高铝水泥的矿相、性能及作用-1

1、1.1 高铝水泥铁铝酸盐水泥水泥矿物组成硅酸盐水泥（Portland cement）铝酸盐水泥(高铝水泥)硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥少熟料或无熟料水泥1.1 高铝水泥u高铝水泥（旧称矾土水泥）是以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。u化学组成：Al2O3(5060%)、CaO(3235%)、SiO2(48%)、Fe2O3(13%)u矿物组成：主要为铝酸一钙（CaOAl2O3,简写CA,含量70%），含有少量的硅酸二钙（C2S）与其他铝酸盐，如12 CaO7Al2O3(简写C12A7)、 CaO2Al2O3(CA2)、 2CaOAl2O3SiO2(C2

2、AS)1.1 高铝水泥u高铝水泥（旧称矾土水泥）是以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。u化学组成：Al2O3(5060%)、CaO(3235%)、SiO2(48%)、Fe2O3(13%)u矿物组成：主要为铝酸一钙（CaOAl2O3,简写CA,含量70%），含有少量的硅酸二钙（C2S）与其他铝酸盐，如12 CaO7Al2O3(简写C12A7)、 CaO2Al2O3(CA2)、 2CaOAl2O3SiO2(C2AS)6MTA水泥矿物相的组成：水泥矿物相的组成：- CA：铝酸一钙：铝酸一钙 3560% （3365)- CA2：二铝酸一钙：二铝酸一钙 1

3、020% (720)- C2AS：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）2040%- C12A7：七铝酸十二钙：七铝酸十二钙 1%- C3A：铝酸三钙：铝酸三钙 0.5%- C4A3$: 硫铝酸四钙硫铝酸四钙 10%- CT：钙钛石（钙钛矿）：钙钛石（钙钛矿）45%- C2F：铁酸二钙：铁酸二钙 34%- MA：镁铝尖晶石：镁铝尖晶石 12%- f-C、-A、f-M、白云石等。、白云石等。均均1% 7MTA水泥主要矿物相的特性：水泥主要矿物相的特性：- CA： 主要矿相。具有很高的水硬活性，凝结时间正常，硬化较快，是强度的主主要矿相。具有很高的水硬活性，凝结

4、时间正常，硬化较快，是强度的主要来源。耐火度约要来源。耐火度约1600。- CA2：凝结时间比凝结时间比CA长，早期强度低，后期不断增高，是后期强度的主要来源。长，早期强度低，后期不断增高，是后期强度的主要来源。耐火度约耐火度约1750 .- C2AS：水化活性低，含量高时影响水泥早强性能。水化活性低，含量高时影响水泥早强性能。 - C12A7：正常情况下，含量很少，水化极快，凝结极快，强度不及正常情况下，含量很少，水化极快，凝结极快，强度不及CA高，含量高，含量多时，水泥出现快凝，强度下降，耐热性下降，需水量增加等后果。多时，水泥出现快凝，强度下降，耐热性下降，需水量增加等后果。 - C3A

5、：水化快，凝结迅速。水化快，凝结迅速。- C4A3$: 具有一定的胶凝性，对水泥的凝结时间和强度的影响没有定论。含量高具有一定的胶凝性，对水泥的凝结时间和强度的影响没有定论。含量高时，会影响水泥的应用性能，使凝结时间变短。时，会影响水泥的应用性能，使凝结时间变短。 - CT： 惰性矿物。惰性矿物。- C2F/CF：具有极弱的胶凝性。具有极弱的胶凝性。- MA：不具有胶凝性。不具有胶凝性。8 主要矿物相的形成温度：主要矿物相的形成温度：- CA : 约在约在900时开始形成。时开始形成。- CA2： 在在1000-1100开始形成。开始形成。- C12A7：在：在950 -1000开始形成。开始

6、形成。- C4A3$: 大约在大约在950开始形成，在开始形成，在1350仍能保持稳定，在接近仍能保持稳定，在接近1400时时开始分解为开始分解为CA、CaO、SO3。 9 主要矿物相的控制范围及频次：主要矿物相的控制范围及频次：- CA : 4045%，- CA2：1015% - C12A7：0.10.6%- C4A3$: 视原燃材料质量，待定。（视原燃材料质量，待定。（40-50% C12A7 0.10.6%1.2 高铝水泥的水化与硬化（1）高铝水泥的水化T2020T3013MTA水泥矿物相的组成：水泥矿物相的组成：- CA：铝酸一钙：铝酸一钙 3560% （3365)- CA2：二铝酸一

7、钙：二铝酸一钙 1020% (720)- C2AS：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）2040%- C12A7：七铝酸十二钙：七铝酸十二钙 1%- C3A：铝酸三钙：铝酸三钙 0.5%- C4A3$: 硫铝酸四钙硫铝酸四钙 10%- CT：钙钛石（钙钛矿）：钙钛石（钙钛矿）45%- C2F：铁酸二钙：铁酸二钙 34%- MA：镁铝尖晶石：镁铝尖晶石 12%- f-C、-A、f-M、白云石等。、白云石等。均均1% 1.2 高铝水泥的水化与硬化（1）高铝水泥的水化T2020T301.2 高铝水泥的水化与硬化(2) 高铝水泥的硬化硬化过程：水化生成的CAH10

8、与C2AH8(六方晶系)为片状、针状晶体，相互交替攀附，重叠结合，形成坚硬的结晶连接体，使水泥获得很高的强度。氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的孔隙中，使水泥形成比较致密的结构。经57天后，水化物的数量就很少增加，因此高铝水泥早期强度增长的很快，而后期强度增长的不太显著。注： CAH10、 C2AH8 （亚稳态） C3AH61.4 高铝水泥的性能和应用范围根据高铝水泥的水化可总结出高铝水泥具有以下特性 高铝水泥的早强特性：其早期强度增进率远远超过快硬硅酸盐水泥，适用于紧急抢修工程，但后期强度会降低，在结构工程中限制使用。 水化热较大：早期水泥硬化放热大，与同标号的硅酸盐水泥相比，仅一天就可放出水化

9、热总量的7080%。由于几种放热，适用于低温养护的混凝土工程。 抗硫酸盐侵蚀性能强：水化过程不析出游离氢氧化钙而是生成氢氧化铝凝胶，在颗粒表面形成保护膜。在后期晶体转化过程中抗侵蚀性有所降低。耐高温性好：高铝水泥可作为耐热混凝土的胶结材料，配置成耐热混凝土。高铝水泥的生产过程石灰石粉石灰石粉矾土矾土粉磨粉磨按比例混合按比例混合生料生料入窑煅烧入窑煅烧熟料熟料矾土水泥矾土水泥粉磨粉磨生产流程图生产流程图2.1 回转窑烧结法生料在回转窑中的烧结过程中，首先通过固相反应形成CA矿物，由于石灰石在分解后具有较高的反应活性，因此会局部出现少量C12A7矿物,但随着温度的提高，矾土中的Al2O3和SiO2

10、的反应速度加大，熟料中的矿物会逐渐按设计组成达到相平衡，最终C12A7消失，熟料矿物主要矿相为CA.回转窑示意图回转窑示意图2.2 电弧炉熔融法 用熔融法生产，可以配制CaO含量较高也即CA矿物含量较高的水泥，从而获得早期强度更高的高铝水泥，另外熔融法还适合利用高铁矾土作原料，生产Fe2O3含量较高的水泥。2.3 反射炉熔融法 反射炉熔融法是法国的Lafarge公司的专有技术，Fondu水泥， Secar51水泥，德国的海德堡生产的ISTRA40,ISTRA50水泥都采用反射炉熔融法生产。 反射炉熔融法与电弧炉熔融法同样适合生产高钙含量和高铁含量水泥，并且需要严格控制气氛和冷却过程，以保证产品

11、质量的稳定性。高铝水泥后期晶型转变孔结构恶化晶体间结合力降低强度倒缩 存在的问题：存在的问题：国内外研究：国内外研究： 掺入减水剂改善孔结构以增加晶型转变的动力学； 控制养护的温湿度条件以延缓水化产物的晶型转变； 采用聚合物与磷酸盐对高铝水泥改性； 在高铝水泥中加入粒化高炉矿渣。效果不明显效果不明显胡曙光、王甲春在高铝水泥中加入石灰石粉，不但稳定高铝水泥的早期强度，而且还能抑制后期强度倒缩，并改善其工作性能，为此研究石灰石粉对高铝水泥强度影响。高铝水泥胶砂试件配比如下表，按照高铝水泥胶砂试件配比如下表，按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法成型高成型高铝水泥胶

12、砂试件，拆模后养护至规定龄期，然后测试抗折强度和抗压强度。铝水泥胶砂试件，拆模后养护至规定龄期，然后测试抗折强度和抗压强度。高铝水泥胶砂试件配比表高铝水泥胶砂试件配比表试样试样混合比例混合比例/g石灰石粉石灰石粉水泥水泥水水沙沙L0010044250L119944250L229844250L339744250L449644250L559544250L669444250L779344250L889244250L999144250L10109044250202080442503.2.1 强度分析a a、不同石灰石粉掺量下、不同石灰石粉掺量下高铝水泥胶砂试件抗折强度高铝水泥

13、胶砂试件抗折强度b b、不同石灰石粉掺量下、不同石灰石粉掺量下高铝水泥胶砂试件抗压强度高铝水泥胶砂试件抗压强度3.2.2 孔结构分析不同石灰石粉掺量下高铝水泥胶砂试件孔结构不同石灰石粉掺量下高铝水泥胶砂试件孔结构3.2.3 微观形貌分析高铝水泥水化产物微观形貌高铝水泥水化产物微观形貌(A0(A0：纯高铝水泥；：纯高铝水泥；A5A5：掺：掺5%5%石灰石粉高铝水泥石灰石粉高铝水泥) )针状或片状针状或片状CAH10，C2AH8立方体结构立方体结构C3AH6针状或片状针状或片状CAH10，C2AH8，C3ACaCO311H2O主要为主要为C3ACaCO311H2O高铝水泥胶砂试件抗折强度和抗压强度

14、随石灰石粉掺量的增加先升高后降低，各龄期（1,3,7,28d）胶砂试件的抗折强度和抗压强度均在石灰石粉掺量为3%时达到最大值；高铝水泥胶砂试件的28d总孔隙率、大孔隙率和小孔隙率均随石灰石粉掺量的增加先减小后增大，当石灰石粉掺量为3%时各孔隙率均最低；石灰石粉的掺入减少了CAH10，C2AH8向C3AH6的晶型转化，一定程度上抑制了高铝水泥后期强度的倒缩。3.3 结论铝酸盐水泥铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色，也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙（CaOAl2O3，简写CA）

15、及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaOSiO2）等。根据国家标准（GB2012000）的规定：铝酸盐水泥的密度和堆积密度与普通硅酸盐水泥相近。其细度为比表面积300m2/kg或45m筛筛余20%。铝酸盐水泥分为CA50、CA60、CA70、CA80四个类型，各类型水泥的凝结时间和各龄期强度不得低于标准的规定。铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上，主要用于工期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%80%，使混凝土内部温度上升较高，即使在10下施工，铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程。铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨