水泥材料学51特种水泥定义种类.ppt
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,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%工业烟煤：发热量23826kJ/kg，灰分3.5%，挥发分25%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，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,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,硅酸二钙,2CaOSiO2四种晶型形貌：不规则圆形，细小、破碎（工业熟料）尺寸：510m,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）,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%,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CaSO41300-1400：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：水化硫铝酸钙（Aft、AFm)铝胶铁胶水化硅酸钙凝胶,C4A3水化早期水化活性高,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,
