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高铝水泥性能及作用

2020-11-07 11:50 作者:18新利体育 点击:

  高铝水泥性能及作用_材料科学_工程科技_专业资料。高铝水泥性能及作用 一. 前言 高铝水泥和硅酸盐水泥都是属于水硬性水泥,前者的主要矿物组成是铝酸钙,后者的主 要矿物组成是硅酸钙,由于矿物组成的不同,水泥的特性也不相同。 早在十九世纪后半页,法国由于

  高铝水泥性能及作用 一. 前言 高铝水泥和硅酸盐水泥都是属于水硬性水泥,前者的主要矿物组成是铝酸钙,后者的主 要矿物组成是硅酸钙,由于矿物组成的不同,水泥的特性也不相同。 早在十九世纪后半页,法国由于海水和地下水对混凝土结构侵蚀破坏事故的频繁发生, 一度成为土木工程上的重大问题,法国国民振兴会曾以悬赏金鼓励为此做贡献者。研究者们 发现,合成的铝酸钙具有水硬性,并对海水和地下水具有抗侵蚀能力。1908 年,法国拉法 基采用反射炉熔融法生产成功高铝水泥并取得专利,解决了海水和地下水工程的抗侵蚀问 题。在实际使用中还发现了高铝水泥有极好的早强性,在第一次世界大战期间,高铝水泥被 大量用来修筑阵地构筑物。20 世纪 20 年代以后,逐渐扩展到工业与民用建筑。到 30 年代 初,在法国本土及其非洲殖民地区的一批高铝水泥混凝土工程不断出现事故,诸多研究工作 者遂着手深入进行该水泥的水化硬化机理和以强度下降为中心的耐久性研究,发现高铝水泥 的水化产物因发生晶形转变而使强度降低。此后,在结构工程中的应用都比较慎重。而主要 发展了在耐热、耐火混凝土和膨胀水泥混凝土中的应用。20 世纪八十年代以后,不定形耐 火材料在耐火材料行业中的比例迅速增加,高铝水泥作为结合剂的用量也日益增加。 中国的高铝水泥,在建国初期为国防建设需要而开始立项研制,并开创性的采用回转窑 烧结法生产高铝水泥,产品主要用作耐火浇注料的结合剂,以及配制自应力水泥、膨胀剂等。 也成功的应用于火箭导弹的发射场地等国防建设和抢修用水泥。 近年来,随着化学建材的迅速兴起,高铝水泥作为硅酸盐水泥凝结硬化时间的调节添加 剂已愈来愈被材料工作者重视,并将成为化学建材的重要原材料之一。其用量将大大超过耐 火材料。 二. 高铝水泥的制造方法与化学矿物组成 高铝水泥的制造方法主要有以下几种: 2.1 回转窑烧结法 由于中国的矾土含铁量较低,因此具有较宽的烧结温度范围,比较适合用回转窑烧结法 生产。回转窑烧结法采用烟煤作燃料,具有生产成本低、生产效率高、质量容易稳定的特点, 在中国被广泛采用。 回转窑烧结法的要点是:选用优质矾土和优质石灰石为原料,按一定比例配合送入球磨 机,粉磨成生料,然后进入回转窑进行烧结,烧成的熟料经球磨机粉磨成细粉即成为高铝水 泥。 当选用工业氧化铝和优质石灰石为原料时,采用天然气和柴油或重油等无灰燃料可生产 出白色的纯铝酸钙水泥。由于其杂质含量低,广泛用来配制高档耐火浇注料,同时由于其颜 色为白色,已将它与白色硅酸盐水泥混合用于化学建材中需要装饰效果的场合。 回转窑烧结法的组分设计一般在 Al2O3-CaO-SiO2 三元相图中的 CA-CA2-C2AS 三 角形内,生料在回转窑的烧结过程中,首先通过固相反应形成 CA 矿物,由于石灰石在分解 后具有较高的反应活性,因此会局部出现少量 C12A7 矿物,但随着温度的提高,矾土中的 Al2O3 和 SiO2 的反应速度加大,熟料中的矿物会逐渐按设计组成达到相平衡,最终 C12A7 消失,熟料矿物主要矿相为 CA,其次为 CA2 和 C2AS,以杂质存在的 Fe2O3 和 TiO2,形成 C2F 和 CT。 因此,用回转窑烧结法生产的高铝水泥,在煅烧状态较好的情况下,不会存在 C12A7 (这也是化学建材用高铝水泥中不希望存在的矿物)。用回转窑烧结法生产化学建材用高铝 水泥,其配料成分的稳定控制、烧成制度的严格掌握和稳定水泥的矿相组成,十分重要。 2.2 电弧炉熔融法 用矾土和石灰质原料,按设计成分计算配合比混合,用电弧炉进行熔化,在控制冷却的 情况下,形成熟料。经球磨机粉磨至要求的细度即为高铝水泥。 用电弧炉熔融法适合生产 CaO 含量较高的高铝水泥。用回转窑烧结法生产的熟料,其 CaO 含量一般在 35%以内,因为 CaO 含量过高,就会使熟料的温度烧成范围变的狭窄而不 易稳定操作。而用熔融法生产,就可以配制 CaO 含量较高也即 CA 矿物含量较高的水泥, 从而获得早期强度更高的高铝水泥,另外熔融法还适合利用高铁矾土作原料,生产 Fe2O3 含量较高的水泥。 用熔融法生产高铝水泥的技术要点是选用优质矾土和优质石灰质原料,在熔化过程中尽 可能掌握氧化气氛,因为还原气氛中会有 FeO 生成,并形成称为 Pleochroite 的多色矿物, 根据 Midgley 教授的研究[1]认为 Pleochroite 的化学式为:(Ca,Na,K,Fe2+)A(Fe3+, Al)B (Al2O7)5 (AlO4)6-x (Si,TiO2)x ,Pleochroite 的生成会对高铝水泥的性能产生有害影 响,导致 C12A7 的含量增多,使高铝水泥的凝结硬化过程难于控制。 另外,用熔融法生产高铝水泥,冷却条件对性能会产生巨大的影响。因此,控制冷却是 一个重要工序。 2.3 反射炉熔融法 反射炉熔融法是法国的 Lafarge 公司的专有技术,Fondu 水泥,Secar51 水泥,德国的海 德堡生产的 ISTRA40,ISTRA50 水泥都采用反射炉熔融法生产。 反射炉熔融法与电弧炉熔融法同样适合生产高钙含量和高铁含量水泥,并且需要严格控 制气氛和冷却过程,以保证产品质量的稳定性。 2.4 市场上不同制造方法的几种高铝水泥的性能 三.高铝水泥的特性及用途 3.1 高铝水泥的水化特性 高铝水泥的主要矿物为铝酸一钙(CA),次要矿物为二铝酸一钙(CA2),与水反应可 用下式表示:高铝水泥在常温下的水化产物 CAH10 和 C2AH8 都属于介稳产物,它们在温 度超过 35℃情况下会转变成稳定的 C3AH6,在这种晶形转变过程中,会引起强度下降,其 原因为: (1). CAH10 和 C2AH8 是六角片状晶体,C3AH6 为立方晶形晶体,C3AH6 的结合力比 CAH10 和 C2AH8 差。 (2). 在晶形转变过程中释放出结晶水而使孔隙率增大。 (3). 水化初期或低温下形成的 Al(OH)3 为胶状体,充填在晶体间

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