铝酸钙水泥的物相组成及水化过程

铝酸钙水泥的物相组成及水化过程
罗玉长 谭　萍 梁　华
(山东铝业公司研究院)
李乃动罗鹤晖
(山东耐火材料厂) (山东铝业公司第二工程公司)
摘　要:应用X射线衍射、差热分析等方法研究了用于不定形耐火材料的铝酸钙水泥的物相组成及不同温度下的水化特性,同时发现较高的养护温度能加剧其水化过程;采用外加剂对铝酸钙水泥粉体进行表面处理,能有效控制不定形耐火浇注料构件的施工时间。

关键词:铝酸盐水泥　物相　水化
1　前言
改革开放以来我国钢铁工业的快速发展以及先进冶炼技术和装备的采用,推动了耐火材料工业的发展。

特别是不定形耐火材料,今后将有更大的发展[1]。

近十几年来,国外耐火材料的生产出现新的发展趋势,即耐火材料产量随着钢产量的增加而减少,耐火砖比例逐年下降,不定形耐火材料比例逐年升高。

虽然非晶态氧化铝(Θ2A l2O3)也可作为耐火材料的胶凝剂,但铝酸钙水泥仍是耐火浇注料的重要原料之一。

近年来,高温烧结Α2 A l2O3晶体的演化[2]、Θ2A l2O3水化特性[3]、铝酸钙水泥中游离态A l2O3研究[4]等成果,已在生产中应用。

本文应用X射线衍射、差热分析等方法,研究了铝酸钙水泥的物相组成及其水化特性,为优质铝酸钙水泥系列产品的生产、不定形耐火材料的流变学研究、提高施工和使用技术等提供参考。

2　铝酸钙水泥的物相特征
在通常的烧成工艺条件下,按照CaO、A l2O3在CaO-A l2O3系中的组成(%),其物相组成应符合CaO-A l2O3系相图(图1),但在一定条件下,产物中也存在不平衡相。

1
不同类型铝酸钙水泥的工艺矿物有CaO ・A l 2O 3、CaO ・2A l 2O 3、12CaO ・7A l 2O 3、Α2A l 2O 3及特殊的工艺矿物。

化学成分、物相组成及相应的X 射线衍射谱,分别示于图2及表。

图2　不同类型铝酸钙水泥的X 射线衍射谱
铝酸钙水泥的化学成分及物相组成
编　
号化学成分(%)物相组成(%)A l 2O 3CaO CaO ・A l 2O 3+CaO ・2A l 2O 3其他
179
.1181159124018274142411991701337212251190159154
8011
1814
4712
5218
3　铝酸钙水泥的水化311　铝酸钙的水化
据铝酸钙水泥的物相组成,合成了12CaO ・7A l 2O 3、CaO ・A l 2O 3、CaO ・2A l 2O 3,单矿物的水化产物经X 射线衍射分
析、化学分析和显微观察发现,水化产物与水灰比(W C )、温度、时间有关,随温度升高、水化速度加快,历经介稳相转变为稳定相(晶体)。

水化过程简示如下:C 12A 7+mH 2O →CA H 10
　+CxA gHw
ag A H n
　+C 2A H 8　+ChA kHp ag A H 3　+C 3A H 6　+
C 4A H 19CA +mH 2O →CA H 10　ag C 2A H 8　+A H n
　ag C 3A H 6　+A H 3CA 2+mH 2O →CA H 10　+A H n
ag
　C 2A H 8　+A H n
ag C 3A H 6　+A H 3312　铝酸钙水泥的水化
依铝酸钙水泥矿物组成的相对含量,可
分为1A 型铝酸钙水泥、2A 型铝酸钙水泥、复合型铝酸钙水泥。

影响水化反应的主要因素有物相组成、粉体的颗粒尺寸、养护温度、适宜的外加剂等等。

水化是多因素的综合过程。

31211　标准养护条件下的水化
图3　1#、2#水泥在20℃的水化速度
从物相组成可知,1#水泥属1A 型,2#水泥为2A 型。

图3表明水化初期的水化速度较快;但随着养护时间的延长,水化速度转为缓慢。

水化过程固相的X 射线衍射谱、热分析图谱分别示于图4、图5、图6。

这两种铝酸钙水泥试块,虽经240h 的养护水化,只有一定数量的CaO ・A l 2O 3、CaO ・2A l 2O 3被水化,非晶态A l 2O 3・nH 2O (n >3)及A l (OH )3晶体共存,也有CaO ・A l 2O 3・10H 2O 等。

差热分析的吸热效应表明,48h 之后,脱除结晶水的吸热峰变化很小。

2
　图4　1#水泥20℃水化产物的X射线衍射谱
a.5h
b.72h
c.240
h 图5　2#水泥20℃水化产物的X射线衍射谱
a.5h
b.72h
c.240
h
图6　2#水泥水化产物的差热图谱
115h 2.12h 3.24h
4.48h
5.72h
6.144h
31212　铝酸钙水泥的粉体在较高温度下的
水化
不定形耐火浇注料的施工常在非标准状
态作业,而铝酸钙水泥用量少(低水泥、超低
水泥浇注料)、且分散性大,针对某施工现场
的实际,本文研究了较高温度下的水化反应。

1#、2#铝酸钙水泥水化产物的X射线谱
见图7。

1A型铝酸钙水泥的水化产物:2CaO・
A l2O3・8H2O,3CaO・A l2O3・6H2O,3CaO
・A l2O3・8～12H2O,Α2A l(OH)3。

2A型铝酸钙水泥的水化产物:3CaO・
A l2O3・6H2O,3CaO・A l2O3・8～12H2O,Α2
A l(OH)3,Β22A l(OH)3。

研究结果表明,在较高的温度下,铝酸钙
的水化过程加速。

313　水化速度的控制
影响水化速度的因素有铝酸钙水泥的相
组成、无定形耐火浇注料配方、构件的施工
温度、外加剂等等。

资料表明[5],养护温度对
铝酸钙水泥净浆和混凝土的凝结时间均有影
响(图8),即同一技术条件下的物料,在施
工过程中会受季节性影响,其实质是由水化
产物的形态及数量引起的。

外加剂的应用,已
成为有效控制水化速度的重要途径[6,7]。

研究
表明,采用外加剂,可根据浇注料构件施工的
需要,有效地延长或缩短凝结时间。

应用
SA—1促凝剂,可使2A型铝酸钙水泥的终
凝时间从大于12h缩短为3～6h;而采用
SA—2缓凝剂,浇注料的施工时间,可从
015h延缓到3～6h。

随着不定型耐火材料的发展,现正研究、
采用复合外加剂(如SA—3),它既能减少施
工的水量、提高构件的密度与强度;又能将施
工时间控制在适宜的范围内。

这种综合效应,
3
可保证构件质量、缩短生产周期,提高生产效率。

图7　铝酸钙水泥在较高温度下的水化产物 图8　养护温度对铝酸钙水泥净浆
混凝土的凝结时间影响4　结论
411　不同类型的铝酸钙水泥,分别由数量不
等的12CaO・7A l2O3、CaO・A l2O3、CaO・2A l2O3、Α2A l2O3组成,也存在特殊的工艺矿物。

412　铝酸钙水泥的水化是受多因素影响的综合过程,早期水化速度快。

铝酸钙水泥试块在标准条件下养护240h,只有一定数量的CaO・A l2O3、CaO・2A l2O3被水化;水化产物为Α2A l(OH)3、CaO・A l2O3・10H2O、非晶态A l2O3nH2O(n>3)。

413　较高的温度能加剧铝酸钙水泥的水化反应。

水化产物为2CaO・A l2O3・8H2O、3CaO・A l2O3・6H2O、3CaO・A l2O3・8～12H2O、Α2A l(OH)3、Β22A l(OH)3,其数量与铝酸钙水泥的类型有关。

414　采用外加剂进行铝酸钙水泥粉体的表面处理,能有效地控制不定形耐火浇注料构件的施工时间。

参　考　文　献
1　钟香崇1不定形耐火材料的发展1全国不定形耐火材料技术研讨会,199516
2　罗玉长1高温烧结Α2A l2O3晶体演化的研究11988年全国治金物理化学学术讨论文集,198915
3　罗玉长1A l2O3多相体系中的Θ2A l2O3及水化特征1轻金属,199015
4　罗玉长1铝酸钙水泥中游离A I2O3特性的研究1轻金属,198816
5　[英]P1BA RN ES等著;吴兆琦,汪瑞芬等译校1水的结构和性能1北京建筑工业出版社,199114
6　J P Bayoux,D So rrentino,J P Falasch i and A Capm as.
A Study on Calcivm A lum inate Cem ents A dm ixtures.
T he9th Internati onal Congress on the Chem istry of Ce2 m ent,N ovem ber,1992
7　T M atusinovic and V rbo s.L ith ium Salts A s Set A cceler2 ato rs Fo r H igh A lum ina Cem ent.T he9th Internati onal Congress on the chem istry of cem ent,N ovem ber,1992
4。