特种水泥PPT课件

1、特性水泥 1、快硬高强水泥 2、抗硫酸盐型硅酸盐水泥 3、油井水泥 4、白色水泥 5、彩色水泥 6、道路水泥 7、补偿收缩水泥 8、砌筑水泥 9、防辐射水泥 10、耐高温水泥第1页/共51页快硬高强水泥快硬高强水泥（1 1）特点：凝结时间短、硬化快、早期强度）特点：凝结时间短、硬化快、早期强度高高 以以3 3天强度来划分等级天强度来划分等级（2 2）组成：）组成：PCPC系列（硅酸盐水泥）系列（硅酸盐水泥） CSACSA系列（硫铝酸盐水泥）系列（硫铝酸盐水泥）（3 3）用途：需要快速施工的工程、抢修工程、）用途：需要快速施工的工程、抢修工程、 冬季施工冬季施工第2页/共51页抗硫酸盐型硅酸盐水

2、泥抗硫酸盐型硅酸盐水泥（1 1）特点：有较强的抵抗硫酸根离子腐蚀）特点：有较强的抵抗硫酸根离子腐蚀 的能力、水化热低的能力、水化热低（2 2）组成：硅酸盐系列改变熟料矿物组成）组成：硅酸盐系列改变熟料矿物组成（降低硅酸三钙（降低硅酸三钙50%和铝酸三钙含量和铝酸三钙含量5% ）（3 3）用途：水利工程、地下工程、海港工）用途：水利工程、地下工程、海港工 程、隧道工程、桥梁基础等程、隧道工程、桥梁基础等第3页/共51页油井水泥（1 1）特点：流动性好、快凝）特点：流动性好、快凝 初凝、终凝时间间隔短初凝、终凝时间间隔短 在高温高压环境中凝结硬化在高温高压环境中凝结硬化（2 2）组成：硅酸盐系列改

3、变矿物比例）组成：硅酸盐系列改变矿物比例（3 3）用途：用于油田固井）用途：用于油田固井第4页/共51页白色水泥白色水泥（1 1）特点：颜色为白色，白度是重要的性）特点：颜色为白色，白度是重要的性 能指标能指标（2 2）组成：控制）组成：控制FeFe含量含量（3 3）用途：建筑装饰）用途：建筑装饰第5页/共51页彩色水泥（1 1）特点：按照使用要求可配制出红色、）特点：按照使用要求可配制出红色、 绿色等彩色水泥绿色等彩色水泥（2 2）组成：一般为硅酸盐系列）组成：一般为硅酸盐系列（3 3）制备方法：白水泥）制备方法：白水泥+ +颜料颜料 在原材料中配入着色剂烧制在原材料中配入着色剂烧制（4 4

4、）用途：建筑装饰）用途：建筑装饰第6页/共51页道路水泥道路水泥（1 1）性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击）性能特点：耐磨性好、抗冻性好、抗冲击 性好、收缩小、弹性好性好、收缩小、弹性好（2 2）组成：硅酸盐系列水泥中增加含铁矿物）组成：硅酸盐系列水泥中增加含铁矿物（3 3）用途：公路路面）用途：公路路面第7页/共51页补偿收缩水泥补偿收缩水泥（1 1）特点：具有微膨胀性）特点：具有微膨胀性（2 2）组成：）组成：CSACSA系列系列（3 3）用途：防止混凝土开裂）用途：防止混凝土开裂第8页/共51页砌筑水泥砌筑水泥（1 1）特点：强度要求不高，流动性好）特点：强度要求不高，流动性好（2

5、2）组成：硅酸盐系列）组成：硅酸盐系列（3 3）用途：用于砌筑和抹灰）用途：用于砌筑和抹灰第9页/共51页防辐射水泥防辐射水泥（1 1）特点：密度大、水化热小、抗拉强度高）特点：密度大、水化热小、抗拉强度高（2 2）组成：含有）组成：含有BaBa、SrSr等重金属离子等重金属离子（3 3）用途：用于阻挡或防护原子核反应堆辐射）用途：用于阻挡或防护原子核反应堆辐射第10页/共51页耐高温水泥耐高温水泥（1 1）特点：耐高温、耐腐蚀）特点：耐高温、耐腐蚀（2 2）组成：主要为铝酸盐系列）组成：主要为铝酸盐系列 另外还有磷酸盐系列另外还有磷酸盐系列（3 3）用途：窑炉内衬（电力、石化、冶金、建）用途

6、：窑炉内衬（电力、石化、冶金、建材）材）第11页/共51页 硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥第12页/共51页第一系列水泥：第一系列水泥：以以C C3 3S S矿物为主的各种矿物为主的各种硅酸盐硅酸盐水泥。水泥。第二系列水泥：第二系列水泥：以以CACA矿物为主的各种矿物为主的各种铝酸盐铝酸盐水泥。水泥。第三系列水泥：第三系列水泥：以以C C4 4A A3 3矿物为主的各种矿物为主的各种硫铝酸盐硫铝酸盐水泥。水泥。2020世纪世纪7070年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥年代初，中国发明了普通硫铝酸盐水泥水泥的种类水泥的种类第13页/共51页定义 硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，经低

7、温硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，经低温（13001350）煅烧而成的无水硫铝酸钙（）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C4A3）和硅酸二钙）和硅酸二钙（C2S）为主要矿物组成的熟料，掺加适量混合材（石膏和石灰石等）为主要矿物组成的熟料，掺加适量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性共同粉磨所制成的具有早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性胶凝材料。胶凝材料。第14页/共51页 硫铝酸盐水泥是中国建筑材料科学院于1975研究和开发的一种特种水泥，它是以3CaO3Al2O3CaSO4为主要矿物的水泥。该水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、

8、耐腐蚀和低碱度等优良特性。目前我国硫铝酸盐水泥主要有快硬硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥等五个品种。 第15页/共51页 从无水硫铝酸钙从无水硫铝酸钙C C4 4A A3 3 复合矿物研究中已开复合矿物研究中已开发出硫铝酸盐水泥系列。这个系列包括普通硫铝发出硫铝酸盐水泥系列。这个系列包括普通硫铝酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥（又称铁硫酸盐水酸盐水泥和高铁硫铝酸盐水泥（又称铁硫酸盐水泥）。泥）。 硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的生产工艺完硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥的生产工艺完全一样，区别仅在于两者的铁相矿物含量高低不全一样，区别仅在于两者的铁相矿物

9、含量高低不同。同。 硫铝酸盐水泥的种类硫铝酸盐水泥的种类第16页/共51页快硬铁铝酸盐水泥RFAC高强铁铝酸盐水泥HFAC膨胀铁铝酸盐水泥EFAC自应力铁铝酸盐水泥SFAC高铁硫铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥RSAC高强硫铝酸盐水泥HSAC膨胀硫铝酸盐水泥ESAC自应力硫铝酸盐水泥SSAC低碱度快硬硫铝酸盐水泥普通硫铝酸盐水泥第17页/共51页早强高强性能：快硬硫铝酸盐水泥不仅有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度。同时具有满足使用要求的凝结时间。12h1d抗压强度可达3550MPa；抗折强度可达6.57.5MPa。3d抗压强度可达5070MPa；抗折强度可达7.58.5MPa。根据3d水泥胶

10、砂抗压强度确定水泥标号。目前市场出售的水泥标量为425、525、625 三种。该两种水泥已有1020年的生产历史。从510年水泥和混凝土长期强度结果可以看出，随养护龄期的增长，强度不断增长，最高强度可达100MPa。硫铝酸盐水泥具有以下特点： 第18页/共51页高抗冻性能：快硬硫铝酸盐水泥表现出极好的抗冻性。它具有以下几个特点：a.在010低温下使用，早期强度是硅酸盐水泥的58倍。b.在0-20负温下使用，加入少量防冻剂，混凝土入模温度维持在5以上，则可正常施工。混凝土37d强度可达设计标号的7080%。c.在正负温交替情况下施工，对后期强度增长影响不大。实验室200次冻融循环，混凝土强度损失

11、不明显。抗冻标号可达200以上。 第19页/共51页 耐蚀性能：硫铝酸盐水泥对海水、氯盐（NaCl、MgCl2）、硫酸盐（Na2SO4、MgSO4、(NH4) 2SO4）、尤其是它们的复合盐类（MgSO4+ NaCl）等，均具有极好的耐蚀性。快硬铁铝酸盐水泥的耐蚀性优于快硬硫铝酸盐水泥。从2年耐腐蚀实验室结果可以看出，耐蚀系数均大于1，明显优于高抗硫硅酸盐水泥和高铝水泥。 高抗渗性能：硫铝酸盐水泥的水泥石结构较致密，因此混凝土抗渗性是同标号硅酸盐水泥混凝土的23倍。 第20页/共51页我国硫铝酸盐水泥应用市场用量及品种第21页/共51页硫铝酸盐水泥的应用 硫铝酸盐水泥在我国已成功地应用于各种建

12、筑工程（尤其是冬季施工工程）、海港工程、地下工程，各种水泥制品和预制构件，如水泥压力管、高强桩、大型梁柱以及各种GRC制品。 第22页/共51页玻璃纤维增强水泥制品（GRC制品） 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11.0。为满足这个要求，采用水化液相pH值10.5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Ca(OH)2。所以在某些特殊情况下也可以用于GRC制品生产。实验结果表明，快硬铁铝酸盐水泥对玻璃纤维的

13、腐蚀作用较严重，在GRC制品生产中不可使用该种水泥。 第23页/共51页 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。 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，其应用前景极佳。 第24页/共51页海洋工程 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。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。第25页/共51页 硫铝

14、酸盐水泥生产工艺跟传统硅酸盐水硫铝酸盐水泥生产工艺跟传统硅酸盐水泥相比，生料中石灰石的配入量大大降低，泥相比，生料中石灰石的配入量大大降低，用于分解用于分解CaCOCaCO3 3的热耗大幅度降低，放出的热耗大幅度降低，放出COCO2 2大大降低，且熟料烧成温度较低，理论热耗大大降低，且熟料烧成温度较低，理论热耗较低，烧成范围较宽，节约能量。较低，烧成范围较宽，节约能量。硫铝酸盐水泥生产的工艺特点硫铝酸盐水泥生产的工艺特点第26页/共51页硫铝酸盐水泥的原燃材料硫铝酸盐水泥的原燃材料原材料原材料：铝质原料（主要提供铝质原料（主要提供Al2O3，也提供，也提供SiO2和和Fe2O3）石灰质原料（主

15、要提供石灰质原料（主要提供CaO）硫系原料（主要提供硫系原料（主要提供SO3）燃料：燃料：烟煤烟煤第27页/共51页原料和燃料要求 矾土： Al2O3 60%， SiO2 15% 石灰石：CaO 50% ， SiO2 3.5% 二水石膏： SO3 38%。硬石膏：SO3 38% 工业烟煤：发热量23826kJ/kg，灰分3.5%， 挥发分25% 原料总有害成分：R2O 0.5% 第28页/共51页硫铝酸盐水泥熟料矿物组成相图第29页/共51页三个系数：碱度系数三个系数：碱度系数C Cm m，铝硅比，铝硅比N N，铝硫比，铝硫比P P223232320.70.730.641.41.87CaOTi

16、OCmAl OFe OFe OSiO硫铝酸盐的率值硫铝酸盐的率值碱度系数Cm：表示熟料中氧化硅、氧化铝和氧化铁饱和形成C4A3、C2AF、C2S的程度。Cm的范围一般为0.95-0.98，必须小于1(就在于硫铝酸盐水泥系数中，不能有f-CaO的存在，否则将造成水泥的急凝)。第30页/共51页232320.64Al OFe ONSiO232330.64Al OFe OPSO铝硫比P：表示熟料中氧化铝含量与三氧化硫含量之比，反映了形成C4A3的氧化铝与三氧化硫的适当比例。一般控制P3.86. 铝硅比N：表示熟料中氧化铝含量与氧化硅含量值比，也反映了熟料中C4A3 、C2S的比例。一般控制N3。第3

17、1页/共51页 C CaOaO的配入量：的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿物所需要的物所需要的C CaOaO是是按照不足按照不足来设计的，因为如果来设计的，因为如果C CaOaO的的配入量过多，超出形成熟料矿物所需要的量，将会形配入量过多，超出形成熟料矿物所需要的量，将会形成成f-CaO,f-CaO,从而造成熟料的急凝、强度低；同时，高钙从而造成熟料的急凝、强度低；同时，高钙条件下，条件下， C C4 4A A3 3的水化速度会大大加快。的水化速度会大大加快。 SOSO3 3的配入量：的配入量：在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿在硫铝酸盐水泥中，形成熟料矿物所需要物所

18、需要SOSO3 3的量的量按照过足按照过足来设计的，由于在硫铝酸来设计的，由于在硫铝酸盐水泥熟料煅烧过程中，盐水泥熟料煅烧过程中， SO SO3 3总会有所挥发，如果总会有所挥发，如果SOSO3 3配入量不足，将会直接影响配入量不足，将会直接影响C C4 4A A3 3的形成。在配料的形成。在配料计算中计算中SOSO3 3应过量应过量10%10%左右。左右。硫铝酸盐水泥的配料原则硫铝酸盐水泥的配料原则第32页/共51页 硫铝酸盐水泥熟料中的矿物主要为硫铝酸盐水泥熟料中的矿物主要为C4A3、C2S、C4AF，一般，一般还存在少量还存在少量游离石膏游离石膏(f-CaSO4)、方镁方镁石石(MgO)

19、和钙钛和钙钛矿矿( (CaOTiO2即即CT) ) 等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少等，煅烧不太正常或配料不当时，还有少量钙黄长石量钙黄长石( (2CaOAl2O3SiO2即即C2AS) )、硫硅、硫硅酸钙酸钙( (4CaO2SiO2CaSO4即即2C2SCaSO4) ) 、游、游离石灰离石灰( (f-CaO)和铝酸钙和铝酸钙(C12A7,CA) )等。等。硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成第33页/共51页无水硫铝酸钙 3CaO3Al2O3CaSO4 晶体结构：多孔结构 （高活性的原因） 形貌：六角形板状或四边形柱状 晶体尺寸：510mCa2+Al-OS-O第34页/共

20、51页硅酸二钙 2CaOSiO2 四种晶型 形貌：不规则圆形，细小、破碎（工业熟料） 尺寸：510m第35页/共51页铁相 4CaOAl2O3Fe2O3 2CaOFe2O36CaO2Al2O3Fe2O3固溶体 斜方晶系，棱柱状 形成：2CaOFe2O3矿物随温度的升高，不断固溶各类铝酸钙矿物第36页/共51页少量矿物 游离石膏（游离CaSO4） 方镁石（MgO） 钙钛矿（CaOTiO2）煅烧不正常或配料不当时： 钙黄长石（2CaOAl2O3SiO2） 硫硅酸钙（4CaOSiO2CaSO4） 游离石灰（游离CaO）第37页/共51页硫铝酸盐水泥熟料微观形貌第38页/共51页水泥名称熟料矿物组成w

21、%普通硫铝普通硫铝酸盐水泥酸盐水泥C C4 4A A3 3C C2 2S SC C4 4AFAF55-7555-758-378-373-103-10高铁硫铝酸盐水泥C4A3C3AC6AF233-6314-3715-35铝酸盐水泥CAC2AC2AS40-4515-3020-36硅酸盐水泥C3SC2SC3AC4AF42-6015-355-1410-16不同水泥熟料的矿物组成不同水泥熟料的矿物组成第39页/共51页各种水泥熟料化学成分各种水泥熟料化学成分w%w%水泥名称SiO2Al2O3Fe2O3CaOSO3普通硫铝酸盐水普通硫铝酸盐水泥熟料泥熟料3-133-1330-3830-381-31-338

22、-4538-458-158-15高铁硫铝酸盐水泥熟料5-1325-355-1343-507-12铝酸盐水泥熟料1050-58332-36硅酸盐水泥熟料21-254-82-464-67第40页/共51页室温室温-300：原料脱水干燥原料脱水干燥300-450： 型无水石膏转变为型无水石膏转变为型无水石膏。型无水石膏。450-600：矾土的水铝石分解，形成矾土的水铝石分解，形成-Al2O3,物料物料 总总同时出现同时出现-SiO2及及Fe2O3。850-900：碳酸钙分解，产生碳酸钙分解，产生C CaO,aO,随温度升高分解反随温度升高分解反应加快。应加快。950以上以上： C C4 4A A3

23、3和和C C2 2ASAS开始形成。开始形成。1050：C C4 4A A3 3和和C C2 2ASAS增加，石灰吸收率达到增加，石灰吸收率达到1/21/2左右。左右。生料中的生料中的-Al2O3, -SiO2、CaSCaSO O4 4和和CaOCaO的含量迅速减少。的含量迅速减少。熟料的形成过程熟料的形成过程第41页/共51页1150：出现出现-C C2 2S S，石灰吸收率达到，石灰吸收率达到2/3.2/3.1250： C C4 4A A3 3继续增加，继续增加，C C2 2ASAS消失，同时出现消失，同时出现2C2C2 2SCaSOSCaSO4 4 。除此之外，其它组分消失。物料主要矿。

24、除此之外，其它组分消失。物料主要矿物组成为：物组成为：C C4 4A A3 3, ,C C2 2S,S,2C2C2 2SCaSOSCaSO4 ,4 ,f-CaSOf-CaSO4 4和少量铁相和少量铁相(C6 6AF2 2)1300：2C2C2 2SCaSOSCaSO4 4消失。熟料主要矿物为：消失。熟料主要矿物为：C C4 4A A3 3,-,-C C2 2S,S,-C C2 2S,S,铁相及铁相及CaSOCaSO4 41300-1400：矿物无明显变化。矿物无明显变化。1400以上以上： C C4 4A A3 3和和CaSOCaSO4 4开始分解，熟料出现融块。开始分解，熟料出现融块。 硫铝

25、酸盐水泥熟料的烧成温度为：硫铝酸盐水泥熟料的烧成温度为：(1350(135050)50)。此。此时不但熟料形成反应已经完成，而且烧结情况也比较好。时不但熟料形成反应已经完成，而且烧结情况也比较好。第42页/共51页 a. a.石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导向石膏在形成硫铝酸盐水泥熟料中的作用：导向化合和稳定矿物化合和稳定矿物 导向化合导向化合：石膏不仅能使最终产物中：石膏不仅能使最终产物中CACA改变为改变为C C4 4A A3 3，并使无活性的，并使无活性的C C2 2ASAS改变为改变为C C4 4A A3 3和和C C2 2S S。 稳定矿物稳定矿物：阻止在高温冷却过程中发生向惰

26、性的：阻止在高温冷却过程中发生向惰性的- C- C2 2S S的晶型转变的晶型转变 b.b.石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸盐石膏在形成硫铝酸盐水泥中的作用：跟硅酸盐水泥中的作用一样，起到缓凝作用。水泥中的作用一样，起到缓凝作用。石膏的作用石膏的作用第43页/共51页导向作用铝酸盐水泥熟料形成反应铝酸盐水泥熟料形成反应无活性无活性引入石膏后的反应反应引入石膏后的反应反应高活性高活性第44页/共51页硫铝酸盐水泥的水化主要水化产物： 水化硫铝酸钙（Aft、AFm) 铝胶 铁胶 水化硅酸钙凝胶第45页/共51页C C4 4A A3 3水化水化早期水化活性高早期水化活性高试样试样水灰比水灰比抗

27、压强度抗压强度/MPa6h1d3d7d14d60d净浆净浆0.3915.336.640.530.734.634.6第46页/共51页铁相的水化-6CaO2Al2O3Fe2O3 - 4CaOAl2O3Fe2O3 6CaOAl2O32Fe2O3 - 4CaOAl2O3Fe2O3 第47页/共51页 A A 硫铝酸盐水泥熟料的相对密度比硅酸盐水泥熟料硫铝酸盐水泥熟料的相对密度比硅酸盐水泥熟料低，一班波动在低，一班波动在2.87-2.922.87-2.92之间。之间。 B B 硫铝酸盐水泥水化产物主要由钙矾石、铝胶和铁硫铝酸盐水泥水化产物主要由钙矾石、铝胶和铁胶等组成。胶等组成。 C C 硫铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快的多，硫铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快的多，一般在一般在30-5030-50minmin波动，终凝在波动，终凝在40-9040-90minmin波动波动 D D 硫铝酸盐水泥总水化热并