第2章 特种水泥-1

油井水泥
（1）特点：流动性好、快凝 初凝、终凝时间间隔短 在高温高压环境中凝结硬化 （2）组成：硅酸盐系列改变矿物比例 （3）用途：用于油田固井
白色水泥
（1）特点：颜色为白色，白度是重要的性 能指标 Fe 含量 （2）组成：控制 ）组成：控制Fe Fe含量 （3）用途：建筑装饰
彩色水泥
（1）特点：按照使用要求可配制出红色、 绿色等彩色水泥 （2）组成：一般为硅酸盐系列 +颜料 （3）制备方法：白水泥 ）制备方法：白水泥+ 在原材料中配入着色剂烧制 （4）用途：建筑装饰
无水硫铝酸钙
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•3Al2O3•CaSO4 3CaO 3CaO• 晶体结构：多孔结构 （高活性的原因）
Ca2+ Al-O
S-O
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形貌：六角形板状或四边形柱状 晶体尺寸：5~10μm
硅酸二钙
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2CaO•SiO2 四种晶型
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形貌：不规则圆形，细小、破碎（工业熟料） 尺寸：5~10μm
铁相
硅酸盐水泥熟料 21-25
熟料的形成过程
室温-300℃：原料脱水干燥 300-450℃： Ⅲ型无水石膏转变为Ⅱ型无水石膏。 α-Al2O3,物料 总同时 矾土的水铝石分解，形成α 450-600℃：矾土的水铝石分解，形成 出现 α-SiO2及Fe2O3。 出现α CaO ,随温度升高分解反应加 碳酸钙分解，产生C aO, 850-900℃：碳酸钙分解，产生 快。 ： C4A3Š和C2AS 开始形成。 以上： AS开始形成。 950℃以上 增加，石灰吸收率达到 1/2 左右。生料 AS增加，石灰吸收率达到 增加，石灰吸收率达到1/2 1/2左右。生料 1050℃：C4A3Š和C2AS α-Al2O3, α-SiO2、CaS O4和CaO 的含量迅速减少。 中的 中的α CaSO CaO的含量迅速减少。
道路水泥
（1）性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击 性好、收缩小、弹性好 （2）组成：硅酸盐系列水泥中增加含铁矿物 （3）用途：公路路面
补偿收缩水泥
（1）特点：具有微膨胀性 CSA 系列 （2）组成： ）组成：CSA CSA系列 （3）用途：防止混凝土开裂
砌筑水泥
（1）特点：强度要求不高，流动性好 （2）组成：硅酸盐系列 （3）用途：用于砌筑和抹灰
C4A3Š 复合矿物研究中已开发出 从无水硫铝酸钙 从无水硫铝酸钙C 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。
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 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
煅烧不正常或配料不当时：
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硫铝酸盐水泥熟料微观形貌
表1.1 不同水泥熟料的矿物组成 水泥名称 普通硫铝 酸盐水泥 高铁硫铝 酸盐水泥 铝酸盐水 泥 硅酸盐水 泥 C4A3Š 55-75 C4A3Š 33-63 CA 40-45 C3S 42-60 C2S 15-35 熟料矿物组成w% C2S 8-37 C3A 14-37 C2A 15-30 C3A 5-14 C4AF 3-10 C6AF2 15-35 C2AS 20-36 C4AF 10-16
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硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图
硫铝酸盐的率值
三个系数：碱度系数 Cm，铝硅比 N，铝硫比 P 三个系数：碱度系数C ，铝硅比N ，铝硫比P
CaO − 0.7TiO2 Cm = 0.73 ( Al2O3 − 0.64 Fe2O3 ) + 1.4 Fe2O3 + 1.87 SiO2
Cm：表示熟料中氧化硅、氧化铝和氧化铁饱 碱度系数 碱度系数C C4A3Š、C2AF 、C2S的程度。 Cm的范围一般为 和形成 和形成C AF、 的程度。C ，必须小于 1(就在于硫铝酸盐水泥系数中， 0.95-0.98 0.95-0.98，必须小于 ，必须小于1 f-CaO 的存在，否则将造成水泥的急凝 )。 不能有 不能有f-CaO f-CaO的存在，否则将造成水泥的急凝 的存在，否则将造成水泥的急凝)
β-C2S，石灰吸收率达到 2/3. 出现β ，石灰吸收率达到2/3. 1150℃：出现 C2AS 消失，同时出现 2C2S·CaSO4 。 继续增加，C AS消失，同时出现 消失，同时出现2C 1250℃： C4A3Š继续增加， 除此之外，其它组分消失。物料主要矿物组成为： 2C2S·CaSO4 ,f-CaSO4和少量铁相(C6AF2) C4A3Š,C2S, S,2C C4A3Š,β-C2S, 消失。熟料主要矿物为：C 1300℃：2C2S·CaSO4消失。熟料主要矿物为： -C2S, 铁相及 CaSO4 α′ α′S,铁相及 铁相及CaSO 1300-1400℃：矿物无明显变化。 ： C4A3Š和CaSO4开始分解，熟料出现融块。 以上： 1400℃以上 (1350 ±50) ℃。此时不 硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为： 硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为：(1350 (1350± 50)℃ 但熟料形成反应已经完成，而且烧结情况也比较好。
•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
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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% kJ/kg，灰分＜3.5%， 工业烟煤：发热量＞23826 23826kJ/kg 挥发分＞25% 原料总有害成分：R2O ＜0.5%
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（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。
硫铝酸盐水泥的种类
(w%) 表1.2 各种水泥熟料化学成分 各种水泥熟料化学成分(
水泥名称 普通硫铝酸盐水 泥熟料 高铁硫铝酸盐水 泥熟料 铝酸盐水泥熟料
SiO2 3-13 5-13 ＜10
Al2O3 30-38 25-35 50-58 4-8
Fe2O3 1-3
CaO
SO3
38-45 8-15
5-13 43-50 7-12 ＜3 2-4 32-36 64-67
硫铝酸盐水泥的配料原则
在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 CaO的配入量： 的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 来设计的，因为如果 矿物所需要的CaO是按照不足 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， C4A3Š的水化速度会大大 加快。 在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料 SO3的配入量： 矿物所需要SO3的量 按照过足 来设计的，由于在硫 的量按照过足 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C4A3Š的形成。 在配料计算中SO3应过量10%左右。
快硬高强水泥
（1）特点：凝结时间短、硬化快、早期强度高 以3天强度来划分等级 PC 系列（硅酸盐水泥） （2）组成： ）组成：PC PC系列（硅酸盐水泥） 系列（硫铝酸盐水泥） CSA CSA系列（硫铝酸盐水泥） （3）用途：需要快速施工的工程、抢修工程、 冬季施工
抗硫酸盐型硅酸盐水泥
（1）特点：有较强的抵抗硫酸根离子腐蚀 的能力、水化热低 （2）组成：硅酸盐系列改变熟料矿物组成（降 低硅酸三钙≤50%和铝酸三钙含量≤5% ） （3）用途：水利工程、地下工程、海港工 程、隧道工程、桥梁基础等
防辐射水泥
（1）特点：密度大、水化热小、抗拉强度高 Ba 、Sr(锶) 等重金属离子 （2）组成：含有 ）组成：含有Ba Ba、 （3）用途：用于阻挡或防护原子核反应堆辐射
耐高温水泥
（1）特点：耐高温、耐腐蚀 （2）组成：主要为铝酸盐系列 另外还有磷酸盐系列 （3）用途：窑炉内衬（电力、石化、冶金、建材）
Al2O3 − 0.64 Fe2O3 P= SO3
P：表示熟料中氧化铝含量与三氧化硫含量之比， 铝硫比 铝硫比P 反映了形成C4A3Š的氧化铝与三氧化硫的适当比例。一 P＜3.86. 般控制 般控制P
Al2O3 − 0.64Fe2O3 N= SiO2
N：表示熟料中氧化铝含量与氧化硅含量值比，也 铝硅比 铝硅比N N＞3。 反映了熟料中C4A3Š 、C2S的比例。一般控制 的比例。一般控制N
石膏的作用
石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导 a. a.石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导 向化合和稳定矿物 ：石膏不仅能使最终产物中 CA 改变为 导向化合 导向化合：石膏不仅能使最终产物中 ：石膏不仅能使最终产物中CA CA改变为 C2AS 改变为 C4A3Š和C2S。 C4A3Š，并使无活性的 ，并使无活性的C AS改变为 改变为C ：阻止在高温冷却过程中发生向惰性 稳定矿物 稳定矿物：阻止在高温冷却过程中发生向惰性 的γ- C2S的晶型转变 b. 石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸 b.石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸 盐水泥中的作用一样，起到缓凝作用。
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C4A3Š、 (f-CaSO4)、 ，一般还存在少量游离石膏( C2S、C4AF，一般还存在少量游离石膏 (MgO)和钙钛矿 (CaO 方镁石 方镁石( 和钙钛矿( ·TiO2即CT) 等，煅 CaO· 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 2CaO· (4CaO ·2SiO2·CaS O4即2C2S·CaS O4) 、游离石灰 4CaO· CaSO CaSO (C12A7,CA)等。 (f-CaO)和铝酸钙 和铝酸钙(
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4CaO·Al2O3·Fe2O3 2CaO·Fe2O3~6CaO·2Al2O3·Fe2O3固溶体 斜方晶系，棱柱状 形成：2CaO·Fe2O3矿物随温度的升高，不断固 溶各类铝酸钙矿物
少量矿物
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游离石膏（游离CaSO4） 方镁石（MgO） ·TiO2） 钙钛矿（CaO CaO· ·Al2O3·SiO2） 钙黄长石（2CaO 2CaO· ·SiO2·CaSO4） 硫硅酸钙（4CaO 4CaO· 游离石灰（游离CaO）
第2章 无机胶凝材料
特种水泥 §11-特种水泥
特性水泥定义和特点
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具有特殊性能：快凝、快硬、耐火等 满足特殊用途：抢修工程、装饰工程等 包括了三个系列
1.1 特性水泥
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1、快硬高强水泥 2、抗硫酸盐型硅酸盐水泥 3、油井水泥 4、白色水泥 5、彩色水泥 6、道路水泥 7、补偿收缩水泥 8、砌筑水泥 9、防辐射水泥 、耐高温水泥 10 10、耐高温水泥
1.2 硫铝酸盐水泥
以C3S矿物为主的各种 硅酸盐 水泥。 第一系列水泥： 第一系列水泥：以 矿物为主的各种硅酸盐 硅酸盐水泥。 以CA矿物为主的各种 铝酸盐 水泥。 第二系列水泥： 第二系列水泥：以 矿物为主的各种铝酸盐 铝酸盐水泥。 以C4A3Š矿物为主的各种 硫铝酸盐 第三系列水泥： 第三系列水泥：以 矿物为主的各种硫铝酸盐 水泥。 20 世纪 70 年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥 20世纪 世纪70 70年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥
普通硫铝酸盐水泥 高铁硫铝酸盐水泥
我国硫铝酸盐水泥应用市场用量及品种
硫铝酸盐水泥生Βιβλιοθήκη Baidu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。
硫铝酸盐水泥的原燃材料