硫鋁酸鹽水泥研究進展

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 550003；2.貴州大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.貴州省輕金屬材料制備技術(shù)重點實驗室，貴州 貴陽 550003；4.貴州億維德環(huán)保科技發(fā)展有限公司，貴州 貴陽 551417）

近年來，硫鋁酸鹽水泥（CSA）成為國內(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、抗?jié)B、抗凍、耐侵蝕、高強等優(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于硅酸鹽水泥來說較少，因此，可實現(xiàn)低成本工業(yè)化生產(chǎn)。硫鋁酸鹽水泥優(yōu)點顯著、種類齊全，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度性能要比硅酸鹽水泥高3個標號，最高可到達725，其3 d或7 d的抗壓強度指標也與普通硅酸鹽水泥28 d的抗壓強度相當[1]。李國新等[2]研究表明，在硫鋁酸鹽水泥中摻加檸檬酸，可以延長初凝、終凝時間，提高漿體流動性，漿體的強度在前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，后期強度會緩慢提高不會倒縮。因此，硫鋁酸鹽水泥是一種早期強度高、后期強度也高的優(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，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，其強度損失僅為9%左右，而普通的硅酸鹽水泥強度損失可達50%[4]。硫鋁酸鹽水泥在0～10 ℃的低溫環(huán)境下使用，其早期強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的強度可以達到設(shè)計強度的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)時間快

硫鋁酸鹽水泥按國家標準GB/T 20472——2006規(guī)定，其初凝時間不大于25 min，終凝時間不小于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家標準GB/T 175——2007規(guī)定，初凝時間不小于45 min，終凝時間不大于600 min[6]。

1.5 抗腐蝕性能良好

硫鋁酸鹽水泥對海水、氯鹽、硫酸鹽，尤其是其復(fù)合鹽類（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透性是同標號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

我國當前搶修、搶建工程采用的材料是較為先進的快硬、早強硫鋁酸鹽水泥。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、修補工程中，用硫鋁酸鹽水泥配制的道路混凝土，8 h就可達到理想工程強度的80%，12 h就可達到理想工程強度的99%。同時，硫鋁酸鹽水泥黏結(jié)性強、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，對后期強度的影響也不明顯。硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時間短、溫峰值高且集中以及早期水化放熱量大，這些特點都十分利于硫鋁酸鹽水泥混凝土蓄熱保溫和維護，能夠使冬季施工工程較早地達到抗凍臨界強度[12]。

2.3 在抗腐蝕工程中的應(yīng)用

我國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優(yōu)異的性能。在不養(yǎng)護的情況下，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)場實驗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。現(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)了早期強度高、抗凍融性好、耐腐蝕、凝結(jié)時間短等一系列優(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，將原料進行烘干、粉磨、按一定比例稱重后，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)工藝簡單、制作成本較低等優(yōu)點[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)量分數(shù)為1.0%～1.5%、f-CaO質(zhì)量分數(shù)大于-2.0%進行配料，配好生料經(jīng)過混料、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

目前，對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踐中安全使用，將對硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用、性能、生產(chǎn)方式進行反復(fù)研究實驗。只要措施得當、精心操作，便會取得良好的應(yīng)用效果，對硫鋁酸鹽水泥的工程應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。