硫硅酸鈣改性硫鋁酸鹽水泥的研究進展

張嘉樂 陳子昂 張夢宇 王培芳 李雪飄

(揚州大學建筑科學與工程學院 江蘇 揚州 225009)

一、硫鋁酸鹽水泥研究現狀

二、硫硅酸鈣的研究現狀

硫硅酸鈣晶體為正交晶系，屬于Pnma 空間群，其晶胞參數為：a=0.6863nm，b=1.5387nm，c=1.1081nm，Z=4[113]。其空間結構如圖 1 所示。

圖1 硫硅酸鈣晶體結構圖

在硫鋁酸鹽水泥熟料體系中，硫硅酸鈣在900-1200℃的溫度范圍內穩定存在，當溫度超過1200℃時，硫硅酸鈣會開始發生緩慢的分解，可以分解產生硅酸二鈣和石膏。

以往的研究成果發現，硫硅酸鈣礦物的水化活性較弱。但是最新研究成果表明，在硫鋁酸鹽水泥水化體系中硫硅酸鈣相對于貝利特礦物具有更高的活性。沈燕等[1]發現在1150～1250℃下保溫4h可以得到純度為 85.04%的硫硅酸鈣樣品。Ben Haha 等[2]研究了硫硅酸鈣礦物在鋁膠環境中的水化，研究發現，在 30%氫氧化鋁-70%硫硅酸鈣的水化體系中，硫硅酸鈣礦物的水化活性得以激發。Montes等[3]研究了水泥含鋁礦物和硫鋁酸鈣礦物對硫硅酸鈣礦物水化活性的影響，研究發現，含鋁礦物和硫鋁酸鈣礦物對硫硅酸鈣活性激發的順序為 C12A7≈CA>C3A>C4A3S。但是上述研究未對硫硅酸鈣礦物的水化產物進行深入的研究。

三、硫硅酸鈣對硫鋁酸鹽水泥性能的影響

沈燕[4]合成了純度為85.04%的硫硅酸鈣礦物，其中含有14%的貝利特礦物，將合成的硫硅酸鈣礦物摻加到貝利特-硫鋁酸鹽水泥中，研究結果顯示，硫硅酸鈣礦物可提高水泥的后期抗壓強度。將硫硅酸鈣礦物引入至貝利特-硫鋁酸鹽水泥熟料中，部分或全部取代貝利特，可獲得一種全新的水泥—硫硅酸鈣-硫鋁酸鹽水泥。

黃永波[5]在貝利特-硫鋁酸鹽水泥中使用硫硅酸鈣代替一部分的貝利特礦物，與貝利特-硫鋁酸鹽水泥相比，硫硅酸鈣-硫鋁酸鹽水泥的標準稠度需水量增大，凝結時間縮短，且水泥中的硫鋁酸鈣礦物的水化活性更高，水泥早期抗壓強度更高。硫硅酸鈣-硫鋁酸鹽水泥 90d 抗壓強度比貝利特-硫鋁酸鹽水泥高出17MPa。此外，硫硅酸鈣-硫鋁酸鹽水泥水化產物的 pH 比貝利特-硫鋁酸鹽水泥的更高，而且pH值在水化后期也會增長。硫硅酸鈣的摻入不利于水泥1d和3d的抗壓強度發展。但是適當摻量的硫硅酸鈣的摻入有利于水泥后期強度的發展。硫硅酸鈣的摻入可以防止水泥熟料出現倒縮現象。

李雪飄[6]發現當在硫鋁酸鹽水泥熟料中摻入不同摻量的石膏，可以提高了硫鋁酸鹽水泥熟料的早期抗壓強度，并且對水泥熟料后期強度也有一定的改善，適宜摻量為10%，在10%石膏摻量的水泥熟料體系中10%摻量的硫硅酸鈣對體系的后期強度是高于未摻硫硅酸鈣體系強度的；通過XRD分析其水化產物可知，石膏的摻入促進了硫鋁酸鈣的水化，硫硅酸鈣的摻入并未改變水泥熟料體系的水化產物類型，且在水化后期穩定了鈣礬石。

四、結論

硫硅酸鈣相對于貝利特礦物具有更高的活性。

硫硅酸鈣的摻入不利于硫鋁酸鹽水泥1d和3d抗壓強度的發展，但是適當摻量的硫硅酸鈣的摻入有利于水泥后期強度的發展。