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高鋁水泥的化學組成(cheng)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(lv)水泥的主要礦物成分為(wei)鋁(lv)酸(suan)(suan)一(yi)鈣CaO·Al2O3，簡寫(xie)為(wei)CA和(he)二(er)鋁(lv)酸(suan)(suan)一(yi)鈣（CaO·2 Al2O3，簡寫(xie)為(wei)CA2），此外尚有少量硅酸(suan)(suan)二(er)鈣和(he)其它鋁(lv)酸(suan)(suan)鹽。

    高(gao)鋁(lv)水(shui)(shui)泥的(de)水(shui)(shui)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)，主(zhu)要是鋁(lv)酸一(yi)鈣的(de)水(shui)(shui)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)。一(yi)般(ban)認為(wei)其(qi)水(shui)(shui)化(hua)(hua)反(fan)應隨(sui)溫(wen)(wen)度不(bu)同(tong)(tong)而不(bu)同(tong)(tong)。當溫(wen)(wen)度小(xiao)于20℃ 時(shi)(shi)，主(zhu)要水(shui)(shui)化(hua)(hua)產物為(wei)水(shui)(shui)化(hua)(hua)鋁(lv)酸一(yi)鈣（CaO·Al2O3·10H2O，簡寫為(wei)CAH10）。溫(wen)(wen)度在20℃～30℃時(shi)(shi)主(zhu)要水(shui)(shui)化(hua)(hua)產物為(wei)水(shui)(shui)化(hua)(hua)鋁(lv)酸二鈣（2CaO·Al2O3·8H2O，簡寫為(wei)C2AH8）。當溫(wen)(wen)度大于30℃時(shi)(shi)，主(zhu)要水(shui)(shui)化(hua)(hua)產物為(wei)水(shui)(shui)化(hua)(hua)鋁(lv)酸三鈣（ 3CaO·Al2O3·6H2O，簡寫為(wei)C3AH6）。

    此外，尚有(you)氫氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鋁(lv)凝膠（Al2O3·3H2O）。二鋁(lv)酸(suan)(suan)(suan)一(yi)鈣（CA2）的水化(hua)(hua)(hua)反(fan)應與鋁(lv)酸(suan)(suan)(suan)一(yi)鈣相(xiang)似，但水化(hua)(hua)(hua)速度極慢。硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)二鈣則生(sheng)成水化(hua)(hua)(hua)硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)鈣凝膠。

    水(shui)化(hua)鋁(lv)(lv)酸一鈣(gai)和水(shui)化(hua)鋁(lv)(lv)酸二鈣(gai)為片狀(zhuang)或針狀(zhuang)晶(jing)體，它們互相(xiang)交(jiao)錯搭接，形(xing)成堅(jian)強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)結(jie)晶(jing)連生(sheng)體骨架(jia)，同(tong)時所(suo)生(sheng)成的(de)(de)(de)氫(qing)氧化(hua)鋁(lv)(lv)凝膠填塞于骨架(jia)空間，形(xing)成比較致密的(de)(de)(de)結(jie)構，使水(shui)泥石獲得(de)很(hen)高(gao)的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度。經5～7d后水(shui)化(hua)產物的(de)(de)(de)數(shu)量就(jiu)很(hen)少(shao)增(zeng)加，強(qiang)(qiang)度即趨向穩定(ding)。因此高(gao)鋁(lv)(lv)水(shui)泥早期強(qiang)(qiang)度增(zeng)長的(de)(de)(de)很(hen)快(kuai)，而后期強(qiang)(qiang)度增(zeng)進的(de)(de)(de)不太(tai)顯著(zhu)。硅酸二鈣(gai)的(de)(de)(de)數(shu)量很(hen)少(shao)，在硬化(hua)過程中(zhong)不起很(hen)大的(de)(de)(de)作(zuo)用。

二、高鋁水泥的主要技術性質

細度

    國家標(biao)準GB201—2000規(gui)定，高(gao)鋁水泥(ni)的(de)細度(du)要求比(bi)表面積不小于300m2/kg或(huo)45μm篩篩余不大(da)于20％。

凝結時間
 

    根據GB201—2000附錄A規(gui)定(ding)的方(fang)法測定(ding)，其結果應符合(he)表(biao)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(bu)(bu)宜用于大體積混凝(ning)土工程(cheng)，也(ye)不(bu)(bu)能用于長(chang)期承(cheng)重結構及高(gao)溫高(gao)濕環(huan)境(jing)中(zhong)的工程(cheng)，不(bu)(bu)能用于與堿性(xing)溶液相接觸(chu)的工程(cheng)。還(huan)應注(zhu)意，高(gao)鋁水(shui)泥制品不(bu)(bu)能用蒸汽養護。

    此外，未經(jing)過(guo)試驗，高鋁(lv)水(shui)泥(ni)不(bu)得(de)與硅(gui)酸鹽(yan)水(shui)泥(ni)或(huo)石灰等能析出氫氧化鈣的膠凝材料混合(he)使用，在拌合(he)澆灌過(guo)程中也必須避免互(hu)相混雜(za)，并(bing)(bing)不(bu)得(de)與尚未硬化的硅(gui)酸鹽(yan)水(shui)泥(ni)接(jie)觸，以免引起(qi)強度下降(jiang)，并(bing)(bing)縮(suo)短(duan)凝結時間，甚至會出現(xian)瞬凝現(xian)象。

    由于鋁(lv)酸(suan)鹽水泥混凝土后期(qi)強度(du)下降(jiang)較大，設計時應以最低穩定強度(du)為依據，其值(zhi)按GB201—2000規(gui)定，經試驗確(que)定。

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