超高強硫鋁酸鹽水泥在干混砂漿中的應用

　　本文描述了超高強硫鋁酸鹽水泥的形成和發(fā)展歷程，并對其在干混砂漿各類產(chǎn)品中的應用列舉了大量實例。由于這種水泥以3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄和2CaO·SiO₂為主，反應的主要水化產(chǎn)物鈣礬石（3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O）使其具有早凝、快硬、微膨脹的優(yōu)點，同時與波特蘭水泥復合具有良好的配伍性，提高了綜合的物理性能。與鋁酸鹽水泥相比，它強度發(fā)展穩(wěn)定，后期不倒縮，且性價比較高，更適用于干混砂漿類產(chǎn)品。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥

　　超高強硫鋁酸鹽水泥（簡稱HCSA）是基于高強硫鋁酸鹽水泥基礎，通過提高原材料品位，嚴格控制生產(chǎn)工藝過程，并且不添加任何混合材的一種高性能水泥。

　　1.超高強硫鋁酸鹽水泥的分類

　　超高強硫鋁酸鹽水泥按標號可分為：HCSA92.5、HCSA82.5、HCSA72.5;按其類型可分為：I型、II型、III型。

　　2.超高強硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)指標

　　比表面積分為兩種：360m²/kg~430m²/kg（標準要求>360m²/kg）；450m²/kg~500m²/kg（標準要求>450m²/kg）。凝結(jié)時間：初凝>10分鐘，終凝<350分鐘。

　　3.超高強硫鋁酸鹽水泥的性能特點

　　具有硫鋁酸鹽水泥的共同點：（1）凝結(jié)時間短，早期強度高，具有早凝快硬的特性。主要礦物組成為C₄A₃S和C₂S,特殊的礦物組成賦予了材料特殊的性能。（2）密實度高，有優(yōu)異的耐腐蝕性。由于礦物組分中不含3CaO·Al₂O₃（簡稱C₃A），水泥石中Ca（OH）₂含量極低，所以對軟水及硫酸鹽侵蝕的抵抗能力強。主要水化產(chǎn)物為致密的3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O（簡稱鈣礬石），使水泥石的空隙率大大降低，提高了抗?jié)B性和抗腐蝕性。（3）抗凍性能好，加入專用的防凍劑后，可用于冬季-30℃狀態(tài)下的混凝土施工。（4）液相pH較低，不產(chǎn)生堿骨料反應，尤其是抗堿-碳酸鹽反應效果優(yōu)異。（5）強度發(fā)展穩(wěn)定，后期強度不倒縮。硫鋁酸鹽水泥在熟料燒成過程中就引入了石膏，起到了導向化合和穩(wěn)定礦物的作用，提高了熟料的活性并保證了良好的晶形轉(zhuǎn)化，與建筑型高鋁水泥后來引入石膏形成鈣礬石有本質(zhì)上的區(qū)別。

　　與波特蘭水泥的匹配：（1）調(diào)整凝結(jié)時間，提高早期強度。超高強硫鋁酸鹽水泥的主要水化礦物為C₄A₃S和C₂S.因為硅酸鹽水泥中的CaSO₄和 C₃S水化析出的Ca（OH）₂都能加速C₄A₃S的凝結(jié)，迅速生成鈣礬石。硅酸鹽水泥中CaSO₄被C4A3S消耗后，就不足以起到應有的緩凝作用；同時由于Ca（OH）2被作用掉，C3S的水化得到加速，因此，這2種水泥顆粒表面的水化產(chǎn)物會劇烈地相互作用，大大加快水化速率縮短凝結(jié)時間。（2）增加表面密實度。在波特蘭水泥水化產(chǎn)生的C-S-H和超高強硫鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)生的3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O共同作用下，水泥石空隙率大大降低，密實度增加，提高了機械強度。（3）減小收縮，防止開裂。在波特蘭水泥-超高強硫鋁酸鹽水泥-石膏三元體系中，能有效減小塑性收縮和硬化后的干縮，解決了流態(tài)砂漿因水灰比過大產(chǎn)生的較大收縮，避免產(chǎn)生開裂。（4）提高流變性能。實踐證明，在波特蘭水泥-超高強硫鋁酸鹽水泥-石膏三元體系中，超高強硫鋁酸鹽水泥在一定范圍內(nèi)可以增大流動度，改善流變性。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥在干混砂漿中的實際應用

　　1.在水泥自流平砂漿中的應用

　　超高強硫鋁酸鹽水泥應用于水泥自流平砂漿能起到良好的作用：（1）增加表面機械強度；（2）提高早期強度；（3）減小收縮，控制開裂；（4）提高表面裝飾效果，著色力好；（5）在一定摻量下提高流動性。

　　在波特蘭水泥-超高強硫鋁酸鹽水泥-石膏三元體系中，無論是以波特蘭水泥為主還是以超高強硫鋁酸鹽水泥為主，只要比例合適都能配制出性能優(yōu)異的自流平砂漿。相比之下，以波特蘭水泥為主的自流平砂漿凝結(jié)時間較長，一般初凝在70分鐘~120分鐘，適用于配制澆注較厚的自流平砂漿，以保證充足的工作時間和較好的流動性。以超高強硫鋁酸鹽水泥為主的自流平砂漿凝結(jié)時間較短，一般在30分鐘~60分鐘就可以凝結(jié)硬化，非常適用于薄層自流平和對早期強度要求較高的工程。

　　同時，在三元系統(tǒng)中，超高強硫鋁酸鹽水泥對減小尺寸變化率起到了關(guān)鍵作用，尺寸變化數(shù)值可以達到±0.05%,優(yōu)于JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂漿》中所要求的尺寸變化數(shù)值±0.15%.

　　在實際應用的過程中發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場條件的局限，很多地面基層沒有防水層，有的側(cè)墻存在滲漏現(xiàn)象，有的工程則是舊房改造，基層水分較大，遠遠超過濕度要求。在這樣的情況下，較短的膨脹穩(wěn)定期對自流平砂漿來說尤其重要，超高強硫鋁酸鹽水泥的加入成功解決了這一問題。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥外觀為黃白色，在三元體系（尤其是以超高強硫鋁酸鹽水泥為主）中改善了物料顏色，有良好的裝飾效果，尤其在配制彩色水泥自流平砂漿時，效果更佳。

　　2.在無收縮灌漿材料中的應用

　　超高強硫鋁酸鹽水泥應用于無收縮灌漿材料能起到良好的作用：（1）提高早期強度，后期強度持續(xù)穩(wěn)定增長；（2）補償收縮，有效阻止開裂；（3）單獨使用，可配制小時強度較高的特種灌漿材料；（4）可使灌漿材料實現(xiàn)冬季施工。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥添加在以波特蘭水泥為主的三元體系中，可以起到補償后期干縮和提高早期強度的作用。采用超高強硫鋁酸鹽水泥為主的三元體系，在保證較高流動度和充足的工作時間情況下，仍可以配制出小時強度較高（2小時抗壓強度大于30MPa）的灌漿材料。超高強硫鋁酸鹽水泥除了以礦物添加劑的形式添加到普通無收縮灌漿材料中之外，還可以與石膏及外加劑混合用作高速鐵路客運專線盆式橡膠的支座灌漿材料，另外還可以應用于對小時強度要求較高的工程。

　　用超高強硫鋁酸鹽水泥配制的特種灌漿材料可用于最低溫度-30℃情況下的冬季施工。由于該材料自身具有微膨脹性，再加入塑性膨脹組分后，實現(xiàn)了塑性狀態(tài)和硬化后的“雙重膨脹”功能，3小時最高豎向膨脹率可達到3.5%（3小時和24小時的膨脹值之差小于0.02%）。

　　3.在瓷磚黏結(jié)劑和勾縫劑中的應用

　　超高強硫鋁酸鹽水泥具有早強快硬性能，可配制快硬型瓷磚黏結(jié)劑。添加到勾縫劑中能起到補償收縮、有效阻止返堿的作用。

　　由于波特蘭水泥中的C₂S和C₃S在生成水化C-S-H的同時也產(chǎn)生了大量的Ca（OH）₂,這是一種極易潮解的物質(zhì)，會隨著水分的蒸發(fā)遷移到砂漿表面和空氣中的CO₂作用生成CaCO₃而返堿。超高強硫鋁酸鹽水泥引入后，3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄在Ca（OH）₂和CaSO₄激發(fā)下產(chǎn)生鈣礬石Aft膨脹結(jié)晶填充到毛細孔縫中，阻止了游離水向外滲出的途徑，起到了抑制返堿的作用。

　　4.在外墻外保溫砂漿中的應用

　　超高強硫鋁酸鹽水泥應用于外墻外保溫砂漿中：（1）可使黏結(jié)砂漿貼板后快速硬化，提高施工速度，縮短工期；（2）提高抹面砂漿的表面硬度和密實度；（3）使材料在較低溫度下可實現(xiàn)正常使用。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥在滿足黏結(jié)砂漿充足工作時間的前提下，能實現(xiàn)快速固化。超高強硫鋁酸鹽水泥與EPS/XPS板材有極佳的黏結(jié)力，1天即可達到其他黏結(jié)材料需要28天才可達到的黏結(jié)強度。這樣不僅實現(xiàn)了快速施工（常溫下4小時后即可進行下一步抹面砂漿的施工），而且降低了砂漿中聚合物的用量，降低了材料成本。

　　引入超高強硫鋁酸鹽水泥，并與高分子聚合物和早強劑配合使用，可使抹面砂漿的最低使用溫度達到-7℃（其他普通材料為0℃），砂漿仍不會受凍并且有良好的黏結(jié)力。

　　5.在堵漏材料中的應用

　　超高強硫鋁酸鹽水泥應用于堵漏材料，使得凝結(jié)時間短，硬化速度快，長期穩(wěn)定性好。

　　一般情況下，采用普通水泥復合速凝劑或用復合水泥體系來配制堵漏材料，雖然達到了較短的凝結(jié)時間，但并沒有實現(xiàn)快速硬化，也就是“速凝而不早強”,在實際應用過程中很難滿足使用要求。用超高強硫鋁酸鹽水泥配制的堵漏材料，凝結(jié)時間可在十幾秒到幾分鐘內(nèi)任意調(diào)節(jié)，而且一經(jīng)凝結(jié)迅速硬化，真正實現(xiàn)了“速凝快硬”的目的。

　　堵漏產(chǎn)品常會由于存放時間過長（一般保質(zhì)期為6個月）而大大延長了凝結(jié)時間，因而嚴重影響其使用效果。以超高強硫鋁酸鹽水泥為主配制的堵漏材料（簡稱超高強硫鋁酸鹽水泥堵漏材料）主要靠加速礦物之間的水化反應以取得速凝的效果，完全不同于普通堵漏材料的水化凝結(jié)方式，如波特蘭水泥加多種速凝劑（簡稱波特蘭水泥堵漏材料），以及波特蘭水泥混合特種水泥添加多種速凝劑（簡稱復合水泥堵漏材料），超高強硫鋁酸鹽水泥堵漏材料不會產(chǎn)生外加劑的“吸附”和“反應”,有良好的貯存性和長期穩(wěn)定性。

　　取上述3種堵漏材料試樣，調(diào)整為具有相同的凝結(jié)時間（初凝2分鐘，終凝3分鐘），進行試驗對比，早期強度發(fā)展速度由快到慢的順序為：超高強硫鋁酸鹽水泥堵漏材料>波特蘭水泥堵漏材料>復合水泥堵漏材料。

　　隨著國家“禁現(xiàn)”政策的出臺和對建筑材料綠色、環(huán)保、節(jié)能要求的提高，干混砂漿類產(chǎn)品得到了廣泛的推廣應用。超高強硫鋁酸鹽水泥作為干混砂漿產(chǎn)品的重要組分，由于其獨有的早強快硬、抗腐蝕性、微膨脹性、抗凍性等優(yōu)異性能，自投放市場以來備受干混砂漿行業(yè)人士的青睞，并被廣泛應用于水泥自流平砂漿、無收縮灌漿材料、瓷磚黏結(jié)劑及勾縫劑、外墻外保溫系統(tǒng)材料、防水堵漏材料、快速修補材料等產(chǎn)品中，大大提高了產(chǎn)品的綜合性能，在實際應用過程中備受好評。

　　超高強硫鋁酸鹽水泥與同等強度等級別產(chǎn)品相比有優(yōu)異的性價比，大大降低了干混砂漿類產(chǎn)品的材料成本，也有利于材料的推廣。伴隨干混砂漿行業(yè)在我國的全面發(fā)展，超高強硫鋁酸鹽水泥以其優(yōu)異的性能和極高的性價比在干混砂漿類產(chǎn)品中將扮演越來越重要的角色。