第七章-铝酸盐水泥

第七章铝酸盐水泥凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细而成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号CA用GB201-2000铝酸盐水泥的标准取代GB201-1981高铝水泥的标准铝酸盐水泥按Al2O3含量分为四类CA-5050％≤Al2O360%CA-6060%≤Al2O368%CA-7068%≤Al2O377%凝结时间GB201-2000类型初凝时间终凝时间CA-50、CA-70、CA-8030min6hCA-6060min18h化学成分GB201-2000类型Al2O3SiO2Fe2O3Na2O+0.65K2OSClCA-50≥50,60≤8.0≤2.5CA-60≥60,68≤5.0≤2.0CA-70≥68,77≤1.0≤0.7CA-80≥77≤0.5≤0.5≤0.40≤0.1≤0.1水泥胶砂强度GB201-2000抗压强度MPa抗折强度MPa类型6h1d3d28d6h1d3d28dCA-50204050--3.05.56.5--CA-60--204585--2.55.010.0CA-70--3040----5.06.0--CA-80--2530----4.05.0--第一节高铝水泥凡矿物组成以铝酸钙为主、化学成分中氧化铝的含量约50％的熟料磨细而成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥或矾土水泥主要以矾土和石灰石做原料，按适当比例配合后，经高温烧结或熔融再粉磨而成一、化学组成和矿物组成1.化学组成主要有CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3及少量的MgO等CaO：32-44％；Al2O3：33-60％；SiO2：3－15％；Fe2O3:1-15%1.氧化铝氧化铝含量在45％以上，其含量低，会形成C12A7，使水泥快凝，强度下降；含量高，形成的CA2多，使早期强度低2.CaO含量高，易形成C12A7，含量低，CA2多采用烧结法生产，烧成温度随CaO含量增多而降低，因此CaO含量高会造成烧结温度窄。3.氧化硅其含量不宜超过10％，当含量在4-5％时，能促使生料更均匀烧结并加速矿物形成。SiO2含量增加，C2AS含量也增加，水泥早期强度降低4.Fe2O3Fe2O3形成胶凝性能弱的C2F、CF，会降低强度，采用熔融法时，Fe2O3可以降低烧成温度，但含量不宜超过15％；采用烧结法时，不宜超过4％。（二）矿物组成在CaO－Al2O3－SiO2的三元相图中，铝酸盐水泥组成落在C12A7-CA-C2S(I)、C2S-C2AS2-CA(II)、CA-CA2-C2AS(III)和CA2-CA6-C2AS2(IV)四个三角形的阴影区内，I、II、III为高铝水泥区IV为低钙铝酸盐耐火水泥区1.铝酸一钙CACA是高铝水泥的主要组分，具有很高的水硬性，其特点凝结正常，硬化迅速，是高铝水泥强度主要来源CA含量高的水泥，强度发展主要集中在早期，后期不明显CA的结晶形状与煅烧方式、冷却条件等有关，用慢冷法得到的CA，多为不规则的板状，粒径在5-10μm，熔融温度为1600℃CA常与铁酸一钙、氧化铁及铬、锰等形成固溶体2.二铝酸一钙CA2在CaO含量低的高铝水泥中CA2较多CA2水化较慢，早期强度低，但后期强度不断增加，其含量高，会影响到高铝水泥的快硬性，但耐热性提高烧结法得到的CA2呈粒状晶体，尺寸在10－20μm，其晶体分布并不均匀，并且包裹物多。3.七铝酸十二钙C12A7晶体中Al和Ca配位极不规则，晶格中具有大量的空洞，使其水化极快，但强度不高因此，C12A7含量高时，会出现快凝，强度降低，耐热性降低4.铝方柱石C2AS由于其晶格结构内离子配位对称性高，胶凝性能很差。通常以长方、正方、板状和不规则形状，一般情况下，分布比较均匀。除此之外，还含有C2S、C2F、MgO·Al2O3等采用烧结法时，Al2O3含量一般在45％以上，过低会使快凝的C12A7增多，强度降低；过多，使CA2增加，早期强度降低。氧化硅含量不宜超过10％，否则C2AS增加，使早期强度降低，通常应在4-5％氧化铁会形成CF、C2F，胶凝性弱，在烧结法中，一般控制在1-3％，超过4％，易生烧。二.高铝水泥的生产方式（一）熔融法把生料放入炉中熔融，熔融温度1300-1400℃。生料不必磨细，在熔融过程中可达到混合均匀的目的当原料中Fe2O3含量较多时，采用此法比较合适采用电炉煅烧时，矾土和石灰石需预先干燥或煅烧，使矾土脱水和石灰石分解，以免大量气体生成造成爆炸熔融法优点原料不用磨细，并可用低品位矾土，即Fe2O3、SiO2含量高时，也能生产出优质水泥缺点能耗高，熟料硬度大，粉磨电耗大（二）.烧结法由于我国矾土中Fe、Si含量低，普遍采用此法，最广泛使用的回转窑烧结法。回转窑烧结法与硅酸盐水泥烧成相似：将生料在回转窑内煅烧至部分熔融。由于煅烧是在氧化气氛进行，原料的杂质不能被还原去除，需要控制Fe、Si的含量高铝水泥烧结温度窄，在1300-1330℃，CA在900℃开始形成，C12A7在950-1000℃生成，而CA2在1000-1100℃才开始形成在煅烧过程中，要避免烧流和结块，也要避免生烧。为了避免烧流和结块，可采用：1.采用低灰份燃料煤灰落入生料会降低熔融温度，也会造成物料不均匀2.控制好烧成带温度温度过高，易结块熟料烧结的好坏可以通过熟料颜色和结粒大小反映，正常得到的浅黄色熟料，粒度在5-10mm耐火材料厂采用倒焰窑生产高铝水泥时，将石灰石与矾土预先烘干，分别磨制成0.080mm的筛余低于10％的物料，然后进行混合，加水拌成半干料，再制成坯煅烧。三、高铝水泥的水化硬化过程CA是高铝水泥主要矿物，其水化及水化物的结晶状况决定了高铝水泥的水化CA由于Ca、Al配位不顾则，水化很快，其水化过程和产物与温度有很大关系]3[4]63[2]3[3]82[3]10[6OH60][623223235℃23223225℃-23232℃23232OHOAlOHOAlCaOOHOAlOHOAlCaOOHOAlCaOOAlCaO＋二铝酸一钙的水化反应363℃302362℃20231020152533aqCA2AH2CAH22AHAHCaqCAAHAHCaqCA＋℃七铝酸十二钙的水化反应363℃35712382℃2071238210℃5712346aqACAH23CAH4AHAHCaqACAHAHCAHCaqAC＋结晶的C2AS水化很慢，C2S水化形成C-S-H凝胶CAH10、C2AH8都属于六方晶系，其晶体呈片状或针状，互相交错攀附，重叠结合，可形成坚强的结晶合生体，使水泥获得很高强度。氢氧化铝凝胶又填充与晶体骨架的孔隙，形成了较致密的结构。高铝水泥水化5－7d后，水化产物增加很慢，因此早期强度增长快，以后不显著。值得注意：CAH10或C2AH8都是亚稳相，逐渐转化为较稳定的C3AH6，这是一自发过程，并由于温度提高而加速OHAHCAHCAH2361018233摩尔量1014378312324密度1.722.522.401.00摩尔体积比10.2540.220.5491ml的CAH10经转化后，仅形成0.254mlC3AH6和0.22mlAH3，造成浆体孔隙率达53.7％。C2AH8转化为C3AH6，孔隙率达30.7％值得注意：晶型转化随温度升高加快高铝水泥混凝土在18℃和38℃养护时的晶型转化程度18℃38℃总水灰比1m3m1y5y1m3m1y5y0.3202525357085--900.420203030658580850.515152530508090850.620202540658580850.725252550658085--高铝水泥混凝土的孔隙率ε（％）和抗压强度P（MPa）养护温度（℃）（养护2d）102030507090总水灰比εPεPεPεPεPεP1.00.670.500.400.3317.913.411.69.69.72360.57081.59119.013.811.79.88.8235572779018.515.012.010.811.513.55067.578882015.712.412.011.45.5243255.56822.618.113.511.412.0292234.511.422.918.015.314.012.52729.534.555.5随温度升高孔隙率增大，强度降低，随水灰比降低，孔隙率降低，强度增加在条件允许下，尽可能采用低的水灰比，一般高铝水泥混凝土的水泥应不超过0.4，预应力混凝土应小于0.35四、高铝水泥的性能和应用1.高铝水泥强度发展迅速，24h可以达到最高强度2.低温（5-10℃）能很好硬化，可以进行冬季施工，但温度高于30℃，强度迅速降低，且迅速放热，所以构件体积不宜过大温度对高铝水泥强度的影响抗压强度/MPa种类龄期/d2℃18℃35℃高铝水泥372843.750.255.4.50.252.758.435.017.614.63.不宜与石灰或水化后有Ca(OH)2形成的胶凝材料混合，否则凝胶不正常，强度下降。由于Ca(OH)2与低碱水化铝酸钙反应立即形成立方相水化铝酸三钙（C3AH6)不同配比的硅酸盐水泥和高铝水泥的凝结时间和强度掺和比％凝结时间min抗压强度MPa硅酸盐水泥高铝水泥初凝终凝1d2d1009080502010001020508090100120203瞬间--11802304011瞬间53522518.810.95.9--2.943.145.129.019.69.4--2.444.148.04.具有很好的抗硫酸盐和海水侵蚀的能力没有氢氧化钙形成5.耐浓酸及碱和碱金属碳酸盐的侵蚀性差32322222383222310322722102OAlCOKCOKAlOOHKAlOCaCOCAHCOKOHKAlOCaCOCAHCOK6.耐高温性好固相烧结的结果高铝水泥混凝土经不同温度煅烧后的强度在下列煅烧温度℃保持6h项目20℃预养7d1002003004005006007008009001000110012001300抗压强度MPa9375734452565853534728242534抗折强度MPa979.273.54.25.14.54.24.443.2349第二节快硬高强铝酸盐水泥以铝酸钙为主要成分的熟料，加入适量硬石膏，磨细而成具有快硬、高强的水硬性胶凝材料该水泥各龄期强度高于硅酸盐水泥，不但具有小时强度高，而且有较好的强度发展，快硬而不快凝。克服了高铝水泥后期强度低的缺点快硬高强铝酸盐水泥的主要水化产物有钙矾石和水化氧化铝凝胶。160℃是AFt脱水；300℃是铝胶脱水6h已形成大量的AFt，而且AFt和铝胶随龄期增加而增加快硬高强铝酸盐水泥的水化3242324)(104633)(43733OHAlAFtOHCaSOCAOHAlAFtOHCaSOCA水化相稳定，水泥石结构稳定1年半内没有新相形成，5年内强度还在增加有微膨胀的AFt和加上水化氧化铝的填充，密实，使其具有快硬、高强研究表明：当硅酸盐水泥、高铝水泥、石膏比例适当时，可制得早期强度相近、28d强度接近或超过高铝水泥的复合水泥，而且高温高湿下，强度继续增加凡是以优质铝土和优质石灰石为原料，按一定比例配合而成的生料，经煅烧后，所得以低钙铝酸盐为主要成分的熟料，磨细而成，制得一种具有耐火性的水硬性胶凝材料第三节低钙铝酸盐耐火水泥主要成分是CA2（熔点1765℃），约占60-70％，晶体尺寸在5-25μm，还有少量游离Al2O3（熔点2040℃）、C2AS（熔点1580℃）、CA6（熔点1870℃）。第四节硫铝酸盐水泥以适当成分的生料经煅烧后，得到以无水硫铝酸钙（3CaO·3Al2O3·CaSO4）和硅酸二钙为主要矿物组成的熟料，加入适量的石膏和石灰石磨细，具有水硬性的胶凝材料GB20472-2006硫铝酸盐水泥分为低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐