超早強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥混凝土修補(bǔ)材料的應(yīng)用研究

齊浩

摘 要：隨著人類社會(huì)和技術(shù)的不斷發(fā)展，人類的活動(dòng)和社會(huì)生產(chǎn)的需要帶動(dòng)了大量的房屋建筑和交通建設(shè)，而水泥混凝土具有來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低，耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于人類的基礎(chǔ)建設(shè)。但水泥混凝土建筑材料因施工監(jiān)管不合格，長(zhǎng)期的過(guò)載使用和惡劣環(huán)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(yán)重危害人生安全。因此，當(dāng)今社會(huì)的建筑格局經(jīng)過(guò)這么多年的快速發(fā)展已經(jīng)從以前的大規(guī)模的大興土木到如今維護(hù)修補(bǔ)為主的基調(diào)。

關(guān)鍵詞：硫鋁酸鹽水泥；混凝土；超早強(qiáng)

1 前言

硫鋁酸鹽水泥自發(fā)明以來(lái)，廣泛應(yīng)用于房屋建筑、橋梁、道路、機(jī)場(chǎng)、市政建設(shè)等工程。硫鋁酸鹽水泥在自應(yīng)力水泥壓力管、GPC制品、超早強(qiáng)混凝土、冬季施工、搶修搶建、噴錨加固、抗?jié)B、抗腐蝕等工程中普遍應(yīng)用。硫鋁酸鹽水泥在多個(gè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，充分證明了其優(yōu)異的質(zhì)量，突出的特性和可靠的穩(wěn)定性。

2 硫鋁酸鹽水泥的研發(fā)現(xiàn)狀

水泥基快速修補(bǔ)材料主要是以水泥作為基礎(chǔ)的膠凝材料，復(fù)合各種外加劑而制備成的無(wú)機(jī)修補(bǔ)材料。由于其與舊混凝土性質(zhì)相近，結(jié)構(gòu)相似，相容性好，體積穩(wěn)定和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，被作為主要的修補(bǔ)材料應(yīng)用于修補(bǔ)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(bǔ)材料、硫鋁酸鹽水泥基快速修補(bǔ)材料、高鋁水泥基修補(bǔ)材料、硫酸鎂水泥基修補(bǔ)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(jīng)過(guò)在1300℃～1350℃下煅燒得到硫鋁酸鹽水泥熟料，其主要成分是無(wú)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(wú)水硫鋁酸鈣的燒結(jié)溫度低于硅酸三鈣礦物，生產(chǎn)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(huán)境友好型方面符合國(guó)家提出的節(jié)能減排的戰(zhàn)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(wú)水硫鋁酸鈣可以和拌合水快速發(fā)生水化反應(yīng)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(jié)時(shí)間短，早期強(qiáng)度高等特點(diǎn)。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(duì)硫鋁酸鹽水泥進(jìn)行改性的時(shí)候需要考慮硫鋁酸鹽水泥特殊的水化環(huán)境。

從硫鋁酸鹽水泥近幾年的科學(xué)研究和工程應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，硫鋁酸鹽水泥是一種值得推廣和發(fā)展的水泥品種，特別是在需要早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗凍、耐腐蝕、抗?jié)B等特殊要求的特種工程中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。國(guó)內(nèi)外的諸多學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)于硫鋁酸鹽水泥的理化研究和工程應(yīng)用展開了大量的研究。常鈞等重點(diǎn)研究了含鋇硫鋁酸鹽水泥混凝土試塊的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)混凝土試塊的破壞是從集料內(nèi)部斷開，證明含鋇硫鋁酸鹽水泥混凝土具有很強(qiáng)的界面粘結(jié)強(qiáng)度。楊克銳等重點(diǎn)探討了硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間的調(diào)節(jié)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)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(qiáng)度。付興華提出了改善硫鋁酸鹽水泥倒縮問(wèn)題的方法，摻加燒石膏可以降低硫鋁酸鹽水泥的28d強(qiáng)度的倒縮。

3 原材料和試驗(yàn)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(chǎn)的42.5級(jí)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(guò)試驗(yàn)測(cè)得，快硬硫鋁酸鹽水泥比表面積均大于400m2/kg，45μm負(fù)壓篩通過(guò)率82.1%，80μm負(fù)壓篩通過(guò)率98.2%。R·SAC主要化學(xué)組成見表1。

3.2 骨料

粗骨料主要是石灰?guī)r機(jī)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(xì)骨料主要是山東省平度市金順達(dá)石英廠40-60目的機(jī)制石英砂。

3.3 外加劑

減水組份主要采用蘇州市興邦化學(xué)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(yè)級(jí)，上海麗瑞化工有限公司生產(chǎn)，甲酸鈣含量≧98%。碳酸鋰，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。硫酸鋁，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。氫氧化鈣，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。木鈣，化學(xué)純，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。硼酸，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所生產(chǎn)。木鈣，工業(yè)級(jí)，上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)。

4 試驗(yàn)方法

4.1 成型及養(yǎng)護(hù)

水泥凈漿采用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌，流動(dòng)度測(cè)試采用圓錐模具法，試驗(yàn)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(rùn)，將拌好的凈漿迅速注入模具內(nèi)，用刮刀刮平，將圓錐模沿垂直方向提起，并同時(shí)開啟秒表計(jì)時(shí)，任水泥凈漿在玻璃板上流動(dòng)30s，用直尺量取玻璃板上水泥凈漿互相垂直的兩個(gè)方向的最大直徑，取平均值作為水泥凈漿流動(dòng)度。凝結(jié)時(shí)間按照國(guó)標(biāo)GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢定方法》的要求用維卡儀測(cè)試。保持工作性時(shí)間是指從水泥全部加入水中至其任意塑形無(wú)裂紋，表面破壞后可繼續(xù)抹平且不影響終凝后的表面平整度和強(qiáng)度的時(shí)間，塑形時(shí)出現(xiàn)裂紋、不光滑即為喪失工作性，測(cè)試的目的是為了判斷在使用中的最遲操作時(shí)限。凈漿不進(jìn)行任何振搗倒入40mm×40mm×160mm的模具中成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)。水泥膠砂采用行星式砂漿攪拌機(jī)攪拌，由于流動(dòng)度較大，流動(dòng)度試驗(yàn)參考GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》取消震動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行測(cè)試。

4.2 性能測(cè)試

水泥凈漿和水泥膠砂的強(qiáng)度均按國(guó)標(biāo) GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（ISO 法）要求進(jìn)行測(cè)試。水泥基材料的強(qiáng)度、粘結(jié)性、抗裂性、體積穩(wěn)定性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等性能主要采用水泥膠砂進(jìn)行試驗(yàn)?；炷恋膹?qiáng)度按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2002進(jìn)行測(cè)試。相關(guān)耐久性測(cè)試參照 GB/T 50082-2009 《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)。

本研究配制的超早強(qiáng)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(qiáng)度，且具有體積不收縮，抗凍性良好、耐硫酸鹽侵蝕性、黏結(jié)性優(yōu)良等性能。實(shí)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(jié)約時(shí)間，節(jié)省了人工和機(jī)械使用費(fèi)。

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