水泥材料学51特种水泥定义种类

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 特性水泥,特性水泥定义和特点,具有特殊性能：快凝、快硬、耐火等,满足特殊用途：抢修工程、装饰工程等,包括了三个系列,特性水泥,1,、快硬高强水泥,2,、抗硫酸盐型硅酸盐水泥,3,、油井水泥,4,、白色水泥,5,、彩色水泥,6,、道路水泥,7,、补偿收缩水泥,8,、砌筑水泥,9,、防辐射水泥,10,、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,C,3,S,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,C,4,A,3,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（,C,4,A,3,）和硅酸二钙（,C,2,S,）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,C,4,A,3,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,R,FAC,高强铁铝酸盐水泥,H,FAC,膨胀铁铝酸盐水泥,E,FAC,自应力铁铝酸盐水泥,S,FAC,高铁硫铝酸盐水泥,快硬硫铝酸盐水泥,R,SAC,高强硫铝酸盐水泥,H,SAC,膨胀硫铝酸盐水泥,E,SAC,自应力硫铝酸盐水泥,S,SAC,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,CaCO,3,的热耗大幅度降低，放出,CO,2,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,Al,2,O,3,，,也提供,SiO,2,和,Fe,2,O,3,）,石灰质原料（主要提供,CaO,）,硫系原料（主要提供,SO,3,）,燃料：,烟煤,原料和燃料要求,矾土：,Al,2,O,3,60%,，,SiO,2,15%,石灰石：,CaO,50%,，,SiO,2,3.5%,二水石膏：,SO,3,38%,。硬石膏：,SO,3,38%,工业烟煤：发热量,23826,kJ/kg,，灰分,3.5%,， 挥发分,2,5%,原料总有害成分：,R,2,O,0.5%,硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图,三个系数：碱度系数,C,m,，铝硅比,N,，铝硫比,P,硫铝酸盐的率值,碱度系数,C,m,：表示熟料中氧化硅、氧化铝和氧化铁饱和形成,C,4,A,3,、,C,2,AF,、,C,2,S,的程度。,C,m,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,C,4,A,3,的氧化铝与三氧化硫的适当比例。一般控制,P,3.86.,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,C,4,A,3,、,C,2,S,的比例。一般控制,N,3,。,C,aO,的配入量：,在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿物所需要的,C,aO,是,按照不足,来设计的，因为如果,C,aO,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，,C,4,A,3,的水化速度会大大加快。,SO,3,的配入量：,在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿物所需要,SO,3,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，,SO,3,总会有所挥发，如果,SO,3,配入量不足，将会直接影响,C,4,A,3,的形成。在配料计算中,SO,3,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,C,4,A,3,、,C,2,S,、,C,4,AF,，一般还存在少量游离石膏,(f-CaSO,4,),、方镁石,(,MgO,),和钙钛矿,(CaO,TiO,2,即,CT),等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石,(2CaO,Al,2,O,3,SiO,2,即,C,2,AS),、硫硅酸钙,(4CaO,2SiO,2,CaS,O,4,即,2,C,2,S,CaS,O,4,),、游离石灰,(,f-CaO,),和铝酸钙,(C,12,A,7,CA),等。,硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成,无水硫铝酸钙,3CaO,3Al,2,O,3,CaSO,4,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：,510,m,Ca,2+,Al-O,S-O,硅酸二钙,2CaO,SiO,2,四种晶型,形貌：,不规则圆形，细小、破碎（工业熟料）,尺寸：,510,m,铁相,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,2CaO,Fe,2,O,3,6CaO2Al,2,O,3,Fe,2,O,3,固溶体,斜方晶系，棱柱状,形成：,2CaO,Fe,2,O,3,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,CaSO,4,）,方镁石（,MgO,）,钙钛矿（,CaO,TiO,2,）,煅烧不正常或配料不当时：,钙黄长石（,2CaOAl,2,O,3,SiO,2,）,硫硅酸钙（,4CaOSiO,2,CaSO,4,）,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,C,4,A,3,C,2,S,C,4,AF,55-75,8-37,3-10,高铁硫铝酸盐水泥,C,4,A,3,C,3,A,C,6,AF,2,33-63,14-37,15-35,铝酸盐水泥,CA,C,2,A,C,2,AS,40-45,15-30,20-36,硅酸盐水泥,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,42-60,15-35,5-14,10-16,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,SiO,2,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,CaO,SO,3,普通硫铝酸盐水泥熟料,3-13,30-38,1-3,38-45,8-15,高铁硫铝酸盐水泥熟料,5-13,25-35,5-13,43-50,7-12,铝酸盐水泥熟料,10,50-58,3,32-36,硅酸盐水泥熟料,21-25,4-8,2-4,64-67,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,-Al,2,O,3,物料 总同时出现,-SiO,2,及,F,e,2,O,3,。,850-900,：,碳酸钙分解，产生,C,aO,随温度升高分解反应加快。,950,以上,：,C,4,A,3,和,C,2,AS,开始形成。,1050,：,C,4,A,3,和,C,2,AS,增加，石灰吸收率达到,1/2,左右。生料中的,-,Al,2,O,3,-,SiO,2,、,CaS,O,4,和,CaO,的含量迅速减少。,熟料的形成过程,1150,：,出现,-,C,2,S,，石灰吸收率达到,2/3.,1250,：,C,4,A,3,继续增加，,C,2,AS,消失，同时出现,2C,2,S,CaSO,4,。除此之外，其它组分消失。物料主要矿物组成为：,C,4,A,3,C,2,S,2C,2,S,CaSO,4 ,f-CaSO,4,和少量铁相,(C,6,AF,2,),1300,：,2C,2,S,CaSO,4,消失。熟料主要矿物为：,C,4,A,3,-,C,2,S,-,C,2,S,铁相及,CaSO,4,1300-1400,：,矿物无明显变化。,1400,以上,：,C,4,A,3,和,CaSO,4,开始分解，熟料出现融块。,硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为：,(1350,50),。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,C,4,A,3,，并使无活性的,C,2,AS,改变为,C,4,A,3,和,C,2,S,。,稳定矿物,：阻止在高温冷却过程中发生向惰性的,- C,2,S,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：,水化硫铝酸钙（,Aft,、,AFm,),铝胶,铁胶,水化硅酸钙凝胶,C,4,A,3,水化,早期水化活性高,试样,水灰比,抗压强度,/,MPa,6h,1d,3d,7d,14d,60d,净浆,0.39,15.3,36.6,40.5,30.7,34.6,34.6,铁相的水化,-6CaO,2Al,2,O,3,Fe,2,O,3,-,-,4CaO,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,6CaO,Al,2,O,3,2Fe,2,O,3,-,- 4CaO,Al,2,O,3,Fe,2,O,3,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,30-50,min,波动，终凝在,40-90,min,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,45-50,kJ/g,，但是集中在,8-48,h,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,30,nm,。最可级孔径（,1,：,1,砂浆）为小于,2.5,nm,，而且,1.8,nm,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,