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第十章 特性水泥和专用水泥

2020-07-15 17:41 作者:菠菜评级 点击:

  第十章 特性水泥和专用水泥._物理_自然科学_专业资料。第十章 特性水泥和专用水泥.

  第十章 特性水泥和专用水泥 本章学习要点 本章要求了解特种水泥的概念和分类,掌握每类 特种水泥的概念、分类、技术指标、生产工艺、主要 特性矿物的水化硬化性能、突出特性和主要用途等。 特别是掌握硫铝酸盐、氟铝酸盐、铁铝酸盐、铝酸盐 矿物的水化硬化胶凝性能。 10.1 概述 特性水泥和专用水泥统称为特种水泥,也即指通 用水泥以外的水泥。目前我国已研制开发了70多种特种 水泥。 10.1.1 特种水泥的分类 1、按特种水泥所含矿物分类 特种水泥通常可分成六大系列产品,它们是:硅酸 盐水泥系列(除通用水泥外)、铝酸盐水泥系列、硫铝 酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、 其他(包括无熟料、少熟料)水泥系列。 2、特种水泥的功能或用途分类 ①快硬高强水泥 ②水工水泥 ③油井水泥 ④装饰水泥 ⑤膨胀和自应力水泥 ⑥其他 10.1.2 特种水泥的生产状况 目前我国特种水泥生产年产量低,仅占全国水 泥总产量的2﹪以下,与发达国家7﹪~9﹪的生产规 模相比有相当的差距。 10.2 快硬水泥 10.2.1 快硬硅酸盐水泥 1、快硬硅酸盐水泥技术要求 ①氧化镁含量:≤5.0% ②三氧化硫含量:≤4% ③水泥细度:筛余≤10% ④凝结时间:初凝≥45min,终凝≤10h ⑤安定性:合格 ⑥强度:不得低于标准规定值 2、快硬硅酸盐水泥生产工艺 (1)设计合理的矿物组成。 (2)适当提高水泥的比表面积。 (3)适当增加石膏的含量。 3、快硬硅酸盐水泥性能与用途 快硬硅酸盐水泥早期强度高,1d抗压强度为28d的30%~ 35%,后期强度呈持续增长趋势;其凝结时间正常,一般初凝 时间为2~3h;水泥的水化热较高,早期干缩率亦较大。 主要用于抢修工程、军事工程、预应力混凝土制件。 10.2.2 快硬硫铝酸盐水泥 以适当成分的生料,经煅烧所得以无水硫铝酸 钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料,加入适量石 膏和0~10%的石灰石,磨细制成的早期强度高的水 硬性胶凝材料,称为快硬硫铝酸盐水泥,代号 R·SAC。快硬硫铝酸盐水泥的标号以3d抗压强度表 示,分425、525、625、725四个标号。 1、快硬硫铝酸盐水泥技术指标 ◆比表面积 比表面积不得低于350m2/kg。 ◆凝结时间 初凝不得早于25min。终凝不迟于3h。 ◆强度 各龄期强度不得低于国家标准值 2、快硬硫铝酸盐水泥生产工艺 ◆原料 铝质原料(矾土)、石灰质原料(石灰石)和石膏。 要求石灰石中CaO>52%。MgO<1.5%;矾土中Al2O350%~ 65%,SiO2<25%;二水石膏SO3>38%,MgO<3%,也可以 使用相应质量的无水石膏。 ◆熟料的组成与率值 熟料矿物以无水硫铝酸钙3(CaO·Al2O3)·CaSO4(简 写为C4A3)和硅酸二钙β -C2S为主,还有少量的CaSO4、 钙钛矿(CT)和含铁相等。熟料的化学组成大致为 CaO40%~44%,Al2O318%~22%,SiO28%~12%,Fe2O36%~ 10%,SO312%~16%,其相应的矿物组成一般是C4A336%~ 44%,β -C2S23%~34%,C2F10%~27%,CaSO44%~17%。 ◆煅烧 生产C4A3—β -C2S型水泥熟料,一般采用干法 回转窑生产,也可以用立窑生产。生料细度控制在 0.080mm方孔筛筛余<10%。熟料煅烧温度为1250~ 1350℃,不宜超过1400℃,否则CaSO4分解,C4A3也 分解。 ◆水化 C4A3和石膏形成钙矾石和Al(OH)3凝胶,石膏量少 时,后来生成低硫型硫铝酸钙。由于较低温度形成的 C2S水化较快,生成C-S-H凝胶,而AH3和C-S-H凝胶填充 在水化硫铝酸钙之间,加固和致密水泥石的结构,故水 泥早期强度高。改变水泥中石膏的掺入量,可以制得快 硬不收缩、微膨胀、膨胀和自应力水泥。 3、快硬硫铝酸盐水泥性能和用途 C4A3—β -C2S型水泥的初凝时间0.5~1h,终凝时 间1~1.5h;长期强度稳定,并有所增长。低温性能较 好,气温在-5℃以上时,不必采取任何特殊措施,就 可以正常施工。 可用于紧急抢修工程,如接缝、堵漏、锚喷、抢 修飞机跑道、公路等,适合于冬季施工工程、地下工 程、配制膨胀水泥和自应力水泥以及玻璃纤维砂浆等, 但不适应于在100℃以上环境下使用。 10.2.3 快硬氟铝酸盐水泥 以矾土、石灰石、萤石(或再加石膏)经配料煅 烧得到的以氟铝酸钙(C11A7·CaF2)为主要矿物的熟料, 再与石膏一起磨细而成的水泥为快硬氟铝酸盐水泥。 1、快硬氟铝酸盐水泥矿物组成 主要矿物为氟铝酸钙、阿利特、贝利特和铁铝酸钙固 溶体。 2、快硬氟铝酸盐水泥配料 先设计水泥熟料的矿物组成,然后计算出熟料的化学 成分,再用试配法进行配料。 3、快硬氟铝酸盐水泥生产工艺 烧成温度一般控制在1250~1350℃,火焰温度控制在 1350~1400℃,温度过高,易结大块,易结圈;温度过低, 容易产生生烧。熟料要求急冷。水泥粉磨细度要求较高, 一般比表面积控制在500~600m2/kg。 4、快硬氟铝酸盐水泥性能与用途 快硬氟铝酸盐水泥凝结很快,硬化很快。 快硬氟铝酸盐水泥可用于抢修工程,用作喷锚用的喷射 水泥。由于其水化产物钙矾石在高温迅速脱水分解,它可用 作铸造业用的型砂水泥。 10.2.4 快硬铁铝酸盐水泥 以适当成分的生料,经煅烧所得以铁相、无水 硫铝酸钙和硅酸钙为主要矿物的熟料,加入适量石 灰石和石膏,磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝 材料。 1、快硬铁铝酸盐水泥技术要求 比表面积、凝结时间、游离氧化钙符合表12.6 的规定。 项目 比表面积(m2/kg) 凝结时 间 ( min) 初凝 终凝 游离氧化钙(%) 技术要求 不小于380 不早于25 不迟于180 不大于0.4 2、快硬铁铝酸盐水泥生产工艺 (1)熟料的化学成分及矿物组成 主要化学成分分为CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、SO3,主 要矿物为C4A3、β -C2S、C4AF。 (2)原料、燃料 配料采用三组分配料:石灰石、铁矾土、石膏。 (3)煅烧 煅烧设备为回转窑。烧成温度一般为1250~1350℃,。 (4)粉磨 在水泥粉磨过程中,比表面积应控制在350m2/kg 以上,一般为350~400m2/kg的范围。 3、快硬铁铝酸盐水泥的特性和用途 (1)早强高强 (2)抗冻性 (3)耐蚀性能好 (4)高抗渗性能 快硬铁铝酸盐水泥适合于冬季施工工程、抢修 工程、配制喷射混凝土及生产预制构件等。 10.3 抗硫酸盐水泥 凡以适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量的石 膏,磨细制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶 凝材料,称为抗硫酸盐硅酸盐水泥,简称抗硫酸盐水 泥。按其抗硫酸盐侵蚀分为中抗硫酸盐水泥和高抗硫 酸盐水泥两类。 抗硫酸盐水泥的技术要求 中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥的标号均有两种, 分为425、525两个标号。各标号水泥的各龄期强度不低 于下表中的所列数据。 水泥标号 425 525 抗压强度(MPa) 3d 28d 16.0 42.5 22.0 52.5 抗折强度(MPa) 3d 28d 3.5 6.5 4.0 7.0 抗硫酸盐水泥的生产技术 抗硫酸盐水泥的生产工艺基本上与硅酸盐水泥生产 相似,不同之处在于熟料矿物有所区别。对于抗硫酸盐 水泥熟料,由于KH值低、n值高、p值也较低,所以熟料 的形成热较硅酸盐水泥熟料低,易于烧成。对于回转窑 的窑皮维护不利,应加强稳定热工制度、严格控制熟料 的结粒情况;对于立窑来讲,应加强熟料烧成控制,浅 暗火操作,快烧快冷,减少中间结大块,提高立窑煅烧 能力。 抗硫酸盐水泥的性能与主要用途 抗硫酸盐侵蚀性能好。中抗硫水泥可以抵御SO42-离 子浓度2500㎎/L的纯硫酸盐溶液的腐蚀,高抗硫水泥可以 抵御SO42-离子浓度8000㎎/的腐蚀,最高可抗SO42-离子浓 度(1~2)×104㎎/L。 主要用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下、隧道、 引水、道路和桥梁基础等工程。 10.4 装饰水泥 装饰水泥指白色水泥和彩色水泥。装饰水泥主要用于 建筑装饰工程,可配制成彩色灰浆或制造各种彩色和白色 混凝土,如水磨石、斩假石等。白色和彩色水泥与其他天 然的和人造的装饰材料相比,具有使用方便、价格较低廉、 耐久性好等优点。 10.4.1 白色水泥 凡以适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅酸钙为 主要成分,氧化铁含量少的熟料,加入适量的石膏,磨细 制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥(简称白色水 泥)。白色硅酸盐水泥的白度与产品等级划分如表 白水泥等级 优等品 一级品 合格品 白 级别 特级 一级 二级 二级 三级 度 白度﹪) 86﹪ 84﹪ 80﹪ 80﹪ 75﹪ 标号 625、525 525、425 525、425 325 425、325 10.4.2 彩色水泥 彩色水泥的生产方法有两种: 一种是直烧制法,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。彩色水 泥熟料颜色的深浅随着着色剂的掺量而变。 另一种混合法制造彩色水泥,它是在白水泥中或硅 酸盐水泥中掺入适量的着色物质,粉磨成彩色水泥。所 用着色剂要求对光和大气的耐侯性好,不溶于水,并能 耐碱,对水泥石不起破坏作用,也不能使水泥的强度显 著下降。 10.5 道路水泥 凡由道路硅酸盐水泥熟料,0~10﹪活性材料和适量 石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为道路硅酸盐水泥, (简称道路水泥)水泥粉磨时允许加入不损害水泥性能 的助磨剂,其加入量不得超过水泥质量的1%。 10.5.1 道路水泥的技术要求 标号分为425、525、625三个标号,各标号龄期不得低于表 水泥标号 425 525 625 抗压强度(MPa) 3d 28d 22.0 42.5 27.0 52.5 32.0 62.5 抗折强度(MPa) 3d 28d 4.0 7.0 5.0 7.5 5.5 8.5 10.5.2 道路水泥的生产技术 生产道路水泥主要是通过改变水泥熟料的矿物组成、 粉磨细度、石膏加入量及外掺剂来达到。与普通水泥熟料 相比,一般适当提高C3S、C4AF含量。水泥的耐磨性与水泥 的抗压强度有较好的相关性,因此提高水泥熟料中的C3S含 量,可以提高水泥的强度。C4AF的脆性小,体积收缩小,提 高C4AF的含量,对提高水泥的抗折强度及耐磨性有利。 在煅烧方面,道路水泥可以采用回转窑煅烧,也可以 在立窑上煅烧。 10.5.3 道路水泥的性能和用途 性能主要有以下特点 ①耐磨性好 ②强度高 ③干缩性小 ④水化热低,耐久性好 道路水泥最适宜各类混凝土路面工程,使用于耐磨、 抗干缩等性能要求较高的其他工程。 10.6 油井水泥 概述 我国油井水泥分为A、B、C、D、E、F、G、H、J九个级别, 包括普通型、中等抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三类。 (1)A、B、C、D、E、F级油井水泥是由水硬性硅酸钙为主 要成分的水泥熟料,加入适量的石膏和助磨剂,磨细制成的产 品。在粉磨混合D、E、F级水泥的过程中,允许掺加适量的促 凝剂。 ? (2)G、H级油井水泥是有水硬性硅酸钙为主要成分的水泥 熟料,加入适量的石膏和水,磨细制成的产品,在混磨与混 合过程中,不允许掺加任何其他外加剂。 ? (3)J级油井水泥由水硬性硅酸钙为主要成分的水泥熟料, 加入适量的硅质材料和石膏,磨细制成的产品。 油井水泥的使用范围 (1)A级油井水泥 无特殊性能要求时,适应于自地面至1830m井深的注 水泥。仅有普通型。 (2)B级油井水泥 适用于自地面至1830m井深的注水泥。分为中抗硫酸 型和高抗硫酸盐型两种。 (3)C级油井水泥 要求具有高早强度,适应于自地面至1830m井深的注水泥。 分为普通型、中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型三种。 (4)D级油井水泥 适用于中温中压条件的1830-3050m井深水泥。分为中抗硫 酸盐型和高抗硫酸盐型。 (5)E级油井水泥 适用于高温高压条件的3050-4270m井深的注水泥。分为中 抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。 (6) F级油井水泥 适用于高温高压条件的3050-4880m井深的注水泥。分 为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。 (7)G级油井水泥 是一种基本油井水泥。适用于自地面至2440m井深的注 水泥。分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。与促凝剂或缓 凝剂一起使用,能适用于较大的井深和温度范围。 (8)H级油井水泥 是一种基本水泥。适用与自地面至2440m井深的注 水泥,分为中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。与促凝剂或 缓凝剂一起使用能适应于较大的井深和温度范围。 (9)J级油井水泥 缓凝剂一起使用,能适应与较大的井深和温度范围。 适用于超高温高压条件下的3660~4880m井深的注水泥。 与促凝剂或缓凝剂一起使用能适应于较大的井深和温度 范围。 10.7其他特种水泥 10.7.1 砌筑水泥 凡由活性混合材料或水硬性工业废渣,加入少量的硅 酸盐水泥熟料和石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为砌 筑水泥。 ? 10.7.2 耐酸水泥 凡由耐酸填料(一般采用石英岩、熔融辉绿岩或陶瓷碎 片)和硬化硅酸钠(水玻璃),按适当比例配合,共同磨细 或分别磨细后混合均匀制成的具有抗酸腐蚀性能的化学硬化 型胶凝材料。使用时加适量硅酸钠液体拌合,制备耐酸砂浆 或混凝土。 10.7.3 耐高温水泥 耐高温水泥与耐火集料配制的耐火混凝土广泛用于 石油、冶金、化工、电力及建材工业的各种窑炉上。 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥同属水工水 泥。其主要特点为低热水化热,主要适用于大坝和大体 积混凝土,在1989年前命名为大坝水泥,现在国家标准 重新命名现在名称。 10.7.4 膨胀和自应力水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、高铝水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料, 加入适量石膏和其他有关天然或粒化高炉矿渣、粉煤灰、石膏 等材料,按适当比例磨细制成的具有膨胀性的水硬性胶凝材料, 称为膨胀水泥。 ? 10.7.5 辐射水泥 ? 从解决防辐射混凝土结构材料来看,混凝土材料可以同 时兼有轻元素和重元素,具有复合防辐射能力。一方面精选 混凝土集料,另一方面生产具有较高防辐射能力的专用水泥 品种。我国已研制成功的防护水泥,主要是防γ 射线和X射 线的钡水泥和防中子的硼水泥。 12.7.6生态水泥 生态水泥,是指利用城市垃圾焚烧灰渣、下水道污 泥、工业废渣赤泥等,经过一定的生产工艺制成的无公 害与环境谐调型水泥。生产生态水泥是保护环境并使废 弃物在资源化的有效途径。生态水泥是一种新型的硅酸 盐水泥,含有20%左右的C11A7·CaCl2。 本章学习小结 特种水泥的学习从概念和应用入手,掌握每种水泥的 执行标准(国家标准、建材行业标准)、水泥熟料矿物组 成、化学组成、技术要求、原料要求、配料计算、生产工 艺、水泥的水化凝结硬化、水化产物及强度和水泥的耐久 性。本章中,多数特种水泥是在硅酸盐水泥基础上,通过 配料和混合材料的搀量的改变实现水泥的某一突出特性。 要求掌握新的熟料矿物煅烧、水化和硬化特性,如无水硫 铝酸钙、氟铝酸钙、铝酸盐矿物。对水玻璃、磷酸和磷酸 盐、氧氯镁水泥、生态水泥和辐射水泥等有一定的了解。

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