超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥在干混砂漿中的應(yīng)用

　描述了超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的形成和發(fā)展歷程，并對(duì)其在干混砂漿各類產(chǎn)品中的應(yīng)用列舉了大量實(shí)例。由于這種水泥以3CaO·3Al2O3·CaSO4和2CaO·SiO2為主，反應(yīng)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(diǎn)，同時(shí)與波特蘭水泥復(fù)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(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，后期不倒縮，且性價(jià)比較高，更適用于干混砂漿類產(chǎn)品。
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱HCSA）是基于高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥基礎(chǔ)，通過(guò)提高原材料品位，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝過(guò)程，并且不添加任何混合材的一種高性能水泥。
　　1.超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的分類
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥按標(biāo)號(hào)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(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)指標(biāo)
　　比表面積分為兩種：360m2/kg~430m2/kg（標(biāo)準(zhǔn)要求>360m2/kg）；450m2/kg~500m2/kg（標(biāo)準(zhǔn)要求>450m2/kg）。凝結(jié)時(shí)間：初凝>10分鐘，終凝<350分鐘。
　　3.超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的性能特點(diǎn)
　　具有硫鋁酸鹽水泥的共同點(diǎn)：（1）凝結(jié)時(shí)間短，早期強(qiáng)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(shí)度高，有優(yōu)異的耐腐蝕性。由于礦物組分中不含3CaO·Al2O3（簡(jiǎn)稱C3A），水泥石中Ca（OH）2含量極低，所以對(duì)軟水及硫酸鹽侵蝕的抵抗能力強(qiáng)。主要水化產(chǎn)物為致密的3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（簡(jiǎn)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(yīng)，尤其是抗堿-碳酸鹽反應(yīng)效果優(yōu)異。（5）強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，后期強(qiáng)度不倒縮。硫鋁酸鹽水泥在熟料燒成過(guò)程中就引入了石膏，起到了導(dǎo)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(lái)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(shí)間，提高早期強(qiáng)度。超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的主要水化礦物為C4A3S和C2S.因?yàn)楣杷猁}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(yīng)有的緩凝作用；同時(shí)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(huì)劇烈地相互作用，大大加快水化速率縮短凝結(jié)時(shí)間。（2）增加表面密實(shí)度。在波特蘭水泥水化產(chǎn)生的C-S-H和超高強(qiáng)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(shí)度增加，提高了機(jī)械強(qiáng)度。（3）減小收縮，防止開(kāi)裂。在波特蘭水泥-超高強(qiáng)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(guò)大產(chǎn)生的較大收縮，避免產(chǎn)生開(kāi)裂。（4）提高流變性能。實(shí)踐證明，在波特蘭水泥-超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥-石膏三元體系中，超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥在一定范圍內(nèi)可以增大流動(dòng)度，改善流變性。
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥在干混砂漿中的實(shí)際應(yīng)用
　　1.在水泥自流平砂漿中的應(yīng)用
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥應(yīng)用于水泥自流平砂漿能起到良好的作用：（1）增加表面機(jī)械強(qiáng)度；（2）提高早期強(qiáng)度；（3）減小收縮，控制開(kāi)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(dòng)性。
　　在波特蘭水泥-超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥-石膏三元體系中，無(wú)論是以波特蘭水泥為主還是以超高強(qiáng)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(shí)間較長(zhǎng)，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(shí)間和較好的流動(dòng)性。以超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥為主的自流平砂漿凝結(jié)時(shí)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(duì)早期強(qiáng)度要求較高的工程。
　　同時(shí)，在三元系統(tǒng)中，超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥對(duì)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(dá)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(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件的局限，很多地面基層沒(méi)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)濕度要求。在這樣的情況下，較短的膨脹穩(wěn)定期對(duì)自流平砂漿來(lái)說(shuō)尤其重要，超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥的加入成功解決了這一問(wèn)題。
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥外觀為黃白色，在三元體系（尤其是以超高強(qiáng)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(shí)，效果更佳。
　　2.在無(wú)收縮灌漿材料中的應(yīng)用
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥應(yīng)用于無(wú)收縮灌漿材料能起到良好的作用：（1）提高早期強(qiáng)度，后期強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)；（2）補(bǔ)償收縮，有效阻止開(kāi)裂；（3）單獨(dú)使用，可配制小時(shí)強(qiáng)度較高的特種灌漿材料；（4）可使灌漿材料實(shí)現(xiàn)冬季施工。
　　超高強(qiáng)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(bǔ)償后期干縮和提高早期強(qiáng)度的作用。采用超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥為主的三元體系，在保證較高流動(dòng)度和充足的工作時(shí)間情況下，仍可以配制出小時(shí)強(qiáng)度較高（2小時(shí)抗壓強(qiáng)度大于30MPa）的灌漿材料。超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥除了以礦物添加劑的形式添加到普通無(wú)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(yùn)專線盆式橡膠的支座灌漿材料，另外還可以應(yīng)用于對(duì)小時(shí)強(qiáng)度要求較高的工程。
　　用超高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了塑性狀態(tài)和硬化后的“雙重膨脹”功能，3小時(shí)最高豎向膨脹率可達(dá)到3.5％（3小時(shí)和24小時(shí)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(yīng)用
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥具有早強(qiáng)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(bǔ)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(shí)也產(chǎn)生了大量的Ca（OH）２，這是一種極易潮解的物質(zhì)，會(huì)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(qiáng)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(xì)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(yīng)用
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥應(yīng)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(shí)度；（3）使材料在較低溫度下可實(shí)現(xiàn)正常使用。
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥在滿足黏結(jié)砂漿充足工作時(shí)間的前提下，能實(shí)現(xiàn)快速固化。超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥與EPS/XPS板材有**的黏結(jié)力，1天即可達(dá)到其他黏結(jié)材料需要28天才可達(dá)到的黏結(jié)強(qiáng)度。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了快速施工（常溫下4小時(shí)后即可進(jìn)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(qiáng)硫鋁酸鹽水泥，并與高分子聚合物和早強(qiáng)劑配合使用，可使抹面砂漿的最低使用溫度達(dá)到-7℃（其他普通材料為0℃），砂漿仍不會(huì)受凍并且有良好的黏結(jié)力。
　　5.在堵漏材料中的應(yīng)用
　　超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥應(yīng)用于堵漏材料，使得凝結(jié)時(shí)間短，硬化速度快，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。
　　一般情況下，采用普通水泥復(fù)合速凝劑或用復(fù)合水泥體系來(lái)配制堵漏材料，雖然達(dá)到了較短的凝結(jié)時(shí)間，但并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)快速硬化，也就是“速凝而不早強(qiáng)”，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中很難滿足使用要求。用超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥配制的堵漏材料，凝結(jié)時(shí)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(shí)現(xiàn)了“速凝快硬”的目的。
　　堵漏產(chǎn)品常會(huì)由于存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（一般保質(zhì)期為6個(gè)月）而大大延長(zhǎng)了凝結(jié)時(shí)間，因而嚴(yán)重影響其使用效果。以超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥為主配制的堵漏材料（簡(jiǎn)稱超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥堵漏材料）主要靠加速礦物之間的水化反應(yīng)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(jiǎn)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(jiǎn)稱復(fù)合水泥堵漏材料），超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥堵漏材料不會(huì)產(chǎn)生外加劑的“吸附”和“反應(yīng)”，有良好的貯存性和長(zhǎng)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(shí)間（初凝2分鐘，終凝3分鐘），進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，早期強(qiáng)度發(fā)展速度由快到慢的順序?yàn)椋撼邚?qiáng)硫鋁酸鹽水泥堵漏材料>波特蘭水泥堵漏材料>復(fù)合水泥堵漏材料。
　　隨著國(guó)家“禁現(xiàn)”政策的出臺(tái)和對(duì)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(yīng)用。超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥作為干混砂漿產(chǎn)品的重要組分，由于其獨(dú)有的早強(qiáng)快硬、抗腐蝕性、微膨脹性、抗凍性等優(yōu)異性能，自投放市場(chǎng)以來(lái)備受干混砂漿行業(yè)人士的青睞，并被廣泛應(yīng)用于水泥自流平砂漿、無(wú)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(bǔ)材料等產(chǎn)品中，大大提高了產(chǎn)品的綜合性能，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中備受好評(píng)。