高铝水泥的化学组成和用途特性

    高铝水泥(又称矾土水泥、耐火水泥)是以铝矾土和石灰石为原料,经高温煅烧得到以铝酸钙为主要成分的熟料,经磨细而成的水硬性胶凝材料,代号CA,它是铝酸盐系水泥的主要品种。

一、高铝水泥的矿物成分及水化产物

    高铝水泥的主要矿物成分为铝酸一钙CaO·Al2O3,简写为CA和二铝酸一钙(CaO·2 Al2O3,简写为CA2),此外尚有少量硅酸二钙和其它铝酸盐。

    高铝水泥的水化过程,主要是铝酸一钙的水化过程。一般认为其水化反应随温度不同而不同。当温度小于20℃ 时,主要水化产物为水化铝酸一钙(CaO·Al2O3·10H2O,简写为CAH10)。温度在20℃~30℃时主要水化产物为水化铝酸二钙(2CaO·Al2O3·8H2O,简写为C2AH8)。当温度大于30℃时,主要水化产物为水化铝酸三钙( 3CaO·Al2O3·6H2O,简写为C3AH6)。

    此外,尚有氢氧化铝凝胶(Al2O3·3H2O)。二铝酸一钙(CA2)的水化反应与铝酸一钙相似,但水化速度极慢。硅酸二钙则生成水化硅酸钙凝胶。

    水化铝酸一钙和水化铝酸二钙为片状或针状晶体,它们互相交错搭接,形成坚强的结晶连生体骨架,同时所生成的氢氧化铝凝胶填塞于骨架空间,形成比较致密的结构,使水泥石获得很高的强度。经5~7d后水化产物的数量就很少增加,强度即趋向稳定。因此高铝水泥早期强度增长的很快,而后期强度增进的不太显著。硅酸二钙的数量很少,在硬化过程中不起很大的作用。

二、高铝水泥的主要技术性质

细度

    国家标准GB201—2000规定,高铝水泥的细度要求比表面积不小于300m2/kg或45μm筛筛余不大于20%。

凝结时间
 

    根据GB201—2000附录A规定的方法测定,其结果应符合表4-8的要求。

强度
 

    高铝水泥强度试验按国家标准 GB/T17671—1999规定的方法进行,但水灰比应按GB201—2000规定调整。各类型、各龄期强度值不得低于表4-9规定的数值。
 

    在自然条件下,高铝水泥长期强度下降,并达到最低值。一般5年以上的高铝水泥混凝土,剩余强度仅为早期强度的二分之一,甚至只有几分之一或者更低。这是由于随着时间的推移,CAH10或C2AH8会逐渐转化为比较稳定的C3AH6,并且这个转化过程随着环境温度的上升而加速。由于晶体转化的结果,使水泥石内析出游离水,增大了孔隙体积,同时也由于C3AH6 本身强度较低,所以水泥石的强度明显降低。
 

三、高铝水泥的特性与应用

特性

    快凝早强,1d强度可达最高强度的80%以上,属快硬型水泥。使用高铝水泥时,应注意控制其硬化温度。最适宜的硬化温度为15℃左右,一般不得超过25℃。如果温度过高,水化铝酸二钙会转化为水化铝酸三钙,使强度降低。若在湿热条件下,强度下降更为剧烈。
 

    水化热大,且放热量集中,1d内即可放出水化热总量的70%~80%,而硅酸盐水泥仅放出水化热总量的25%~50%。
 

    抗硫酸盐性能很强,但抗碱性极差。高铝水泥水化时不析出氢氧化钙,而且硬化后结构致密,因此它具有较好的抗硫酸盐及抗海水腐蚀的性能。同时,对碳酸水、稀盐酸等侵蚀性溶液也有很好的稳定性。但晶体转化成稳定的水化铝酸三钙后,孔隙率增加,耐蚀性也相应降低。高铝水泥对碱液侵蚀无抵抗能力,故应注意避免碱性腐蚀。
 

    耐热性好,高铝水泥配制的混凝土在900℃温度下,还具有原强度的70%,当达到1300℃时还能保持约53%的强度。这些尚存的强度是由于水泥石中各组分之间产生固相反应,形成陶瓷坯体所致。
 

    长期强度有降低的趋势。因为随着时间的推移,CAH10或 C2AH8会逐渐转化为比较稳定的 C3AH6,晶体转化的结果,使水泥石内析出游离水,增大了孔隙体积,同时也由于C3AH6 本身强度较低,所以水泥石的长期强度会下降。
 

应用
 

    根据高铝水泥的特性,高铝水泥主要用于紧急军事工程(如筑路、桥)、抢修工程(如堵漏)等;也可用于配制耐热混凝土(可用于1000℃以下的耐热构筑物,如高温窑炉炉衬等,最高使用温度不宜超过1300℃)和用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。
 

    高铝水泥不宜用于大体积混凝土工程,也不能用于长期承重结构及高温高湿环境中的工程,不能用于与碱性溶液相接触的工程。还应注意,高铝水泥制品不能用蒸汽养护。

    此外,未经过试验,高铝水泥不得与硅酸盐水泥或石灰等能析出氢氧化钙的胶凝材料混合使用,在拌合浇灌过程中也必须避免互相混杂,并不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触,以免引起强度下降,并缩短凝结时间,甚至会出现瞬凝现象。

    由于铝酸盐水泥混凝土后期强度下降较大,设计时应以最低稳定强度为依据,其值按GB201—2000规定,经试验确定。

 

 

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