硫鋁酸鹽水泥研究進(jìn)展

劉鵬程，陳肖虎，李杰瑞，3，鄢金松，蘇向東，3，鄭 凱，3

（1.貴州理工學(xué)院 材料與能源工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；3.貴州省輕金屬材料制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550003；4.貴州億維德環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，貴州 貴陽(yáng) 551417）

近年來(lái)，硫鋁酸鹽水泥（CSA）成為國(guó)內(nèi)外水泥行業(yè)研究發(fā)展的新方向，其水泥熟料具有生產(chǎn)需要的早強(qiáng)、抗?jié)B、抗凍、耐侵蝕、高強(qiáng)等優(yōu)良性能。硫鋁酸鹽水泥制作產(chǎn)生的CO排放量與所消耗的資源相對(duì)于硅酸鹽水泥來(lái)說(shuō)較少，因此，可實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)化生產(chǎn)。硫鋁酸鹽水泥優(yōu)點(diǎn)顯著、種類(lèi)齊全，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于冬季施工、搶建、抗腐蝕等工程中。

1 硫鋁酸鹽水泥性能

1.1 早期強(qiáng)度高

現(xiàn)今所生產(chǎn)的快硬水泥中，硫鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度性能要比硅酸鹽水泥高3個(gè)標(biāo)號(hào)，最高可到達(dá)725，其3 d或7 d的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)也與普通硅酸鹽水泥28 d的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)[1]。李國(guó)新等[2]研究表明，在硫鋁酸鹽水泥中摻加檸檬酸，可以延長(zhǎng)初凝、終凝時(shí)間，提高漿體流動(dòng)性，漿體的強(qiáng)度在前28 d均有所下降。硫鋁酸鹽水泥熟料中含有大量的硅酸二鈣，后期強(qiáng)度會(huì)緩慢提高不會(huì)倒縮。因此，硫鋁酸鹽水泥是一種早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度也高的優(yōu)質(zhì)水泥。

1.2 自由膨脹率低

硫鋁酸鹽水泥具有自由膨脹率低的性能，在快硬硫鋁酸鹽水泥28 d的自由膨脹率為0%～0.07%，灰砂（C/S）為1∶0.5時(shí)，低堿硫鋁酸鹽水泥28 d的自由膨脹率為0%～0.10%[3]。

1.3 抗凍融性較好

硫鋁酸鹽水泥在早期受凍的情況下，待溫度恢復(fù)到常溫時(shí)，其強(qiáng)度損失僅為9%左右，而普通的硅酸鹽水泥強(qiáng)度損失可達(dá)50%[4]。硫鋁酸鹽水泥在0～10 ℃的低溫環(huán)境下使用，其早期強(qiáng)度為普通硅酸鹽水泥的5～8倍；在0～20 ℃的低溫環(huán)境下使用，可保持入模溫度在5 ℃以上，并且混凝土3～7 d的強(qiáng)度可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%～80%。《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ/T 104——2011）也指出，在0～25 ℃的低溫環(huán)境下，硫鋁酸鹽水泥混凝土可以施工[5]。

1.4 凝結(jié)時(shí)間快

硫鋁酸鹽水泥按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20472——2006規(guī)定，其初凝時(shí)間不大于25 min，終凝時(shí)間不小于180 min；普通硅酸鹽、粉煤灰硅酸鹽、礦渣硅酸鹽、火山灰質(zhì)硅酸鹽和復(fù)合硅酸鹽等水泥按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 175——2007規(guī)定，初凝時(shí)間不小于45 min，終凝時(shí)間不大于600 min[6]。

1.5 抗腐蝕性能良好

硫鋁酸鹽水泥對(duì)海水、氯鹽、硫酸鹽，尤其是其復(fù)合鹽類(lèi)（MgSO4+NaCl）等鹽的腐蝕都具有良好的抗腐蝕性能。特別是抗海水侵蝕性能優(yōu)于高抗硫硅酸鹽水泥，抗侵蝕系數(shù)大于0.9[7-8]。

1.6 抗?jié)B透性能高

硫鋁酸鹽混凝土水泥的水泥石結(jié)構(gòu)較為致密，因此，其抗?jié)B透性能較好，抗?jié)B透性是同標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥混凝士的2～3倍[9]。

2 硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用

2.1 在搶修、搶建工程中的應(yīng)用

我國(guó)當(dāng)前搶修、搶建工程采用的材料是較為先進(jìn)的快硬、早強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥。由于快硬硫鋁酸鹽水泥礦物成分與普通水泥不同，且凝結(jié)速度快，完全可以用于各種搶建、搶修工程中。在道路路面搶修、修補(bǔ)工程中，用硫鋁酸鹽水泥配制的道路混凝土，8 h就可達(dá)到理想工程強(qiáng)度的80%，12 h就可達(dá)到理想工程強(qiáng)度的99%。同時(shí)，硫鋁酸鹽水泥黏結(jié)性強(qiáng)、自身膨脹性弱，其抗?jié)B透性能又可防止地表水滲入道路基層造成道路的二次損害。所以，硫鋁酸鹽水泥是一種適用于道路路面搶修、修補(bǔ)工程的理想材料[10-11]。

2.2 在冬季施工工程中的應(yīng)用

硫鋁酸鹽水泥具有較好的快硬和抗凍性能，十分適用于冬季施工，可以在0～25 ℃的低溫環(huán)境下施工，即使早期受凍，對(duì)后期強(qiáng)度的影響也不明顯。硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間短、溫峰值高且集中以及早期水化放熱量大，這些特點(diǎn)都十分利于硫鋁酸鹽水泥混凝土蓄熱保溫和維護(hù)，能夠使冬季施工工程較早地達(dá)到抗凍臨界強(qiáng)度[12]。

2.3 在抗腐蝕工程中的應(yīng)用

我國(guó)大部分的抗腐蝕性工程需要的建筑水泥都應(yīng)具備抗氯化、抗鎂鹽、抗硫酸鹽等性能。硫鋁酸鹽水泥具有此類(lèi)優(yōu)異的性能。在不養(yǎng)護(hù)的情況下，硫鋁酸鹽水泥膠砂試件也具有優(yōu)良的抗硫酸鹽性能[13]。部分鐵路在修建過(guò)程中含有大量高濃度氯化物、鎂鹽和硫酸鹽地下水的路段，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和施工的大小十幾座橋梁都是采用快硬硫鋁酸鹽水泥完成的工程?，F(xiàn)今橋梁路段，道路使用效果良好[14]。

2.4 在其他工程中的應(yīng)用

硫鋁酸鹽水泥，不僅在搶修搶建工程、冬季施工工程、抗腐蝕工程中體現(xiàn)了早期強(qiáng)度高、抗凍融性好、耐腐蝕、凝結(jié)時(shí)間短等一系列優(yōu)異的性能，還被廣泛應(yīng)用于加固工程、水工工程、地下工程、防堿集料反應(yīng)工程等相關(guān)工程中，并且取得了良好的效果，解決了許多工程的難題。

3 硫鋁酸鹽水泥與其熟料的制作方法

3.1 利用赤泥和磷石膏生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥熟料的方法

以燒結(jié)法赤泥或拜耳法赤泥混合的赤泥混合物、磷石膏、鋁礬土、石灰石作為生產(chǎn)原料，將原料進(jìn)行烘干、粉磨、按一定比例稱(chēng)重后，將各生料混合在一起放入回轉(zhuǎn)窯，并在1 250～1 350 ℃的溫度下燒結(jié)30～50 min后迅速出窯，使被燒結(jié)的原料在空氣中急冷后，可制得硫鋁酸鹽水泥熟料成品。所生產(chǎn)的熟料具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、制作成本較低等優(yōu)點(diǎn)[15]。

3.2 利用粉煤灰及拜耳法赤泥制備貝利特硫鋁酸鹽水泥的方法

將石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脫硫石膏和鋁礬土干燥后，分別破碎粉磨并過(guò)篩，按熟料率值堿度系數(shù)Cm為0.95～1.00、鋁硫比P為3.50～3.82、鋁硅比N為0.8～1.1以及控制熟料中f-SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.5%、f-CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于-2.0%進(jìn)行配料，配好生料經(jīng)過(guò)混料、壓片，并在 1 250～1 300 ℃下保溫0.5～1.1 h后，急冷即得熟料，熟料破碎后，同石膏、硅酸鹽水泥熟料共同粉磨至（400±10） m2/㎏，制成水泥[16]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，對(duì)于硫鋁酸鹽水泥改性的研究還處于初步階段，現(xiàn)有的硫鋁酸鹽水泥有快硬硫鋁酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥等多種優(yōu)質(zhì)品種。為確保硫鋁酸鹽水泥在工程實(shí)踐中安全使用，將對(duì)硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用、性能、生產(chǎn)方式進(jìn)行反復(fù)研究實(shí)驗(yàn)。只要措施得當(dāng)、精心操作，便會(huì)取得良好的應(yīng)用效果，對(duì)硫鋁酸鹽水泥的工程應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。