铝酸盐水泥水化机理.docx
铝酸盐水泥水化机理一，高铝水泥的组成高铝水泥，又称矶土水泥或铝酸盐水泥，是以铝酸钙为主的熟料经磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥以A1203、Cao和Si02为主要成分，水泥的组成可能是C12A7、CA和C2S、CA、C2S和CA、C2AS和CA2。1, 铝酸一钙(CA)CA是高铝水泥的主要矿物，它使高铝水泥的初始强度进展速率远比高C3S含量的硅酸盐水泥快。其特点是凝聚正常，硬化快速，是高铝水泥强度的主要来源。但AC含量过高时，强度进展主要集中在早期，后期强度增进率不显著。2, 二铝酸一钙(CA2)高铝水泥中CaO含量较低时，CA2较多。其水化较慢，早期强度低，但后期强度不断增长。假如CA2含量过高，将影响高铝水泥的快硬性能。但随CA2增加，水泥的耐热性能提高。质量优良的高铝水泥，其矿物组成一般以CA和CA2为主。3, 七铝酸十二钙(Cl2A7)C12A7晶体中铝和钙的配位极不规章，其结构中存在大量空腔，水极易进入。因此，C12A7水化、凝聚极快，但强度不及CA高。当水泥中C12A7较多时，水泥消失快凝，甚至强度倒缩，耐热性下降。4, 钙铝黄长石(CzAS)CzAS也称吕方柱石，由于此晶格中离子配位对称性很高，故水化活性极低。5, 六铝酸一钙(CA6)CA6是低钙铝酸盐水泥中常见的一种矿物，为惰性矿物，无水硬性。但CA6能提高水泥的耐热性。高铝水泥熟料的主要化学成分为CaO>A123>SiO2、Fe2O3,还有少量的MgO、TiO2等。下列为各国生产高铝水泥成分组成。表9-1高铝水泥的化学成分国别生产方法化学&分(%)Al2O3CaOSiO2Fe2。3!FeO-Tio2IMgOSO3中国回裳窑烧结法506C323548】3I07130.52一美国电炉熔融法394236386956I56<17仪2前苏联电炉熔融法3642364048I8481.52L法国电炉熔融法38-423639368M46V2I2010.2英国反射炉熔融法38-4036404581057<2*I0.1徼国高炉熔息法42-48404368-0.J.3-11211.50.3-0.4的牙利烧结法40-45374O4612一屿-<21-20.57.5波上高炉熔融法38.5234.5615.82&580.590.89-捷克制甜密烧结法38-423840571216<205lD.5南斯拉夫反射炉熔融法384036406887047<20.1印度熔融法37.11336,1918.22,12.9*西班牙反射炉熔融法63838-424581245<2】仇1二，高铝酸水泥中此外的成分及作用X,氧化铝氧化铝过低，熟料中易消失C12A7,使水泥快凝，强度下降；氧化铝过高，CA2过多，亦使水泥早期强度降低。2, 氧化钙氧化钙含量过高，熟料中易消失C12A7,使水泥快凝；氧化钙过低，大量形成CA2,使水泥早期强度降低。3, 二氧化硅适量二氧化硅（4%5%）能促进生料更匀称地烧结，加速熟料形成。但二氧化硅增加，C2AS含量相应增加，水泥的早期性能降低。一般认为,熟料中二氧化硅含量不超过10%o4, 氧化铁少量氧化铁能使熟料易于烧结,但超过4%时熟料简单产生夹馅现象,即表面正常，但内部生烧，使水泥的凝聚变快，强度降低。5, 氧化镁氧化镁常以碳酸镁形式存在于石灰石中，少量氧化镁(1%2%)能加速熟料生成，降低高铝熔融物的粘度和熔融温度。但随氧化镁增多，镁铝尖晶石亦相应增加，MA不具有胶黏性，在生产中氧化镁含量应少于2%o四，高铝水泥的水化及硬化高铝水泥的主要矿物为CA,由于CA结构中CaAl的配位极不规章，水化极快，因此，其水化产物与温度关系极大。一般认为：当温度为1520°C时：CA+10HfCAHlo当温度为2030时：(2m+n)CA+(10n+llm)HnCAH10+mC2AH8+mAH3In与n之比随温度提高而增加。当温度30时：3CA+12HC3AH6+2AH3CA2的水化与CA相同：当温度为1520时：2CA2+26H2CAHio+2AH3温度为2030时：2CA2+17HC2AH8+3AH3温度30时：3CA2+21H-C3AH6+5AH3C12A7的水化比CA还快，水化反应如下：温度V5°C时:C12A7+66H4CAHlO+3C2AH8+2CH温度20时：C12A7+5iH6C2AH8+AH3温度20时：C12A7+33H4C3AH6+3AH3C2AS水化极为缓慢。高铝水泥的硬化过程，与硅酸盐水泥基本相同。CAHI0、C2AH8都属于六方晶系，所形成的片状与针状晶体相互交叉搭接,形成结实的骨架结构，氢氧化铝凝胶填充期间，且结合水量大，因此空隙率低，结构致密，使水泥获得较高的机械强度。五，高铝水泥的养护我们国家GB20L81规定，高铝水泥划分为四个标号，既425、525、625和725四种型号。高铝水泥的最大特点是强度进展特别快速，24h内几乎可以达到最高强度的80%o此外，在低温下（510°C）也能很好硬化。但其强度进展与养护温度，水灰比的关系很大，水化产物的晶型转变还将导致强度倒缩。表9-3高铝水泥的强度指标.水泥标号抗压强度（MPa）'抗折强度（MPa）.Id3dId3d42535.342.53,94.452545.152.54.95.462554.962.55.96.472564.772.56.97.4*28d强度不得低于3d强度指标.X,养护温度及水灰比对强度的影响高铝水泥在低温柔高温下的水化产物不同。例如：CA在10下水化,水化产物为CAHio.CA+lOHCAHo通过计算，体积减缩15.7%；临界水灰比（完全水化所需水灰比）为1.14.CA在50下的水化产物为C3AH6和AH3.体积减缩25.3%；临界水灰比为0456,下图为高铝水泥浆体的孔隙率和抗压强度与水灰比及养护温度的关系。下表为高铝水泥混凝土在不同水灰比、不同温度下养护时的孔隙率和抗压强度的数据。表9-4高铝水泥混凝土的孔隙率£和抗压强度P养护温度（C）总水灰比102030507090CPPPPCPP1.017.42319.02318.513.5205.522.6222.920.6713.460.513.85515.05015.72418.1918.070.5011.67011.77212.0167.512.43213.52215.329.50.409.681.59.87710.87812.055.511.434.514.034.50.339.7918.89011.58811.46812.046.512.555.5抗压强度单位:MPa；孔隙率：%；养护时间为2d.下图为不同温度水养护时对高铝水泥混凝土强度的影响。1O13龄期(d)O9 8 7 6 5 4 3 2JSs 9x)fe!SJ田归图96养护温度对1：2：4高铝水泥混凝土强度影响由表9-4、图9-5、图9-6可知，当养护温度大于30度时，强度猛烈下降，因此，高铝水泥的使用温度不得超过30,更不宜采纳蒸汽养护。降低水灰比，可使混凝土强度的下降幅度下降。图9-7为不同养护温度对强度影响图1224 7 龄期(h)281098765432(a68.gx)e黑田运图9-7最初24h在16C养护后养护温度对1:2：4育铝水泥混凝土的影响六，改善强度倒缩的措施通过一些适当的措施可以改善和缓解高铝水泥长期强度下降的现象。降低养护和使用温度养护温度和式样环境温度较高会使高铝水泥混凝土强度显著降低。在常温（2530°C）水中养护，多年后强度也有肯定下降，而在冷湖水中«15）,长期强度下降很少甚至不降低，如下表表示：表96高铝水泥混凝土的长期强度序号抗压强度（MPa）Id（初始强度）1年5年20年2530C水中冷湖水中<15C2530C水中冷湖水中<15C2530C水中冷湖水中<15C146.243.151.253.561.648.059.1248.856.356.647.453.941.147.4降低水灰比适度降低混凝土水灰比可使长期强度下降幅度变小。掺加适量的石灰石或矿渣等加入石灰石时，会形成正常的铝酸钙水化物和碳铝酸钙水化物，随水化不断进行，孔隙率渐渐降低，28d最大孔径从500Um降低到几十微米，开孔渐渐消逝，对混凝土性能有利。含矿渣的高铝水泥中氯酸钙在潮湿环境中水化生成钙黄长石（C2ASH8）,若在高于室温的环境中水化，数月后C2ASH8将成为水泥水化的主要成分。纯高铝水泥混凝土7天后强度倒缩，而掺矿渣的水泥在两种水灰比（0.56,0.45）下的强度均随龄期而增长。因而掺矿渣的混合高铝水泥克服了一般高铝水泥的耐久性问题。表971：3砂浆立方体的抗压强度材料养护条件抗压强度（MPa）8d28d90d18Gd高饴水泥去离子水1081097769Na2SO4溶液75412927MRSO4溶液7310610289商铝水泥：矿济=1：1去离子水44496162NazSO,溶液40425235MgSo4溶液48586166水灰比为0.6七，高铝水泥的性能 耐蚀性高铝水泥具有很好的抗硫酸盐及抗海水腐蚀性能。这是由于高铝水泥的主要矿物是低碱性氯酸钙，水化时不析出游离氢氧化钙；水泥石液相碱度低，从而增加了钙矶石的溶解度，使其能匀称分布在混凝土孔隙中。此外，水泥水化生成铝胶，使水泥石结构致密，抗渗透性好。«9-9高用水泥与硅酸盐水泥抗硫酸盐性能的比较溶液硅酸盐水泥高忸水泥4周12周24周1年1年5%Na2SO10.0180.0700.1440.320无膨胀5%Mgso40.0180.0540.2500.910无膨胀5(NH4)2SO40.1003.800破块破坏无膨胀
