铝酸盐水泥简介
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三、铝酸盐水泥的水化机理及水化产物 1.水化的三个阶段 2.水化反应机理 3.水化反应方程式 4.水化矿物相的特点
四、铝酸盐水泥结合浇注料的强度倒缩
五、铝酸盐水泥在耐火材料中的应用
六、产品分类与性能特点
鞍山，2012-6
嘉耐技术交流中心
10-64
铝酸盐水泥的化学组成
嘉耐®产品说明书
检测指标
CA50 GB201-2000
四、铝酸盐水泥结合浇注料的强度倒缩
五、铝酸盐水泥在耐火材料中的应用
六、产品分类与性能特点
鞍山，2012-6
嘉耐技术交流中心
6-64
概念
1、一般情况下，铝酸盐水泥是指以一铝酸钙(CaO·Al2O3,简称CA）或 /和二铝酸钙(CaO·2Al2O3,简称CA2)为主要矿物成分的无机非金属 水硬性胶凝材料。
- 为进一步验证这部分的影响，选择两个SiO2%含量有差异的水泥样品 GW-A 和GW-B，在耐火浇注料中进行应用实验。 - 两个水泥样品的性能主要区别如下：
GW-A GW-B
SiO2% 6.1
7.2
24h砂浆耐压强度（Mpa） 63
48
鞍山，2012-6
嘉耐技术交流中心
23-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
11.0%
10.0%
9.0%
8.0%
7.0%
6.0%
Zsi‐8 鞍山，2012-6
Al2O3%
Zsi‐9 Zsi‐10
CaO%
Zsi‐9
Zsi‐10
分析和讨论：
1） 三个样品的SO2%规律性的升高 2） 同时，Al2O3%成分在明显的下降，Zsi9,Zsi-10的Al2O3%已经明显低于50% （国标） 3） CaO%成分规律性升高
鞍山，2012-6
1 25% 15% 25% 18% 4%
13%
100% 0.13% 136.3 13.8 1350.0
2 25% 15% 25% 15% 4%
16%
100% 0.13% 119.3 12.1 1325.0
3 25% 15% 25% 13% 4%
18% 100% 0.13% 135.4 11.2 1315.0
-在1#标准配方中，GW-A水泥 的加入量为13%。 而在采用 GW-B时，由于其SiO2含量较高 ，因此强度较GW-A为低。因此 若要保持与1#配方相同的强度 ，GW-B的加入量就要增加到 18%。
- 而由于水泥加入量的增加， 浇注料中的CaO含量增加，而 最终导致高温性能的劣化（高 温抗折和荷重软化温度）
铝 酸 钙 水 泥 原 料 中 的 SiO2 在 烧 结 时 主 要 形 成 C2AS ， 同 时 消 耗 CaO 和 A12O3，因此C2AS含量越高，则所形成的活性矿物CA和CA2越少，水泥的强度也 就越低。
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13-64
铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异
¾ C12A7(七铝酸十二钙)晶体结构中铝和钙的配位极不规则，晶格具有大 量的结构孔洞，使其水化很快、凝结迅速，但强度不高。因此C12A7含量 高时，水泥的后期强度较低。 ¾ C3A (铝酸三钙)的结构中有较多的空隙，水容易进入，水化迅速，放 热大，凝结快，易使水泥急凝。
铝酸盐水泥的分类（生产工艺）
铝酸盐水泥按照生产工艺来区分，则可以分为烧结法和熔融法。中国的铝 酸盐水泥产品以烧结法为主。
烧结法
矾土 石灰石
原料磨
混料
回转窑
熟料
冷却机
鞍山，2012-6
嘉耐技术交流中心
9-64
目
录
一、铝酸盐水泥概念及分类 1.概念 2.按化学成分分类 3.按生产工艺分类
二、铝酸盐水泥的化学矿物组成 1.铝酸盐水泥的化学组成 2.铝酸盐水泥的矿物相组成 3.铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异 4.铝酸盐水泥国家标准的变化
能否水化 √
√
C3A 极少 √
C12A7 很少 √
C2AS C4A3$8 α-Al2O3
20~30 少量
很少
X
√
X
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12-64
铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异
¾ CA (一铝酸钙)---- 水化速度较快，早期强度高。 ¾ CA2 (二铝酸钙)---- 水化速度较慢，早期强度低。 ¾ C2AS(钙黄长石)－－－晶格中粒子配位对称性好，因此活性很差，基本不 发生水化反应，属非水硬性矿物。
A600
A700 AT16
Al2O3
≥50,＜60
≥50,＜60
SiO2
≤8.0
≤8.0
Fe2O3
≤2.5
≤2.5
R2O
≤0.4
≤0.4
Cl
%
鞍山，2012-6
≤0.1*
–
嘉耐技术交流中心
A900
≥52,＜60 ≤6.0 ≤2.5 ≤0.4 –
11-64
铝酸盐水泥的矿物相组成
CA
CA2
含量wt% 40~55 10~20
配方 3-5mm bauxite 1-3mm bauxite 0-1mm bauxite 200mesh bauxite fume silica Bauxite cement
GW-A GW-B GW-B Total T.P.P. 110℃x24h CCS 1100℃x1h HMOR(高温抗折） 0.2Mpa x 1.0% (荷重软化温度℃)
分析和讨论： 随着SiO2成分的提高，水泥的砂浆强度明显下降
鞍山，2012-6
嘉耐技术交流中心
Zsi‐8
ZSi8
Zsi‐9
Zsi‐10
72h砂浆耐压强度
ZSi9
ZSi10
22-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
- 铝酸盐水泥中SiO2%成分的提高不仅会影响到水泥的水化强度，同时水 泥水化强度的下降，也会影响在耐火浇注料中水泥加入量，从而影响浇注 料的中、高温使用性能。
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14-64
过去20年铝酸盐水泥国家标准的变化
GB 201 -81
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GB 201 -2000
15-64
¾名称 ¾定义 ¾分类
与81版标准相比，2000版国家标准的进步 （产品质量部分）
GB 201 -81
GB 201 - 2000
¾高铝水泥 ¾铝酸钙为主，氧化铝含量为50%左右
¾铝酸盐水泥
¾铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料； 可以 添加氧化铝粉
¾按三天强度的标号进行分类
¾按照氧化铝的成分进行分类
1. 提升了产品档次， 引入了纯铝酸钙水泥的概念 ¾技术进步：2. 通过限制SiO2含量， 取消了425#的标准，提高了水泥的强度
3. 对诸如 R2O，S 等杂质成分进行了限定，提高了产品的稳定性和高温性能 4. 更加严格的规范了质量检测标准
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5-64
目
录
一、铝酸盐水泥概念及分类 1.概念 2.按化学成分分类 3.按生产工艺分类
二、铝酸盐水泥的化学矿物组成 1.铝酸盐水泥的化学组成 2.铝酸盐水泥的矿物相组成 3.铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异 4.铝酸盐水泥国家标准的变化
三、铝酸盐水泥的水化机理及水化产物 1.水化的三个阶段 2.水化反应机理 3.水化反应方程式 4.水化矿物相的特点
2010年世界各地区的不定形耐材所占比率
地区
行业
日本
欧洲
美国
宝钢
全行业（%） 65 45 50 35
钢铁（%） 75 50 60 53
中国的不定形耐火材料的发展空间十分广阔。
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3-64
中国不定形耐火材料的发展
2008 比例(%) 33.8
2009 34.3
2010 37.2
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21-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （砂浆物理强度）
6.5
7.0
24h砂浆抗折强度
6.5
72h砂浆抗折强度
5.5
6.0
4.5 Zsi‐8
Zsi‐9
Zsi‐10
5.5
55.0 50.0 45.0 40.0 35.0
ZSi8
24h砂浆耐压强度
ZSi9
ZSi10
70.0 65.0 60.0 55.0 50.0 45.0
≤2.5 ≤0.7
30~37 25~30
≤0.4
CA80
≥77
≤0.5
≤0.5
18~26
简写符号的意义：C—CaO，A—Al2O3，S—SiO2；
显然，纯铝酸钙水泥和高铝水泥由于原料的不同导致了杂质含量的 差异，这也是纯铝酸钙水泥耐高温性能和抗腐蚀性能更好的原因。
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8-64
铝酸盐水泥简介与产品分类
张业范
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1-64
全球范围内不定形耐火材料的现状与发展前景
2250
2000
• 新配方系统, 比如镁质和 含碳的不定形材料 不 1750 定 1500 型 制 1250 品 需 1000 求 k 750 t 500
250
65%
技术限制
西欧 (45%)
日本 (65%)
优化
美国(50%)
中国 (+35%)
巴西 (28%) 东欧（ 5-20%）
巨大增长潜力
50%
• 产品优化 • 提高性价比
40%
30%
20%
0 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250
定型制品需求 kt
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2-64
嘉耐技术交流中心
18-64
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19-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （化学成分和矿物相组成）
50.0% 49.0% 48.0% 47.0% 46.0%
Zsi‐8
36.5% 36.0% 35.5% 35.0% 34.5% 34.0% 33.5% 33.0%
Zsi‐8
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17-64
从Al2O3-CaO-SiO2三元系统相图对SiO2%的一些探讨
9从相图上可以看出， 铝酸盐水泥 的有效水化矿物相应为A- C 二元的 CA相 9 随着SiO2%含量的提高， C2AS 相将会明显升高，从而CA相显著 降低 9 C2AS相没有水化性能
鞍山，2012-6
- 同时，水泥含量的增加，也在 客观上浪费了资源4
SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
SiO2%
Zsi‐9
Zsi‐10
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20-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （化学成分和矿物相组成）
CA矿物相强度值
分析和讨论：
1） 随着SiO2成分的提高， 有效的水化成分CA 明显的降低 2） 而同时，无水化性能的C2AS成分在明显的 升高
C2AS矿物相强度值
钙黄长石的化学结构式： 2CaO·Al2O3·SiO2 每1克SiO2对应： Al2O3:1.70克，CaO:1.87克 每升高2％SiO2意味着： 2×（1.70+1.87）%=7.13%的CaO和Al2O3总量 的消耗。
2、中国最早生产铝酸盐水泥的是郑州长城特种水泥有限公司。
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7-64
铝酸盐水泥的分类（化学组成）
铝酸盐水泥按照生产用原料、水泥的纯度分为高铝水泥和纯铝酸钙水泥。
类型
Al2O3
SiO2
化学成分
Fe2O3
CaO
R2O
CA50 CA70
≥50，＜60 ≥68，＜77
≤8.0 ≤1.0
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16-64
与81版标准相比，2000版国家标准的进步 （应用部分）
GB 201-2000标准与不定形耐火材料技术发展同步并且促进了其技术进步
- 过去的十几年中，不定形耐火材料的使用范围越来越广泛，使用条件越来越 苛刻， 而这一切都是基于不定形耐火材料的配方和施工方法的技术进步和质 量的提高；其中，最主要的代表是， 铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料的技 术进步，通过微粉技术的大量引入，使得配方中的铝酸盐水泥的含量大幅度的 降低，低水泥浇注料(LCC)越来越多的取代了原来的高水泥耐火混凝土(CC)和 中水泥耐火浇注料（MCC）。
- 而同时，铝酸盐水泥的技术进步为不定形耐火材料的技术进步提供了可能 性，主要表现在
- 高强度和高纯度的纯铝酸钙水泥越来越多的取代了原来单一普通矾土水泥的地位， 使得不定形耐火材料可以使用在极为苛刻的条件之下，而且这一趋势在加快；
- 矾土水泥方面，由于整体强度的提升，特别是高强度水泥的推广（ 如A900)，使得耐 火材料在获得相同强度的情况下，减少了水泥的加入量，极大地提升了高温使用性能 （ 如高温抗折强度和高温耐磨性能等）
2011 37.8
与2009年相比，2010年不定形耐材的产量增加了24%， 是砖的增长率的两倍。
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数据来源：首届中国耐火材料生产与应用国际大会
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4-64
中国不定形耐火材料市场现状介绍
16 4 5
20 55
浇注料 喷补料 可塑料 捣打料 其他
浇注料的产量占到不定形耐材产量的55%，对其所用原料、配方、使用性能进行研究 ，从而进行产品优化无疑具有十分重要的意义。
四、铝酸盐水泥结合浇注料的强度倒缩
五、铝酸盐水泥在耐火材料中的应用
六、产品分类与性能特点
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10-64
铝酸盐水泥的化学组成
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检测指标
CA50 GB201-2000
四、铝酸盐水泥结合浇注料的强度倒缩
五、铝酸盐水泥在耐火材料中的应用
六、产品分类与性能特点
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6-64
概念
1、一般情况下，铝酸盐水泥是指以一铝酸钙(CaO·Al2O3,简称CA）或 /和二铝酸钙(CaO·2Al2O3,简称CA2)为主要矿物成分的无机非金属 水硬性胶凝材料。
- 为进一步验证这部分的影响，选择两个SiO2%含量有差异的水泥样品 GW-A 和GW-B，在耐火浇注料中进行应用实验。 - 两个水泥样品的性能主要区别如下：
GW-A GW-B
SiO2% 6.1
7.2
24h砂浆耐压强度（Mpa） 63
48
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SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
11.0%
10.0%
9.0%
8.0%
7.0%
6.0%
Zsi‐8 鞍山，2012-6
Al2O3%
Zsi‐9 Zsi‐10
CaO%
Zsi‐9
Zsi‐10
分析和讨论：
1） 三个样品的SO2%规律性的升高 2） 同时，Al2O3%成分在明显的下降，Zsi9,Zsi-10的Al2O3%已经明显低于50% （国标） 3） CaO%成分规律性升高
鞍山，2012-6
1 25% 15% 25% 18% 4%
13%
100% 0.13% 136.3 13.8 1350.0
2 25% 15% 25% 15% 4%
16%
100% 0.13% 119.3 12.1 1325.0
3 25% 15% 25% 13% 4%
18% 100% 0.13% 135.4 11.2 1315.0
-在1#标准配方中，GW-A水泥 的加入量为13%。 而在采用 GW-B时，由于其SiO2含量较高 ，因此强度较GW-A为低。因此 若要保持与1#配方相同的强度 ，GW-B的加入量就要增加到 18%。
- 而由于水泥加入量的增加， 浇注料中的CaO含量增加，而 最终导致高温性能的劣化（高 温抗折和荷重软化温度）
铝 酸 钙 水 泥 原 料 中 的 SiO2 在 烧 结 时 主 要 形 成 C2AS ， 同 时 消 耗 CaO 和 A12O3，因此C2AS含量越高，则所形成的活性矿物CA和CA2越少，水泥的强度也 就越低。
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13-64
铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异
¾ C12A7(七铝酸十二钙)晶体结构中铝和钙的配位极不规则，晶格具有大 量的结构孔洞，使其水化很快、凝结迅速，但强度不高。因此C12A7含量 高时，水泥的后期强度较低。 ¾ C3A (铝酸三钙)的结构中有较多的空隙，水容易进入，水化迅速，放 热大，凝结快，易使水泥急凝。
铝酸盐水泥的分类（生产工艺）
铝酸盐水泥按照生产工艺来区分，则可以分为烧结法和熔融法。中国的铝 酸盐水泥产品以烧结法为主。
烧结法
矾土 石灰石
原料磨
混料
回转窑
熟料
冷却机
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目
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一、铝酸盐水泥概念及分类 1.概念 2.按化学成分分类 3.按生产工艺分类
二、铝酸盐水泥的化学矿物组成 1.铝酸盐水泥的化学组成 2.铝酸盐水泥的矿物相组成 3.铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异 4.铝酸盐水泥国家标准的变化
能否水化 √
√
C3A 极少 √
C12A7 很少 √
C2AS C4A3$8 α-Al2O3
20~30 少量
很少
X
√
X
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铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异
¾ CA (一铝酸钙)---- 水化速度较快，早期强度高。 ¾ CA2 (二铝酸钙)---- 水化速度较慢，早期强度低。 ¾ C2AS(钙黄长石)－－－晶格中粒子配位对称性好，因此活性很差，基本不 发生水化反应，属非水硬性矿物。
A600
A700 AT16
Al2O3
≥50,＜60
≥50,＜60
SiO2
≤8.0
≤8.0
Fe2O3
≤2.5
≤2.5
R2O
≤0.4
≤0.4
Cl
%
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≤0.1*
–
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A900
≥52,＜60 ≤6.0 ≤2.5 ≤0.4 –
11-64
铝酸盐水泥的矿物相组成
CA
CA2
含量wt% 40~55 10~20
配方 3-5mm bauxite 1-3mm bauxite 0-1mm bauxite 200mesh bauxite fume silica Bauxite cement
GW-A GW-B GW-B Total T.P.P. 110℃x24h CCS 1100℃x1h HMOR(高温抗折） 0.2Mpa x 1.0% (荷重软化温度℃)
分析和讨论： 随着SiO2成分的提高，水泥的砂浆强度明显下降
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Zsi‐8
ZSi8
Zsi‐9
Zsi‐10
72h砂浆耐压强度
ZSi9
ZSi10
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SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
- 铝酸盐水泥中SiO2%成分的提高不仅会影响到水泥的水化强度，同时水 泥水化强度的下降，也会影响在耐火浇注料中水泥加入量，从而影响浇注 料的中、高温使用性能。
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14-64
过去20年铝酸盐水泥国家标准的变化
GB 201 -81
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GB 201 -2000
15-64
¾名称 ¾定义 ¾分类
与81版标准相比，2000版国家标准的进步 （产品质量部分）
GB 201 -81
GB 201 - 2000
¾高铝水泥 ¾铝酸钙为主，氧化铝含量为50%左右
¾铝酸盐水泥
¾铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料； 可以 添加氧化铝粉
¾按三天强度的标号进行分类
¾按照氧化铝的成分进行分类
1. 提升了产品档次， 引入了纯铝酸钙水泥的概念 ¾技术进步：2. 通过限制SiO2含量， 取消了425#的标准，提高了水泥的强度
3. 对诸如 R2O，S 等杂质成分进行了限定，提高了产品的稳定性和高温性能 4. 更加严格的规范了质量检测标准
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目
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一、铝酸盐水泥概念及分类 1.概念 2.按化学成分分类 3.按生产工艺分类
二、铝酸盐水泥的化学矿物组成 1.铝酸盐水泥的化学组成 2.铝酸盐水泥的矿物相组成 3.铝酸盐水泥中各矿物相的水化活性差异 4.铝酸盐水泥国家标准的变化
三、铝酸盐水泥的水化机理及水化产物 1.水化的三个阶段 2.水化反应机理 3.水化反应方程式 4.水化矿物相的特点
2010年世界各地区的不定形耐材所占比率
地区
行业
日本
欧洲
美国
宝钢
全行业（%） 65 45 50 35
钢铁（%） 75 50 60 53
中国的不定形耐火材料的发展空间十分广阔。
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3-64
中国不定形耐火材料的发展
2008 比例(%) 33.8
2009 34.3
2010 37.2
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SiO2对水泥性能影响的分析 （砂浆物理强度）
6.5
7.0
24h砂浆抗折强度
6.5
72h砂浆抗折强度
5.5
6.0
4.5 Zsi‐8
Zsi‐9
Zsi‐10
5.5
55.0 50.0 45.0 40.0 35.0
ZSi8
24h砂浆耐压强度
ZSi9
ZSi10
70.0 65.0 60.0 55.0 50.0 45.0
≤2.5 ≤0.7
30~37 25~30
≤0.4
CA80
≥77
≤0.5
≤0.5
18~26
简写符号的意义：C—CaO，A—Al2O3，S—SiO2；
显然，纯铝酸钙水泥和高铝水泥由于原料的不同导致了杂质含量的 差异，这也是纯铝酸钙水泥耐高温性能和抗腐蚀性能更好的原因。
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铝酸盐水泥简介与产品分类
张业范
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全球范围内不定形耐火材料的现状与发展前景
2250
2000
• 新配方系统, 比如镁质和 含碳的不定形材料 不 1750 定 1500 型 制 1250 品 需 1000 求 k 750 t 500
250
65%
技术限制
西欧 (45%)
日本 (65%)
优化
美国(50%)
中国 (+35%)
巴西 (28%) 东欧（ 5-20%）
巨大增长潜力
50%
• 产品优化 • 提高性价比
40%
30%
20%
0 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250
定型制品需求 kt
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2-64
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18-64
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19-64
SiO2对水泥性能影响的分析 （化学成分和矿物相组成）
50.0% 49.0% 48.0% 47.0% 46.0%
Zsi‐8
36.5% 36.0% 35.5% 35.0% 34.5% 34.0% 33.5% 33.0%
Zsi‐8
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17-64
从Al2O3-CaO-SiO2三元系统相图对SiO2%的一些探讨
9从相图上可以看出， 铝酸盐水泥 的有效水化矿物相应为A- C 二元的 CA相 9 随着SiO2%含量的提高， C2AS 相将会明显升高，从而CA相显著 降低 9 C2AS相没有水化性能
鞍山，2012-6
- 同时，水泥含量的增加，也在 客观上浪费了资源4
SiO2对水泥性能影响的分析 （浇注料应用性能）
SiO2%
Zsi‐9
Zsi‐10
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SiO2对水泥性能影响的分析 （化学成分和矿物相组成）
CA矿物相强度值
分析和讨论：
1） 随着SiO2成分的提高， 有效的水化成分CA 明显的降低 2） 而同时，无水化性能的C2AS成分在明显的 升高
C2AS矿物相强度值
钙黄长石的化学结构式： 2CaO·Al2O3·SiO2 每1克SiO2对应： Al2O3:1.70克，CaO:1.87克 每升高2％SiO2意味着： 2×（1.70+1.87）%=7.13%的CaO和Al2O3总量 的消耗。
2、中国最早生产铝酸盐水泥的是郑州长城特种水泥有限公司。
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铝酸盐水泥的分类（化学组成）
铝酸盐水泥按照生产用原料、水泥的纯度分为高铝水泥和纯铝酸钙水泥。
类型
Al2O3
SiO2
化学成分
Fe2O3
CaO
R2O
CA50 CA70
≥50，＜60 ≥68，＜77
≤8.0 ≤1.0
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与81版标准相比，2000版国家标准的进步 （应用部分）
GB 201-2000标准与不定形耐火材料技术发展同步并且促进了其技术进步
- 过去的十几年中，不定形耐火材料的使用范围越来越广泛，使用条件越来越 苛刻， 而这一切都是基于不定形耐火材料的配方和施工方法的技术进步和质 量的提高；其中，最主要的代表是， 铝酸盐水泥结合的不定形耐火材料的技 术进步，通过微粉技术的大量引入，使得配方中的铝酸盐水泥的含量大幅度的 降低，低水泥浇注料(LCC)越来越多的取代了原来的高水泥耐火混凝土(CC)和 中水泥耐火浇注料（MCC）。
- 而同时，铝酸盐水泥的技术进步为不定形耐火材料的技术进步提供了可能 性，主要表现在
- 高强度和高纯度的纯铝酸钙水泥越来越多的取代了原来单一普通矾土水泥的地位， 使得不定形耐火材料可以使用在极为苛刻的条件之下，而且这一趋势在加快；
- 矾土水泥方面，由于整体强度的提升，特别是高强度水泥的推广（ 如A900)，使得耐 火材料在获得相同强度的情况下，减少了水泥的加入量，极大地提升了高温使用性能 （ 如高温抗折强度和高温耐磨性能等）
2011 37.8
与2009年相比，2010年不定形耐材的产量增加了24%， 是砖的增长率的两倍。
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数据来源：首届中国耐火材料生产与应用国际大会
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中国不定形耐火材料市场现状介绍
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浇注料 喷补料 可塑料 捣打料 其他
浇注料的产量占到不定形耐材产量的55%，对其所用原料、配方、使用性能进行研究 ，从而进行产品优化无疑具有十分重要的意义。