石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響

謝亞娟

（山東聚力混凝土有限公司，山東 濟南 250220）

0 前言

以阿利特（C3S）和貝利特（C2S）為主要礦物的普通硅酸鹽水泥早期強度偏低，后期強度增進速率較高。以硫鋁酸鋇鈣為主要礦物的含鋇硫鋁酸鹽水泥早期強度較高，而后期強度增進速率較低[1-3]。硫鋁酸鋇鈣是一種快硬早強型水硬性礦物，同時還具有燒成溫度低、水化微膨脹等特性[4-6]。程新[7-8]等人把該礦物引入到硅酸鹽水泥熟料礦相體系中，制備了早期性能良好的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥。因此，如果在硅酸鹽水泥熟料中引入少量的早強型礦物硫鋁酸鋇鈣，形成新的熟料礦相體系，將使傳統普通硅酸鹽水泥的早期強度進一步提高，并具有較高的后期強度增進速率[9-10]。

本文主要研究內容：石膏的摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥性能（流變性和膨脹率等）的影響，以便為阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥在工程中推廣應用提供一定的技術支持。

1 原材料

水泥熟料，來源于山東濟南山水廠，并磨細過 200目篩。石膏為山東泰安某石膏礦廠產。

2 試驗結果和分析

2.1 石膏對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體流變性的影響

由于阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料中含有硫鋁酸鋇鈣礦物，所以石膏摻量對該水泥性能有較大影響。在固定熟料礦物組成的基礎上改變水泥中石膏摻量。固定熟料礦物組成，選擇 3.5%、5.0%、6.5%、8.0% 的石膏摻量，測水泥漿體的粘度，計算漿體的屈服應力見表 1 和圖 1 所示。

由圖 1 中可以看出：石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體影響曲線近似為 Newton 流體，說明石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的流變特征影響不明顯；但石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應力影響比較明顯，比如石膏摻量達到 8.0% 時，阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體剪應力增幅非常明顯。

表 1 石膏摻量對水泥漿體屈服應力的影響

圖 1 石膏摻量對水泥漿體屈服應力的影響

石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體粘度的影響見表 2 和圖 2 所示。

表 2 石膏摻量對水泥漿體粘度的影響

從圖 2 可以看出：阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的粘度隨石膏摻量的增加而減小，主要原因：石膏具有緩凝效果，當提高水泥漿體中石膏的用量，將會降低阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的屈服應力和粘度，改善阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的整體流動性，可使阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體具有較好的工作性能。對不同石膏摻量的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應力隨剪切速率流變曲線做回歸分析，回歸方程見表 3。

圖 2 水泥漿體的粘度隨石膏摻量的變化

表 3 石膏摻量對漿體剪應力 X 和剪切變速率 Ds 關系的影響

表 3 中的回歸分析表明：不同石膏摻量的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪切應力和剪切應變之間的線性關系比較明顯，基本屬于賓漢姆流變方程。方程的通用形式為：X= A+BDs，式中的 A 和 B 分別代表漿體的屈服應力和塑性粘度。

2.2 石膏摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥漿體膨脹性的影響

各試樣的標準稠度、凝結時間見表 4。表 5 和圖 3給出了石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率的影響變化曲線。

表 4 石膏摻量對水泥標準稠度和凝結時間的影響

從表 5 和圖 3 可看出：在水化硬化過程中，普通硅酸鹽水泥表現為體積收縮現象，比如在水化初期（3d之前）收縮率增加速度比較快，而水化后期（7d 之后）收縮基本穩定；而阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥具有一定的體積膨脹特性，在水化初期（14d 之內）膨脹率增加速度較快，而水化后期膨脹趨于穩定。另外，從圖 3還可看出：阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率隨石膏摻量的增加其逐漸增加。

表 5 石膏摻量對水泥膨脹率的影響 %

圖 3 石膏摻量對水泥膨脹率的影響

3 結論

（1）石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體影響曲線近似為 Newton 流體；但石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應力影響比較明顯；阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的粘度隨石膏摻量的增加而減小；不同石膏摻量的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪切應力和剪切應變之間的線性關系比較明顯，基本屬于賓漢姆流變方程。

（2）在水化硬化過程中，普通硅酸鹽水泥表現為體積收縮現象，而阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥具有一定的體積膨脹性；另外，隨石膏摻量的增加，其阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率逐漸增加。