建筑材料学--胶凝材料

1、建筑材料性能学吴建华QQ号：9063817604 通用硅酸盐水泥水泥的历史：1824年10月21日，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）获得英国第5022号“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。 2009年全国水泥产量16.28亿吨，同比增长17.91%。 2011年上半年全国水泥产量95083万吨，同比增长19.6%。其中6月份水泥产量19795万吨，同比增长19.9%。在一季度淡季情况下，上半年水泥产量还能有近20%的增长，可见今年的水泥走势还是处于高增长阶段，预计全年水泥产量依旧会再创新高，有望达到20亿吨。2011年上半年水泥产量 月份 产量

2、（万吨）同比增长 1月 11615 9.10% 2月 8814 12.30% 3月 16456 21.01% 4月 18556 22.40% 5月 19768 19.20% 6月 19795 19.90% 合计 95083 19.60%4.2 硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥的生产：粘土质原料：SiO2、Al2O3、Fe2O3钙质原料:CaO校正原料:2、硅酸盐水泥的主要矿物：C3S、C2S、C3A、C4AF3、硅酸盐水泥熟料矿物的、硅酸盐水泥熟料矿物的组成组成、结构结构及其与及其与凝胶性能凝胶性能的关系的关系硅酸盐水泥熟料矿物组成计算：熟料的矿物组成主要决定于熟料中各种氧化物的相对含量。CaO、 S

3、iO2 、Al2O3、Fe2O3 、以及MgO、SO3等。CaO：为主要成分，6468%，过少则C3S 不足，过多游离CaO存在，影响安定性。SiO2 ：另一主要成分，2123%，决定C3S、C2S的数量；Al2O3、Fe2O3 ：当C3A形成后只要有Fe2O3 ，则会生成C4AF，只有Fe2O3反应完，才会有C3A矿存在。 硅率越大，则硅酸盐矿物含量越高，溶剂性矿物Al2O3、Fe2O3越少，在煅烧过程中出现的液相含量越小，要求的烧成温度越高。过小，水泥生产容易形成熟料大块，甚至结圈。三率值确定： 从熟料形成过程的反应可知，只有当Al2O3与Fe2O3的分子比大于1（即质量比大于0.64时）

4、，在熟料中才能既形成C4AF又形成C3A，如果IM小于0.64时，则由于Al2O3含量没有多余，不能形成C3A，多余的Fe2O3与CaO生产C2F。石灰饱和系数表示SiO2与CaO ，饱和形成C3S的程度。石灰饱和系数是全部氧化硅SiO2生成硅酸钙所需的氧化钙CaO含量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。当KH值高时，煅烧困难，f-cao增加，有安定性不良趋势，硅酸三钙增加，硅酸二钙减少。其值一般为0.870.92实际值：KH=(CaO-fCaO)-(1.65Al2O3+0.35Fe2O3+0.7SO3)/2.8SiO2

5、 如果铝率小于0.64，KH=(CaO-（f-CaO）-1.1Al2O3-0.7Fe2O3-0.7SO3)/2.8SiO2碱度N：表示与一个摩尔Si2O作用的CaO的摩尔数。N=23，全部生成C3S，N=3；全部生成C2S，N=2。N=3KHKH值与熟料矿物间的关系：从理论上讲：KH值高，则C3S较多，C2S较少。（1）、KH=1，熟料中只有C3S，而无C2S；（2）、KH1，无论生产条件多好，熟料中都有游离氧化钙存在；（3）、KH=0.667，熟料中无C3S。因此，熟料的KH值应控制在0.6671之间。在实际生产中，为使熟料顺利形成，又不产生过多的游离氧化钙，通常KH值控制在0.870.96

6、4、按水泥熟料化学成分计算矿物组成：（1）、计算铝率IM，铝率小于等于0.64；（2）、根据不同的铝率，按不同的公式计算KH值，（3）、分别计算C3S、C2S、 C3A、C4AF的含量。 a、 C3S=3.8SiO2（3KH-2） b、C2S=8.61 SiO2（1-KH） c、 C3A=2.65（Al2O3-0.64Fe2O3）铝率大于0.64 d、 C4AF=3.04Fe2O3 铝率大于0.64 e、CaSO4=1.70SO3例题：某水泥厂熟料的化学成分如下，试计算其石灰饱和系数及矿物组成。CaOSiO2Al2O3Fe2O3f-CaOSO3MgO%65.221.25.23.11.01.93

7、.45、硅酸盐水泥熟料的矿物结构 水泥熟料是一种多矿物的聚集体。硅酸三钙C3S：在1250以上才稳定的。（1）、C3S在常温下存在的介稳的高温型矿物。其结构是热力学不稳定的。（2）、在其结构中，进入了Al3+离子与Mg2+离子并形成固溶体，固溶程度越高，活性越大。（3）、 C3S的结构中，钙离子的配位数是6，比正常的配位数低，并且处于不规则状态，因而使钙离子具有较高的活性。（4）、在其结构中存在着大尺寸的“空穴”，这可以使氢氧根离子直接进人晶格中，这一点便决定了它具有大的水化速度。 硅酸二钙C2S：（1）、-C2S是在常温下存在的介稳的高温型矿物，其结构是热力学不稳定的。（2）、 -C2S中的

8、钙离子具有不规则配位数，使其具有较高的活性；（3）、 -C2S的杂质和稳定剂的存在，也提高了它的活性；（4）、在-C2S其结构中不具有像C3S结构中所具有的大尺寸的“空穴”，这是它水化速度较慢的原因之一。 铝酸三钙C3A：（1）、在C3A的晶体结构中，钙离子具有不规则的配位数，其中处于配位数6的钙离子以及虽然配位数为12但联系松散的钙离子，均有较大的活性；（2）、在C3A的晶体结构中，铝离子也具有两种配位数，而且四面体AlO45-是变了形的，因此，铝离子也具有较大的活性；（3）、在C3A结构中具有较大的孔穴， OH-离子很容易进人晶格内部，因此C3A的水化速度较快。 铁铝酸四钙C4AF：它是高

9、温时形成的一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格稳定性降低。 玻璃相其形成是由于熟料烧至部分熔融时部分液相在冷却时来不及析晶的结果，因此它是热力学不稳定的，也具有一定的活性。 游离氧化钙、氧化镁导致水泥安定性不良。6、水泥熟料矿物具有胶凝能力的本质与条件 决定于其结构的不稳定性。这种结构不稳定性的原因或者是由于介稳的高温型结构；或者是由于在矿物中形成了有限的固溶体；或者是由于微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响；或者上述几个方面的原因兼而有之。 另一特征是晶体结构中存在着活性阳离子。 两个必要条件：一是形成的水化产物必须是稳定的；二是形成的水化产物要有足够的数量，它们之间要能够

10、彼此交叉、连生，并且能够在整个水泥浆体的空间形成连续的网状结构。这一点主要决定于液相的过饱和度及其延续时间。7、硅酸盐水泥的水化反应及机理 硅酸三钙C3S的水化： 水化生成产物水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、氢氧化钙Ca(OH)2晶体。诱导前期：反应急剧，时间短，在15min以内结束。诱导期：反应速率慢，一般持续24h，是硅酸盐水泥能在几个小时内保存塑性的原因，诱导期结束时水泥到达初凝。加速期：反应重新加快，出现第二个放热峰，约48h本阶段结束，此时水泥过终凝，开始硬化。减速期：反应速率随时间下降，水化作用逐渐受扩散速率的控制。稳定期：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化作用完全受扩散速率控

11、制。孔隙 C3S的水化早期包括：诱导前期、诱导期、加速期。对形成诱导期的本质提出了不同的假说：（1）保护膜假说；（2）晶格缺陷假说；（3）延迟成核假说。 C3S的中期水化、后期水化：这两个阶段对水泥的性能，如强度、体积稳定性、耐久性等的影响十分重要。 硅酸二钙C2S的水化： 与C3S的水化过程极为相似，水化产物也为水化硅酸钙（C-S-H）凝胶、氢氧化钙Ca(OH)2晶体。 其差别在于其水化速度特别慢，约为C3S的1/20左右，C-S-H凝胶的C/S比不同。成核和晶体长大的速率常数差别不大，而通过水化物层扩散的速度常数相差8倍，粒子表面溶解速度常数相差几十倍。 C3S C2S 铝酸三钙C3A的水

12、化：（1）在纯水中水化：生成多种水化铝酸钙，多为六方片状晶体，随温度转化为立方晶体C3AH6。（2）有石膏存在的水化反应：在氢氧化钙的饱和溶液中生成C3A+CH+12H=C4AH13，C4AH13 能在室温下稳定存在，而且其数量增长很快，认为这是水泥浆产生瞬时凝结的主要原因之一。C4AH13+3( CaSO42H2O )+14H2O=AFt（钙矾石）+Ca(OH)2 AFt为难溶于水的针状晶体。当石膏消耗完后，未水化的C3A与AFt继续反应生成单硫型水化硫铝酸钙AFm，为六方板状晶体。 铁铝酸四钙C4AF的水化：与C3A的水化大体相同，差别在于水化反应速度慢，水化热低；水化产物中部分Al2O3

13、被Fe2O3 所代替。硅酸盐水泥水化后的主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶C-S-H（70%）、水化铁酸一钙凝胶； Ca(OH)2（20%）、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙（AFt、AFm）（7%）晶体；未水化水泥熟料颗粒以及其他组分。6:18:00 PMPage:25Aft和和Afm电镜电镜图片图片AftAfm8、硅酸盐水泥的凝结硬化过程 初始反应期：时间短，反应快 诱导期：反应迟缓，持续12h，水泥浆体仍具有塑性。 凝结期：水化速度重新加快，随时间的延长，水化产物大量生成，凝聚成疏松的网状结构，水泥浆逐渐变稠，开始失去塑性，达到水泥浆体的“初凝”，但不具有强度。 随时间的推移，水化产物不断增多，形成

14、紧密的网状结构，水泥浆完全失去塑性，具有一定的强度，达到“终凝”。 硬化期：水化速度逐渐减慢，随时间的增长，水化产物增多，强度提高。6:18:00 PMPage:28水泥水化过程的五个阶段水泥水化过程的五个阶段6:18:01 PMPage:29水泥的早期水化热曲线水泥的早期水化热曲线水化曲线峰是水泥开始的水化放热峰是当石膏掺量充足时，石膏与C3A作用生成钙矾石的放热峰峰是在石膏掺量不足时，由高硫型的硫铝酸盐转变为低硫型硫铝酸盐的放热峰。9、硅酸盐水泥石的组成与结构 硬化后的水泥石是由凝胶体、结晶体、未水化的水泥颗粒、水和少量的空气，以及由水和空气占有的孔隙所组成的不均质结构体。是一个固-液-气

15、三相多孔体。 水泥石中的孔隙分为： 凝胶孔、毛细孔、过渡孔、大孔 水：凝胶水、毛细水(1)水泥水化产物的结晶相 氢氧化钙 Aft Afm(2)水泥水化产物的凝胶相10、影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素 熟料矿物： 细度： 石膏掺量： 养护时间： 养护温度、湿度：6:18:01 PMPage:33水泥水化龄期对强度的影响水泥水化龄期对强度的影响 11、硅酸盐水泥的技术标准 GB1752007通用硅酸盐水泥水泥石的腐蚀与防止 (1)软水腐蚀(溶出性腐蚀)：氢氧化钙不断地溶解氢氧化钙不断地溶解流失流失 25C是是Ca(OH)2的溶解度为1.2g/升 (2)离子交换腐蚀(溶解性腐蚀)1)碳酸的腐蚀2)一般

16、酸的腐蚀3)镁盐的腐蚀 (3)膨胀性腐蚀1)硫酸盐腐蚀2)硫酸的腐蚀 (4)碱的腐蚀 (5)水泥石腐蚀的防止假凝现象假凝现象 某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过3h才凝结。请讨论形成这种现象的原因。 此为水泥假凝现象。假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。 假凝现象与很多因素有关，一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。当水泥拌水后，半水石膏迅速水化为二水石膏，形成针状结晶网状

17、结构，从而引起浆体固化。另外，某些含碱较高的水泥，硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大，也会造成假凝。水泥凝结时间前后变化 某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40min，本属于废品。但后来放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降。该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其他熟料矿物的水化速度从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，凝结时间较短。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳

18、反应，生成碳酸钙。故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。 5、特种水泥5.1 特种硅酸盐水泥一、中热、低热水泥：用于大坝，由此产生“大坝水泥”的说法或水工硅酸盐水泥水工硅酸盐水泥(hydraulic portland cement)二、抗硫酸盐硅酸盐水泥(sulfate-resisting portland cement)特点：有较强的抵抗硫酸根离子腐蚀 的能力、 水化热低 以适当的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的熟料，加入石膏，共同磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵

19、蚀性能的水硬性胶凝材料，称为抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称抗硫酸盐水泥。 在抗硫酸水泥中，C3S的含量小于50；C3A含量小于5，C3A和C4AF的总含量小于22。用途：水利工程、地下工程、海港工程、隧道工用途：水利工程、地下工程、海港工程、隧道工程、桥梁基础等程、桥梁基础等 表表5.5 抗硫酸盐硅酸盐水泥各龄期的强度要抗硫酸盐硅酸盐水泥各龄期的强度要求求 (GB 7482005)水泥等级水泥等级抗压强度抗压强度/MPa抗折强度抗折强度/MPa3d28d3d28d32.510.032.52.56.042.515.042.53.06.5三、道路硅酸盐水泥 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要

20、成分和较多的铁铝酸四钙的硅酸盐熟料，加入010%活性混合材和适量石膏共同磨细，所得的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥。(道路硅酸盐水泥(GBl3693-2005 ) 在道路硅酸盐水泥中，熟料的化学组成和硅酸盐水泥是完全相同的，只是水泥中的铝酸三钙的含量小于5.0，铁铝酸四钙的含量要大于16.0。 表表5.6 道路水泥各龄期强度值道路水泥各龄期强度值强度等级强度等级抗压强度抗压强度（MPa） 抗折强度抗折强度（MPa）3d3d28d28d3d3d28d28d32.532.516.016.032.532.53.53.56.56.542.542.521.021.042.542.54.04.07.0

21、7.052.552.526.026.052.552.55.05.07.57.5 性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击性好、收缩小、弹性好性好、收缩小、弹性好 道路水泥抗折强度高，耐磨性好、干缩小、抗冻性、抗冲击性、抗硫酸盐性能好，可减少混凝土路面的断板、温度裂缝和磨耗，减少路面维修费用，延长使用年限。 适用于道路路面、机场跑道、城市人流较多的广场等工程的面层混凝土。四、油井水泥在一定的温度和压力条件下，水泥浆具有良好的可泵性，即较小的稠度和适宜的稠化时间，水泥浆硬化后强度发挥快，并保证有足够的耐高温强度和抗渗性，对地层水中的侵蚀性介质有足够的耐腐蚀性。特点：

22、特点：（1 1）流动性好、快凝，初凝、终凝时流动性好、快凝，初凝、终凝时间间隔短，在高温高压环境中凝结硬化间间隔短，在高温高压环境中凝结硬化（2 2）组成：硅酸盐系列改变矿物比例）组成：硅酸盐系列改变矿物比例（3 3）用途：用于油田固井）用途：用于油田固井五、膨胀与自应力硅酸盐水泥 在钢筋混凝土中应用膨胀水泥，由于混凝土的膨胀使钢筋产生一定的拉应力，混凝土受到相应的压应力。 根据压应力的大小，可以将水泥分为两类，一类压应力值不小于2.0MPa时，为自应力水泥；另一类压应力值小于2.0MPa的为膨胀水泥。 膨胀水泥主要用于收缩补偿混凝土工程，防渗混凝土(屋顶防渗、水池等)，防渗砂浆，结构的加固，

23、构件接缝、接头的灌浆，固定设备的机座及地脚螺栓等膨胀硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料为主，外加高铝水泥和石膏 1、矾土膨胀硅酸盐水泥：硅酸盐水泥+铝酸盐水泥+石膏；膨胀组分为钙矾石钙矾石2、明矾石膨胀硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料+明矾石+石膏+混合材；膨胀组分为钙矾石钙矾石3、石灰膨胀硅酸盐水泥：膨胀组分为CaO，不易控制，不易控制（该标准已作废）（该标准已作废）4、自应力硅酸盐水泥：自应力水泥的膨胀值较大。 常用的自应力水泥有硅酸盐自应力水泥、铝酸盐自应力水泥等。 一般用于预应力钢筋混凝土压力管及配件等。六、快硬硅酸盐水泥： 以适当的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙为主要成分的熟料，加入适量的石膏，

24、磨细制成的具有早期强度增长率快的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。 快硬水泥的生产同硅酸盐水泥基本一致，只是在生产时提高了硅酸三钙(50-60)、铝酸三钙(8-14)的含量，两者的总量不少于60%-65。同时增加了石膏的掺量(8)，提高了粉磨细度(比表面积达330450m2kg)。 表表5.10 快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度强度 (MPa)七、白色硅酸盐水泥 白色硅酸盐水泥是以硅酸钙为主要成分，严格控制水泥中的氧化铁含量，加入适量的石膏，磨细所得的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥，代号P W 。 白水泥的生产、矿物组成、性能和硅酸盐

25、水泥基本相同。只是氧化铁的含量是普通水泥的1/10(白色硅酸盐水泥(GB2015-2005)。 白度的检测方法：建筑材料与非金属矿产品白度测量方法， GB/T 5950-2008 水 泥 白 度值应不低于87。白水泥各龄期各等级的强度值白水泥各龄期各等级的强度值强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d32.512.032.53.06.042.517.042.53.56.552.522.052.54.07.0 彩色水泥：（1）：白色水泥+颜料（2）：直接煅烧铝酸盐水泥 铝酸盐水泥，又称高铝水泥或矾土水泥。铝酸盐水泥，又称高铝水泥或矾土水泥。 是以是以铝矾铝矾土土和和石灰石

26、石灰石为原料，按照适当的比为原料，按照适当的比例配合后，经例配合后，经烧结或熔融烧结或熔融，形成以，形成以铝酸钙铝酸钙为为主，主，氧化铝含量约氧化铝含量约50%的熟料，经粉磨而制的熟料，经粉磨而制成的水硬性胶凝材料。成的水硬性胶凝材料。 矿物组成以铝酸一钙（矿物组成以铝酸一钙（CaO.Al3O2）为主，赋）为主，赋予水泥予水泥早强、耐火早强、耐火等特殊性能等特殊性能由铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧所得的以铝酸钙为主要成分的熟料，经磨细得到的水硬性胶凝材料，代号CA。根据需要也可在磨制Al2O3含量大于68%的水泥时掺加适量的-Al2O3。铝酸盐水泥(GB2012000)。按Al2O3含量百分

27、数将铝酸盐水泥分为四类： CA50 50% Al2O360% CA60 60% Al2O368% CA70 68% Al2O3 CAH10、C2AH8属于六方晶系，结晶形成的属于六方晶系，结晶形成的片状和针状晶体，互相交错搭接，形成坚硬片状和针状晶体，互相交错搭接，形成坚硬的结晶体，氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的结晶体，氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的空隙，结合水量大，因此，孔隙率低结构的空隙，结合水量大，因此，孔隙率低结构致密，故使水泥获得较高的机械强度。水化致密，故使水泥获得较高的机械强度。水化57天后，水化物的数量就很少增加，因此铝天后，水化物的数量就很少增加，因此铝酸盐水泥硬化初期的强度

28、增长很快，以后即酸盐水泥硬化初期的强度增长很快，以后即不显著。不显著。 CAH10、C2AH8都是亚稳相，要逐渐转化成都是亚稳相，要逐渐转化成比较稳定的比较稳定的C3AH6。 六方六方 晶体晶体C3AH6扫描扫描电镜照片电镜照片 球粒结节状棱柱球粒结节状棱柱体体C3AH6扫描电扫描电镜照片镜照片铝酸盐水泥的细度、密度铝酸盐水泥的细度、密度 细度：0.045mm筛筛余量不得大于20，或比表面积不小于300 m2/kg。 密度：与硅酸盐水泥相近，为3.03.2gcm3。铝酸盐水泥的凝结时间水泥类型初凝时间不得早于min终凝时间不得迟于，hCA50、CA70、CA80、306CA606018铝酸盐水

29、泥的强度等级水泥类型抗压强度，Mpa抗折强度，MPa6h1d3d28d6h1d3d28dCA50201)40503.01)5.56.5CA602045852.55.010.0CA7030405.06.0CA8025304.05.01）当用户需要时， 生产厂应提供结果铝酸盐水泥的性质与应用 凝结硬化快 水化热大，并且集中在早期，一天内可放出水化热70-80，使温度上升很高。 抗硫酸盐性能强，比抗硫酸盐水泥还要好。 耐热性好。 耐碱性差。 在国家标准中明文规定不能用于钢凝筋混凝土结构工程中。 施工时不得与石灰和硅酸盐水泥混合，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。 硫铝酸盐水泥第一系列水泥：第一系

30、列水泥：以以C3S矿物为主的各种矿物为主的各种硅酸盐硅酸盐水泥。水泥。第二系列水泥：第二系列水泥：以以CA矿物为主的各种矿物为主的各种铝酸盐铝酸盐水泥。水泥。第三系列水泥：第三系列水泥：以以C4A3矿物为主的各种矿物为主的各种硫铝酸盐硫铝酸盐水水泥。泥。20世纪世纪70年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，经低温（石膏为原料，经低温（13001350）煅烧而）煅烧而成的无水硫铝酸钙（成的无水硫铝酸钙（C4A3）和硅酸二钙（）和硅酸二钙（C2S）为主要矿物组成的熟料，掺加适

31、量混合）为主要矿物组成的熟料，掺加适量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性胶凝材料。性胶凝材料。铝矾土aluminous soil,bauxite铝矾土又称矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，系含有杂质的水合氧化铝，是一种土状矿物。主要用于炼铝，制耐火材料。其组成成分异常复杂，是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称。如一水软铝石、一水硬铝石和三水铝石(Al2O33H2O)；有的是水铝石和高岭石(2SiO2Al2O32H2O)相伴构成；有的以高岭石为主，且随着高岭石

32、含量的增高，构成为一般的铝土岩或高岭石质粘土。我国铝土矿资源比较丰富，在全国18个省、自治区、直辖市已查明铝土矿产地205处，其中大型产地72处(不包括台湾)。主要分布在山西、山东、河北、河南、贵州、四川、广西、辽宁、湖南等地。 从无水硫铝酸钙从无水硫铝酸钙C C4 4A A3 3 复合矿物研究中复合矿物研究中已开发出硫铝酸盐水泥系列。这个系列包括已开发出硫铝酸盐水泥系列。这个系列包括普通硫铝酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥（又普通硫铝酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥（又称铁硫酸盐水泥）。称铁硫酸盐水泥）。 硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的生产工硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的生产工艺完全一样，区别仅在于两者的铁

33、相矿物含艺完全一样，区别仅在于两者的铁相矿物含量高低不同。量高低不同。快硬铁铝酸盐水泥RFAC高强铁铝酸盐水泥HFAC膨胀铁铝酸盐水泥EFAC自应力铁铝酸盐水泥SFAC高铁硫铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥RSAC高强硫铝酸盐水泥HSAC膨胀硫铝酸盐水泥ESAC自应力硫铝酸盐水泥SSAC低碱度快硬硫铝酸盐水泥普通硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥生产的工艺特点硫铝酸盐水泥生产的工艺特点 硫铝酸盐水泥生产工艺跟传统硅酸盐水泥硫铝酸盐水泥生产工艺跟传统硅酸盐水泥相比，生料中石灰石的配入量大大降低，相比，生料中石灰石的配入量大大降低，用于分解用于分解CaCOCaCO3 3的热耗大幅度降低，放出的热耗大幅度降低，放出

34、COCO2 2大大降低，且熟料烧成温度较低，理论热大大降低，且熟料烧成温度较低，理论热耗较低，烧成范围较宽，节约能量。耗较低，烧成范围较宽，节约能量。硫铝酸盐水泥的原燃材料硫铝酸盐水泥的原燃材料 原材料原材料： 铝质原料（主要提供铝质原料（主要提供Al2O3，也提供，也提供SiO2和和Fe2O3） 石灰质原料（主要提供石灰质原料（主要提供CaO） 硫系原料（主要提供硫系原料（主要提供SO3）原料的要求原料的要求 矾土：矾土： Al2O3 60%， SiO2 15% 石灰石：石灰石：CaO 50% ， SiO2 3.5% 二水石膏：二水石膏： SO3 38%。硬石膏：。硬石膏：SO3 38%硫铝

35、酸盐水泥熟料矿物组成相图硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图硫铝硫铝酸盐水泥熟料中的矿物主要为酸盐水泥熟料中的矿物主要为C C4 4A A3 3、C C2 2S S、C C4 4AFAF，一般还存在少量游离石膏，一般还存在少量游离石膏(f-CaSO(f-CaSO4 4) )、方镁石方镁石( (MgOMgO) )和钙钛矿和钙钛矿(CaO(CaOTiOTiO2 2即即CT)CT) 等，煅等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石( (2CaO2CaOAlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2即即C C2 2AS)AS)、硫硅酸钙、硫硅酸钙(4CaO(4CaO2

36、SiO2SiO2 2CaSCaSO O4 4即即2 2C C2 2SCaSSCaSO O4 4) ) 、游离石、游离石灰灰(f-(f-CaOCaO) )和铝酸钙和铝酸钙(C(C1212A A7 7,CA),CA)等。等。硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙 3CaO3Al2O3CaSO4 晶体结构：多孔结构晶体结构：多孔结构 （高活性的原因）（高活性的原因） 形貌：六角形板状或四边形柱状形貌：六角形板状或四边形柱状 晶体尺寸：晶体尺寸：510mCa2+Al-OS-O铁相铁相 4CaOAl2O3Fe2O3 2CaOFe2O36CaO2Al2O3Fe2O3固

37、溶体 斜方晶系，棱柱状 形成：2CaOFe2O3矿物随温度的升高，不断固溶各类铝酸钙矿物少量矿物少量矿物 游离石膏（游离游离石膏（游离CaSO4） 方镁石（方镁石（MgO） 钙钛矿（钙钛矿（CaOTiO2）煅烧不正常或配料不当时：煅烧不正常或配料不当时： 钙黄长石（钙黄长石（2CaOAl2O3SiO2） 硫硅酸钙（硫硅酸钙（4CaOSiO2CaSO4） 游离石灰（游离游离石灰（游离CaO）硫铝酸盐水泥熟料微观形貌硫铝酸盐水泥熟料微观形貌水泥名称熟料矿物组成w%普通硫铝普通硫铝酸盐水泥酸盐水泥C C4 4A A3 3C C2 2S SC C4 4AFAF55-7555-758-378-373-1

38、03-10高铁硫铝酸盐水泥C4A3C3AC6AF233-6314-3715-35铝酸盐水泥CAC2AC2AS40-4515-3020-36硅酸盐水泥C3SC2SC3AC4AF42-6015-355-1410-16不同水泥熟料的矿物组成不同水泥熟料的矿物组成各种水泥熟料化学成分各种水泥熟料化学成分w%水泥名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3普通硫铝酸盐水普通硫铝酸盐水泥熟料泥熟料3-133-1330-3830-381-31-338-4538-458-158-15高铁硫铝酸盐水泥熟料5-1325-355-1343-507-12铝酸盐水泥熟料1050-58332-36硅酸盐水泥熟料21-25

39、4-82-464-67 a. a.石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导向化合和稳定矿物向化合和稳定矿物 导向化合导向化合：石膏不仅能使最终产物中：石膏不仅能使最终产物中CACA改变为改变为C C4 4A A3 3，并使无活性的，并使无活性的C C2 2ASAS改变为改变为C C4 4A A3 3和和C C2 2S S。 稳定矿物稳定矿物：阻止在高温冷却过程中发生向惰性：阻止在高温冷却过程中发生向惰性的的- C- C2 2S S的晶型转变的晶型转变 b.b.石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸盐水泥中的作用一样，起到

40、缓凝作用。盐水泥中的作用一样，起到缓凝作用。石膏的作用石膏的作用C C4 4A A3 3水化水化早期水化活性高早期水化活性高试样试样水灰比水灰比抗压强度抗压强度/MPa6h1d3d7d14d60d净浆净浆0.3915.336.640.530.734.634.6硫铝酸盐水泥的水化硫铝酸盐水泥的水化主要水化产物：主要水化产物： 水化硫铝酸钙（水化硫铝酸钙（Aft、AFm) 铝胶铝胶 铁胶铁胶 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶 A A、硫、硫铝酸盐水泥熟料的相对密度比硅酸盐水泥铝酸盐水泥熟料的相对密度比硅酸盐水泥熟料低，一班波动在熟料低，一班波动在2.87-2.922.87-2.92之间。之间。 B B

41、、硫、硫铝酸盐水泥水化产物主要由钙矾石、铝胶铝酸盐水泥水化产物主要由钙矾石、铝胶和铁胶等组成。和铁胶等组成。 C C、硫、硫铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快的铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快的多，一般在多，一般在30-5030-50minmin波动，终凝在波动，终凝在40-9040-90minmin波动波动 D D、硫、硫铝酸盐水泥总水化热并不比硅酸盐水泥总铝酸盐水泥总水化热并不比硅酸盐水泥总水化热高，约水化热高，约45-5045-50kJ/gkJ/g，但是集中在，但是集中在8-488-48h h释放释放。硫铝酸盐水泥的技术性能硫铝酸盐水泥的技术性能 E E、硫、硫铝酸盐水泥石的孔隙结构与硅酸盐水泥