硫铝酸盐水泥解析

混凝土 2013-06-25

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（1300~1350℃）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C4A3Š）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。

　　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（1300~1350℃）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C₄A₃S）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。
　　1.硫铝酸盐水泥的种类
　　从无水硫铝酸钙C₄A₃S 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。
　　普通硫铝酸盐水泥：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
　　高铁硫铝酸盐水泥：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
　　我国硫铝酸盐水泥应用市场用量及品种

　　2.硫铝酸盐水泥生产的工艺特点
　　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。
　　3.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
　　4.硫铝酸盐的率值
　　三个系数：碱度系数Cm，铝硅比N，铝硫比P

　　碱度系数Cm：表示熟料中氧化硅、氧化铝和氧化铁饱和形成C₄A₃S、C₂AF、C₂S的程度。Cm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C₄A₃S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C₄A₃S 、C₂S的比例。一般控制N＞3。
　　5.硫铝酸盐水泥的配料原则
　　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， C₄A₃S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C₄A₃S的形成。在配料计算中SO₃应过量10%左右。
　　6.硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成
　　硫铝酸盐水泥熟料中的矿物主要为C₄A₃S、C2S、C₄AF，一般还存在少量游离石膏(f-CaSO₄)、方镁石(MgO)和钙钛矿(CaO·TiO₂即CT) 等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石(2CaO·Al₂O₃·SiO₂即C₂AS)、硫硅酸钙(4CaO·2SiO₂·CaSO₄即2C₂S·CaSO₄) 、游离石灰(f-CaO)和铝酸钙(C₁₂A₇,CA)等。少量矿物游离石膏（游离CaSO₄）方镁石（MgO）钙钛矿（CaO·TiO₂）煅烧不正常或配料不当时：钙黄长石（2CaO·Al₂O₃·SiO₂）硫硅酸钙（4CaO·SiO₂·CaSO₄）游离石灰（游离CaO）
　　7.硫铝酸盐水泥的技术性能
　　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。
　　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。
　　8.硫铝酸盐水泥的特点和应用
　　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。

编辑：姜立东

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