胶凝材料学-6

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胶凝材料学第六章其它水泥 第一节铝酸盐水泥铝酸盐水泥是由经高温下部分熔融或者完全熔融所得铝酸盐水泥熟料磨细制成。铝酸盐水泥熟料中的主要成份为铝酸一钙（CA），化学成分中氧化铝含量为50%左右，所以铝酸盐水泥也称为高铝水泥。一、化学组成和矿物组成（一）化学组成1、氧化铝：主要成分。过低，形成C12A7，使水泥快凝，强度下降；过多，形成CA2过多，使早期强度下降。 2、氧化钙：基本成分。过多，形成C12A7；过少，形成大量CA2。3、氧化硅：含量不宜超过10%，4、氧化铁：含量不宜超过10%。（二）矿物组成1、铝酸一钙（CA）：50%~60%主要矿物，晶体结构中钙、铝的配位极不规则，凝结正常，但硬化迅速，是强度的主要来源。过高，强度发展集中在早期，后期强度增进率不显著。 2、二铝酸一钙（CA2）：水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度能不断提高。过多，影响高铝水泥的快硬性能，但耐热性可以得到提高。3、七铝酸十二钙（C12A7）：水化极快，凝结迅速，但强度不高。过多，会出现快凝，强度下降，耐热性下降。4、硅铝酸钙（C2AS）：胶凝性很差。 二、高铝水泥的水化硬化过程（一）水化：水化过程及其产物与温度有关1、CA<20℃：CA+10HCAH1020~30℃：2CA+11HC2AH8+AH3>30℃：3CA+9HC3AH6+2AH32、CA2：<15~20℃：CA2+13HCAH10+AH320~30℃：2CA2+17HC2AH8+3AH3>30℃：3CA2+21HC3AH6+5AH3 3、C12A7：5℃：C12A7+70H4CAH10+3C2AH8+2CH320~30℃：C12A7+57H6C2AH8+3AH3>30℃：3C12A7+33H4C3AH6+3AH34、水化产物：CAH10和C2AH8是六方片状晶体，且热力学上不稳定的，尤其是在温暖潮湿的环境中更不稳定。C3AH6是立方晶体，在常温下稳定。在低温条件下形成的CAH10和C2AH8在温湿环境中会转变为C3AH6。 3CAH10C3AH6+2AH3+18H摩尔质量/g1014378312324密度/(g/cm3)1.722.522.41.0摩尔体积/cm3590150136324转化后固相体积减少50%以上，即析出的水产生的孔隙率高达53.7%，C2AH8转化后的孔隙率达30.7%。孔隙率的增大，从而引起强度降低。这种现象称为强度倒缩。 （二）高铝水泥的硬化过程CAH10和C2AH8六方片状或针状晶体相互交错攀附，重叠结合，可形成坚硬的结晶结合体，使水泥石获得很高的强度，AH3胶体又填充于晶体骨架的空隙，最终形成比较致密的结构。水化5~7d后，水化物的数量增加很少，因此高铝水泥的早期强度增长快，以后不显著。 三、高铝水泥的性能及应用1、水化放热率高，水化快，早期强度发展非常快。水化放热率高达每小时9cal/g，是高早强硅酸盐水泥的3倍。正常养护条件下高铝水泥24h的强度可以达到或超过普通硅酸盐水泥7d的强度值。分别为高铝水泥、快硬硅酸盐水泥和普通水泥 负温养护条件下高铝水泥的强度发展特性也好于硅酸盐水泥。因此高铝水泥特别适用于寒冷低温环境中。不适用于大体积混凝土中。 2、在高温（大于30℃）下养护，其强度会剧烈下降，特别是在湿热环境中，影响更大。严格控制浇注温度，不宜采用蒸汽养护。3、具有很好的抗侵蚀性。水化产物中主要组成为低碱性铝酸盐，没有氢氧化钙。4、耐高温性好在高温下产生烧结。 第二节快硬高强水泥一、快硬硅酸盐水泥1、定义：凡以适当成份的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成份的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成具有早期强度较高的水硬性胶凝材料。以3d抗压强度为强度等级确定标准。2、矿物组成和细度的要求熟料矿物中一般提高C3S和C3A含量；比表面积大，控制在330~450m2/kg。3、特性：水化热高、早期干缩大、抗冻性和抗渗性优异。4、应用：抢修工程、预应力混凝土工程 二、快硬高强铝酸盐水泥1、定义：凡以铝酸钙为主要成分的熟料，加入适量石膏，磨细制成具有快硬、高强性能的水硬性胶凝材料。2、水化反应及产物：3CA+3CaSO4+38HC3A·3CaSO4·32H2O+2AH33CA2+3CaSO4+47HC3A·3CaSO4·32H2O+5AH3产物：钙矾石和水化氧化铝凝胶。在自然条件下很稳定。 3、特性：快硬而不速凝小时强度高，后期强度增长较高抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性优异4、应用要求硬化快、强度高的过程军事及其它特种工程 第三节抗硫酸盐硅酸盐水泥一、定义：凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的特定矿物的熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料，简称抗硫酸盐水泥。二、作用机理1、硅酸盐水泥石侵蚀原因：含有CH和水化铝酸钙。2、抗硫酸盐水泥的熟料矿物组成特点：降低C3A，提高C4AF；降低C3S，提高C2S。三、应用：海港、水利、地下、隧涵、引水、桥梁基础等。 第四节膨胀水泥普通硅酸盐水泥硬化收缩为0.02~0.035%.收缩产生的裂缝使性能变坏：如强度、抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性下降。一、膨胀水泥的种类1、收缩补偿水泥：膨胀值较小，限制膨胀时产生的压应力，大致能抵消干缩产生的拉应力，用以减少或防止混凝土干缩裂缝。2、自应力水泥：膨胀值较大，足以使干缩后的混凝土仍具有较大的自应力，用于配制自应力混凝土。 二、膨胀机理在水泥浆体水化硬化过程的某一适当时机形成钙矾石，产生体积膨胀。这类水泥在水化过程中，有相当一部分的能量用于膨胀，转变成所谓的“膨胀能”。膨胀能越高，可能达到的膨胀值越大。一般膨胀在早期较快，以后逐渐趋于缓慢，最后稳定，在达到“膨胀稳定期”后，膨胀基本停止。在没有受到任何限制的条件下，所产生的膨胀一般称为“自由膨胀”，此时不产生自应力。受到单向、双向或三向限制时，则为“限制膨胀”，这时产生自应力。限制膨胀越大，达到的自应力越高。 第五节白色和彩色水泥一、白色硅酸盐水泥1、定义：简称白色水泥，是由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏磨细制成。氧化铁含量控制在0.50%以下。2、生产要求：原料：较纯的石灰石、高岭土磨机衬板：花岗岩、陶瓷；卵石作研磨体燃料：天然气或重油工艺：熟料烧成后快速冷却 二、彩色水泥方法：1、直接烧结法：在水泥生料中掺入适量着色物质，煅烧成彩色熟料，然后磨制成彩色硅酸盐水泥2、混合法：将着色剂干混入白色水泥或硅酸盐水泥中，或在粉磨水泥白色水泥或硅酸盐水泥时掺入着色剂。 第六节道路水泥定义：以适当成分的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料为道路硅酸盐水泥熟料，加适量石膏磨细制成。要求：抗折强度高、耐磨损、收缩变形小、耐疲劳。矿物组成特点：提高C4AF含量技术要求：干缩率、耐磨性等。