硫铝酸盐水泥的性能与应用

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1、硫铝酸盐水泥的性能与应用毕利坤 王晓华 昆明市西山高翔特种水泥厂 ( 昆明 650114) 李德栋 中国建筑材料科学研究院 ( 北京 100024)1 引 言硫铝酸盐水泥是一个新的水泥系列 , 它是以适当成分的石灰石 、 矾土和石膏为原料,低温( 1300 1350 ) 煅烧而成的以 C4A3S 和 C2S为主要矿物组成的熟料 , 通过掺加适量混合材进行共同粉磨所制成的水硬性胶凝材料 。该种水泥以其熟料的矿物组成不同于其他品种水泥,由此构成其早强、高强 、 高抗渗 、 高抗冻 、耐腐蚀和低碱性等基本特性 ,并可在很大范围内调整其膨胀性能 。硫铝酸盐水泥的上述优异性能受到国内土木建筑工程界的重视

2、 ,已先后成功地用于建筑工程、紧急抢修、防渗工程、水泥制品 、 水泥压力管及各种 GRC 制品等方面, 取得了明显的技术经济效果 。1997 年初,新建投产的昆明市西山高翔特种水泥厂与中国建筑材料科学研究院技术合作,成功地生产符合国家标准的硫铝酸盐水泥 ,成为云南省生产该品种水泥的唯一厂家 。本文根据近年来我们对硫铝酸盐水泥理化性能的检测数据及使用情况, 结合有关资料 ,论述了硫铝酸盐水泥的性能特点及其实际应用 ,为在我国西南地区进一步推广应用硫铝酸盐水泥提供技术参考。2 硫铝酸盐水泥的性能特点硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物成分为C4A3S 和 C2S, 其中 C4A3S 的含量在 55% 75%

3、,故其水泥的性能与硅酸盐水泥有很大差别,在性能上它有如下特点:2. 1 早强与高强性能硫铝酸盐水泥其有优异的早期强度, 早强发挥迅速 ,而且有不断增长的后期强度 。快硬硫铝酸盐水泥 12h 1 天的抗压强度可达 3550MPa ,抗折强度可达 6. 5 7. 5MPa。快硬硫铝酸盐水泥根据 3 天的抗压强度确定标号 。表 1 是高翔特种水泥厂生产的 525 快硬硫铝酸盐水泥与冀东水泥厂 525R 硅酸盐水泥各龄期抗压强度的比较。可以看出 , 硫铝酸盐水泥 1 天的抗压强度已近 50MPa, 而同标号纯硅酸盐水泥 1 天强度仅 19MPa, 硫铝酸盐水泥 3 天的强度已相当于硅酸盐水泥 28 天

4、的强度值。高强硫铝酸盐水泥 1 天的抗压强度可达60 80MPa ,3 天抗压强度达 100 120MPa。表1 不同品种水泥各龄期抗压强度对比水 泥 品 种抗压强度( MPa)1 天3天 28 天高翔 525 快硬硫铝酸盐水泥49. 1 60. 3 68. 4冀东 525R 硅酸盐水泥19. 2 37. 8 58. 52. 2 抗冻性能硫铝酸盐水泥最为优异的性能之一就是负温下混凝土抗冻性好 ,早期受冻对强度的影响较小。其抗冻性具有以下几个特点: ( 1) 在 0 10低温下使用 ,早期强度是波特兰水泥的 5 8 倍。( 2) 在 0 - 20 负温下使用 ,加入少量防冻剂,混凝土入模温度维持

5、在 5 10 , 则可正常施工 , 混凝土 3 7 天强度可达设计强度的70 % 80%。30云南建材 1998 年第 4 期( 3) 混凝土早期受冻对后期强度增长影响 不大 。普通硅酸盐水泥早期受冻恢复到正温时强度损失 50 %,而在相同条件下硫铝酸盐水泥 损失仅 9%, 掺少量防冻剂时还可超强 。硫铝酸盐水泥混凝土抵抗早期受冻能力远远超过普通硅酸盐水泥砼 ,这对砼冬季负温施工 ,有很大 的实际意义。2. 3 高抗渗性能 由于硫铝酸盐水泥石结构较致密 , 因此其抗渗性较好, 混凝土的抗渗性是同标号波特兰水泥混凝土的 2 3 倍, 适合用于防水抗渗工 程。2. 4 抗腐蚀性能 硫铝酸盐水泥具有

6、较好的抗腐蚀性能 , 特别对海水、氯盐 、硫酸盐及它们的复合盐类 ( MgSO4+NaCl) 等具有极好的抗腐蚀性 。表 2是几种水泥在不同介质中耐腐蚀系数比较,425 矿渣硅酸盐水泥和 525普通硅酸盐水泥的耐腐蚀系数 F6绝大部分在 0. 80 以下, 有的已完全 没有强度, 而快硬硫铝酸盐水泥在三种腐蚀溶液中 ,F6值都大于 1, 明显优于其他品种水泥。 表 2几种水泥的耐腐蚀系数( F6)水 泥腐蚀溶液5%NaSO45%MgSO45%NaCl425 矿渣硅酸盐水泥0. 60坏0. 79525 普通硅酸盐水泥0. 67坏0. 82低热微膨胀水泥1. 13坏0. 98快硬硫铝酸盐水泥1.

7、131. 141. 112. 5 低碱性能硫铝酸盐水泥水化液相碱度较低( 固/液为 1/10) pH 值约 10. 5,该种水泥玻璃纤维腐蚀性很小 ,因此玻璃纤维与该种水泥复合,纤维强度保留率可稳定在 70 % 90%。上述二种材料 复合生产的玻璃纤维水泥制品, 其纤维强度保留率据计算可超过 50 年 ,成为理想的玻璃纤维 制品胶结材料。新标准对低碱度硫铝酸盐水泥性能指标要求和高翔特种水泥厂生产的低碱度硫铝酸盐水泥的质量列于表 3 中。表3 低碱度硫铝酸盐水泥主要性能指标标 号抗压强度 ( M Pa)抗折强度 ( MPa)凝结时间 ( min) 1天 7天 1天 7天 初凝 终凝pH 值28天

8、 自由膨胀率 ( % )425( 标准)32. 042. 5 4. 5 6. 0 25 18010. 50. 00 0. 10525( 标准)39. 052. 5 5. 0 6. 5 25 18010. 50. 00 0. 10高翔525 55. 273. 8 9. 3 11. 3 6785 10. 40. 05硫铝酸盐水泥除具上述基本特性外 ,与硅酸盐水泥相比,还有以下技术性能:( 1) 凝结时间较快硫铝酸盐水泥的初凝时间一般在30 60min 之间, 终凝在40 90mi 之间 , 初终凝相隔时间也较硅酸盐水泥短得多 ,但硫铝酸盐水泥的凝结时间可根据实际工程需要, 通过掺加专用外加剂自由调

9、节。( 2) 具有水化热集中释放特点硫铝酸盐水泥总水化热并不比硅酸盐水泥的高,约45 50cal/g , 但其集中在8 48h 释放 ,掺加适量的缓凝剂可推迟水化放热峰的出现时 间 ,却不改变其集中释放的特点 ,也不会降低多少总水化热 。3 硫铝酸盐水泥的应用目前,国内生产量最大的硫铝酸盐水泥系列品种主要有快硬硫铝酸盐水泥 ,自应力硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥 ,现就这三个品种硫铝酸盐水泥的应用情况分述如下: 3. 1 快硬硫铝酸盐水泥的用途快硬硫铝酸盐水泥主要用于以下几个方面 :( 1) 冬季施工工程混凝土的冬季施工已成为快硬硫铝酸盐水泥最主要用途之一。 在我国华北 、 东北和西北等寒冷

10、地带的冬季施工 ,普遍采用这种水泥浇筑框架及梁柱接点 ,现浇砼框架。 例如北京香山饭店 、 长城饭店 、 海洋局大楼, 天津新车站,齐齐哈尔市铁路桥 ,新疆乌鲁木齐市人大会堂,青藏铁 路桥及我国南极考察站等重要工程都有应用 。在我国西南地区10 以下的低温季节里也适宜使用硫铝酸盐水泥进行建筑施工 。( 2) 抢修和抢建工程311998 年第 4 期 云南建材主要用于公路、机场和桥梁的修补和抢建 , 例如北京的西直门、三元和朝阳门等立交桥的接头和叠合桥面 ,均达到抢速度争时间的目的 。最近对这些桥梁的考查结果表明, 其抗冻性和抗盐腐蚀性也明显优于相邻的波特兰水泥。 ( 3) 配制喷射混凝土采用快

11、硬硫铝酸盐水泥配以专用速凝剂配制喷射混凝土, 先后在陇海铁路吴庄隧道、 引滦 入津工程引水隧洞等工程使用 ,效果良好,喷射后1 2h 抗压强度达5MPa, 3天抗压强度超过20MPa,强度发展快, 回弹率大幅度降低 , 及时起到支护围岩的作用 ,加快了掘进速度 、 防止坍 塌,确保施工安全和工程质量 。( 4) 生产水泥制品和混凝土预制构件快硬硫铝酸盐水泥用于预制构件可取消蒸汽养护或降低蒸养温度, 缩短养护时间 ,还可加 速模具周转 、提高产品质量, 是节约能源、降低消耗的最佳措施 。 而且这种制品和构件抗腐蚀能力强,还特别适于在盐碱地使用 。 我国的南北 方数十家构件厂用快硬硫铝酸盐水泥生产

12、制作大型预应力屋面板、方桩、柱子、电杆和轨枕等均获得了良好的技术经济效益 。( 5) 水管 用快硬硫铝酸盐水泥生产一阶段和三阶段预应力管具有脱模快 、强度高、抗渗性好等特点,而且可以节约水泥用量。 在我国许多制管厂 都曾进行过生产 。高强硫铝酸盐水泥则主要用于大水灰比的矿井巷旁充填材料, 在水灰比为2. 5( 水/固体积比9/1) , 配以合适外加剂, 2h 抗压强度可达 2. 0MPa, 在煤矿井下充填可代替预留煤拄 , 达到节省煤资源和安全生产的目的。3. 2 自应力硫铝酸盐水泥的用途 自应力硫铝酸盐水泥与自应力硅酸盐水泥比较,具有自由膨胀较小, 自应力值较高的特点。 与自应力铝酸盐水泥相

13、比 ,又具有稳定期较短的特点 ,同时具有高抗渗、 耐腐蚀等优点。 自应力硫铝酸盐水泥主要用于生产 100 600mm 自应力水泥压力管 。 目前我国有80 % 的压力管厂采用过自应力硫铝酸盐水泥 。 大部分水泥压力管用作输水管 ,也曾在胜利油田试铺过 300mm 和 400mm 的输油管, 使用效果良好。高翔特种水泥厂生产40级自应力硫铝酸盐水泥已在昆明市预应力制管厂和安宁水泥制管 厂用于制作 100 500mm 自应力水泥压力管 。3. 3 低碱度硫铝酸盐水泥用途采用低碱度硫铝酸盐水泥和抗碱玻璃纤维 复合生产纤维增强水泥制品, 其耐久性已达到国际先进水平, 是目前较为理想的新型建筑材料和制品

14、。 目前GRC 制品的主要应用范围有:( 1) 生产内外复合墙板 。( 2) 单板 : 用作遮阳板、阳台分户板、 天花板 和遮音板。( 3) 建筑工程构件 : 通风道 、垃圾道和电缆导管等 。( 4) 农业用构件: 水渠、葡萄架、 沼气池 。( 5) 建筑小品 : 亭、建筑雕塑 、 卫生洁具等。 高翔特种水泥厂生产的低碱度硫铝酸盐水泥已在昆明市良富工贸有限公司 、 祥瑞新型墙板厂、雄劲墙板厂和红源预制板厂等厂用于制作 GRC 轻质内隔墙板等, 其制品已先后用在昆 明华原花园 、 江滨4号楼 、 邮电物资大厦、 盛迪大厦 、 佳华广场以及大理市新都宾馆和保山市兰花宾馆等工程上 。4 结 语 综上所述,硫铝酸盐水泥与其他水泥相比 ,具有早强 、 高强 、 抗渗 、 抗腐蚀和抗冻等优异特性 ,已成功地应用于建筑工程 、 冬季施工 、 海港工程、 地下工程、制作水泥制品、预制构件 、 水泥压力管和各种 GRC 制品 , 应用范围广阔 。 随着 生产规模日益扩大 、应用范围进一步开拓和应用技术的不断成熟 , 硫铝酸盐新品种水泥在云南省和西南地区的应用也将日趋增多, 有着很好的应用前景。收稿日期: 1998-05-0432云南建材 1998 年第 4 期