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铝酸盐水泥水化机理
一, 高铝水泥的组成
高铝水泥,又称矾土水泥或铝酸盐水泥,是以铝酸钙为主的熟料经磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥以Al2O3、CaO和SiO2为主要成分,水泥的组成可能是C12A7、CA和C2S、CA、C2S和CA、C2AS和CA2。
1, 铝酸一钙(CA)
CA是高铝水泥的主要矿物,它使高铝水泥的初始强度发展速率远比高C3S含量的硅酸盐水泥快。其特点是凝结正常,硬化迅速,是高铝水泥强度的主要来源。但AC含量过高时,强度发展主要集中在早期,后期强度增进率不显著。
2, 二铝酸一钙(CA2)
高铝水泥中CaO含量较低时,CA2较多。其水化较慢,早期强度低,但后期强度不断增长。如果CA2含量过高,将影响高铝水泥的快硬性能。但随CA2增加,水泥的耐热性能提高。质量优良的高铝水泥,其矿物组成一般以CA和CA2为主。
3, 七铝酸十二钙(C12A7)
C12A7晶体中铝和钙的配位极不规则,其结构中存在大量空腔,水极易进入。因此,C12A7水化、凝结极快,但强度不及CA高。当水泥中C12A7较多时,水泥出现快凝,甚至强度倒缩,耐热性下降。
4, 钙铝黄长石(C2AS)
C2AS也称吕方柱石,因为此晶格中离子配位对称性很高,故水化活性极低。
5, 六铝酸一钙(CA6)
CA6是低钙铝酸盐水泥中常见的一种矿物,为惰性矿物,无水硬性。
但CA6能提高水泥的耐热性。
高铝水泥熟料的主要化学成分为CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3,还有少量的MgO、TiO2等。下列为各国生产高铝水泥成分组成。
二,高铝酸水泥中另外的成分及作用
1, 氧化铝
氧化铝过低,熟料中易出现C12A7,使水泥快凝,强度下降;氧化铝过高,CA2过多,亦使水泥早期强度降低。
2, 氧化钙
氧化钙含量过高,熟料中易出现C12A7,使水泥快凝;氧化钙过低,大量形成CA2,使水泥早期强度降低。
3, 二氧化硅
适量二氧化硅(4%~5%)能促进生料更均匀地烧结,加速熟料形成。
但二氧化硅增加,C2AS含量相应增加,水泥的早期性能降低。一般认为,熟料中二氧化硅含量不超过10%。
4, 氧化铁
少量氧化铁能使熟料易于烧结,但超过4%时熟料容易产生夹馅现象,即表面正常,但内部生烧,使水泥的凝结变快,强度降低。
5, 氧化镁
氧化镁常以碳酸镁形式存在于石灰石中,少量氧化镁(1%~2%)能加速熟料生成,降低高铝熔融物的粘度和熔融温度。但随氧化镁增多,镁铝尖晶石亦相应增加,MA不具有胶黏性,在生产中氧化镁含量应少于2%。
四,高铝水泥的水化及硬化
高铝水泥的主要矿物为CA,由于CA结构中Ca、Al的配位极不规则,水化极快,因此,其水化产物与温度关系极大。一般认为:
当温度为15~20℃时:CA+10H→CAH10
当温度为20~30℃时:(2m+n)CA+(10n+11m)H→nCAH10+mC2AH8+mAH3
m与n之比随温度提高而增加。
当温度>30℃时:3CA+12H→C3AH6+2AH3
CA2的水化与CA相同:
当温度为15~20℃时:2CA2+26H→2CAH10+2AH3
温度为20~30℃时:2CA2+17H→C2AH8+3AH3