工業(yè)上生產(chǎn)鋁酸鈣水泥所用的原料主要有石灰石(CaO55.21%)和工業(yè)氧化鋁(Al2O398.60%)。鋁酸鈣水泥化學(xué)成分主要是CaO- Al2O3二元系統(tǒng)，其中存在C3A、C12A7、CA、CA2、CA6五種化合物

純鋁酸鈣水泥早強(qiáng)性能好，中溫殘存強(qiáng)度高，耐火度高(>1650℃)，如將水泥中ω( Al2O3)提高到80%，耐火度能達(dá)到1790℃，且耐磨，抗剝落、抗還原性介質(zhì)侵蝕能力強(qiáng)，適合作為膠結(jié)料或配制在高溫、高壓和還原條件下使用的不定形耐火材料。

一、      燒結(jié)法鋁酸鈣

20世紀(jì)90年代初，我國研究開發(fā)了用燒結(jié)法生產(chǎn)純鋁酸鈣水泥，生產(chǎn)工藝簡單且生產(chǎn)成本低，促進(jìn)了該特種水泥的發(fā)展；同時(shí)，對該種水泥也進(jìn)行了一些理論研究，以下主要探討煅燒溫度及配料組成對純鋁酸鈣水泥性能的影響。

一般，純鋁酸鈣水泥熟料的組成區(qū)域?yàn)椋篊aO20%~40%，Al2O360%~80%。將原料按一定的設(shè)計(jì)組成配合，放入球磨機(jī)中磨細(xì)；加水拌和均勻，用鋼模在25MPa壓力下壓制成直徑60mm，厚度8mm的波形圓餅；將該圓餅放入硅鉬棒電爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度分別控制在1350℃、1400℃、1450℃、15 50℃、1 600℃保溫30min后關(guān)閉電源；在爐內(nèi)冷卻至1200℃出爐并在空氣中急冷，制得熟料；將熟料磨細(xì)，細(xì)度控制在0.080mm方孔篩篩余約為2%，制得純鋁酸鈣水泥。

經(jīng)1350℃溫度下煅燒，試樣中存在較多的f-CaO，主要礦物CA及CA2形成量少，且有少量C12A7形成；1450℃煅燒，試樣中的f-CaO基本吸收完全，主要礦物CA及CA2形成良好。隨煅燒溫度提高至1550℃，CA及CA2的形成量均顯著增加。配料組成中Al2O3增加，則CA2的形成量增加，水泥的凝結(jié)時(shí)間延長且強(qiáng)度降低；當(dāng)Al2O3低于76%時(shí)，隨煅燒溫度提高，水泥的凝結(jié)時(shí)間延長但強(qiáng)度提高，尤其是3d、7d強(qiáng)度；摻少量BaO和ZnO可使水泥凝結(jié)時(shí)間縮短但強(qiáng)度降低。

二、      化學(xué)合成鋁酸鈣

鋁酸鈣粉體制備通常采用傳統(tǒng)的燒結(jié)法，即以石灰（或石灰石）和工業(yè)鋁氧為原料，在高溫下（一般1400℃左右）保溫3~4h，通過固相反應(yīng)制得。用該方法制得的粉末的比表面積非常低(

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院選用Ca(OH)2飽和溶液和AlCl3溶液為初始原料，在常溫下采用共沉淀法，在Al3+與Ca2-的摩爾比約為2.2條件下，先合成鋁酸鈣水化沉淀物的前驅(qū)體，再經(jīng)低溫煅燒，制備出了活性高、純度高的鋁酸鈣粉體，并研究了粉末制備過程中pH值對合成產(chǎn)物化學(xué)組成（即Al3+與Ca2+的摩爾比）的影響，以及熱處理溫度對鋁酸鈣粉末特性的影響。

三、      化學(xué)合成鋁酸鈣水泥的特性

通過固相反應(yīng)制得純鋁酸鈣水泥以CA、CA2為主要礦物相。但用該方法制得的鋁酸鈣中CA2含量高（一般大于30%），活性較差，水泥的早期水化強(qiáng)度在可施工時(shí)間內(nèi)不能充分發(fā)揮。采用化學(xué)法在常溫下先合成鋁酸鈣水化物沉淀，然后以此為前驅(qū)體，經(jīng)1100℃煅燒，可以獲得具有穩(wěn)定礦物相的、高活性的、富CA相的純鋁酸鈣水泥。化學(xué)共沉淀法制備的鋁酸鈣水泥，與以傳統(tǒng)燒結(jié)法生產(chǎn)的水泥進(jìn)行對比。

（1）    強(qiáng)度發(fā)展

化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥各齡期(6h、ld和3d)的強(qiáng)度均比燒結(jié)法水泥發(fā)展的快，其1d的強(qiáng)度幾乎是燒結(jié)法水泥3d強(qiáng)度的2倍。由ld和3d齡期的強(qiáng)度看，化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥的峰值強(qiáng)度來得早，其強(qiáng)度發(fā)揮得更充分。

（2）    凝結(jié)時(shí)間和水化放熱

按GB 2022測定化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥（水灰質(zhì)量比為0.8）的水化放熱速率。化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥的放熱速率于30~130min內(nèi)隨時(shí)間呈直線上升趨勢，并于130min左右達(dá)到峰值；130min~12h內(nèi)，放熱速率呈下降趨勢；約12h后，放熱速率趨于平緩，大約為0.10J/(s?g)。純鋁酸鈣水泥的水化放熱量曲線在0~24h內(nèi)所占面積很廣，說明放熱總量較大。另外，放熱量在0~4.5h內(nèi)隨時(shí)間呈梯度變化，超過4.5h后放熱量隨時(shí)間緩慢增加，12h時(shí)水化放熱量為449.24J/g，而24h時(shí)為488.38J/g。

由于化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥的活性高，水灰質(zhì)量比高時(shí)，在水化早期，水化放熱集中且放熱量大，即在高水灰比下膠砂的凝結(jié)時(shí)間較短。為此，在使用中必須加緩凝劑，使膠砂的凝結(jié)延后。

（3）    結(jié)合水與活性

化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥各齡期的結(jié)合水量均明顯較燒結(jié)水泥的高，尤其是在ld和3d齡期，其結(jié)合水量均達(dá)到燒結(jié)水泥的2倍。這與相應(yīng)各齡期強(qiáng)度的發(fā)展相符。同時(shí)表明，化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥比傳統(tǒng)燒結(jié)水泥具有更高的活性，它能充分地與水結(jié)合，形成水化產(chǎn)物，從而能產(chǎn)生很高的結(jié)合強(qiáng)度。

（4）    耐火澆鑄料性能

按實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)配方制備一組耐火澆注料，除水泥種類和添加劑以外，其他原料及其比例均相同。A配方選用的水泥為化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥，B配方為傳統(tǒng)燒結(jié)水泥。由于化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥的比表面積大，凝結(jié)快，因此在A配方中適當(dāng)增加加水量，分散劑僅使用了緩凝劑ADSI。

以化學(xué)合成純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑的A配方由于加水量大，烘干后試樣的體積密度比以傳統(tǒng)燒結(jié)水泥為結(jié)合劑的B配方的低，但與B配方試樣相比，A配方試樣表現(xiàn)出了較高的烘干強(qiáng)度，其燒后強(qiáng)度雖然略低，但與B配方試樣的大體相當(dāng)。