D0I:10.13374/j.is8n1001-053x.2004.06.041 第26卷第6期 北京科技大学学报 Vol.26 No.6 2004年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2004 高活性阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应 侯运炳)曹文虎》王炳文”赵冉》傅毅” 1)中国矿业大学（北京），北京1000832)北京矿冶研究总院，北京100004 摘要利用青海省当地原材料制备阿利特硫铝酸盐水泥熟料，该熟料结合了硅酸盐熟料 和硫铝酸盐熟料的优点，具有碱性与硫酸根离子的双重激发作用，能很好地激发可矿广渣、粉煤 灰等活性矿物材料，在此基础上，提出了高活性阿利特硫铝酸盐水泥方案.通过微观结构分 析，探讨其水化反应的机理与过程，并阐明了复合胶凝体系的优势互补作用的原理，实验证 明，高活性阿利特硫铝酸盐水泥，能充分发挥熟料自身独特的矿物组成特性和活性矿旷物材料 的火山灰效应，使硬化浆体中C(OH)2含量降低，并因此而获得较为适宜的晶/胶比，使其后期 强度明显提高， 关键词高活性阿利特硫铝酸盐水泥；复合胶凝体系；优势互补效应：水化反应 分类号TU528 硅酸盐系列水泥作为应用最为广泛的无机 的地区具有一定的现实意义，即可以利用当地生 胶凝材料，其矿物组成以硅酸三钙(CS)为主，具 产硅酸盐水泥的原材料，获得具有疏硫铝酸盐水泥 有性能稳定、生产成本低等优点，硅酸盐水泥熟 特性的胶凝材料.更为重要的是，这种水泥熟料 料中通常含有10%~15%的铝酸三钙(CA).CA具 具有碱性与硫酸根离子的双重激发作用，能很 有水化速度快，水化热高，凝结时间短，早期强度 好地激发粉煤灰、矿渣等活性矿物材料，充分发 高，但强度的绝对值不高，后期强度不再增长，甚 挥双掺矿物材料的超叠加效应.本文通过在阿利 至出现倒缩等特点，并且存在耐化学侵蚀性，特 特疏铝酸盐水泥熟料中双掺高细磨矿旷渣与粉煤 别是抗硫酸盐腐蚀性能差，干缩性大的缺点山. 灰，辅以复合外加剂，制成高活性阿利特硫铝酸 疏铝酸盐系列水泥的出现是水泥品种开发 盐水泥，并对其水化反应机理与过程进行研究， 方面的一大进步，其典型特征是熟料中含有大量 的无水疏铝酸钙(C4AS,3CaO·3A0,CaSO)矿 1实验 物，具有一系列比硅酸盐水泥更为优异的性能， 如抗冻、抗渗、耐蚀和低碱度等优良特性，但其 1.1原材料 对生产原材料的要求较硅酸盐水泥苛刻，生产成 (1)熟料生产所需原材料 本较高，然而，疏铝酸盐水泥中CAS矿物所具有 阿利特疏铝酸盐水泥熟料主要矿物组成为 的快硬早强及水化膨胀性能，正是硅酸盐水泥所 CS,CS,CAS,CAF和CS.为保证熟料中CAS 欠缺的. 相的形成，生料中应有足够的AlO和CaSO4,粉 若在传统硅酸盐熟料中引入CAS等非传统 煤灰等高铝含量的工业废渣是较为理想的材料， 矿物，使之全部或部分替代CA,不仅保持了硅 本实验所采用的原材料均为青海省新型建 酸盐水泥的特性，而且克服了CA耐腐蚀性能差 材工贸有限责任公司（原青海第二水泥厂）提供 的缺点，同时兼有硫铝酸盐水泥早强与膨胀的特 的生产硅酸盐水泥的材料，包括石灰石、粘土、粉 性，有文献称之为阿利特硫铝酸盐水泥.这对 煤灰、石膏、铁质校正原料.原材料的化学成分如 那些因受原材料限制而无法生产硫铝酸盐水泥 表1. (2)活性矿物掺料 收稿日期200405-10侯运炳男，42岁，教授，博士生导师 *青海省重大科技攻关项目(No.2002-G-103) 活性矿物掺料是含有大量无定形SO,和第 6卷 第2 6期 年2 0 0 41 月 2 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u n a r l o f U n iv e r s iy t o f S c i e n e e a n d e T c n h o l o gy e B i j ing 从〕 1 . 6 N 2 o . 6 e e D . 2 00 4 高活性 阿利特硫铝酸盐水泥及其水化反应 侯 运 炳 ` , 曹文 虎 ” 王 炳 文 ` , 赵 冉 ` , 傅 毅 2 , l )中国矿业 大学 (北京 ) , 北京 10 0 0 83 2 )北京矿 冶研 究总 院 , 北 京 100 0 0 4 摘 要 利用 青海 省当地 原材 料制备 阿利 特硫 铝酸 盐水泥 熟料 . 该 熟料 结合 了硅 酸盐熟 料 和硫 铝 酸盐熟 料的优 点 , 具有碱 性 与硫 酸 根离 子的双 重激 发作用 , 能很好地 激发 矿渣 、 粉 煤 灰等 活性 矿物材 料 . 在此 基础上 , 提 出 了 高活性 阿利特 硫铝 酸盐 水泥 方案 . 通过 微观 结构 分 析 , 探讨 其水化 反应 的机 理与过 程 , 并阐 明 了复合 胶凝 体系 的优 势互 补作用 的原 理 . 实验证 明 , 高活性 阿利特 硫铝 酸盐 水泥 , 能充分 发挥 熟料 自身独特 的矿 物组成 特性 和 活 性矿物 材料 的火 山 灰效应 , 使硬 化浆体 中 C a( O )H 2 含量 降低 , 并 因此而 获得较 为适 宜的 晶/胶 比 , 使 其后 期 强度 明显提 高 . 关键词 高活性 阿利 特硫铝 酸盐 水泥 ; 复合 胶凝 体系 ; 优势 互补 效应 ; 水化 反应 分类号 T U 5 2 8 硅 酸 盐 系 列 水泥 作 为 应 用 最 为广 泛 的无 机 胶 凝 材料 , 其 矿物 组成 以硅 酸 三钙 (C 3 s) 为主 , 具 有性 能稳 定 、 生 产成 本低 等 优 点 . 硅酸 盐水 泥 熟 料 中通 常 含有 1 0% 一巧% 的铝酸 三钙 ( C 3 A ) . C 3 A 具 有水化速 度 快 , 水 化热 高 , 凝结 时 间 短 , 早期强 度 高 , 但 强度 的绝对 值不 高 , 后期 强度 不再增 长 , 甚 至 出现 倒 缩等 特 点 , 并 且存 在耐 化 学侵蚀 性 , 特 别 是 抗硫 酸盐 腐蚀 性 能差 , 干缩 性大 的 缺点 L, , . 硫铝 酸盐 系 列 水 泥 的 出现 是水 泥 品种 开 发 方 面 的一大进 步 , 其 典型特 征是 熟料 中含有 大 量 的无水硫 铝酸 钙 (C 八 ; S , 3 C a O · 3A 1 2 o 〕 · e a s o 。 ) 矿 物 , 具有 一 系列 比硅 酸盐 水 泥更 为优 异 的性 能 , 如 抗冻 、 抗 渗 、 耐 蚀 和低碱 度 等优 良特 性 「21 , 但其 对 生产 原材料 的要 求较硅 酸 盐水 泥苛刻 , 生产成 本 较高 . 然 而 , 硫铝 酸 盐水泥 中 C 4A 3 S矿 物所 具有 的快硬 早强及 水化 膨胀 性 能 , 正 是硅 酸盐 水泥 所 欠 缺 的 . 若在 传 统硅 酸盐 熟 料 中引入 C八 3 5 等非 传 统 矿 物 , 使 之全 部或 部 分替 代 C 八 , 不 仅 保持 了硅 酸 盐 水泥 的特 性 , 而 且 克服 了 C 八 耐腐蚀 性 能 差 的缺 点 , 同时兼 有硫铝 酸 盐水泥 早 强与膨胀 的特 性 , 有文 献 称之 为 阿利特 硫 铝 酸盐水 泥 ! 34] . 这对 那 些 因 受原 材 料 限制 而 无法 生产硫 铝 酸 盐 水泥 收稿 日 期 2 0 4 es C5 一 10 侯 运炳 男 , 42 岁 , 教授 , 博士 生 导 师 * 青 海省重 大科技 攻关项 目( N 。 ` 2 0 02 一 G 一 10 3) 的地 区 具有一 定 的现实 意义 , 即可 以利用 当地 生 产硅 酸 盐水泥 的原 材料 , 获 得具 有硫 铝酸 盐水泥 特 性的 胶凝 材料 . 更 为重 要 的是 , 这 种 水泥 熟料 具有 碱 性与硫 酸根 离子 的 双重 激 发作 用 `5 , , 能很 好地 激 发粉 煤灰 、 矿 渣 等 活性 矿物 材 料 , 充 分发 挥 双 掺矿 物材料 的超 叠加 效应 . 本 文通 过在 阿利 特 硫 铝 酸 盐水 泥 熟 料 中双 掺 高 细磨 矿 渣 与粉 煤 灰 , 辅 以复合 外加 剂 , 制 成 高活 性阿 利特 硫 铝酸 盐水 泥 , 并 对其 水化 反 应机 理 与过 程进 行研 究 . 1 实验 1 . 1 原 材 料 ( l) 熟料 生产所 需 原 材料 . 阿 利特 硫 铝 酸 盐 水 泥 熟 料 主 要矿 物 组 成 为 C 3 S , e Z s , C 八 3 5 , C 礴A F 和 C S . 为保 证 熟料 中 C 八 3 5 相 的 形成 , 生料 中应 有足 够 的 A 1 2 0 。 和 c aS O ; , 粉 煤 灰等 高铝 含量 的工 业废渣 是 较为 理想 的材料 . 本 实 验 所 采用 的 原材 料 均 为 青海 省新 型 建 材 工 贸有 限 责任 公 司 ( 原 青海 第二 水 泥厂 ) 提 供 的生产 硅酸 盐水 泥 的材 料 , 包括 石灰 石 、 粘 土 、 粉 煤 灰 、 石 膏 、 铁 质校 正 原 料 . 原 材料 的化 学成 分如 表 1 . (2) 活 性矿 物 掺料 . 活 性 矿 物 掺 料 是 含 有 大 量 无 定 形 51 0 2 和 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 06. 041