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        高鋁水泥的化學組成和用途特性

            高鋁水泥(又稱礬土水泥、耐火水泥)是以鋁礬土和石灰石為原料,經高溫煅燒得到以鋁酸鈣為主要成分的熟料,經磨細而成的水硬性膠凝材料,代號CA,它是鋁酸鹽系水泥的主要品種。

        一、高鋁水泥的礦物成分及水化產物

            高鋁水泥的主要礦物成分為鋁酸一鈣CaO·Al2O3,簡寫為CA和二鋁酸一鈣(CaO·2 Al2O3,簡寫為CA2),此外尚有少量硅酸二鈣和其它鋁酸鹽。

            高鋁水泥的水化過程,主要是鋁酸一鈣的水化過程。一般認為其水化反應隨溫度不同而不同。當溫度小于20℃ 時,主要水化產物為水化鋁酸一鈣(CaO·Al2O3·10H2O,簡寫為CAH10)。溫度在20℃~30℃時主要水化產物為水化鋁酸二鈣(2CaO·Al2O3·8H2O,簡寫為C2AH8)。當溫度大于30℃時,主要水化產物為水化鋁酸三鈣( 3CaO·Al2O3·6H2O,簡寫為C3AH6)。

            此外,尚有氫氧化鋁凝膠(Al2O3·3H2O)。二鋁酸一鈣(CA2)的水化反應與鋁酸一鈣相似,但水化速度極慢。硅酸二鈣則生成水化硅酸鈣凝膠。

            水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣為片狀或針狀晶體,它們互相交錯搭接,形成堅強的結晶連生體骨架,同時所生成的氫氧化鋁凝膠填塞于骨架空間,形成比較致密的結構,使水泥石獲得很高的強度。經5~7d后水化產物的數量就很少增加,強度即趨向穩定。因此高鋁水泥早期強度增長的很快,而后期強度增進的不太顯著。硅酸二鈣的數量很少,在硬化過程中不起很大的作用。

        二、高鋁水泥的主要技術性質

        細度

            國家標準GB201—2000規定,高鋁水泥的細度要求比表面積不小于300m2/kg或45μm篩篩余不大于20%。

        凝結時間
         

            根據GB201—2000附錄A規定的方法測定,其結果應符合表4-8的要求。

        強度
         

            高鋁水泥強度試驗按國家標準 GB/T17671—1999規定的方法進行,但水灰比應按GB201—2000規定調整。各類型、各齡期強度值不得低于表4-9規定的數值。
         

            在自然條件下,高鋁水泥長期強度下降,并達到最低值。一般5年以上的高鋁水泥混凝土,剩余強度僅為早期強度的二分之一,甚至只有幾分之一或者更低。這是由于隨著時間的推移,CAH10或C2AH8會逐漸轉化為比較穩定的C3AH6,并且這個轉化過程隨著環境溫度的上升而加速。由于晶體轉化的結果,使水泥石內析出游離水,增大了孔隙體積,同時也由于C3AH6 本身強度較低,所以水泥石的強度明顯降低。
         

        三、高鋁水泥的特性與應用

        特性

            快凝早強,1d強度可達最高強度的80%以上,屬快硬型水泥。使用高鋁水泥時,應注意控制其硬化溫度。最適宜的硬化溫度為15℃左右,一般不得超過25℃。如果溫度過高,水化鋁酸二鈣會轉化為水化鋁酸三鈣,使強度降低。若在濕熱條件下,強度下降更為劇烈。
         

            水化熱大,且放熱量集中,1d內即可放出水化熱總量的70%~80%,而硅酸鹽水泥僅放出水化熱總量的25%~50%。
         

            抗硫酸鹽性能很強,但抗堿性極差。高鋁水泥水化時不析出氫氧化鈣,而且硬化后結構致密,因此它具有較好的抗硫酸鹽及抗海水腐蝕的性能。同時,對碳酸水、稀鹽酸等侵蝕性溶液也有很好的穩定性。但晶體轉化成穩定的水化鋁酸三鈣后,孔隙率增加,耐蝕性也相應降低。高鋁水泥對堿液侵蝕無抵抗能力,故應注意避免堿性腐蝕。
         

            耐熱性好,高鋁水泥配制的混凝土在900℃溫度下,還具有原強度的70%,當達到1300℃時還能保持約53%的強度。這些尚存的強度是由于水泥石中各組分之間產生固相反應,形成陶瓷坯體所致。
         

            長期強度有降低的趨勢。因為隨著時間的推移,CAH10或 C2AH8會逐漸轉化為比較穩定的 C3AH6,晶體轉化的結果,使水泥石內析出游離水,增大了孔隙體積,同時也由于C3AH6 本身強度較低,所以水泥石的長期強度會下降。
         

        應用
         

            根據高鋁水泥的特性,高鋁水泥主要用于緊急軍事工程(如筑路、橋)、搶修工程(如堵漏)等;也可用于配制耐熱混凝土(可用于1000℃以下的耐熱構筑物,如高溫窯爐爐襯等,最高使用溫度不宜超過1300℃)和用于寒冷地區冬季施工的混凝土工程。
         

            高鋁水泥不宜用于大體積混凝土工程,也不能用于長期承重結構及高溫高濕環境中的工程,不能用于與堿性溶液相接觸的工程。還應注意,高鋁水泥制品不能用蒸汽養護。

            此外,未經過試驗,高鋁水泥不得與硅酸鹽水泥或石灰等能析出氫氧化鈣的膠凝材料混合使用,在拌合澆灌過程中也必須避免互相混雜,并不得與尚未硬化的硅酸鹽水泥接觸,以免引起強度下降,并縮短凝結時間,甚至會出現瞬凝現象。

            由于鋁酸鹽水泥混凝土后期強度下降較大,設計時應以最低穩定強度為依據,其值按GB201—2000規定,經試驗確定。

         

         

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