仁怀硫铝酸盐水泥是由矾土、石灰石和石膏按一定配比,经低温(1300~1350)℃煅烧,生成以硫铝酸钙(C4A3S̅)和硅酸二钙(C2S)为主要矿物相的熟料,与适量石膏共同粉磨而制成的具有凝结时间短、早期强度高和碱度低等特性的水硬性胶凝材料。粉磨硫铝酸盐水泥时,通常按照需要掺加部分混合材(石灰石和粉煤灰等)。
与硅酸盐水泥的生产一样,硫铝酸盐水泥的生产也可概括为“两磨一烧”,硫铝酸盐水泥生产的关键也在于熟料的烧成。
近十余年来,随着水泥工业对节资、节能和减排的重视,国内外研究者也开始重视硫铝酸盐水泥熟料烧成原料中对工业固废的应用。
硫铝酸盐水泥的性能特点
1 凝结时间较快
按GB175-2007规定,各类硅酸盐水泥初凝时间不得小于45min,终凝时间不得大于10h。而仁怀硫铝酸盐水泥初凝时间多为30min~40min,终凝时间多为55min~75min。
2 早期强度高
与普通硅酸盐水泥相比,硫铝酸盐水泥强度发展迅速,具有极高的1d强度,3d龄期强度可达硅酸盐水泥28d强度的85%以上。硫铝酸盐水泥由于熟料中含有一定量C2S,其后期强度会缓慢提高,而不会出现某些快凝、快硬、早强水泥所表现出的后期强度倒缩现象。
3 一定的自由膨胀率
仁怀硫铝酸盐水泥水化生成的钙矾石,结晶生长时产生体积膨胀,因而硫铝酸盐水泥具有一定的自由膨胀性。由表2可以看出,在灰砂比(C/S)为1:0.5的情况下,低碱硫铝酸盐水泥28d的自由膨胀率为0.00%~0.10%,快硬硫铝酸盐水泥28d的自由膨胀率为0.00%~0.07%。可见,硫铝酸盐水泥尽管具有一定的膨胀性,但膨胀率较低,应用十分安全。
4 液相碱度低
硅酸盐水泥水化液相的pH值达13左右,而硫铝酸盐水泥水化液相的pH值为11.5~12.0。低碱水泥适合作玻璃纤维复合材料的胶凝材料,特别是在硫铝酸盐水泥中掺加一定比例的混合材,如石灰石、粉煤灰、矿渣粉等,可以进一步降低碱度,成为玻璃纤维制品的理想胶凝材料。
5 良好的抗冻融性
抗冻性好也是硫铝酸盐水泥的优异性能之一,由于其快硬早强,早期受冻对其强度的影响较小。普通硅酸盐水泥如果在早期受冻,待温度恢复到常温时,其强度损失大约为50%,而硫铝酸盐水泥只损失9%左右。硫铝酸盐水泥在(0~10)℃的低温环境下使用,其早期强度为普通硅酸水泥的5~8倍;在(-20~0)℃的低温环境下使用,加入少量防冻剂,保持入模温度在5℃以上,混凝土(3~7)天的强度可以达到设计强度的70%~80%。
硫铝酸盐水泥的应用
1 硫铝酸盐水泥用作快速修补材料
大量试验研究表明,快硬早强硫铝酸盐水泥是我国当前较为先进的抢修、抢建工程用水硬性胶凝材料。在道路路面抢修、修补工程中,用硫铝酸盐水泥掺早强剂配制的道路混凝土,不需特殊养护,8h后强度即可达到设计强度的80%,12h即可达到设计强度。同时,硫铝酸盐水泥粘结性强、自身膨胀性弱,可有效防止混凝土收缩,较高的抗渗透性能又能防止地表水下渗损坏道路基层,因此硫铝酸盐水泥是理想的道路路面抢修、修补工程用材料。
2 硫铝酸盐水泥用作灌浆材料
我国高铁建设中投入很多新型材料,特别是灌浆材料,其在轨道及钢结构安装地脚螺栓锚固、路桥工程的加固以及混凝土结构加固建设中得到了大量的应用。裴向军等[16]在快硬型硫铝酸盐水泥的基础上,研究了一种流动性好、凝结时间可控、早期强度大且后期强度逐步提高的新型灌浆材料,对现场灌浆技术的提高具有重要意义。
3 硫铝酸盐水泥在抗腐蚀工程中的应用
硫铝酸盐水泥具有优异的抗氯盐和抗硫酸盐侵蚀的性能,即使不养护的硫铝酸盐水泥胶砂试件也具有显著的抗硫酸盐侵蚀性能。南疆铁路和青新铁路所途经的含有高浓度氯化物、镁盐和硫酸盐地下水的路段,采用快硬硫铝酸盐水泥现场实验和施工的大小十几座桥梁,至今使用效果仍然良好。
4 硫铝酸盐水泥在生产GRC相关制品中的应用
GRC制品是指由硫铝酸盐水泥与抗碱玻璃纤维复合而成的制品,具有轻质、高强和耐久等优良性能,在我国已得到了广泛应用。硫铝酸盐水泥碱度低,与玻璃纤维复合制备玻璃纤维增强水泥(GRC)制品时,能减缓对玻璃纤维的腐蚀,大幅提高GRC制品的耐久性。目前GRC制品种类繁多,主要有GRC内外隔墙板、GRC建筑外装饰构件和艺术品,GRC保温板及发泡材料等建筑材料。
5 硫铝酸盐水泥在其他工程中的应用
硫铝酸盐水泥由于其具有早期强度高、抗渗透性强、抗冻融性好、长期稳定性好、耐腐蚀、凝结时间短、碱度低和自由膨胀率低等一系列优异的性能,除了在上述工程中被大量应用外,还被广泛应用于以下工程领域:
(1) 喷锚支持、加固工程;
(2) 水工、海工工程;
(3) 地下工程;
(4) 防碱集料反应工程;
(5) 混凝土预制构件、高强预应力混凝土管桩的制备。