第5章 特性水泥特性水泥定义和特点n具有特殊性能：快凝、快硬、耐火等n满足特殊用途：抢修工程、装饰工程等n包括了三个系列特性水泥n1、快硬高强水泥n2、抗硫酸盐型硅酸盐水泥n3、油井水泥n4、白色水泥n5、彩色水泥n6、道路水泥n7、补偿收缩水泥n8、砌筑水泥n9、防辐射水泥n10、耐高温水泥快硬高强水泥（1）特点：凝结时间短、硬化快、早期强度高以3天强度来划分等级（2）组成：PC系列（硅酸盐水泥）CSA系列（硫铝酸盐水泥）（3）用途：需要快速施工的工程、抢修工程、 冬季施工抗硫酸盐型硅酸盐水泥（1）特点：有较强的抵抗硫酸根离子腐蚀 的能力、水化热低 （2）组成：硅酸盐系列改变熟料矿物组成（降 低硅酸三钙50%和铝酸三钙含量5% ） （3）用途：水利工程、地下工程、海港工程、隧道工程、桥梁基础等油井水泥（1）特点：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：用于油田固井白色水泥（1）特点：颜色为白色，白度是重要的性 能指标（2）组成：控制Fe含量（3）用途：建筑装饰彩色水泥（1）特点：按照使用要求可配制出红色、 绿色等彩色水泥 （2）组成：一般为硅酸盐系列 （3）制备方法：白水泥+颜料在原材料中配入着色剂烧制 （4）用途：建筑装饰道路水泥（1）性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击 性好、收缩小、弹性好（2）组成：硅酸盐系列水泥中增加含铁矿物（3）用途：公路路面补偿收缩水泥（1）特点：具有微膨胀性（2）组成：CSA系列（3）用途：防止混凝土开裂砌筑水泥（1）特点：强度要求不高，流动性好（2）组成：硅酸盐系列（3）用途：用于砌筑和抹灰防辐射水泥（1）特点：密度大、水化热小、抗拉强度高（2）组成：含有Ba、Sr等重金属离子（3）用途：用于阻挡或防护原子核反应堆辐射耐高温水泥（1）特点：耐高温、耐腐蚀 （2）组成：主要为铝酸盐系列另外还有磷酸盐系列 （3）用途：窑炉内衬（电力、石化、冶金、建材）硫铝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水泥的种类定义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。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）。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。硫铝酸盐水泥的种类快硬铁铝酸盐水泥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我国硫铝酸盐水泥应用市场用量及品种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。硫铝酸盐水泥生产的工艺特点硫铝酸盐水泥的原燃材料原材料： 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）燃料： 烟煤原料和燃料要求n矾土： Al2O3 60%， SiO2 15% n石灰石：CaO 50% ， SiO2 3.5% n二水石膏： SO3 38%。硬石膏：SO3 38%n工业烟煤：发热量23826kJ/kg，灰分3.5%， 挥发分25% n原料总有害成分：R2O 0.5% 硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图三个系数：碱度系数Cm，铝硅比N，铝硫比P硫铝酸盐的率值碱度系数Cm：表示熟料中氧化硅、氧化铝和氧化铁饱 和形成C4A3、C2AF、C2S的程度。Cm的范围一般为0.95 -0.98，必须小于1(就在于硫铝酸盐水泥系数中，不能 有f-CaO的存在，否则将造成水泥的急凝)。铝硫比P：表示熟料中氧化铝含量与三氧化硫含量之比， 反映了形成C4A3的氧化铝与三氧化硫的适当比例。一般 控制P3.86.铝硅比N：表示熟料中氧化铝含量与氧化硅含量值比， 也反映了熟料中C4A3 、C2S的比例。一般控制N3。CaO的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 矿物所需要的CaO是按照不足来设计的，因为如果 CaO的配入量过多，超出形成熟料矿物所需要的量 ，将会形成f-CaO,从而造成熟料的急凝、强度低； 同时，高钙条件下， C4A3的水化速度会大大加快 。SO3的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 矿物所需要SO3的量按照过足来设计的，由于在硫 铝酸盐水泥熟料煅烧过程中， SO3总会有所挥发， 如果SO3配入量不足，将会直接影响C4A3的形成。 在配料计算中SO3应过量10%左右。硫铝酸盐水泥的配料原则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n3CaO3Al2O3CaSO4n晶体结结构：多孔结结构 （高活性的原因）n形貌：六角形板状或四边边形柱状n晶体尺寸：510mCa2+Al-OS-O硅酸二钙n2CaOSiO2n四种晶型n形貌：不规则圆 形，细小、破碎（工业熟料）n尺寸：510m铁相n4CaOAl2O3Fe2O3n2CaOFe2O36CaO2Al2O3Fe2O3固溶体n斜方晶系，棱柱状n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n游离石膏（游离CaSO4）n方镁石（MgO）n钙钛矿（CaOTiO2）煅烧烧不正常或配料不当时时：n钙钙黄长长石（2CaOAl2O3SiO2）n硫硅酸钙钙（4CaOSiO2CaSO4）n游离石灰（游离CaO）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 酸盐水泥C4A3C2SC4AF55-758-373-10 高铁硫铝 酸盐水泥C4A3C3AC6AF2 33-6314-3715-35 铝酸盐水 泥CAC2AC2AS 40-4515-3020-36 硅酸盐水 泥C3SC2SC3AC4AF 42-6015-355-1410-16不同水泥熟料的矿物组成各种水泥熟料化学成分w%水泥名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3 普通硫铝酸盐水 泥熟料3-1330-381-338-458-15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21-254-82-464-67室温-300：原料脱水干燥300-450： 型无水石膏转变为型无水石膏。450-600：矾土的水铝石分解，形成-Al2O3,物料 总同时 出现-SiO2及Fe2O3。850-900：碳酸钙分解，产生CaO,随温度升高分解反应加 快。 950以上： C4A3和C2AS开始形成。1050：C4A3和C2AS增加，石灰吸收率达到1/2左右。生料 中的-Al2O3, -SiO2、CaSO4和CaO的含量迅速减少。熟料的形成过程1150：出现-C2S，石灰吸收率达到2/3. 1250： C4A3继续增加，C2AS消失，同时出现2C2SCaSO4 。除此之外，其它组分消失。物料主要矿物组成为： C4A3,C2S,2C2SCaSO4 ,f-CaSO4和少量铁相(C6AF2) 1300：2C2SCaSO4消失。熟料主要矿物为：C4A3,- C2S,-C2S,铁相及CaSO4 1300-1400：矿物无明显变化。 1400以上： C4A3和CaSO4开始分解，熟料出现融块。硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为：(135050)。此时不 但熟料形成反应已经完成，而且烧结情况也比较好。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。石膏的作用导向作用铝酸盐水泥熟料形成反应无活性引入石膏后的反应反应高活性硫铝酸盐水泥的水化主要水化产物：n水化硫铝酸钙（Aft、AFm)n铝胶n铁胶n水化硅酸钙凝胶C4A3水化早期水化活性高试试 样样水 灰 比抗压压强度/MPa6h1d3d7d14d60d 净净 浆浆0.3915.336.640.530.734.634.6铁相的水化-6CaO2Al2O3Fe2O3 - 4CaOAl2O3Fe2O3 6CaOAl2O32Fe2O3 - 4CaOAl2O3Fe2O3 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。F 硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥比较，水化液相碱 度低。因此可以抑制其由于使用碱活性集料而可能 发生的碱-集料反应。硫铝酸盐水泥的特点是早强高强、高抗冻性、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