与主要用途抗硫酸盐侵蚀性能好。中抗硫水泥可以抵御SO42-离子浓度2500㎎/L的纯硫酸盐溶液的腐蚀，高抗硫水泥可以抵御SO42-离子浓度8000㎎/的腐蚀，最高可抗SO42-离子浓度（1～2）×104㎎/L。主要用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程。10.4装饰水泥装饰水泥指白色水泥和彩色水泥。装饰水泥主要用于建筑装饰工程，可配制成彩色灰浆或制造各种彩色和白色混凝土，如水磨石、斩假石等。白色和彩色水泥与其他天然的和人造的装饰材料相比，具有使用方便、价格较低廉、耐久性好等优点。10.4.1白色水泥凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分，氧化铁含量少的熟料，加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥（简称白色水泥）。白色硅酸盐水泥的白度与产品等级划分如表白水泥等级白度标号级别白度﹪）优等品特级86﹪625、525一级品一级二级84﹪80﹪525、425525、425合格品二级三级80﹪75﹪325425、32510.4.2彩色水泥彩色水泥的生产方法有两种：一种是直烧制法，在水泥生料中掺入适量着色物质，煅烧成彩色熟料，然后磨制成彩色硅酸盐水泥。彩色水泥熟料颜色的深浅随着着色剂的掺量而变。另一种混合法制造彩色水泥，它是在白水泥中或硅酸盐水泥中掺入适量的着色物质，粉磨成彩色水泥。所用着色剂要求对光和大气的耐侯性好，不溶于水，并能耐碱，对水泥石不起破坏作用，也不能使水泥的强度显著下降。10.5道路水泥凡由道路硅酸盐水泥熟料，0～10﹪活性材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥，（简称道路水泥）水泥粉磨时允许加入不损害水泥性能的助磨剂,其加入量不得超过水泥质量的1%。10.5.1道路水泥的技术要求标号分为425、525、625三个标号，各标号龄期不得低于表水泥标号抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d42522.042.54.07.052527.052.55.07.562532.062.55.58.510.5.2道路水泥的生产技术生产道路水泥主要是通过改变水泥熟料的矿物组成、粉磨细度、石膏加入量及外掺剂来达到。与普通水泥熟料相比，一般适当提高C3S、C4AF含量。水泥的耐磨性与水泥的抗压强度有较好的相关性，因此提高水泥熟料中的C3S含量，可以提高水泥的强度。C4AF的脆性小，体积收缩小，提高C4AF的含量，对提高水泥的抗折强度及耐磨性有利。在煅烧方面，道路水泥可以采用回转窑煅烧，也可以在立窑上煅烧。10.5.3道路水泥的性能和用途性能主要有以下特点①耐磨性好②强度高③干缩性小④水化热低，耐久性好道路水泥最适宜各类混凝土路面工程，使用于耐磨、抗干缩等性能要求较高的其他工程。10.6油井水泥概述我国油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H、J九个级别，包括普通型、中等抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三类。（1）A、B、C、D、E、F级油井水泥是由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量的石膏和助磨剂，磨细制成的产品。在粉磨混合D、E、F级水泥的过程中，允许掺加适量的促凝剂。（2）G、H级油井水泥是有水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量的石膏和水，磨细制成的产品，在混磨与混合过程中，不允许掺加任何其他外加剂。（3）J级油井水泥由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量的硅质材料和石膏，磨细制成的产品。油井水泥的使用范围（1）A级油井水泥无特殊性能要求时，适应于自地面至1830m井深的注水泥。仅有普通型。（2）B级油井水泥适用于自地面至1830m井深的注水泥。分为中抗硫酸型和高抗硫酸盐型两种。(3）C级油井水泥要求具有高早强度，适应于自地面至1830m井深的注水泥。分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三种。（4）D级油井水泥适用于中温中压条件的1830-3050m井深水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。（5）E级油井水泥适用于高温高压条件的3050-4270m井深的注水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。（6）F级油井水泥适用于高温高压条件的3050-4880m井深的注水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。（7）G级油井水泥是一种基本油井水泥。适用于自地面至2440m井深的注水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。与促凝剂或缓凝剂一起使用，能适用于较大的井深和温度范围。（8）H级油井水泥是一种基本水泥。适用与自地面至2440m井深的注水泥，分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。与促凝剂或缓凝剂一起使用能适应于较大的井深和温度范围。（9）J级油井水泥缓凝剂一起使用，能适应与较大的井深和温度范围。适用于超高温高压条件下的3660～4880m井深的注水泥。与促凝剂或缓凝剂一起使用能适应于较大的井深和温度范围。10.7其他特种水泥10.7.1砌筑水泥凡由活性混合材料或水硬性工业废渣