高鋁水泥的礦相、性能及作用1

1、1.1 高鋁水泥鐵鋁酸鹽水泥水泥礦物組成硅酸鹽水泥（Portland cement）鋁酸鹽水泥(高鋁水泥)硫鋁酸鹽水泥氟鋁酸鹽水泥少熟料或無熟料水泥1.1 高鋁水泥u高鋁水泥（舊稱礬土水泥）是以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約50%的熟料，經(jīng)磨細制成的水硬性膠凝材料，又稱鋁酸鹽水泥。u化學組成：Al2O3(5060%)、CaO(3235%)、SiO2(48%)、Fe2O3(13%)u礦物組成：主要為鋁酸一鈣（CaOAl2O3,簡寫CA,含量70%），含有少量的硅酸二鈣（C2S）與其他鋁酸鹽，如12 CaO7Al2O3(簡寫C12A7)、 CaO2Al2O3(CA2)、 2CaOAl2O3SiO2(C2

2、AS)1.1 高鋁水泥u高鋁水泥（舊稱礬土水泥）是以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約50%的熟料，經(jīng)磨細制成的水硬性膠凝材料，又稱鋁酸鹽水泥。u化學組成：Al2O3(5060%)、CaO(3235%)、SiO2(48%)、Fe2O3(13%)u礦物組成：主要為鋁酸一鈣（CaOAl2O3,簡寫CA,含量70%），含有少量的硅酸二鈣（C2S）與其他鋁酸鹽，如12 CaO7Al2O3(簡寫C12A7)、 CaO2Al2O3(CA2)、 2CaOAl2O3SiO2(C2AS)6MTA水泥礦物相的組成：水泥礦物相的組成：- CA：鋁酸一鈣：鋁酸一鈣 3560% （3365)- CA2：二鋁酸一鈣：二鋁酸一鈣 1

3、020% (720)- C2AS：硅鋁酸二鈣（或鈣鋁黃長石，鋁方柱石）：硅鋁酸二鈣（或鈣鋁黃長石，鋁方柱石）2040%- C12A7：七鋁酸十二鈣：七鋁酸十二鈣 1%- C3A：鋁酸三鈣：鋁酸三鈣 0.5%- C4A3$: 硫鋁酸四鈣硫鋁酸四鈣 10%- CT：鈣鈦石（鈣鈦礦）：鈣鈦石（鈣鈦礦）45%- C2F：鐵酸二鈣：鐵酸二鈣 34%- MA：鎂鋁尖晶石：鎂鋁尖晶石 12%- f-C、-A、f-M、白云石等。、白云石等。均均1% 7MTA水泥主要礦物相的特性：水泥主要礦物相的特性：- CA： 主要礦相。具有很高的水硬活性，凝結(jié)時間正常，硬化較快，是強度的主主要礦相。具有很高的水硬活性，凝結(jié)

4、時間正常，硬化較快，是強度的主要來源。耐火度約要來源。耐火度約1600。- CA2：凝結(jié)時間比凝結(jié)時間比CA長，早期強度低，后期不斷增高，是后期強度的主要來源。長，早期強度低，后期不斷增高，是后期強度的主要來源。耐火度約耐火度約1750 .- C2AS：水化活性低，含量高時影響水泥早強性能。水化活性低，含量高時影響水泥早強性能。 - C12A7：正常情況下，含量很少，水化極快，凝結(jié)極快，強度不及正常情況下，含量很少，水化極快，凝結(jié)極快，強度不及CA高，含量高，含量多時，水泥出現(xiàn)快凝，強度下降，耐熱性下降，需水量增加等后果。多時，水泥出現(xiàn)快凝，強度下降，耐熱性下降，需水量增加等后果。 - C3A

5、：水化快，凝結(jié)迅速。水化快，凝結(jié)迅速。- C4A3$: 具有一定的膠凝性，對水泥的凝結(jié)時間和強度的影響沒有定論。含量高具有一定的膠凝性，對水泥的凝結(jié)時間和強度的影響沒有定論。含量高時，會影響水泥的應(yīng)用性能，使凝結(jié)時間變短。時，會影響水泥的應(yīng)用性能，使凝結(jié)時間變短。 - CT： 惰性礦物。惰性礦物。- C2F/CF：具有極弱的膠凝性。具有極弱的膠凝性。- MA：不具有膠凝性。不具有膠凝性。8 主要礦物相的形成溫度：主要礦物相的形成溫度：- CA : 約在約在900時開始形成。時開始形成。- CA2： 在在1000-1100開始形成。開始形成。- C12A7：在：在950 -1000開始形成。開始

6、形成。- C4A3$: 大約在大約在950開始形成，在開始形成，在1350仍能保持穩(wěn)定，在接近仍能保持穩(wěn)定，在接近1400時時開始分解為開始分解為CA、CaO、SO3。 9 主要礦物相的控制范圍及頻次：主要礦物相的控制范圍及頻次：- CA : 4045%，- CA2：1015% - C12A7：0.10.6%- C4A3$: 視原燃材料質(zhì)量，待定。（視原燃材料質(zhì)量，待定。（40-50% C12A7 0.10.6%1.2 高鋁水泥的水化與硬化（1）高鋁水泥的水化T2020T3013MTA水泥礦物相的組成：水泥礦物相的組成：- CA：鋁酸一鈣：鋁酸一鈣 3560% （3365)- CA2：二鋁酸一

7、鈣：二鋁酸一鈣 1020% (720)- C2AS：硅鋁酸二鈣（或鈣鋁黃長石，鋁方柱石）：硅鋁酸二鈣（或鈣鋁黃長石，鋁方柱石）2040%- C12A7：七鋁酸十二鈣：七鋁酸十二鈣 1%- C3A：鋁酸三鈣：鋁酸三鈣 0.5%- C4A3$: 硫鋁酸四鈣硫鋁酸四鈣 10%- CT：鈣鈦石（鈣鈦礦）：鈣鈦石（鈣鈦礦）45%- C2F：鐵酸二鈣：鐵酸二鈣 34%- MA：鎂鋁尖晶石：鎂鋁尖晶石 12%- f-C、-A、f-M、白云石等。、白云石等。均均1% 1.2 高鋁水泥的水化與硬化（1）高鋁水泥的水化T2020T301.2 高鋁水泥的水化與硬化(2) 高鋁水泥的硬化硬化過程：水化生成的CAH10

8、與C2AH8(六方晶系)為片狀、針狀晶體，相互交替攀附，重疊結(jié)合，形成堅硬的結(jié)晶連接體，使水泥獲得很高的強度。氫氧化鋁凝膠又填充于晶體骨架的孔隙中，使水泥形成比較致密的結(jié)構(gòu)。經(jīng)57天后，水化物的數(shù)量就很少增加，因此高鋁水泥早期強度增長的很快，而后期強度增長的不太顯著。注： CAH10、 C2AH8 （亞穩(wěn)態(tài)） C3AH61.4 高鋁水泥的性能和應(yīng)用范圍根據(jù)高鋁水泥的水化可總結(jié)出高鋁水泥具有以下特性 高鋁水泥的早強特性：其早期強度增進率遠遠超過快硬硅酸鹽水泥，適用于緊急搶修工程，但后期強度會降低，在結(jié)構(gòu)工程中限制使用。 水化熱較大：早期水泥硬化放熱大，與同標號的硅酸鹽水泥相比，僅一天就可放出水化

9、熱總量的7080%。由于幾種放熱，適用于低溫養(yǎng)護的混凝土工程。 抗硫酸鹽侵蝕性能強：水化過程不析出游離氫氧化鈣而是生成氫氧化鋁凝膠，在顆粒表面形成保護膜。在后期晶體轉(zhuǎn)化過程中抗侵蝕性有所降低。耐高溫性好：高鋁水泥可作為耐熱混凝土的膠結(jié)材料，配置成耐熱混凝土。高鋁水泥的生產(chǎn)過程石灰石粉石灰石粉礬土礬土粉磨粉磨按比例混合按比例混合生料生料入窯煅燒入窯煅燒熟料熟料礬土水泥礬土水泥粉磨粉磨生產(chǎn)流程圖生產(chǎn)流程圖2.1 回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生料在回轉(zhuǎn)窯中的燒結(jié)過程中，首先通過固相反應(yīng)形成CA礦物，由于石灰石在分解后具有較高的反應(yīng)活性，因此會局部出現(xiàn)少量C12A7礦物,但隨著溫度的提高，礬土中的Al2O3和SiO2

10、的反應(yīng)速度加大，熟料中的礦物會逐漸按設(shè)計組成達到相平衡，最終C12A7消失，熟料礦物主要礦相為CA.回轉(zhuǎn)窯示意圖回轉(zhuǎn)窯示意圖2.2 電弧爐熔融法 用熔融法生產(chǎn)，可以配制CaO含量較高也即CA礦物含量較高的水泥，從而獲得早期強度更高的高鋁水泥，另外熔融法還適合利用高鐵礬土作原料，生產(chǎn)Fe2O3含量較高的水泥。2.3 反射爐熔融法 反射爐熔融法是法國的Lafarge公司的專有技術(shù)，F(xiàn)ondu水泥， Secar51水泥，德國的海德堡生產(chǎn)的ISTRA40,ISTRA50水泥都采用反射爐熔融法生產(chǎn)。 反射爐熔融法與電弧爐熔融法同樣適合生產(chǎn)高鈣含量和高鐵含量水泥，并且需要嚴格控制氣氛和冷卻過程，以保證產(chǎn)品

11、質(zhì)量的穩(wěn)定性。高鋁水泥后期晶型轉(zhuǎn)變孔結(jié)構(gòu)惡化晶體間結(jié)合力降低強度倒縮 存在的問題：存在的問題：國內(nèi)外研究：國內(nèi)外研究： 摻入減水劑改善孔結(jié)構(gòu)以增加晶型轉(zhuǎn)變的動力學； 控制養(yǎng)護的溫濕度條件以延緩水化產(chǎn)物的晶型轉(zhuǎn)變； 采用聚合物與磷酸鹽對高鋁水泥改性； 在高鋁水泥中加入?；郀t礦渣。效果不明顯效果不明顯胡曙光、王甲春在高鋁水泥中加入石灰石粉，不但穩(wěn)定高鋁水泥的早期強度，而且還能抑制后期強度倒縮，并改善其工作性能，為此研究石灰石粉對高鋁水泥強度影響。高鋁水泥膠砂試件配比如下表，按照高鋁水泥膠砂試件配比如下表，按照GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法水泥膠砂強度檢驗方法成型高成型高鋁水泥膠

12、砂試件，拆模后養(yǎng)護至規(guī)定齡期，然后測試抗折強度和抗壓強度。鋁水泥膠砂試件，拆模后養(yǎng)護至規(guī)定齡期，然后測試抗折強度和抗壓強度。高鋁水泥膠砂試件配比表高鋁水泥膠砂試件配比表試樣試樣混合比例混合比例/g石灰石粉石灰石粉水泥水泥水水沙沙L0010044250L119944250L229844250L339744250L449644250L559544250L669444250L779344250L889244250L999144250L10109044250202080442503.2.1 強度分析a a、不同石灰石粉摻量下、不同石灰石粉摻量下高鋁水泥膠砂試件抗折強度高鋁水泥

13、膠砂試件抗折強度b b、不同石灰石粉摻量下、不同石灰石粉摻量下高鋁水泥膠砂試件抗壓強度高鋁水泥膠砂試件抗壓強度3.2.2 孔結(jié)構(gòu)分析不同石灰石粉摻量下高鋁水泥膠砂試件孔結(jié)構(gòu)不同石灰石粉摻量下高鋁水泥膠砂試件孔結(jié)構(gòu)3.2.3 微觀形貌分析高鋁水泥水化產(chǎn)物微觀形貌高鋁水泥水化產(chǎn)物微觀形貌(A0(A0：純高鋁水泥；：純高鋁水泥；A5A5：摻：摻5%5%石灰石粉高鋁水泥石灰石粉高鋁水泥) )針狀或片狀針狀或片狀CAH10，C2AH8立方體結(jié)構(gòu)立方體結(jié)構(gòu)C3AH6針狀或片狀針狀或片狀CAH10，C2AH8，C3ACaCO311H2O主要為主要為C3ACaCO311H2O高鋁水泥膠砂試件抗折強度和抗壓強度

14、隨石灰石粉摻量的增加先升高后降低，各齡期（1,3,7,28d）膠砂試件的抗折強度和抗壓強度均在石灰石粉摻量為3%時達到最大值；高鋁水泥膠砂試件的28d總孔隙率、大孔隙率和小孔隙率均隨石灰石粉摻量的增加先減小后增大，當石灰石粉摻量為3%時各孔隙率均最低；石灰石粉的摻入減少了CAH10，C2AH8向C3AH6的晶型轉(zhuǎn)化，一定程度上抑制了高鋁水泥后期強度的倒縮。3.3 結(jié)論鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥是以鋁礬土和石灰石為原料，經(jīng)煅燒制得的以鋁酸鈣為主要成分、氧化鋁含量約50%的熟料，再磨制成的水硬性膠凝材料。鋁酸鹽水泥常為黃或褐色，也有呈灰色的。鋁酸鹽水泥的主要礦物成為鋁酸一鈣（CaOAl2O3，簡寫CA）

15、及其他的鋁酸鹽，以及少量的硅酸二鈣（2CaOSiO2）等。根據(jù)國家標準（GB2012000）的規(guī)定：鋁酸鹽水泥的密度和堆積密度與普通硅酸鹽水泥相近。其細度為比表面積300m2/kg或45m篩篩余20%。鋁酸鹽水泥分為CA50、CA60、CA70、CA80四個類型，各類型水泥的凝結(jié)時間和各齡期強度不得低于標準的規(guī)定。鋁酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度快。1d強度可達最高強度的80%以上，主要用于工期緊急的工程，如國防、道路和特殊搶修工程等。鋁酸鹽水泥水化熱大，且放熱量集中。1d內(nèi)放出的水化熱為總量的70%80%，使混凝土內(nèi)部溫度上升較高，即使在10下施工，鋁酸鹽水泥也能很快凝結(jié)硬化，可用于冬季施工的工程。鋁酸鹽水泥在普通硬化條件下，由于水泥石中不含鋁酸三鈣和氫氧化鈣，且密實度較大，因此具有很強的抗硫酸鹽腐蝕作用。鋁酸鹽水泥具有較高的耐熱性。如采用耐火粗細骨