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硫铝酸盐水泥发展现状

2020-11-06 11:18 作者:赢德体育官方网站 点击:

  硫铝酸盐水泥发展现状_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。硫铝酸盐水泥的发展现状 梁鸣 重庆科技学院 摘 要: 硫铝酸盐水泥作为特种水泥品种之一, 具有早期强度高、 凝结时间短、 抗腐蚀性好、 抗冻融性好、液相碱度低、自由膨胀率低等优点,并且生产成本低,在目

  硫铝酸盐水泥的发展现状 梁鸣 重庆科技学院 摘 要: 硫铝酸盐水泥作为特种水泥品种之一, 具有早期强度高、 凝结时间短、 抗腐蚀性好、 抗冻融性好、液相碱度低、自由膨胀率低等优点,并且生产成本低,在目前具有广阔的市场 前景。本文重点阐述了硫铝酸盐水泥的性能、用途、生产条件及状况。 关键词:硫铝酸盐水泥;特种水泥;性能;用途;生产条件;生产现状 The Current Situation Of Sulpho-aluminate LiangMing ChongQing Uinversity Of Science And Technology Abstract:Sulpho-aluminate, one of special cement varieties, has the advantages of higher strength in early period, shorter condensation time, better resistance to corrosion, better resistance to antifreeze, lower alkalinity in liquid phase, lower free expansive rate and so on. Moreover the production cost of sulpho-aluminate is low, so it has a large market foreground. In this article, we focus on the performance, application, production conditions and situations of sulpho-aluminate. Key words: sulpho-aluminate; special cement; performance; application; production conditions; production situation 随着现代工业的发展,到了20世纪初,仅仅有硅酸盐水泥、石灰、石膏等几 种胶凝材料已远远不能满足重要工程建设的需要, 因而一些专用水泥品种和特种 水泥品种便应运而生。硫铝酸盐水泥是由矾土、石灰石、石膏按一定配比,经低 温(1300℃~1350℃)煅烧而生产以硅酸二钙(C2S) 、硫铝酸钙(C4A3S)为主要 矿物相的熟料,再在该熟料中配加适量混合材(石灰石、石膏等)后,共同粉磨 而制成的具有早期强度高强、 凝结时间短、碱度低等一系列优异性能的水硬性胶 凝材料[1] 。硫铝酸盐水泥是1975年我国建筑材料科学研究院研制成功的,并于 1982年获得国家发明二等奖[2],随着研究的不断深入这种水硬性胶凝材料被开发 成了一系列特种水泥,包括高强硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、快硬硫铝 酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥等5个硫铝酸盐水泥品种[3]。 硫铝酸盐水泥熟料的生产所需要的热耗低, 且其易磨性好, 因而是一种节能水泥。 2005年,我国硫铝酸盐水泥产量达到了125.3万吨。目前,全国硫铝酸盐水泥产 量基本稳定在125万吨左右。 1硫铝酸盐水泥的性能 1.1早期强度高 在目前企业所生产的各种快硬水泥中, 硫铝酸盐水泥的早期强度性能要比硅 酸盐水泥高3个标号, 最高达725,其3d或7d的抗压强度指标也与普通硅酸盐水泥 28d的抗压强度相当[4],见表1;并且由于硫铝酸盐水泥熟料中含有大量硅酸二钙 (C2S) ,因而水泥的后期强度会缓慢提高,不会有后期强度倒缩的情况出现。因 此,硫铝酸盐水泥是一种早期强度高强、凝结时间短、后期强度不会倒缩的优质 水泥。 表1 快硬硫铝酸盐水泥个强度等级 强度等级 1d 42.5 52.5 62.5 72.5 30.0 40.0 50.0 55.0 抗压强度/MPa 3d 42.5 52.5 62.5 72.5 28d 45.0 55.0 65.0 75.0 1d 6.0 6.5 7.0 7.5 抗折强度/MPa 3d 6.5 7.0 7.5 8.0 28d 7.0 7.5 8.0 8.5 1.2 自由膨胀率低 硫铝酸盐水泥,一种具有低自由膨胀率优势的水泥,由表2可以看出,在灰 砂比 (C/S) 为1:0.5的情况下, 低碱硫铝酸盐水泥28天的自由膨胀率为0.00~0.10%, 快硬硫铝酸盐水泥28天的自由膨胀率为0.00~0.07%[5]。 表2 硫铝酸盐水泥自由膨胀率 水泥品种 硫铝酸盐低碱水泥 硫铝酸盐快硬水泥 灰砂比(C/S) 1:0.5 1:0.5 28天自由膨胀率 0.00~0.15% 0.00~0.07 1.3 液相碱度低 硅酸二钙(C2S) 、硫铝酸钙(C4A3S)是硫铝酸盐水泥熟料的主要矿物组成, 水泥水化过程中,C2S和C4A3S的主要水化反应为: C4A3S (1) C2S+ (2) 3Ca(OH)2 + 2CaSO4 + AH3 + 26H2O → C3A?3CaSO4?32H2O (3) 由水化反应可知,硅酸二钙(C2S)水化产物Ca(OH)2只是一种中间产物, 最终生成C3A?3CaSO4?32H2O,因此,硫铝酸盐水泥液相碱度较低,见表3,而普 通硅酸盐水泥的水化液相PH值一般高达13左右。 表3 硫铝酸盐水泥液相碱度[6] 水泥品种 硫铝酸盐低碱水泥 硫铝酸盐快硬水泥 水灰比(W/C) 10:1 10:1 水泥液相1小时后PH值 ≤10.5 ≤11 + 2CaSO4 2H2O + 38H2O → → C3A ? 3CaSO4 ? 32H2O C-S -H + + 2AH3 Ca(OH)2 1.4 极好的抗冻融性 硫铝酸盐水泥具有极好的抗冻融性,普通硅酸盐水泥如果在早期受冻,待温 度恢复到常温时,其强度损失大约50%,而硫铝酸盐水泥只损失9%左右[7]。硫铝 酸盐水泥在0~-10℃ 的低温环境下使用,其早期强度为普通硅酸水泥的5~8 倍;在 0~- 20℃ 的低温环境下使用,可保持入模温度维持在5℃以上, 并且混凝土3~7天 的强度可以达到设计强度的70~80%[8]。 《建筑工程冬季施工规范》(JGJ104-2011) 也指出:硫铝酸盐水泥混凝土可以在0~- 25℃ 的低温环境下施工。 1.5 凝结时间快 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水 泥和复合硅酸盐水泥按国家标准GB175—2007规定,初凝时间不小于45min,终 凝不大于600min;而硫铝酸盐水泥按国家标准GB20472—2006规定,其初凝不大 于25min,终凝时间不小于180min。 1.6 优良的抗腐蚀性能 硫铝酸盐水泥对海水、氯盐(NaCl、MgCl2) 、硫酸盐(Na2SO4、MgSO4、 (NH4)2SO4) 、尤其是它们的复合盐类(MgSO4+ NaCl)等,都具有优良的耐蚀性 能[9]。尤其是抗海水侵蚀性能优于高抗硫硅酸盐水泥,抗侵蚀系数大于0.9[10]。 1.7 抗渗性能高 硫铝酸盐混凝土水泥石结构较为致密,因而致使其抗渗透性能较好,是同标 号硅酸盐水泥混凝土的2~3倍。 2 硫铝酸盐水泥的用途 2.1 硫铝酸盐水泥在抢修、抢建工程中的应用 大量试验研究表明, 快硬早强硫铝酸盐水泥是我国当前较为先进的抢修、抢 建工程用水硬胶性材料。 完全可以用于各种抢修、 抢建工程中。 在道路路面抢修、 修补工程中,用硫铝酸盐水泥掺CNL-型高效早强剂配制的道路混凝土,不需特 殊养护,8h后强度即可达到设计强度的80%,12h即可达到设计强度[11],同时, 硫铝酸盐水泥粘结性强、自身膨胀性弱,可有效防止混凝土收缩,增强修补道路 板块与周围板块的嵌挤力,高的抗渗透性能又能防止地表水下渗损坏道路基层 [12] ,因此硫铝酸盐水泥是理想的道路路面抢修、修补工程用材料。 硫铝酸盐水泥早期水化放热量大,凝结时间短,温峰值高且集中,这些特点 2.2 硫铝酸盐水泥在冬季施工工程中的应用 都有利于硫铝酸盐水泥混凝土蓄热保温和养护, 使建筑物尽早达到抗冻临界强度 [12] 。硫铝酸盐水泥混凝土即使早期受冻对后期强度影响也不明显,且可以在0~- 25℃ 的低温环境下施工。 2.3 硫铝酸盐水泥在生产GRC相关制品中的应用 GRC制品是指由硫铝酸盐水泥与抗碱玻璃纤维复合而成的制品,具有轻质、 高强、耐久等优良性能,在我国已得到了广泛应用。硫铝酸盐水泥碱度低,与玻 璃纤维复合制备玻璃纤维增强水泥(GRC)制品时,能减缓对玻璃纤维的腐蚀, 大幅提高GRC制品的耐久性[13]。目前GRC制品种类繁多,主要有GRC内、外隔 墙板,GRC建筑外装饰构件和艺术品,GRC粮仓及无梁楼盖,GRC保温板及发 泡材料等建筑材料。 2.4 硫铝酸盐水泥在抗腐蚀工程中的应用 硫铝酸盐水泥具有优异的抗氯盐和抗硫酸盐性能, 即使不养护的硫铝酸盐水 泥胶砂试件也具有显著的抗硫酸盐性能[14]。南疆铁路和青新铁路所经过的含有 高浓度氯化物、 镁盐和硫酸盐地下水的地段, 采用快硬硫铝酸盐水泥现场实验和 施工的大小十几座桥梁,至今使用效果任然良好[15]。 2.5 硫铝酸盐水泥在其他工程中的应用 硫铝酸盐水泥由于其具有早期强度高强、抗渗透性高、抗冻融性好、长期稳 定性好、耐腐蚀、凝结时间短、碱度低、自由膨胀率低等一系列优异的性能,除 了在上述工程中被大量应用外, 还被广泛应用于①喷锚支持、 加固工程; 水工、 ② 海工工程;③地下工程;④防碱一集料反应工程;⑤混凝土预制构件、高强预应 力混凝土管桩的制备等相关工程、领域中,并且取得了很好的效果。 3 硫铝酸盐水泥的生产 3.1 生产技术 硫铝酸盐水泥熟料生产技术与硅酸盐水泥熟料生产技术相比具有一定差异, 主要表现在原料、烧成温度、生成矿物相等方面。 生产硅酸盐水泥熟料所使用的原料主要为高品质石灰质原料、粘土质原料、 校正原料(包括铁质校正原料、硅质校正原料、铝质校正原料) ,其中要求石灰 质原料中CaO≥48%(若低于48%,可将其与CaO>48%的石灰质原料搭配使用), 配料时石灰质原料占原料总量的70%左右。 硅酸盐水泥熟料的矿物组成主要是硅 酸二钙(C2S) 、硅酸三钙(C3S) 、铝酸钙(C3A) 、铁铝酸四钙(C4AF) ,烧成 温度为1450℃左右[16]。 生产硫铝酸盐水泥熟料所使用的主要原料有石灰质原料、矾土和石膏,对原 料的技术要求是: 石灰质原料中CaO≥48%(若低于48%, 可将其与CaO>48%的石 灰质原料搭配使用),其中MgO<20%;矾土中Al2O3>50%、Fe2O3<20%、SiO2 <20%、SO3>38%;无水石膏中SO3>45%[17]。硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成主 要是硅酸二钙(C2S) 、硫铝酸钙(C4A3S) ,烧成温度为1300~1350℃,比硅酸盐 水泥熟料烧成温度低100~150℃。在生产硫铝酸盐水泥熟料过程中主要控制铝硫 比(P)和碱度系数(CM)两个数值,CM一般维持在0.9~1之间,P一般维持在 3.5~4.0之间,如果CM>1,将会出现大量f-CaO或生成A3C、C12A7等矿物,从 而影响水泥的水化速度、水化产物及形态;如果CM过小,则熟料中C2AS含量增 加,从而导致C4A7S和β-C2S的含量降低,对水泥性能产生不利影响;若石膏含量 不足,则会使Al2O3过剩,熟料中C2AS含量增加,导致水泥早期性能下降[18]。 3.2 CO2排放 硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥相比,生产量相同的情况下CO2排放量却有很大 的差别,硫铝酸盐水泥CO2的排放量基本上是硅酸盐水泥CO2排放量排放量的一 半[19],CO2排放量较硅酸盐水泥少,则从侧面说明生产相同量的水泥熟料,硫铝 酸盐水泥的能耗较硅酸盐水泥低。 研究表明, 在同样窑型中煅烧这两种水泥熟料, 硫铝酸盐水泥熟料的产量比硅酸盐水泥熟料产量高20%,煤耗低15%左右[20]。 4 结束语 硫铝酸盐水泥具有早期强度高、凝结时间短、抗腐蚀性好、抗冻融性好、液 相碱度低、 自由膨胀率低等优点,利用其开发出的一系列具有高附加值的水泥产 品对于我国水泥行业发展具有重要意义。硫铝酸盐水泥的生产对资源消耗率、 CO2排放量较硅酸盐水泥低,因而可实现低成本工业化生产。又由于硫铝酸盐水 泥具有较普通硅酸盐水泥的特殊性能, 在硅酸盐水泥市场已趋于饱和以及一些特 殊工程、 特殊施工条件要求的今天,硫铝酸盐水泥作为一种特种水泥必将迎来广 阔的发展前景。 参考文献: [1]王燕谋,苏木珍,张量.硫铝酸盐水泥的分类及其各品种间的区别[J].中国水 泥,2007(02):32-36. 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