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1、建筑材料学,胶凝材料,4 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。,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、C4AF,6:55:04 PM,Page:5,硅酸盐水泥的煅烧,窑型立窑回转窑煅烧过程,6:55:04 PM,Page:6,水泥熟料的组成,矿物名称 化学成分 缩写符号 含量硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 3660硅酸
2、二钙 2CaOSiO2 C2S 1536铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 715铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018,3、硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与凝胶性能的关系,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、SiO2、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
3、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），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
4、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 如果铝率IM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=3KH,每1%酸性氧化物所需石灰含量分别为：1%Al2O3所需CaO=（3
5、CaO摩尔量）/（Al2O3摩尔量）=（356.08）/101.96=1.65 1%Fe2O3所需CaO=（CaO摩尔量）/（Fe2O3摩尔量）=56.08/169.70=0.35 1%SiO2所需CaO=（3CaO摩尔量）/（SiO2摩尔量）=（356.08）/60.09=2.8由每1%酸性氧化物所需石灰量乘以相应的酸性氧化物含量，就可得到石灰理论极限含量计算式：CaO=2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3在实际生产中，Al2O3和Fe2O3始终为CaO所饱和，唯独SiO2可能不完全饱和生成C3S，而存在一部分C2S，否则，熟料就会出现游离氧化钙。因此应在SiO2之前加一石
6、灰饱和系数KH。故：CaO=KH2.8SiO2+1.65Al2O3+0.35Fe2O3,因此，石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S+C2S）所需的氧化钙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形成硅酸三钙的程度。当KH=0.667时，熟料中只有C2S、C3A和C4AF而无C3S。当KH=1时，熟料中无C2S而只有C3S、C3A和C4AF。KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高水泥质量，但KH过高，熟料煅烧困难，必须延长煅烧时间；否则
7、会出现f-CaO，同时窑的产量低、热耗高，窑衬工作条件恶化。,KH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0.870.96,4、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
8、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0.64d、C4AF=3.04Fe2O3 铝率大于0.64e、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。,5、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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(CaSO42H2
14、O)+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。,6:55:04 PM,Page:28,Aft和Afm电镜图片,Aft,Afm,8、硅酸盐水泥
15、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。,6:55:04 PM,Page:31,水泥水化过程的五个阶段,6:55:04 PM,Page:32,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
16、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AftAfm(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：,6:55:04 PM,Page:36,水泥水化龄期对强度的影响,11、硅酸盐水泥的技术标准,GB175200
17、7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流失 25C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,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
18、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，
19、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(hydraulic portland cement),二、抗硫酸盐硅酸盐水泥(sulfate-resisting portla
20、nd 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、隧道工程、桥梁基础等,表5.5 抗硫酸盐硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB 7482005),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
21、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5.6 道路水泥各龄期强度值,性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击性好、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
22、，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：（1）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（2）组成：硅酸盐系列改变矿物比例（3）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，构件接缝、接头的灌浆，固定设
23、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3、石灰膨胀硅酸盐水泥：膨胀组分为CaO，不易控制（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，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，
24、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5.10 快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度(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：
25、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,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。是以铝矾土和石灰石为原料，按照适当的比例配合后，经烧结或熔融，形成以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，经粉磨而制成的水硬性胶凝材料。矿物组成以铝酸一钙（CaO.Al3O2）为主，赋予水泥早强、耐火等特殊性能,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-
26、Al2O3。铝酸盐水泥(GB2012000)。按Al2O3含量百分数将铝酸盐水泥分为四类：CA50 50%Al2O360%CA60 60%Al2O368%CA70 68%Al2O377%CA80 77%Al2O3,铝酸盐水泥的矿物组成,矿物名称 矿物成分 简写铝酸一钙(主要)CaOA12O3 CA二铝酸一钙 CaO2A12O3 CA2硅铝酸二钙 2CaOA12O3SiO2 C2AS七铝酸十二钙 12CaO7A12O3 C12A7硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S,CA（铝酸一钙）铝酸盐水泥中的主要矿物，具有很高的水硬活性，其特点是凝结正常，硬化迅速，是铝酸盐水泥强度的主要来源。但若含量过高，强
27、度发展主要集中在早期。CA的结晶形状与煅烧方法、冷却条件等因素有关。烧结法所得CA多为矩形或不规则板状，粒径510m，密度2.98g/cm3。,CA2（二铝酸一钙）水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度能不断提高。CA2若过多，将影响铝酸盐水泥的快硬性能，但水泥的耐热性能可以得到提高。烧结法时CA2通常呈粒状晶体，尺寸大多为1020m，密度为2.90g/cm3。质量优良的铝酸盐水泥，其矿物组成一般以CA和CA2为主。,C12A7（七铝酸十二钙）晶体结构中铝和钙的配位极不规则，结构具有大量结构空洞，使其水化极快，凝结迅速，但强度不高。因此水泥中含有较多的C12A7时，会出现快凝，强度降低，耐热性下
28、降。,C2AS（钙铝黄长石、铝方柱石）在铝酸盐水泥中，由于其晶格内离子配位很对称，因此胶凝性能很差，通常呈才长方、正方、板状和不规则形状，一般情况下分布比较均匀。除上述铝酸盐矿物外，有时还会有C2S的存在，例外还可能有少量的镁尖晶石或镁方柱石、钙钛矿等。,铝酸盐水泥的水化和硬化,CAH10、C2AH8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，因此铝酸盐水泥硬化初期的强度增长很快，以后即不显著。CAH10、C2AH8都是亚稳相，要
29、逐渐转化成比较稳定的C3AH6。,六方 晶体C3AH6扫描电镜照片,球粒结节状棱柱体C3AH6扫描电镜照片,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,铝酸盐水泥的强度等级,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
30、酸盐水泥,第一系列水泥：以C3S矿物为主的各种硅酸盐水泥。第二系列水泥：以CA矿物为主的各种铝酸盐水泥。第三系列水泥：以C4A3矿物为主的各种硫铝酸盐水泥。20世纪70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、石膏为原料，经低温（13001350）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C4A3）和硅酸二钙（C2S）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早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性胶凝材料。,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
31、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C4A3 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）
32、。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相矿物含量高低不同。,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，用于分解CaCO3的热耗大幅度降低，放出CO2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。,硫铝酸盐水泥的原燃材料,
33、原材料：铝质原料（主要提供Al2O3，也提供SiO2和Fe2O3）石灰质原料（主要提供CaO）硫系原料（主要提供SO3）,原料的要求,矾土：Al2O3 60%，SiO2 15%石灰石：CaO 50%，SiO2 3.5%二水石膏：SO3 38%。硬石膏：SO3 38%,硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图,硫铝酸盐水泥熟料中的矿物主要为C4A3、C2S、C4AF，一般还存在少量游离石膏(f-CaSO4)、方镁石(MgO)和钙钛矿(CaOTiO2即CT)等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石(2CaOAl2O3SiO2即C2AS)、硫硅酸钙(4CaO2SiO2CaSO4即2C2SCaSO4)、游离
34、石灰(f-CaO)和铝酸钙(C12A7,CA)等。,硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成,无水硫铝酸钙,3CaO3Al2O3CaSO4晶体结构：多孔结构（高活性的原因）形貌：六角形板状或四边形柱状晶体尺寸：510m,Ca2+,Al-O,S-O,铁相,4CaOAl2O3Fe2O32CaOFe2O36CaO2Al2O3Fe2O3固溶体斜方晶系，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,游离石膏（游离CaSO4）方镁石（MgO）钙钛矿（CaOTiO2）煅烧不正常或配料不当时：钙黄长石（2CaOAl2O3SiO2）硫硅酸钙（4CaOSiO2CaSO4）游离石灰（游离CaO
35、）,硫铝酸盐水泥熟料微观形貌,不同水泥熟料的矿物组成,各种水泥熟料化学成分w%,a.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 导向化合：石膏不仅能使最终产物中CA改变为C4A3，并使无活性的C2AS改变为C4A3和C2S。稳定矿物：阻止在高温冷却过程中发生向惰性的-C2S的晶型转变 b.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，起到缓凝作用。,石膏的作用,C4A3水化早期水化活性高,硫铝酸盐水泥的水化,主要水化产物：水化硫铝酸钙（Aft、AFm)铝胶铁胶水化硅酸钙凝胶,A、硫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2.87-2.92之间。B、硫铝酸盐
36、水泥水化产物主要由钙矾石、铝胶和铁胶等组成。C、硫铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快的多，一般在30-50min波动，终凝在40-90min波动 D、硫铝酸盐水泥总水化热并不比硅酸盐水泥总水化热高，约45-50kJ/g，但是集中在8-48h释放。,硫铝酸盐水泥的技术性能,E、硫铝酸盐水泥石的孔隙结构与硅酸盐水泥的孔隙结构有明显差别：总孔隙率低15%；平均孔径小，绝大部分孔径小于30nm。最可级孔径（1：1砂浆）为小于2.5nm，而且1.8nm左右的孔占很大的比例；孔的形状多为墨水瓶孔。这样的孔结构是形成硫铝酸盐水泥抗渗、抗冻、抗腐蚀、干缩小等优良性能的关键。,硫铝酸盐水泥的特点是早强高强、高抗
37、冻性、耐蚀性、高抗渗性、膨胀性能、低碱性。目前主要应用在：冬季施工工程、抢修和抢建工程、配制喷射混凝土、生产水泥制品和混凝土预制构件，补偿收缩砼的配制和抗渗工程、生产纤维增强水泥制品等。硫铝酸盐水泥是当今世界水泥发展史上新出现的品种系列，尚处于应用推广时期，然而目前已显示出十分乐观的发展前景。,硫铝酸盐水泥的特点和应用,氟铝酸盐水泥,1、矿物组成：11CaO.7Al2O3.CaF2 硅酸钙C3S、C2S 三种水泥：型砂水泥快凝快硬硅酸盐水泥快凝快硬氟铝酸盐水泥见表5.20,2、氟铝酸盐水泥的水化氟铝酸钙溶解迅速，生成：水化铝酸钙、AH2F；随后与氢氧化钙生成单硫型水化硫铝酸钙和钙矾石。钙矾石晶
38、体为骨架,型砂水泥 用于铸造行业中的型砂粘结材料，或抢修、堵漏快凝快硬硅酸盐水泥 用于抢修、堵漏快凝快硬氟铝酸盐水泥 用于抢修堵漏、矿井锚固、低温施工,低熟料和无熟料水泥,砌筑水泥 硅酸盐水泥熟料+混合材+石膏共同磨细石膏矿渣水泥 矿渣近80%+熟料+石膏约15%钢渣矿渣水泥 要用CaO含量高的,碱矿渣水泥 1、生产：高炉矿渣+碱性激发剂 KOH、NaOH、水玻璃等 2、水化：氢氧根离子作用 水化产物复杂 3、特性与应用：快硬、早强、高强、需水量低；抗渗性能优良；抗冻性强；抗化学腐蚀性强；耐热性好；水化热低；护筋性好；耐磨性良好；,磷酸盐水泥,磷酸盐水泥属于化学结合水泥,也就是以金属和酸溶液或盐为基本组分通过化学反应而形成。磷酸盐水泥可用来制得多种耐热和热稳定性材料，防腐和电绝缘涂料以及高效能胶等。某些性能近似于陶瓷材料。,用磷酸盐胶结料制取材料时不需要进行高温煅烧，这些材料在许多侵蚀性介质中都是稳定的。磷酸盐水泥主要包括磷酸铝水泥，磷酸镁水泥，磷酸铵水泥等。,
