摻硫鋁酸鹽水泥熟料的富矽酸鹽水泥體系的效能研究

摘要：

研究了硫鋁酸鹽水泥熟料對複合矽酸鹽水泥效能的影響。研究表明，當複合水泥中摻入少量硫鋁酸鹽水泥熟料後。再配以適量的石膏，可以提高其早期強度，且隨著硫鋁酸鹽水泥熟料摻量的增加，其凝結時間明顯縮短，並探討了硫鋁酸鹽水泥熟料改善複合水泥效能的機理。硫鋁酸鹽水泥熟料水化形成的鈣礬石和鋁膠，對矽酸鹽水泥熟料礦物水化有促進作用，這是水泥凝結加快、強度增加的主要原因。

關鍵詞：複合矽酸鹽水泥；硫鋁酸鹽水泥；效能；機理

1前言

矽酸鹽水泥具有效能穩定、生產成本低的特點，但早期強度發展緩慢，因此在矽酸鹽水泥和矽酸鹽基水泥的發展過程中，出現了多種改性的矽酸鹽水泥和複合水泥。硫鋁酸鹽水泥具有早強、高強和低鹼等特點，但其生產成本較高。因此，運用硫鋁酸鹽水泥與矽酸鹽水泥複合獲得性能更為優異的複合水泥得到了研究，但是相關研究還缺少深度。從試驗設計思路上來看，已有研究僅僅停留在兩種水泥的複合上。還沒有涉及到兩種水泥與粉煤灰的共同複合研究方面。為了能夠全面認識兩大系列水泥與粉煤灰複合後的效能，本文研究了不同配比的矽酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料和粉煤灰複合後的水泥凝結時問和強度等物理效能。

2試驗材料

（1）

鹽硫鋁酸鹽水泥：快硬性硫鋁酸鹽

（2）

矽酸鹽水泥：蘇州海螺

42。5

水泥

（3）

二水石膏

（

4

）粉煤灰：

I

級灰，篩餘量不大於

12%

3試驗方法

3.1 試驗方案

首先將硫鋁酸鹽水泥熟料，矽酸鹽水泥熟料，二水石膏和粉煤灰分別按照不同比例配製成水泥，控制比表面積為

350㎡/kg，固定粉煤灰摻量為30%，二水石膏摻量為5%。

3.2 物理效能的測定方法

水泥淨漿標準稠度用水量和凝結時間按

GBT1346-2001測定。水泥強度按GBT17671-1999測定。

3.3 實驗室標準試驗條件

標準試驗條件：溫度

23

±

2

℃，溼度

50~70%

。

3.4 試驗方法

3.4.1 不同比例硫鋁酸鹽水泥熟料摻量的效能對比

3.4.2 硫鋁酸鹽水泥熟料摻量對水泥凝結時間的影響

由上表看出，水泥的凝結時間隨硫鋁酸鹽水泥熟料含量的增加而縮短。硫鋁酸鹽水泥熟料的摻量＜

5%

時，水泥的凝結時間較正常，而摻量＞

5%

時水泥的凝結時間明顯加快。

3.4.3 硫鋁酸鹽水泥熟料摻量對水泥強度的影響

由上表看出，在石膏摻量相同的條件下，硫鋁酸鹽水泥熟料含量＜

5%

時，隨其含量增加，水泥的強度增加；當硫鋁酸鹽水泥熟料含量＞

5%

時，則反之。試驗表明，加入適量的硫鋁酸鹽水泥熟料可以提高水泥的強度，但過多的摻加硫鋁酸鹽水泥熟料對強度並沒有好處。

3.4.4 試驗機理的討論

試驗水泥水化反應生成的水化產物主要有高硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣和

Ca（OH）

2

等。早期的衍射圖譜中還有一定量的二水石膏，不過，隨著水化的進行，在水化後期二水石膏逐漸消失。隨著水化時間的延長，單硫型水化硫鋁酸鈣的衍射峰逐漸減弱，高硫型水化硫鋁酸鈣的衍射峰逐漸增強。

摻入硫鋁酸鹽水泥熟料的水泥拌和水後，很快發生

C3S+2CS+34H=C3A·3CS·H2+2AH3

（ge1）

的反應，而生成一定量的高硫型水化硫鋁酸鈣。儘管隨硫鋁酸鹽熟料增加，水泥中

C2S

的含量有所提高，但由於

CAS的快速水化，使水泥熟料的C2S表面會很快暴露出來，與水發生反應，同時CS水化能進一步促進C3S的水化。並且，隨著硫鋁酸鹽水泥熟料摻量的增加，鈣礬石和鋁膠的形成數量增多，速度加快。

所以，系統在

C2S高的情況下仍然能夠以比矽酸鹽水泥水化還要快的速度進行，甚至能達到閃凝的程度。低鹼度的硫鋁酸鹽水泥熟料摻入高鹼度的矽酸鹽水泥熟料，相應提高水泥漿體的鹼度，使其中的水化產物加快生成，是所配製的水泥發生快凝，甚至有時發生急凝的內在原因。

水化早期高硫型硫鋁酸鈣衍射峰較強，說明樣品初期水化生成較多鈣礬石，這樣鈣礬石形成的強度骨架被大梁的膠體填充，從而使水泥石的結構密實，孔隙率降低，強度提高。當摻入的硫鋁酸鹽水泥熟料完全水化之後，水泥的水化程序基本上與矽酸鹽水泥相一致。

4試驗結果及分析

（1）

摻入硫鋁酸鹽水泥熟料後的水泥凝結時間明顯縮短。未摻時，水泥的凝結時間為

169min；當摻量為5%時，其初凝時間降為42min，而摻量達到10%時，初凝時間為16min，接近急凝。

（2）

當矽酸鹽水泥熟料中摻入少量矽酸鹽水泥熟料後，配以適量的石膏，能夠提高水泥的早期強度，可以在一定程度上解決矽酸鹽水泥早期強度發展緩慢的問題。摻

5%硫鋁酸鹽水泥熟料與不摻的水泥系統相比，3d，28d抗壓強度分別提高1。5Mpa，7。9Mpa，同期抗折強度也有所提高。

（3）

硫鋁酸鹽水泥熟料水化形成的鈣礬石和鋁膠，對矽酸鹽水泥熟料礦物的水化有促進作用，是複合水泥凝結加快，強度提高的主要原因。

參考文獻

［1］

盧安修編著，無機非金屬材料導論

。

中南大學出版社，

2003

［2］

國家自然科學基金委員會

。

工程與材料科學部編著

。

無機非金屬材料科學

。

科學出版社，

2006

［3］

王培銘主編

。

無機非金屬材料學

。

同濟大學版社，

1999

［4］

王紅，矽酸鹽水泥熟料對硫鋁酸鹽水泥某些效能的影響

［J］

，武漢建設學院學報，

1984-4-7

［5］

劉曉宇，硫鋁酸鹽水泥與矽酸鹽水泥複合性能的研究，

1998-10-12