第十一章 特种水泥

1.增加混凝土工程造价约5%;
2.还不能解决混凝土浇筑后温差裂缝的发生;
3.提高掺率或施工不善将使混凝土强度降低,甚至造
成质量事故; 4.与水泥或其他外加剂配合不当,不能达到预期目的
第二节 膨胀水泥与自应力水泥
一、有关概念

干缩
混凝土内部因收缩会产生微裂纹，使其整体性破坏，一 系列性能变差，如强度、抗渗性和抗冻性下降，侵蚀性介质 更易侵入，造成钢筋锈蚀，使耐久性进一步下降等
主要用于制造钢筋（钢丝网）混凝土（砂浆）自应力压力管 技术特点
掺加15～30％的膨胀剂，混凝土
在膨胀过程中张拉管壁内的钢筋， 建立1.0～4.0MPa的自应力值，是一 种化学预应力混凝土管。 技术优点
中国：上世纪80～90年代， 年产5000km，用于供水支 线管网。 日本：主要用于城市排污管。
必须采取湿养护。
膨胀混凝土补偿收缩模式
（3）温度、湿度的影响
温度变化不但影响膨胀剂的膨胀速率而且还影响膨胀值， 温度过高混凝土塌落度损失大，极限膨胀值减小，温度太 低膨胀速率慢且极限膨胀值也减小。 如20℃自由膨胀率为0.08%，而在0℃时降至0.007%。 在龄期40d时，20℃养护时自由膨胀率达0.1%， 而1℃时只有0.042%。因此最适合的养护温度为18～25℃，
膨胀熟料的SEM图
球形状的CaO晶粒尺寸在10微米左右，CaO晶粒被C3S和C4AF包 裹着，延迟了CaO的水化速度。
球形状的CaO晶粒尺寸在15微米左右，由于CaO晶粒尺寸随着煅烧 的温度越高
2、明矾石膨胀水泥：
以硅酸盐水泥熟料、天然明矾石、石膏和粒化 高炉矿渣（或粉煤灰），按适当比例磨细制成的 ，具有膨胀性能的水硬性胶凝材料，称为明矾石 膨胀水泥。分为52.5、62.5两个强度等级。

氧化铁
四、铝酸盐水泥的生产方法
熔融法
该方法是将已配好的生料放入电炉、高炉、反射炉、转炉 或化铁炉中熔融。生料不必磨细，在熔融过程中可达到混合 均匀的目的。物料熔融温度一般在1300oC~1400oC。
烧结法
我国最广泛使用的是回转窑烧结法，它与硅酸盐水泥熟料 的煅烧相似：将生料在回转窑中烧至部分熔融的烧结状态。 原料中含Fe2O3和SiO2等杂质要少。铝酸盐水泥烧结范围较窄 仅70-80℃，烧成温度一般在1300oC~1330oC之间。
是铝酸盐水泥中的主要矿物，具有很高的 水硬活性，其特点是凝结正常，硬化迅速，是 铝酸盐水泥强度的主要来源。但若含量过高， 强度发展主要集中在早期.CA的结晶形状与煅 烧方法、冷却条件等因素有关。烧结法所得 CA多为矩形或不规则板状，粒径5-10μm，密 度2.98g/cm3。
CA2 （二铝酸一钙）10-20%
（2）养护条件的影响
膨胀剂的膨胀作用主要发生在混凝土浇筑的初期，一 般在14d以后其膨胀率就趋于稳定。这时也是水泥水化的 重要阶段。两者之间就有“争水”现象。 如果养护不好就有可能出现：膨胀值不够，或者膨胀速率大于
水泥水化速度而影响了强度的发展甚至膨胀力被尚有塑性的
混凝土吸收。 一般掺有膨胀剂混凝土必须加强养护，在浇筑后的7—14d

氧化铝
是保证生成铝酸盐矿物的基本成分。Al2O3含量过低，熟料中将 出现C12A7，使水泥快凝，强度下降；Al2O3含量过高，熟料中形成 过多的CA2，使早期强度下降。

氧化钙
也是保证生成铝酸盐矿物的基本成分。含量过高，易行成 C12A7，含量过低，形成大量的CA2。

氧化硅
熟料中SiO2含量一般不宜超过10%，因其含量增加，C2AS相应 增加。SiO2含量在4%~5%时，能促使生料更均匀烧结并加速矿物形 成。

膨胀水泥
可以在凝结硬化时能产生一定量的膨胀，从而消除混凝 土因收缩而引起的各种弊病的一种水泥。

自应力
用膨胀水泥配置混凝土时，钢筋会因混凝土膨胀受到
一定拉应力而伸长，后者的膨胀则因钢筋的限制而受到相 应压应力。以后即使干缩，也不致使膨胀量全部抵消，尚 有一定剩余膨胀，这种预先产生的压应力可减轻外界因素 所造成的拉应力，从而有效地改善了混凝土抗拉强度低的 缺陷。因为这种压应力是依靠水泥本身的水化产生的，所 以称为自应力
第十二章 特种水泥

1.快硬水泥——铝酸盐水泥


2.膨胀水泥和自应力水泥
3.道路水泥 4.油井水泥
快硬水泥

快硬硅酸盐水泥 快硬硫铝酸盐水泥 快硬氟铝酸盐水泥 特快硬水泥
第一节 铝酸盐水泥
一、定义和分类： 铝酸盐水泥，又称高铝水泥或矾土水泥。 是以矾土和石灰石为原料，按照适当 的比例配合后，经烧结或熔融，形成以铝酸钙 为主，氧化铝含量约50%的熟料，经粉磨而制 成的水硬性胶凝材料。 铝酸盐水泥常为黄或褐色，有时呈灰色。
二、分类及特点
【膨胀水泥】 用于补偿收缩的水泥
【自应力水泥】用作配制自应力混凝土的水泥 1.膨胀水泥的分类
按起膨胀作用的成份分：
硫酸盐型膨胀水泥； 石灰系膨胀水泥，复合型膨胀剂；铁 粉系膨胀剂；氧化镁型膨胀剂；。 2.几种常用膨胀水泥

1、硅酸盐膨胀水泥和硅酸盐自应力水泥（ M型膨胀水泥） 是由适当比例的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥（或熟料）、 高铝水泥（或熟料）、天然石膏共同磨制的膨胀性水硬性胶凝 材料。
晶体结构中铝和钙的配位极不规则，结构 但强度不高。因此水泥中含有较多的C12A7时， 会出现快凝，强度降低，耐热性下降。
具有大量结构空洞，使其水化极快，凝结迅速，
C2AS（钙铝黄长石）20-30%
在铝酸盐水泥中，由于其晶格内离子配位 很对称，因此胶凝性能很差，属非水硬性矿物。 通常呈才长方、正方、板状和不规则形状，一 般情况下分布比较均匀。
水化硬化较慢，早期强度低，但后期强度 能不断提高。CA2若过多，将影响铝酸盐水泥 的快硬性能，但水泥的耐热性能可以得到提高。 烧结法时CA2通常呈粒状晶体，尺寸大多为 10~20μm，密度为2.90g/cm3。 质量优良的铝酸盐水泥，其矿物组成一般 以CA和CA2为主。
C12A7 （七铝酸十二钙）
2.铝酸盐水泥水化热大，且放热量集中。即使在5－10℃下施工，
铝酸盐水泥也能很快凝结硬化，可用于冬季施工的工程。 3.铝酸盐水泥在普通硬化条件下，由于水泥石中不含C3A和CH，且 密实度较大，因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。 4.铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料（如铬铁
矿等）可制成使用温度达1300～1400℃的耐热混凝土。
1:3水泥砂浆在硫酸盐溶液中的线膨胀（%）
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 1年 0.320 0.910 破坏 1年 无膨胀 无膨胀 无膨胀
溶液
4周 5%硫酸钠 5%硫酸镁 5%硫酸铵 0.018 0.018 0.100 12周 0.070 0.054 3.800 24周 0.144 0.250 破坏
5.铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋 势，长期强度约降低40%～50%左右，因此铝酸盐水 泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的 工程中。
明矾石膨胀水泥的比表积不得低于4500cm2/g， 初凝不得早于45min，终凝不得迟于6h，自由膨胀 率为0.5～1%，水泥石自应力值可达2.0～6.0 Mpa 。28天抗压强度可达70 Mpa，比同强度等级的普 通水泥的抗拉强度高。
3、自应力铝酸盐水泥（石膏高铝水泥）
自应力铝酸盐水泥是以一定量的高铝水泥熟料和二水石 膏粉磨而成的大膨胀率的胶凝材料。
除上述铝酸盐矿物外，有时还会有C2S的存在，
例外还可能有少量的镁尖晶石或镁方柱石、钙钛矿
等。
CA6（六铝酸一钙）惰性矿物，没有水硬性，熔
点1870℃，但含有矿物CA6后，水泥的耐热性提高。
三、铝酸盐水泥的化学组成
主要化学组成为CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3以及少量的 MgO、TiO2等。
由于 CAH10、C2AH8都是亚稳相，要逐渐转化成比较稳定的 C3AH6。并由于温度提高而加速，在晶型转变时，放出大量的 游离水，使孔隙率增加，强度下降。
六、铝酸盐水泥的性能与应用
凝结时间和强度见书P213表19，20
1.铝酸盐水泥凝结硬化速度快。主要用于工期紧急的工程，国防、 道路和特殊抢修工程等。
最低不应低于5℃，冬季施工应采用其他辅助手段。
湿度影响也很重要，因为任何膨胀剂的膨胀反应
均离不开水，尤其是硫铝酸盐膨胀剂。
因为生成钙矾石需要大量水，钙矾石分子中有32个 水分子，更需要大湿度的环境。尤其是再混凝土浇
筑早期，如果湿度不够，那么即使是延长养护时间
也再难达到极限膨胀值。
掺膨胀剂的混凝土与普通混凝土在干燥状态下，
均会引起自身的体积收缩，但如果恢复到潮湿环境
或浸入水中，掺膨胀剂的混凝土重新恢复膨胀，因
收缩产生的裂缝可能重新闭合恢复原状，这就是膨 胀混凝土的自愈作用。 而普通混凝土的干缩是不可逆的，这种性能对掺膨 胀剂混凝土的防水、防渗作用是十分有利的。
（4）混凝土配筋率的影响
膨胀混凝土的膨胀应力与限制条件有很大关系，而在
耐久性好
抗渗性、抗裂性好
三、 影响水泥膨胀性的因素：
膨胀作用和起膨胀作用的成分有关，及水泥、混凝土
膨胀的条件有关。膨胀组分的膨胀作用有大小不同，更重要的 是合理的发挥时间。
膨胀作用应当在混凝土具有一定强度的一段时间内以一
定的速度增长。 如果太早因强度不够，或是混凝土尚有一定塑性时膨胀能力 被吸收而发挥不出来；如果膨胀太迟则又会因混凝土已具备 较高强度，膨胀作用又可能破坏了已形成的结构。 因此了解各种因素的影响，控制好膨胀剂的最佳膨胀作用 时间与强度是收到良好效果的必要条件。
（1）水泥的影响
不同的水泥其膨胀率是不一样的，水泥的质量对水中 养护、空气养护的膨胀率、抗压强度、抗折强度影响都 不一样。 主要与水泥中熟料成分有关。膨胀率随水泥中氧化铝和氧 化硫含量的增加而增加。