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高鋁水泥的化學(xué)組成和用途特性
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(jīng)高溫煅燒得到以鋁酸鈣為主要成分的熟料，經(jīng)磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，代號(hào)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(chǎn)物
高鋁水泥的主要礦物成分為鋁酸一鈣CaO·Al2O3，簡(jiǎn)寫(xiě)為CA和二鋁酸一鈣（CaO·2 Al2O3，簡(jiǎn)寫(xiě)為CA2），此外尚有少量硅酸二鈣和其它鋁酸鹽。
高鋁水泥的水化過(guò)程，主要是鋁酸一鈣的水化過(guò)程。一般認(rèn)為其水化反應(yīng)隨溫度不同而不同。當(dāng)溫度小于20℃ 時(shí)，主要水化產(chǎn)物為水化鋁酸一鈣（CaO·Al2O3·10H2O，簡(jiǎn)寫(xiě)為CAH10）。溫度在20℃～30℃時(shí)主要水化產(chǎn)物為水化鋁酸二鈣（2CaO·Al2O3·8H2O，簡(jiǎn)寫(xiě)為C2AH8）。當(dāng)溫度大于30℃時(shí)，主要水化產(chǎn)物為水化鋁酸三鈣（ 3CaO·Al2O3·6H2O，簡(jiǎn)寫(xiě)為C3AH6）。
此外，尚有氫氧化鋁凝膠（Al2O3·3H2O）。二鋁酸一鈣（CA2）的水化反應(yīng)與鋁酸一鈣相似，但水化速度極慢。硅酸二鈣則生成水化硅酸鈣凝膠。
水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣為片狀或針狀晶體，它們互相交錯(cuò)搭接，形成堅(jiān)強(qiáng)的結(jié)晶連生體骨架，同時(shí)所生成的氫氧化鋁凝膠填塞于骨架空間，形成比較致密的結(jié)構(gòu)，使水泥石獲得很高的強(qiáng)度。經(jīng)5～7d后水化產(chǎn)物的數(shù)量就很少增加，強(qiáng)度即趨向穩(wěn)定。因此高鋁水泥早期強(qiáng)度增長(zhǎng)的很快，而后期強(qiáng)度增進(jìn)的不太顯著。硅酸二鈣的數(shù)量很少，在硬化過(guò)程中不起很大的作用。
二、高鋁水泥的主要技術(shù)性質(zhì)
細(xì)度
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB201—2000規(guī)定，高鋁水泥的細(xì)度要求比表面積不小于300m2/kg或45μm篩篩余不大于20％。
凝結(jié)時(shí)間
根據(jù)GB201—2000附錄A規(guī)定的方法測(cè)定，其結(jié)果應(yīng)符合表4-8的要求。
強(qiáng)度
高鋁水泥強(qiáng)度試驗(yàn)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T17671—1999規(guī)定的方法進(jìn)行，但水灰比應(yīng)按GB201—2000規(guī)定調(diào)整。各類型、各齡期強(qiáng)度值不得低于表4-9規(guī)定的數(shù)值。
在自然條件下，高鋁水泥長(zhǎng)期強(qiáng)度下降，并達(dá)到最低值。一般5年以上的高鋁水泥混凝土，剩余強(qiáng)度僅為早期強(qiáng)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(shí)間的推移，CAH10或C2AH8會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的C3AH6，并且這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程隨著環(huán)境溫度的上升而加速。由于晶體轉(zhuǎn)化的結(jié)果，使水泥石內(nèi)析出游離水，增大了孔隙體積，同時(shí)也由于C3AH6 本身強(qiáng)度較低，所以水泥石的強(qiáng)度明顯降低。
三、高鋁水泥的特性與應(yīng)用
特性
快凝早強(qiáng)，1d強(qiáng)度可達(dá)最高強(qiáng)度的80％以上，屬快硬型水泥。使用高鋁水泥時(shí)，應(yīng)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(guò)25℃。如果溫度過(guò)高，水化鋁酸二鈣會(huì)轉(zhuǎn)化為水化鋁酸三鈣，使強(qiáng)度降低。若在濕熱條件下，強(qiáng)度下降更為劇烈。
水化熱大，且放熱量集中，1d內(nèi)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(qiáng)，但抗堿性極差。高鋁水泥水化時(shí)不析出氫氧化鈣，而且硬化后結(jié)構(gòu)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(shí)，對(duì)碳酸水、稀鹽酸等侵蝕性溶液也有很好的穩(wěn)定性。但晶體轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的水化鋁酸三鈣后，孔隙率增加，耐蝕性也相應(yīng)降低。高鋁水泥對(duì)堿液侵蝕無(wú)抵抗能力，故應(yīng)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(qiáng)度的70％，當(dāng)達(dá)到1300℃時(shí)還能保持約53％的強(qiáng)度。這些尚存的強(qiáng)度是由于水泥石中各組分之間產(chǎn)生固相反應(yīng)，形成陶瓷坯體所致。
長(zhǎng)期強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)。因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，CAH10或 C2AH8會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的 C3AH6，晶體轉(zhuǎn)化的結(jié)果，使水泥石內(nèi)析出游離水，增大了孔隙體積，同時(shí)也由于C3AH6 本身強(qiáng)度較低，所以水泥石的長(zhǎng)期強(qiáng)度會(huì)下降。
應(yīng)用
根據(jù)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(gòu)筑物，如高溫窯爐爐襯等，最高使用溫度不宜超過(guò)1300℃)和用于寒冷地區(qū)冬季施工的混凝土工程。
高鋁水泥不宜用于大體積混凝土工程，也不能用于長(zhǎng)期承重結(jié)構(gòu)及高溫高濕環(huán)境中的工程，不能用于與堿性溶液相接觸的工程。還應(yīng)注意，高鋁水泥制品不能用蒸汽養(yǎng)護(hù)。
此外，未經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，高鋁水泥不得與硅酸鹽水泥或石灰等能析出氫氧化鈣的膠凝材料混合使用，在拌合澆灌過(guò)程中也必須避免互相混雜，并不得與尚未硬化的硅酸鹽水泥接觸，以免引起強(qiáng)度下降，并縮短凝結(jié)時(shí)間，甚至?xí)霈F(xiàn)瞬凝現(xiàn)象。
由于鋁酸鹽水泥混凝土后期強(qiáng)度下降較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以最低穩(wěn)定強(qiáng)度為依據(jù)，其值按GB201—2000規(guī)定，經(jīng)試驗(yàn)確定。
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