高铝水泥的矿相、性能及作用-1

射炉熔融法生产。
反射炉熔融法与电弧炉熔融法同样适合生产高钙含量和高铁含量水泥，
并且需要严格控制气氛和冷却过程，以保证产品质量的稳定性。
存在的问题：
晶型转变
高铝水泥后期
孔结构恶化
晶体间结合力降低
强度倒缩
国内外研究：
掺入减水剂改善孔结构以增加晶型转变的动力学；
控制养护的温湿度条件以延缓水化产物的晶型转变； 采用聚合物与磷酸盐对高铝水泥改性； 在高铝水泥中加入粒化高炉矿渣。
1.1 高铝水泥
高铝水泥（旧称矾土水泥）是以铝酸钙为主，氧化铝含量约50% 的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。 化学组成： Al2O3(50~60%)、CaO(32~35%)、SiO2(4~8%)、Fe2O3(1~3%) 矿物组成： 主要为铝酸一钙（CaO· Al2O3,简写CA,含量~70%），含有少量 的硅酸二钙（C2S）与其他铝酸盐，如12 CaO· 7Al2O3(简写 C12A7)、 CaO· 2Al2O3(CA2)、 2CaO· Al2O3· SiO2(C2AS)
③抗硫酸盐侵蚀性能强：水化过程不析出游离氢氧化钙而是生成氢氧化
铝凝胶，在颗粒表面形成保护膜。在后期晶体转化过程中抗侵蚀性有 所降低。 ④耐高温性好：高铝水泥可作为耐热混凝土的胶结材料，配置成耐热混 凝土。
高铝水泥的生产过程
矾土 石灰石粉
粉磨 生料
入窑煅烧 熟料
按比例混合
粉 磨
矾土水泥 生产流程图
2.1 回转窑烧结法
2.2 电弧炉熔融法

用熔融法生产，可以配制CaO含量较高也即CA矿物含量较高的水泥， 从而获得早期强度更高的高铝水泥，另外熔融法还适合利用高铁矾土 作原料，生产Fe2O3含量较高的水泥。
2.3 反射炉熔融法
反射炉熔融法是法国的Lafarge公司的专有技术，Fondu水泥， Secar51水泥，德国的海德堡生产的ISTRA40,ISTRA50水泥都采用反
从配料上：
-- 增加生料CaO，CA将增加，CA2将减少。但是，CaO过高，C12A7会增高。 -- 当原料中的SiO2增加时，C2AS将增加。 -- 当原料中的S含量高时，C4A3$将增加。 从煅烧上： -- 当生料成分一定时，提高煅烧温度， C12A7/C3A将减少。 -- 当烧成温度超过1400℃时，C4A3$会大量分解。煅烧稳度低或C/air增加时， C4A3$增加。
高铝水泥胶砂试件配比表
试样
L0 L1 混合比例/g 石灰石粉 0 1 水泥 100 99 水 44 44 沙 250 250
L2
L3 L4 L5
2
3 4 5
98
97 96 95
44
44 44 44
250
250 250 250
L6
L7 L8 L9 L10 L15 L20
6
7 8 9 10 15 20
94
-- C2F：铁酸二钙 3—4%
-- MA：镁铝尖晶石 1—2% -- f-C、α-A、f-M、白云石等。均<1% ……
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MTA水泥主要矿物相的特性：
-- CA： 主要矿相。具有很高的水硬活性，凝结时间正常，硬化较快，是强度的主 要来源。耐火度约1600℃。 -- CA2：凝结时间比CA长，早期强度低，后期不断增高，是后期强度的主要来源。 耐火度约1750 ℃.
-- C2F/CF：具有极弱的胶凝性。
-- MA：不具有胶凝性。
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主要矿物相的形成温度：
-- CA : 约在900℃时开始形成。 -- CA2： 在1000℃--1100℃开始形成。 -- C12A7：在950℃ --1000℃开始形成。 -- C4A3$: 大约在950℃开始形成，在1350℃仍能保持稳定，在接近1400℃时 开始分解为CA、CaO、SO3。
生料在回转窑中的烧结过程中， 首先通过固相反应形成CA矿物， 由于石灰石在分解后具有较高的 反应活性，因此会局部出现少量 C12A7矿物,但随着温度的提高， 矾土中的Al2O3和SiO2的反应速 度加大，熟料中的矿物会逐渐按 设计组成达到相平衡，最终 C12A7消失，熟料矿物主要矿相 为CA.
回转窑示意图
增加先升高后降低，各龄期（1,3,7,28d）胶砂试件的抗 折强度和抗压强度均在石灰石粉掺量为3%时达到最大值；
高铝水泥胶砂试件的28d总孔隙率、大孔隙率和小孔隙率
均随石灰石粉掺量的增加先减小后增大，当石灰石粉掺量 为3%时各孔隙率均最低；
石灰石粉的掺入减少了CAH10，C2AH8向C3AH6的晶型转
-- MA：镁铝尖晶石 1—2% -- f-C、α-A、f-M、白云石等。均<1% ……
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1.2 高铝水泥的水化与硬化
（1）高铝水泥的水化
T<20℃
20℃<T<30℃
T>30℃
1.2 高铝水泥的水化与硬化
(2) 高铝水泥的硬化
硬化过程：水化生成的CAH10与C2AH8(六方晶系)为片状、针状晶体， 相互交替攀附，重叠结合，形成坚硬的结晶连接体，使水泥获得很 高的强度。氢氧化铝凝胶又填充于晶体骨架的孔隙中，使水泥形成 比较致密的结构。经5~7天后，水化物的数量就很少增加，因此高 铝水泥早期强度增长的很快，而后期强度增长的不太显著。
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KK spec：
下一步，出窑KK的控制目标： Cond. 8—15% CA >40--50% C12A7 0.1—0.6%
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1.2 高铝水泥的水化与硬化
（1）高铝水泥的水化
T<20℃
20℃<T<30℃
T>30℃
MTA水泥矿物相的组成：
-- CA：铝酸一钙 35—60% （33~65)
-- C2AS：水化活性低，含量高时影响水泥早强性能。
-- C12A7：正常情况下，含量很少，水化极快，凝结极快，强度不及 CA高，含量 多时，水泥出现快凝，强度下降，耐热性下降，需水量增加等后果。 -- C3A：水化快，凝结迅速。 -- C4A3$: 具有一定的胶凝性，对水泥的凝结时间和强度的影响没有定论。含量高 时，会影响水泥的应用性能，使凝结时间变短。 -- CT： 惰性矿物。
注： CAH10、 C2AH8 （亚稳态）
C3AH6
1.4 高铝水泥的性能和应用范围
根据高铝水泥的水化可总结出高铝水泥具有以下特性 ①高铝水泥的早强特性：其早期强度增进率远远超过快硬硅酸盐水泥， 适用于紧急抢修工程，但后期强度会降低，在结构工程中限制使用。 ②水化热较大：早期水泥硬化放热大，与同标号的硅酸盐水泥相比，仅 一天就可放出水化热总量的70~80%。由于几种放热，适用于低温养 护的混凝土工程。
效果不明显
胡曙光、王甲春在高铝水泥中加入石灰石粉，不但稳定高铝水泥的 早期强度，而且还能抑制后期强度倒缩，并改善其工作性能，为此 研究石灰石粉对高铝水泥强度影响。
高铝水泥胶砂试件配比如下表，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》成型高 铝水泥胶砂试件，拆模后养护至规定龄期，然后测试抗折强度和抗压强度。
化，一定程度上抑制了高铝水泥后期强度的倒缩。
铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧 化铝含量约50%的熟料，再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色， 也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成为铝酸一钙（CaO•Al2O3，简写CA） 及其他的铝酸盐，以及少量的硅酸二钙（2CaO•SiO2）等。 根据国家标准（GB201—2000）的规定：铝酸盐水泥的密度和堆积密度与普 通硅酸盐水泥相近。其细度为比表面积≥300m2/kg或45μm筛筛余≤20%。铝酸盐 水泥分为CA－50、CA－60、CA－70、CA－80四个类型，各类型水泥的凝结时 间和各龄期强度不得低于标准的规定。 铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上，主要用于工 期紧急的工程，如国防、道路和特殊抢修工程等。 铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%～ 80%，使混凝土内部温度上升较高，即使在－10℃下施工，铝酸盐水泥也能很快 凝结硬化，可用于冬季施工的工程。 铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙，且 密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。 铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料（如铬铁矿等）可制成 使用温度达1300～1400℃的耐热混凝土。 但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势，长期强度约降低40%～ 50%左右，因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程 中，它只适用于紧急军事工程（筑路、桥）、抢修工程（堵漏等）、临时性工程， 以及配制耐热混凝土等。 另外，铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且由于生成高 碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏。因此施工时除不得与石灰或硅酸 盐水泥混合外，也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用。
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主要矿物相的控制范围及频wenku.baidu.com：
控制范围：
-- CA : 40—45%，
-- CA2：10—15%
-- C12A7：0.1—0.6% -- C4A3$: 视原燃材料质量，待定。（<5% ) -- C3A：越低越好。 检验频次：1次/2时
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主要矿物相的调整手段：
通常，MTA熟料的烧成稳度在1350℃左右，烧结范围只有40-70℃（普通水 泥熟料是100-150℃）。
-- CA2：二铝酸一钙 10—20% (7~20)
-- C2AS：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）20—40% -- C12A7：七铝酸十二钙 <1%
-- C3A：铝酸三钙 <0.5%
-- C4A3$: 硫铝酸四钙 <10% -- CT：钙钛石（钙钛矿）4—5%
-- C2F：铁酸二钙 3—4%
3.2.3 微观形貌分析
针状或片状 CAH10，C2AH8 立方体结构 C3AH6
针状或片状CAH10， C2AH8， C3A· CaCO3· 11H2O
主要为 C3A· CaCO3· 11H2O
高铝水泥水化产物微观形貌 (A0：纯高铝水泥；A5：掺5%石灰石粉高铝水泥)
3.3 结论
高铝水泥胶砂试件抗折强度和抗压强度随石灰石粉掺量的
MTA水泥矿物相的组成：
-- CA：铝酸一钙 35—60% （33~65)
-- CA2：二铝酸一钙 10—20% (7~20)
-- C2AS：硅铝酸二钙（或钙铝黄长石，铝方柱石）20—40% -- C12A7：七铝酸十二钙 <1%
-- C3A：铝酸三钙 <0.5%
-- C4A3$: 硫铝酸四钙 <10% -- CT：钙钛石（钙钛矿）4—5%
93 92 91 90 85 80
44
44 44 44 44 44 44
250
250 250 250 250 250 250
3.2.1 强度分析
a、不同石灰石粉掺量下 高铝水泥胶砂试件抗折强度
b、不同石灰石粉掺量下 高铝水泥胶砂试件抗压强度
3.2.2 孔结构分析
不同石灰石粉掺量下高铝水泥胶砂试件孔结构
高铝水泥简介
高铝水泥制备
高铝水泥的性能研究
1.1 高铝水泥
硅酸盐水泥（Portland cement）
铝酸盐水泥(高铝水泥) 矿物组成
水泥 硫铝酸盐水泥 氟铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 少熟料或无熟料水泥
1.1 高铝水泥
高铝水泥（旧称矾土水泥）是以铝酸钙为主，氧化铝含量约50% 的熟料，经磨细制成的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。 化学组成： Al2O3(50~60%)、CaO(32~35%)、SiO2(4~8%)、Fe2O3(1~3%) 矿物组成： 主要为铝酸一钙（CaO· Al2O3,简写CA,含量~70%），含有少量 的硅酸二钙（C2S）与其他铝酸盐，如12 CaO· 7Al2O3(简写 C12A7)、 CaO· 2Al2O3(CA2)、 2CaO· Al2O3· SiO2(C2AS)