1、高铝水泥一、概述一、概述 高铝水泥，又称矾土水泥或铝酸盐水泥，是以铝酸钙为主的熟料经高铝水泥，又称矾土水泥或铝酸盐水泥，是以铝酸钙为主的熟料经磨细制成的水硬性胶凝材料。磨细制成的水硬性胶凝材料。1918年高铝水泥真正投入商业性生产。具有十分典型的早强快硬特年高铝水泥真正投入商业性生产。具有十分典型的早强快硬特性，最初主要用于军事工程，如法国军队在第一次世界大战中用其构筑性，最初主要用于军事工程，如法国军队在第一次世界大战中用其构筑炮座和其他特殊工程。目前这种水泥不仅用于军事工程，而且还广泛应炮座和其他特殊工程。目前这种水泥不仅用于军事工程，而且还广泛应用于各类抢修工程，冬季施工和要求早强的特殊
2、工程。另外，高铝水泥用于各类抢修工程，冬季施工和要求早强的特殊工程。另外，高铝水泥还具有良好的耐高温特性，可用于制备耐热混凝土，作窑炉内衬材料，还具有良好的耐高温特性，可用于制备耐热混凝土，作窑炉内衬材料，还是配制膨胀水泥和自应力水泥的主要组分。还是配制膨胀水泥和自应力水泥的主要组分。二、组成二、组成1、矿物组成、矿物组成 由于高铝水泥以由于高铝水泥以Al2O3、CaO、SiO2为主为主要成分，因此其矿物组成为要成分，因此其矿物组成为C12A7、CA和和C2S，CA、C2S和和C2AS，或，或CA、C2AS和和CA2。（1）铝酸一钙（）铝酸一钙（CA）CA是高铝水泥的主要矿物，它使高铝水泥的初
3、始强度发展速率远比高C3S含量的硅酸盐水泥快。其特点是凝结正常，硬化迅速，是高铝水泥强度的主要来源。但是CA含量过高时，强度发展主要集中在早期，后期强度增进率不显著。CA属于单斜晶系，熔融温度1600。其晶形与煅烧方法、冷却条件等因素有关，熔融法生产高铝水泥熟料中的CA呈棱柱状（510微米），烧结法生产熟料中的CA呈不规则矩形或板状。（2）二铝酸一钙（）二铝酸一钙（CA2）高铝水泥中CaO含量较低时，CA2较多。其水化硬化较慢，早强低，但后期强度能不断增长。如果CA2含量过高，将影响高铝水泥的快硬性能。但随CA2增加，水泥的耐热性能提高。属于单斜晶系。熔融法生产时，CA2晶体呈巨大棱柱状；烧结
4、法生产时，呈粒状（1020微米）。（3）七铝酸十二钙（）七铝酸十二钙（C12A7）结构中铝和钙的配位极不规则，结构中存在大量空腔，水极易进入。因此，C12A7水化、凝结极快，但强度不及CA高。当水泥中C12A7较多时，水泥出现快凝，甚至强度倒缩，耐热性下降。（4）钙铝黄长石（）钙铝黄长石（C2AS）晶格中离子配位对称性很高，故水化活性极低。（5）六铝酸一钙（）六铝酸一钙（CA6）低钙铝酸盐水泥中常见的一种矿物，为惰性矿物，无水硬性。但其可提高水泥的耐热性。2、化学组成、化学组成 主要化学成分为CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，还有少量的MgO、TiO2等。（1）氧化铝（）氧化铝（Al2
5、O3）氧化铝是保证形成低碱性铝酸钙的基本成分，我国采用烧结法生产时氧化铝大于45%；国外氧化铝为35%45%。氧化铝过低，熟料中易出现C12A7，使水泥快凝，强度下降；Al2O3过高，CA2过多，使水泥早期强度降低。（2）氧化钙）氧化钙 氧化钙过高，熟料中容易出现C12A7；氧化钙过低，大量形成CA2。熟料烧成温度随CaO含量增加而降低，采用烧结法生产时，若CaO过高，烧成温度范围较窄，生产不易控制。（3）氧化硅）氧化硅 适量（4%5%）能促进生料更均匀地烧结，加速熟料形成。但氧化硅过多，C2AS含量相应增加，水泥的早强性能降低。一般认为SiO2含量不宜超过10%。（4）氧化铁）氧化铁 熔融法
6、生产时，氧化铁能降低熔融温度，但含量不宜超过15%；烧结法生产时，少量氧化铁使熟料易于烧结，但超过4%时熟料容易产生夹馅现象，即表面正常，内部生烧，使水泥的凝结变快，强度降低。（5）二氧化钛）二氧化钛 含量超过4%时，水泥活性降低。（6）氧化镁）氧化镁 少量MgO（1%2%）能加速熟料形成，降低高铝熔融物的粘度和熔融温度。随着MgO增多，镁铝尖晶石相应增加，MA不具有胶凝性，生产中MgO含量应不小于2%。（7）其他）其他 碱可使熔融温度降低，但含量超过0.5%，会引起水泥快凝和强度下降。P2O5含量超过1%时，水泥的强度下降。三、高铝水泥的生产三、高铝水泥的生产一、原料一、原料 生产高铝水泥的
7、原料为矾土和石灰石。矾土主要成分为Al2O3，我国采用回转窑烧结法生产水泥时对矾土的要求为：SiO270%，Fe2O31.5%，TiO27%。熔融法生产水泥时可采用低品位铁矾土。对石灰石的要求为：要求采用较纯的石灰石，其中CaO52%，SiO21，MgO2%。2、配料计算、配料计算 与硅酸盐水泥熟料生产相似，为了得到含适量CA的高铝水泥熟料，必须控制熟料中CA与CA2的比例。一般采用铝酸盐碱度系数（Am）和铝硅比系数（A/S）来配制。（1）铝酸盐碱度系数（）铝酸盐碱度系数（Am）铝酸盐碱度系数（铝酸盐碱度系数（Am），是指熟料中形成），是指熟料中形成CA和和CA2的的CaO量与熟料中铝酸钙全部
8、为量与熟料中铝酸钙全部为CA时所需的时所需的CaO量之比。量之比。Am=（C-1.87S-0.70（F+T）/（0.55（A-1.70S-2.53M）Am越大，表示熟料中越大，表示熟料中CA/CA2之比值越大；反之，之比值越大；反之，CA/CA2之比值越小。熟料中除生成之比值越小。熟料中除生成C2AS和和MA之外，当之外，当Am=1时，其余时，其余Al2O3全部化合成全部化合成CA，而不存在，而不存在CA2；当；当Am=0.5时，时，只形成只形成CA2，而不存在，而不存在CA。我国生产高铝水泥时，。我国生产高铝水泥时，Am下限一般为下限一般为0.5左右，上限值为左右，上限值为0.80.9。当上
9、限值接近于。当上限值接近于1时，用熔融法制得的水泥会出现快凝；烧结法生产水泥时易结时，用熔融法制得的水泥会出现快凝；烧结法生产水泥时易结窑引起产量明显下降。窑引起产量明显下降。Am降低，水泥凝结变慢，强度降低，若降低，水泥凝结变慢，强度降低，若Am低于低于0.5，则水泥强度，则水泥强度发展很慢。发展很慢。（2）铝硅比系数（）铝硅比系数（A/S）A/S越高，越高，S越少，水泥强度越高。越少，水泥强度越高。A/S大于大于7时，水泥标号可达到时，水泥标号可达到325#，A/S大于大于9时，水时，水泥标号可达到泥标号可达到425#。（3）水泥熟料的矿物组成计算）水泥熟料的矿物组成计算CA=1.55（2
10、Am-1）（）（A-1.70S-2.53M）；）；CA2=2.55（1-Am）（）（A-1.7S-2.53M）C2AS=4.57S；CT=1.70T；C2F=1.7；MA=3.53M。3、生产方法、生产方法 可采用熔融法和烧结法。（1）熔融法 将生料置于电炉、高炉、反射炉或转炉中熔融制取熟料。实际生产的熔融温度13001400。（2）烧结法 回转窑烧成，烧成温度13001330。四、高铝水泥的硬化过程四、高铝水泥的硬化过程 高铝水泥水化生成的CAH10、C2AH8属于六方晶系，所形成的片状与针状晶体互相交叉搭接，形成坚固的骨架结构，氢氧化铝凝胶填充其间，且结合水量大，因此孔隙率低，结构致密，使
11、水泥获得较高的机械强度。五、高铝水泥的性能五、高铝水泥的性能1、强度、强度 GB201-81规定，高铝水泥分为四个标号。特性：强度发展非常迅速，24h几乎可达到最高强度的80%。在低温（510）也能很好硬化。但其强度发展与养护温度、水灰比的关系很大，水化产物的晶型转变还将导致强度倒缩。温度高于30，水泥强度剧烈下降。使用环境温度不得高于30。2、凝结时间、凝结时间 初凝不得早于40min，终凝不得迟于10h。温度低于25，对凝结时间不明显；超过25，凝结变慢。因此高铝水泥不需要加石膏作缓凝剂。增加溶液pH值的物质如CH、NaOH、Na2CO3、Na2SO4等可加速高铝水泥凝结；而NaCl、KC
12、l、NaNO3、酒石酸、柠檬酸、糖蜜、甘油等可使水泥凝结变慢。少量CaSO4（0.25%）能延缓凝结，但1%的CaSO4可使水泥终凝缩短至30min以下。硅酸盐水泥与高铝水泥复合，将缩短凝结时间和降低水泥强度，在一定范围内的混合物甚至可能出现瞬凝。3、耐腐蚀性、耐腐蚀性（1）抗硫酸盐性能 主要矿物低碱性铝酸钙，水化时不析出游离CH；水泥石液相碱度低，从而增加钙矾石的溶解度，使其均匀分布在混凝土孔隙中。另外，水泥水化生成铝胶，使水泥石结构致密，抗渗性好。（2）耐酸性 对碳酸和稀酸（pH值不小于4）具有很好的稳定性。原因：存在铝胶。当pH大于4时，铝胶才从铝酸盐溶液中沉淀出来。因此在pH值降低到4
13、以下之前，硬化水泥浆体在酸溶液中不再溶解。（3）碳化 碳化反而使强度增大。（4）抗碱性 抗碱性较差。4、水化热、水化热 总水化热为450500J/g，与硅酸盐水泥相近。但高铝水泥24h内水化热达到7090%，而硅酸盐水泥相应仅放出2550%。5、密度、细度、密度、细度 密度3.23.25；细度要求80微米方孔筛筛余不超过10%，比表面积不得低于240m2/kg。6、耐热性、耐热性 干燥的高铝水泥在900下还有原始强度的70%。1300还保留53%的原始强度。六、高铝水泥的应用六、高铝水泥的应用1、用于军事、抢修、抢建、耐硫酸盐腐蚀和冬季施工等特殊工程；2、配制不定形耐火材料；3、配制膨胀水泥及
14、自应力水泥。油井水泥一、概述、概述l 油井水泥是石油、天然气勘探和开采时，油、气井固井处理的专用水泥品种。l 固井作业的具体过程是当钻井深度达到设计要求后，将钢质套筒下入井内，然后注入水泥浆，依靠水泥浆体把井内泥浆从套管与井壁间隙中强制排除，替代的水泥浆体随后使套管与井壁固结为一体，将地层内不同的油、气、水层封隔起来，形成通畅的油流管道。油井水泥的使用环境油井水泥的使用环境 地下岩层结构十分复杂，地层下环境的温度和压力随深度增加不断变化，一般油井深度每增加30m，井温升高1，井深每增加1m，压力增加9801960Pa，使得油井水泥的实际应用条件非常复杂、多变。二、技术性能、技术性能l 流动性后
15、，水泥浆具有较低的稠度，较高的沉降稳定度和较低的游离水含量，有利于作用中的泵送l 凝结时间适宜，对不同井温、井压条件，水泥浆体有较长的稠化时间，保证固井过程结束后能快速凝结l 浆体密度范围适宜，以保证各种岩层构造的固井施工需要l 浆体强度发挥较快，固井施工结束后浆体迅速硬化，并保持长期稳定l 硬化的浆体密实性好，不透水，不透气，且对各种侵蚀介质有良好的抵抗能力三、油井水泥的种类 根据我国国家标准GB10238-88，油井水泥分为两大类：普通油井水泥和特种油井水泥。其中，普通油井水泥又分为九个级别三种类型，API A级到API J极油井水泥；特种油井水泥分为超深井水泥、低密度油井水泥、膨胀油井水
16、泥。1、API A级油井水泥级油井水泥l A级油井水泥属硅酸盐水泥系列，适合于无特殊性能要求的、自地面起1800m井深的固井作业l 一般来说，A级油井水泥具有可泵送性好、凝结硬化快及早期强度高的特点，对于高压井效果特别好，有利于防止油、气上窜，提高固井质量。2、API B级油井水泥级油井水泥 B级油井水泥与A级水泥相比，适用油井深度相同。但B级油井水泥具有抗硫酸盐性能，可分中抗硫酸盐型和高抗硫酸盐型。适用于井深1830m深度，分为普通型、中抗硫酸盐型、高抗硫酸盐型三种，其突出特点是要求水泥具有早强性能。一般采用烧制特定组成的熟料和高细磨来生产C级油井水泥。3、API C级油井水泥级油井水泥适用
17、于中井深和深井，其中D型适用于中温中压条件下18303050m；E级适用于30504270m井深；F级适用于30504880m井深。4、API D、E、F级油井水泥级油井水泥适用于自地面至2440m的井深度。称为基本油井水泥：（1）在生产时除掺加少量石膏外不得掺加其他任何外加剂；（2）使用时能与多种外加剂配合，可适应较大的井深和温度变化范围。5、API G、H级油井水泥级油井水泥适用于36604880m的井深度，具有耐高温性能。高温高压下具有高强度，以高C2S含量水泥为主。6、API J级油井水泥级油井水泥（1）超深井水泥：5000m以上井深。（2）低密度油井水泥：针对地层压裂系数低，为防止正常密度水泥浆液压力超过地层承受力而压裂破坏，造成水泥浆体损失，不能实现正常固井目的的情况而研制的水泥。（3）膨胀油井水泥：主要依靠水泥水化硬化过程中的适度体积膨胀，进一步增强套管与井壁间的粘结作用，改善固井质量。7、特种油井水泥、特种油井水泥
