超早強硫鋁酸鹽水泥混凝土修補材料的應用研究

齊浩

摘 要：隨著人類社會和技術的不斷發展，人類的活動和社會生產的需要帶動了大量的房屋建筑和交通建設，而水泥混凝土具有來源廣泛，生產工藝簡單，價格低，耐久性好等優點，被廣泛應用于人類的基礎建設。但水泥混凝土建筑材料因施工監管不合格，長期的過載使用和惡劣環境的侵蝕作用，使大量的水泥混凝土建筑受到不同程度的破壞，嚴重危害人生安全。因此，當今社會的建筑格局經過這么多年的快速發展已經從以前的大規模的大興土木到如今維護修補為主的基調。

關鍵詞：硫鋁酸鹽水泥；混凝土；超早強

1 前言

硫鋁酸鹽水泥自發明以來，廣泛應用于房屋建筑、橋梁、道路、機場、市政建設等工程。硫鋁酸鹽水泥在自應力水泥壓力管、GPC制品、超早強混凝土、冬季施工、搶修搶建、噴錨加固、抗滲、抗腐蝕等工程中普遍應用。硫鋁酸鹽水泥在多個領域的成功應用，充分證明了其優異的質量，突出的特性和可靠的穩定性。

2 硫鋁酸鹽水泥的研發現狀

水泥基快速修補材料主要是以水泥作為基礎的膠凝材料，復合各種外加劑而制備成的無機修補材料。由于其與舊混凝土性質相近，結構相似，相容性好，體積穩定和耐久性好等優點，被作為主要的修補材料應用于修補工程中。按照水泥的品種不同，可以分為快硬硅酸鹽水泥修補材料、硫鋁酸鹽水泥基快速修補材料、高鋁水泥基修補材料、硫酸鎂水泥基修補材料、硅灰水泥混凝土、偏高嶺水泥混凝土。硫鋁酸鹽水泥是以石灰石，鋁礬土和石膏為主要的原材料，經過在1300℃～1350℃下煅燒得到硫鋁酸鹽水泥熟料，其主要成分是無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣，再摻入適量的混合材（如石膏和石灰石等）共同粉磨而成的水硬性膠凝材料。與普通硅酸鹽水泥相比，由于無水硫鋁酸鈣的燒結溫度低于硅酸三鈣礦物，生產硫鋁酸鹽水泥其理論的能耗低于一般的普通硅酸鹽水泥，在環境友好型方面符合國家提出的節能減排的戰略要求。在水泥水化方面，由于硫鋁酸鹽水泥熟料中大量的無水硫鋁酸鈣可以和拌合水快速發生水化反應形成大量的鈣礬石，因此硫鋁酸鹽水泥具有早期水化速度快，凝結時間短，早期強度高等特點。硫鋁酸鹽水泥熟料中CaO的含量較低，其體系中的堿度低于一般的普通硅酸鹽水泥體系，因此在選擇改性劑對硫鋁酸鹽水泥進行改性的時候需要考慮硫鋁酸鹽水泥特殊的水化環境。

從硫鋁酸鹽水泥近幾年的科學研究和工程應用中可以發現，硫鋁酸鹽水泥是一種值得推廣和發展的水泥品種，特別是在需要早強、高強、抗凍、耐腐蝕、抗滲等特殊要求的特種工程中應用越來越廣泛。國內外的諸多學者和技術人員對于硫鋁酸鹽水泥的理化研究和工程應用展開了大量的研究。常鈞等重點研究了含鋇硫鋁酸鹽水泥混凝土試塊的微觀結構，發現混凝土試塊的破壞是從集料內部斷開，證明含鋇硫鋁酸鹽水泥混凝土具有很強的界面粘結強度。楊克銳等重點探討了硫鋁酸鹽水泥凝結時間的調節問題，實驗結果表明，通過合理控制硼砂與硫酸鋁的比例，可保證硫鋁酸鹽水泥適度緩凝，并具有較好的后期強度。付興華提出了改善硫鋁酸鹽水泥倒縮問題的方法，摻加燒石膏可以降低硫鋁酸鹽水泥的28d強度的倒縮。

3 原材料和試驗方法

3.1 膠凝材料

水泥采用河南省鄭州建文特科技有限公司生產的42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥Ⅰ（R·SACⅠ）和快硬硫鋁酸鹽水泥Ⅱ（R·SACⅡ），都屬于低堿水泥。通過試驗測得，快硬硫鋁酸鹽水泥比表面積均大于400m2/kg，45μm負壓篩通過率82.1%，80μm負壓篩通過率98.2%。R·SAC主要化學組成見表1。

3.2 骨料

粗骨料主要是石灰巖機制碎石，粒徑主要有10-20mm和5-10mm，壓碎值小于13%，含泥量不大于0.75%，飽和面干吸水率約2.02%。細骨料主要是山東省平度市金順達石英廠40-60目的機制石英砂。

3.3 外加劑

減水組份主要采用蘇州市興邦化學建材有限公司的聚羧酸減水劑（JW），添有引氣緩凝成分。甲酸鈣，工業級，上海麗瑞化工有限公司生產，甲酸鈣含量≧98%。碳酸鋰，分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。硫酸鋁，分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。氫氧化鈣，分析純，國藥集團化學試劑有限公司生產。木鈣，化學純，天津光復精細化工研究所生產。硼酸，天津光復精細化工研究所生產。木鈣，工業級，上海臣啟化工科技有限公司生產。

4 試驗方法

4.1 成型及養護

水泥凈漿采用水泥凈漿攪拌機攪拌，流動度測試采用圓錐模具法，試驗是首先將上口直徑36mm、下口直徑60mm、高60mm的圓錐放置在400mm×400mm的水平玻璃板上，玻璃板和圓錐模具保持濕潤，將拌好的凈漿迅速注入模具內，用刮刀刮平，將圓錐模沿垂直方向提起，并同時開啟秒表計時，任水泥凈漿在玻璃板上流動30s，用直尺量取玻璃板上水泥凈漿互相垂直的兩個方向的最大直徑，取平均值作為水泥凈漿流動度。凝結時間按照國標GB/T1346-2011《水泥標準稠度、凝結時間、安定性檢定方法》的要求用維卡儀測試。保持工作性時間是指從水泥全部加入水中至其任意塑形無裂紋，表面破壞后可繼續抹平且不影響終凝后的表面平整度和強度的時間，塑形時出現裂紋、不光滑即為喪失工作性，測試的目的是為了判斷在使用中的最遲操作時限。凈漿不進行任何振搗倒入40mm×40mm×160mm的模具中成型，標準養護條件下養護。水泥膠砂采用行星式砂漿攪拌機攪拌，由于流動度較大，流動度試驗參考GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測定方法》取消震動環節進行測試。

4.2 性能測試

水泥凈漿和水泥膠砂的強度均按國標 GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》（ISO 法）要求進行測試。水泥基材料的強度、粘結性、抗裂性、體積穩定性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等性能主要采用水泥膠砂進行試驗。混凝土的強度按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081-2002進行測試。相關耐久性測試參照 GB/T 50082-2009 《普通混凝土長期性能和耐久性實驗標準》進行試驗。

本研究配制的超早強硫鋁酸鹽水泥混凝土能夠保持30 min 以上的工作性并具有較高的早期強度，且具有體積不收縮，抗凍性良好、耐硫酸鹽侵蝕性、黏結性優良等性能。實踐證明，該材料適用于橋梁、道路維修加固，可大大縮短工期，節約時間，節省了人工和機械使用費。

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