高铝水泥的特点及在耐火材料中的应用现状

高铝水泥的特点及在耐火材料中的应用现状

占华生刘淑焕康振杰

以铝酸钙为主、氧化铝含量约50％的熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。高铝水泥熟料的主要矿物组成为：CA、CA2，还有少量C12A7、C2AS和微量的尖晶石（MA）和钙钛石（CaO.TiO2）以及铁相等。高铝水泥生产所用的原料为矾土和石灰石。制造方法有回转窑法、电弧炉熔融法、反射炉熔融法等。其中，我国广泛采用回转窑烧成法，烧成热耗及粉磨电耗较低。

1高铝水泥的特点

高铝水泥的特点是强度发展非常迅速，24 h内几乎可达到最高强度，标号以3 d 抗压强度来表示。高铝水泥分425、525、625、725四个标号。其28 d强度不得低于3 d强度指标，如表1所示。另一特点是在低温（5～10℃）也能很好硬化，而在高温（>30℃）养护时强度剧烈下降。因此高铝水泥使用温度不得超过30℃，更不宜采用蒸汽养护。这是因为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。

表1 高铝水泥的性能

高铝水泥中CA相水化较快，而CA2水化速度较缓慢，但后期强度增长较大，使得铝酸盐水泥具有较好的耐高温性能，在较高温度下仍能保持较高强度。研究表明，随CA2含量的增加，其耐高温性也提高。

另外，高铝水泥虽然有统一标号，但受生产厂家产品质量控制水平不均、原材料来源不一以及生产工艺的差异等原因，导致了同一标号水泥在细度、物相组成、化学成分等方面存在一定的差异。以625高铝水泥为例，表格2为三种高铝水泥产品的技术指标。从矿物相分析结果可以看出，产品A中CA相含量较多，使得该产品在使用过程中，初凝时间较短，流动值衰减较快，早期强度偏高。

表2 高铝水泥产品相关信息

注：“+”表示物相存在，其含量顺序为：“+++++”>“+++”>“++”>“+”

2 在耐火材料中的应用现状

由于高铝水泥中铝酸一钙(CA)矿物水化速度快，凝结正常，具有快硬、早强的特点。20世纪20年代以后，具有早强性的高铝水泥逐渐扩展到工业与民用建筑，同时，国外诸多研究人员对高铝水泥的水化硬化机理和以强度下降为中心的耐久性进行了深入研究，发现高铝水泥的水化产物因发生晶形转变而使强度降低。这也束缚了高铝水泥在结构工程中的应用。

高铝水泥具有较好的耐高温性能，使得它在高温领域得到广泛的应用。目前在建筑行业高铝水泥主要用于配制膨胀水泥、自应力水泥和耐热混凝土。在耐火材料行业，它适合用作配制重质、中质和轻质不定形耐火材料的结合剂，其中耐火材料产品形式包括耐火浇注料、可塑料及耐火喷涂料等。不同种类不定形耐火材料产品根据强度要求，水泥产品添加量不同。采用不同标号的高铝水泥结合不同品位的耐火骨料，可配制出使用温度在1400℃以下的多档次不定形耐火材料，广泛应用水泥、冶金、石化及电力等行业高温窑炉的工作衬或者保温衬。在20世纪八十年代以后，随着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。

另外，同一标号水泥存在不同厂家水泥产品出现质量波动的问题，会导致耐火材料产品在早期强度和硬化时间等方面差异较大。因此，高铝水泥的质量稳定性为不定形耐火材料的生产和使用带来一些新的课题，需要我们去深入研究。我们不仅可以通过调整外加剂（促凝剂、缓凝剂等）的方式去适应水泥产品的波动，而且也可以根据不同水泥产品的特性，扬长补短，开发快硬或者高强耐火浇注料等。