硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的区别.pdf-道客多多

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1、硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的区别王燕谋 , 苏慕珍 , 张量一、引言三、水泥与熟料组成的区别最近 , 国家产品质量管理部门批准并发布了硫铝酸盐水泥国家标准。这个标准包括了普通硫铝酸盐水泥系列的快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和自应力硫铝酸盐水泥 , 并未将高铁硫铝酸盐水泥 , 即铁铝酸盐水泥系列各品种包括在内。对此 , 在

2、年第三期技术与应用杂志上刊登的硫铝酸盐水泥标准简介 ” 一文中 , 国家标准制定者还作出了解释。该文解释为 “ 铁铝酸盐系列水泥不纳入硫铝酸盐水泥国家标准 , 因为我国南、北方原料差别较大 , 铁铝酸盐水泥中铁相含量波动也大。同时在我国硫铝酸盐水泥与铁铝酸盐水泥物理力学性能基本相同 , 所以这次硫铝酸盐水泥国家标准不包括铁铝酸盐

3、水泥。 ” 本文针对标准制定中存在的这一问题 , 认为有必要在专著硫铝酸盐水泥基础上 , 进一步阐明硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的区别。组成是水泥品种的基本特征 , 不同品种有不同的组成。其中包括水泥组成、熟料化学成分和矿物组成等。水泥组成硫铝酸盐水泥组成列于表。从表可以看出铁铝酸盐水泥系列各品种与普通硫铝酸盐水泥系列各

4、品种的基本区别在于各自采用的熟料不同。前者采用铁铝酸盐水泥熟料 , 后者采用普通硫铝酸盐水泥熟料。熟料的化学成分硫铝酸盐水泥熟料化学成分列于表。二、硫铝酸盐水泥各品种的分类按用途 , 水泥分为通用水泥和特种水泥。通用水泥就是一般建筑工程普遍采用的各种硅酸盐水泥特种水泥是特种工程使用的水泥。特种水泥按化学组成大致可以

5、分为硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐等三大类水泥。硅酸盐特种水泥包括油井水泥、大坝水泥和白水泥等等铝酸盐特种水泥有耐火水泥等等硫铝酸盐水泥各品种的分类如表所示。从表可以看出 , 硫铝酸盐水泥分普通硫铝酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥即铁铝酸盐水泥两个系列。普通硫铝酸盐水泥系列包括低碱度硫铝酸盐水泥等个品种铁铝酸盐水泥系列有

6、快硬铁铝酸盐水泥等个品种。硫铝酸盐水泥的命名和分类 , 沿用了其它类水泥命名和分类的惯用的方法。它客观地演绎了水泥品种间的联系、区别和系统性 , 是十分科学的 , 迄今为止尚未见到其它的分类方法。按上述分类方法 , 新发布的硫铝酸盐水泥国家标准实质上是普通硫铝酸盐水泥系列的国家标准。虽然铁铝酸盐水泥系列在力学性能方面与普

7、通硫铝酸盐水泥系列基本相似 , 但在包括物理性能在内的其他性能方面还存在明显差异。如果将标准定名为硫铝酸盐水泥国家标准 , 它就应当包括铁铝酸盐水泥系列。中国水泥从表中可以看出 , 铁铝酸盐水泥熟料的化学成分与普通硫铝酸盐水泥熟料有显著区别。最突出的是铁铝酸盐水泥熟料中含平均值高出近个百分点高出个百分点则要低个百分点。

8、这里应该提到的是 , 铁铝酸盐水泥熟料被发明前 , 普通硫铝酸盐水泥熟料中的含量都控制在蕊铁铝酸盐水泥被推广生产与使用后 ,有些厂家由于原料条件而将熟料中的含量超出 ,实际生产已由普通硫铝酸盐水泥过渡到了铁铝酸盐水泥 ,而其熟料和水泥的名称未作相应改变。熟料的矿物组成硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成列于表从矿物组成上可更明显地

9、看出 , 铁铝酸盐水泥熟料与普通硫铝酸盐水泥熟料的区别主要在两个方面铁铝酸盐水泥熟料中铁相平均含里高出个百分点 , 而无水硫铝酸钙八引平均含要低个百分点。铁铝酸盐水泥熟料的铁相是含铁、钙较高的产普通硫铝酸盐水泥熟料的铁相则是含铁、钙较低的产四、生产工艺的区别熟料组成是由生产工艺来保证的。铁铝酸盐水泥熟料与普通硫铝酸

10、盐水泥熟料组成的不同 , 必然导致熟料生产工艺的区别 , 包括原材料条件、配料方案和烧成工艺等。, 原材料条件硫铝酸盐水泥熟料生产所用的主要原材料矶土的技术要求列于表众所周知 , 生产铝酸盐水泥熟料时 , 矶土原料的技术要求是含量大于 , 的含量小于。从表可以看出 , 普通硫铝酸盐水泥熟料生产对矾土原料的技术要求大大放宽了。含量可放

11、宽到大于含量放宽到小于。而铁铝酸盐水泥熟料生产对矶土的技术要求更宽了 , 不仅含量可再降低个百分点 , 而且可大于。这说明铁铝酸盐水泥熟料生产可采用更低品位的铝矾土 , 还可采用铁矾土。可见在原材料选择上 , 普通硫铭酸盐水泥生产比铝酸盐水泥具有很大的优势 , 而铁铝酸盐水泥生产则具有更大的优势 , 可利用的矾土资源更广泛。配料方

12、案普通硫铝酸盐水泥熟料生产主要采用石灰石一铝矾土一石膏组分配料 , 也有些厂对铝质原料进行高、低品位搭配使用。铁铝酸盐水泥熟料生产除石灰石一铁矾土一石裔组分配料外 , 有些厂当铝矾土含铁量低时 , 或因铁矾土质地坚硬、生产时破碎机锤头更换频繁、生料易磨性差等问题 , 在生产铁铝酸盐水泥熟料时采用石灰石一铝矾土一铁质调整料

13、石膏组分配料。总之各企业根据自己的原材料条件 , 采用不同的配料方案 , 以制得符合设计组成的熟料。例如 , 唐山北极熊特种水泥厂就曾采用石灰石一铝矾土一铁粉一石膏组分配料生产过铁铝酸盐水泥熟料。可见 , 在硫铝酸盐水泥生产中 , 熟料组成与原材料条件之间的关系不是绝对的 , 往往可以通过不同配料方案的选择来达到设计要求。熟料烧

14、成普通硫铝酸盐水泥熟料烧成温度是土铁铝酸盐水泥熟料烧成温度为土。两者虽然烧成范围相同 , 但烧成温度有较大差别 , 后者要低约。铁铝酸盐水泥生料中铁含量高 , 在锻烧过程中产生较多液相 , 因此 , 铁铝酸盐水泥熟料立升重比普通硫铝酸盐水泥熟料高 ,前者为一后者为一。五、水泥水化体组成的区别水泥由熟料、石膏和各种混合材组成。水泥

15、水化体是在水化过程中由熟料水化物与石膏、混合材相互作用而形成。水泥含的熟料不同 , 水泥的水化体组成也不同。普通硫铝酸盐水泥的水化体组成普通硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物是无水硫铝酸钙户和硅酸二钙。熟料矿物水化时 , 户与石膏或硬石膏发生反应 , 形成高型水化硫铝酸钙产即 , 同时还产生铝胶当石膏或硬石膏加入较低时 , 还会形成低

16、型水化硫铝酸钙产即。熟料中的遇水后形成水化硅酸钙凝胶一一 , 同时析出氢氧化钙旧。该会与、发生二次反应 , 形成和。由于析出较少 , 在水化过程中被消耗殆尽 , 所以在普通硫铝酸盐水泥水化体中不存在 , 水化液相碱度较低 , 日值通常在一之间 , 主要组成为、和一一。普通硫铝酸盐水泥各品种由于石膏或硬石膏和混合材的不同 , 它们的水化体

17、组成在保持该类水化体上述共有的基本组成的基础上略有变化。快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥和自应力硫铝酸盐水泥的水化体组成由于石膏或硬石膏的掺和种类不, 丫同 , 它们的与数和比例有所不同。的数量随石膏或硬石膏的掺量的提高而增加。低碱度硫铝酸盐水泥水化体组成由于掺加大量石灰石而存在少量的水化碳铝

18、酸钙产 , 同时液相的值降到。铁铝酸盐水泥的水化体组成铁铝酸盐水泥主要矿物除户和外还含有大量铁相产。在阐述铁铝酸盐水泥水化体组成之前必须指出 ,由于铁相的影响 , 在所有含铝的水化物中 , 均发生部分被皿代的现象。根据本文作者研究结果 , 随铁相含量不同最大的取代量可达。产凡水化时与石膏或硬石膏进行反应 , 产生 , 、 , 、铁胶和。

19、该类水泥水化过程产生的总较多 , 部分消耗于形成二次水化物 , 尚有少存在于最终形成的水化体组成中。由于存在 , 水化体液相碱度较高 , 日值通常在一。可见 , 铁铝酸盐水泥水化体中除 , 、 , 日、和一一外 , 还有和 , 有时还会发现少 , 和 , , 。铁铝酸盐水泥各品种包括快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥和自应力铁铝酸盐水

20、泥 , 它们的水化体组成基本相同。只是因石膏或硬石膏掺量不同 , 与 , 含量与比例不同 , , 日的含量随石膏或硬石膏的掺量提高而增加。铁铝酸盐水泥与普通硫铝酸盐水泥水化体组成的区别水化体组成的区别列于表致使水泥性能在共性的基础上还有如下一些不同之处。水化放热性能不同水泥品种水化放热速率如图所示。从表中可以清楚地看出 , 铁铝

21、酸盐水泥与普通硫铝酸盐水泥水化体组成中都有、、一一、日。等种组分 , 在铁铝酸盐水泥水化体中除上述种组分外还存在、、 , 普通硫铝酸盐水泥水化液相碱度较低 , 日值为一而铁铝酸盐水泥水化液相碱度较高 , 值为一 , 这些都说明该两种水泥的水化体组成存在一定区别。六、水泥性能的区别铁铝酸盐水泥与普通硫铝酸盐水泥水化体具有共同的基本

22、组分 , 因此与硅酸盐水泥相比 , 它们都有快硬、高强、膨胀、耐腐蚀、抗冻融以及液相碱度低和水化热集中等共同的性能特征。然而 , 这两种水泥水化体组分尚存在一定差别 ,图 , 硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的水化放热速率一快硬铁铝酸盐水泥一快硬硫铝酸盐水泥一普通硅酸盐水泥一矿渣硅酸盐水泥从图可以看出 , 硫铝酸盐水泥各品种的水化放热

23、速度比普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥快得多 , 大部分放热过程都集中在水化龄期天内完成。同时还能看出 , 在硫铝酸盐水泥中快硬铁铝酸盐水泥的放热速率比快硬硫铝酸盐水泥更快 , 前者最高放热峰出现在水化、时龄期 , 后者最高放热峰则在水化、时龄期。另外 , 快硬铁铝酸盐水泥虽然放热速度较快 , 但其水化热总量却比快硬硫铝酸盐水泥略

24、低。硫铝酸盐水泥两个品种系列水化放热速率不同的原因应归结为水泥熟料组成的差异。铁铝酸盐水泥熟料组成中含有大量的产凡。该矿物水化速度较快 , 更重要的是水化过程中形成较多的 , 从而加速了含铁和的形成速度 , 其外在的表现就是放热速度更快和出现的放热最高峰的龄期提前。快硬硫铝酸盐水泥和快硬铁铝酸盐水泥利用其本身水化放热速

25、度快和放热集中的优势 , 成功地应用于冬季施工工程。然而 , 水化放热速率快 , 相应的凝结时间也较短 , 有时它们的可工作时间往往不能满足施工的要求。在这种情况下 , 可掺入少量的硫铝酸盐水泥专用缓凝剂 , 使其达到施工要求的可工作时间。保护钢筋的性能根据实际考察结果 , 普通硫铝酸盐水泥钢筋混凝土中钢筋在水泥水化早期存在轻微的锈

26、斑。在正常情况下 , 此种轻微锈斑在硬化后期和使用期内不再发展。对使用年以上的普通硫铝酸盐水泥混凝土管和建筑物的实际考察结果证明 , 凡制造和建筑质合格的钢筋混凝土构件和建筑物 ,其早期出现的钢筋锈斑并不继续扩展。普通硫铝酸盐水泥钢筋混凝土中钢筋早期锈蚀的原因主要是水化液相碱度低 , 液相日值低于 , 在钢筋表面未能形成钝

27、化膜。由于该种水泥混凝土结构非常致密 , 内部自由水含又较低 , 随着混凝土制作过程中混入的氧气和剩余水分的耗尽 , 新的水和空气不能继续进入其内部 , 钢筋的锈蚀现象便不再扩展。中国水泥在对长期使用的铁铝酸盐水泥钢筋混凝土制品和建筑物的实际考察中 , 没有发现钢筋锈蚀现象。这是因为铁铝酸盐水泥水化液相碱度较高 , 液相日一 , 钢筋

28、表面形成了钝化膜 , 保护钢筋不会被锈蚀。图是快硬铁铝酸盐水泥硬化砂浆阳极极化曲线的测定结果。从图中可以看到硬化砂浆中的钢筋很快就能呈钝化状态。钢筋的钝化膜和混凝土的致密性 , 使水和空气无法通过混凝土的保护层和钝化膜去锈蚀钢筋。水泥混凝土表面的 “ 起砂 ” 粉化现象用普通硫铝酸盐水泥配制的砂浆和混凝土表面往往会出现 “ 起

29、砂 ” 现象或称 “ 粉化 ” 现象 , 这是因为表面失水过快而内部的水分来不及补充 , 以及该种水泥水化液相值较低。有些低碱度水泥如无熟料水泥 , 其配制的砂浆和混凝土构件表面也常常产生类似的起砂现象。如果采取在水泥终凝前及时喷水养护和对表面进行若干次抹平压实等措施 , 可防止水分过快蒸发 , 从而减轻或避免起砂 ” 现象。快硬铁铝酸盐

30、水泥配制的砂浆和混凝土表面非但没有起砂现象 , 而且像高强硅酸盐水泥配制的砂浆和混凝土表面那样洁净、光滑和坚硬 , 其原因 , 显然应归结于它的水化液相日值较高。, 耐腐蚀性能硫铝酸盐水泥各品种具有硅酸盐水泥与之无法比拟的优异耐腐蚀性能。而在该类水泥中铁铝酸盐水泥与普通硫铝酸盐水泥之间在耐腐蚀性能尚有某些差异。表给出快硬

31、硫铝酸盐水泥和快硬铁铝酸盐水泥在快速耐腐蚀实验中对不同腐蚀介质的耐腐蚀性能的试验结果。图快硬铁铝酸盐水泥硬化砂浆阳极极化曲线水泥是膨胀值最高的一个品种 , 自应力值的大小可以反映出膨胀值的高低。本文通过自应力水泥来观察自应力铁铝酸盐水泥与自应力硫铝酸盐水泥在膨胀性能上的区别。按实际测定数据统计 , 表列出不同自应

32、力水泥砂浆的自应力值和各自的稳定期。从表可以看到 , 快硬铁铝酸盐水泥在溶液中的氏值比快硬硫铝酸盐水泥要高出 , 在硫酸盐溶液和硫酸盐与氛盐的复合溶液中也稍高。这些数据说明 , 快硬铁铝酸盐水泥比快硬硫铝酸盐水泥具有更好的耐腐蚀性能。海洋工程实际使用结果进一步表明 , 快硬铁铝酸盐水泥具有更佳的耐海水腐蚀性能。这种性能的差

33、异是快硬铁铝酸盐水泥水化体中含有大量凝胶的缘故。膨胀性能首先应该指出的是膨胀性能是硫铝酸盐水泥性能的重要特征之一。随着膨胀值由低到高的变化 , 硫铝酸盐水泥膨胀类品种可细分为微膨胀、膨胀和自应力三个品种。自应力从表可以看出 , 自应力铁铝酸盐水泥与自应力硫铝酸盐水泥比较 , 前者的自应力值低些 , 但其膨胀期缩短近一半 , 也

34、就是说使用更安全了。从表还可以看到 , 自应力水泥性能与水化液相的值密切相关 , 随着液相值提高 , 自应力值下降 , 膨胀稳定成倍地缩短。从此可作出判断 , 自应力铁铝酸盐水泥之所以自应力值较低和膨胀稳定期较短 ,是因为其水化液相的值较高。水泥对玻璃纤维的俊蚀作用众所周知 , 硅酸盐水泥对玻璃纤维有很强的侵蚀作用 ,这是因为该水泥

35、水化体中存在大旧和水化液相呈很高的碱性。实验结果表明 , 快硬铁铝酸盐水泥对玻璃纤维的侵蚀比快硬硫铭酸盐水泥严重 , 显然是因为前者水化体中含有并具有较高的液相碱度。在普通硫铝酸盐水泥系列中 , 低碱度硫铝酸盐水泥是对玻璃纤维侵蚀最弱的一个品种。图表示在的低碱度硫铝酸盐水泥水化液相中抗碱玻璃纤维强度保留率的变化规律。从

36、图中可以看出 , 抗碱玻璃纤维在的低碱度硫铭酸盐水泥水化液相浸泡时 , 前期强度下降明显 , 到第天开始稳定 , 强度下降甚微 , 说明水泥对抗碱玻璃纤维的侵蚀基本停止。这是由于低碱度硫铝酸盐水泥水化体中不仅没有, 而且与硫铝酸盐水泥其它品种相比具有最低的液相碱度 , 值为蕊。因此 , 低碱度硫铝酸盐水泥与抗碱玻璃纤维复合能使制品获得

37、最理想的耐久性。, 勺圈在的低碱度硫铝酸盐水泥水化液相中抗碱玻瑞纤维强度保留率的变化规律七、水泥应用的选择硫铝酸盐水泥已成功地应用于冬季施工、快速施工、各种修补、地下和海洋等特种工程 , 以及特种水泥混凝土构件和制品等。最近更开发了将硫铝酸盐水泥熟料配制成用于硅酸盐水泥混凝土的各种外加剂 , 以提高砂浆和混凝土的致密

38、度 , 减少或消除混凝土裂缝 , 以及使其获得某种特殊性能使硫铝酸盐水泥的应用提升到又一个高技术平台 , 获得新的发展生机。在长期的研究和使用中 , 硫铝酸盐水泥品种增多、应用领域扩大 , 对其各品种性能的了解不断深入。因此 , 提出一个应用上最佳选择问题。现就硫铝酸盐水泥在若千领域应用中的选择提出一些建议。玻璃纤维增强水泥制品制

39、品该制品生产对水泥的基本要求是水泥的水化液相碱度在整个水化过程中必须保持在一个较低的水平 , 即小于。为满足这个要求 , 采用水化液相日值蕊的低碱度硫铝酸盐水泥是最佳选择 , 目前尚没有任何品种水泥可以代替它。快硬硫铝酸盐水泥水化液相碱度比低碱度硫铝酸盐水泥高 , 但比快硬铁铝酸盐水泥低 , 更重要的是水化产物中不存在。所以

40、在某些特殊情况下也可以用于制品生产。实验结果表明 , 快硬铁铝酸盐水泥对玻璃纤维的腐蚀作用较严重 , 在制品生产中不可使用该种水泥。自应力水泥压力管在自应力水泥压力管的生产中 , 大多数厂采用自应力硫铝酸盐水泥 , 少数厂采用自应力铁铝酸盐水泥。长期使用结果表明 , 自应力硫铝酸盐水泥与自应力铁铝酸盐水泥相比 , 前者自应力值较高

41、 , 膨胀稳定期较长 , 使用安全性较差 , 以至管子破裂现象时有发生 , 阻碍了自应力水泥压力管的发展与应用。为了提高自应力硫铝酸盐水泥的使用安全性 , 研究者提出限制熟料中户含的办法。此办法可在一定程度上能减少或消除 “ 延迟钙矾石 ” 形成 , 提高自应力水泥压力管使用安全性。而作者认为 , 解决自应力水泥压力管安全性的最佳选择是采

42、用自应力铁铝酸盐水泥。这种水泥虽然自应力值低些 , 但因为它在水化过程中产生较多的 , 加速了的形成 , 使膨胀稳定期缩短。同样由于水化液相碱度较高 , 没有钢筋锈蚀问题 ,使用安全性比自应力硫铝酸盐水泥好得多。冬季施工工程硫铝酸盐水泥用于冬季施工工程可省去通常使用的蒸气保温措施 , 具有很高的经济效益 , 目前尚无其他水泥可取代 ,

43、其应用前景极佳。在冬季施工中最好采用铁铝酸盐水泥系列中的快硬铁铝酸盐水泥。该品种与普通硫铝酸盐水泥系列中的快硬硫铝酸盐水泥相比 , 放热速度快 , 放热较集中 , 更有利于冬季施工。另外 , 快硬铁铝酸盐水泥没有早期钢筋锈蚀和 “ 起砂 ” 等问题 , 使用安全性更好。海洋工程海洋建筑物的修补是硫铝酸盐水泥应用前景十分看好的领域之一。

44、使用的水泥品种应首选快硬铁铝酸盐水泥。实验室研究和海洋工程实际应用效果都表明快硬铁铝酸盐水泥的早强、抗海水腐蚀和抗冲刷性能均优于包括快硬硫铝酸盐水泥在内的任何一种水泥 , 是目前最理想的海洋工程用水泥品种。混凝土外加剂目前采用硫铝酸盐水泥熟料配制的混凝土外加剂和特殊材料主要有堵漏剂、抗裂防水剂、混凝土减缩密实

45、剂或膨胀剂、灌浆和各种修补材料等。配制这种外加剂和特种材料时 , 主要采用普通硫铝酸盐水泥熟料。中国建筑材料科学研究院杰出的水泥化学家赵宇平在开发 “ 防水宝 ” 产品过程中 , 为选择主要原材料曾对普通硫铝酸盐水泥熟料与铁铝酸盐水泥熟料作了防水效果的对比实验。实验结果表明 , 后者防水性能更好 , 于是决定选用铁铝酸盐水泥熟料作

46、为 “ 防水宝 ” 的主要原料。这些情况说明 , 硫铝酸盐类水泥用于制作混凝土外加剂时 , 应根据外加剂性能要求并通过实验选用相应的品种。、结束语铁铝酸盐水泥是硫铝酸盐水泥中的一个重要系列 , 与普通硫铝酸盐水泥相比 , 具有独特的性能 , 在工程使用上 ,更具有其自身的优势。目前有相当数的工厂生产铁铝酸盐水泥。如果硫铝酸盐水泥国家标

47、准中不列入铁铝酸盐水泥 , 则会给这些工厂生产带来困难。国家标准中不包括铁铝酸盐水泥是一个失误。希望今后在修订硫铝酸盐水泥国家标准时进行增补。在世纪一年代 , 尤其是年代 , 硫铝酸盐水泥曾在各种工程和制品上大量应用。由于至今尚未能制定出针对该类水泥的使用规程 , 目前这种水泥在工程上的应用基本处于停顿状态 , 应用最极少。显然 , 制定使用规程已成为硫铝酸盐水泥能否在工程上推广应用的关键。希望硫铝酸盐水泥生产厂家联合起来 , 采取有效措施 , 积极推动有关部门尽快制定出硫铝酸盐水泥在各种工程上的使用规程。衷心希望硫铝酸盐水泥能继续蓬勃发展。口中国水泥

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