改性材料对硫铝酸盐水泥性能的影响

改性材料对硫铝酸盐水泥性能的影响

许良

黑龙江省建筑材料工业规划设计研究院，黑龙江哈尔滨150000

摘要：硫酸盐侵蚀是基础混凝土工程常见的问题，目前混凝土抗硫酸盐侵蚀研究较多地集中在抗硫水泥混凝土、掺超细掺合料（如粉煤灰）高性能混凝土。硫铝酸盐水泥具有早强、高强、低徐变、低收缩、微膨胀、碱度低（pH值10~10.5）、抗渗、抗冻融、耐腐蚀等一系列优异功能，但也存在着水化热释放集中、水化热量大（水化热190~210kJ/kg），后期强度微倒缩，凝结时间不易控制等问题，阻碍了该水泥的推广与应用，有必要对其进行改性。

关键词：改性材料；硫铝酸盐；水泥性能；影响

1试验

1.1原材料

（1）硫铝酸盐水泥，化学成分见表1，性能指标见表2。

表1硫铝酸盐水泥主要化学成分%

（3）尾矿粉（CaCO3），CaCO3含量≥98%，细度80~100目，含水率≤1.8%，建材市场采购。

（5）JM-2高效减水剂，白色粉末，减水率30%，自制。

（6）硼酸（H3BO3），分子量61.83，分析纯，烟台市双双化工有限公司生产。

（7）复合缓凝剂，白色粉末，自制。

1.2试件制备、测试方法及主要检测仪器设备

（1）对胶结料力学性能进行试验测试。按GB/T17671-1999《水泥砂浆强度试验方法》进行试验，试样规格：160mm65507（2）浆体流动性试验。参照GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料技术规范》附录A，基准公式为m（水泥）：m（H2O）=1：0.36，地基流动性为（70±1）毫米。（3）凝结时间试验。根据GB/T1346-2011《水泥耗水标准稠度、凝结时间、稳定性试验方法》进行试验。（4）水化热试验。根据GB/T12959—2008水泥水化热试验方法。（5）使用了主要的测试设备。（1）济南新光试验机制造有限公司WDW-20型微机控制电子万能材料试验机；（2）水泥浆体流动模、规格和型号：绍兴新能仪器设备有限公司生产的XN-36*60*60；（3）水泥标准稠度、标准稠度江苏无锡建一实验设备有限公司（4）；水泥水化热表，型号SR-650，景强（天津）实验设备技术有限公司。

2结果与分析

2.1尾矿粉（CaCO3）掺量对硫铝酸盐水泥性能的影响

充分利用尾矿粉对水泥进行替代，根据实验结果表明其强度先出现了升高，然后又逐渐降低。结合各项数据分析得出结论，在混合料当中掺入百分之十的尾矿粉，其强度基本上可以和空白试件保持平衡，但是如果再增加掺入量的话，试件的强度反而会出现下降，在养护时间达到28天的时候，即使在其中掺入百分之三十的尾矿粉，其强度也会比空白对比试件要高一些，如果掺入量超出了百分之三十，强度就会出现下降现象，掺入量过大反而会影响试件的强度，掺入量过大还会在一定程度上降低微颗粒的效应，胶结性能也会降低，所以尾矿粉的掺量在实际应用过程中最好控制在百分之三十左右。

2.2粉煤灰（FA）对硫铝酸盐水泥力学性能的影响

在具体试验过程中，随着粉煤灰掺入量的不断增加，其抗压强度也会发生一定的变化，先升高然后再降低，而且增长过程比较慢，下降速度比较快。当掺入水泥的量在百分之十的时候，试件在第一天、第三天还有地28天的强度空白对比分别提高了6.54%、1.21%和7.49%，掺入量为百分之二十的时候，试件养护在第一天、第三天还有第28天的强度都出现了下降，分别为25.07%、28.52%和24.48%，强度出现了很明显的下降。出现这种现象的原因主要包括：一，粉煤灰掺入量不断增加，整个体系中水泥的比例就会减小，所以就降低了胶凝性能的强度；二，粉煤灰对水泥混凝土强度的影响主要体现在对其活性效应影响比较大，由于粉煤灰的活性指数较低，所以其活性也没有得到很好地激发，掺入量越大，对水泥强度的影响也就越大，所以一定要控制好掺入量。

2.3复合缓凝剂对硫铝酸盐水泥性能的影响

硼酸（H3PO3）作为硫铝酸盐水泥中常用的缓凝剂，具有不稳定的缓凝作用，降低了产品的强度。当剂量小时，缓凝效果不明显，甚至不起作用。当用量过大时，不会长期固化，影响各龄期强度的正常发挥。

2.4聚乙烯醇纤维对硫铝酸盐水泥性能的影响

聚乙烯醇（polyvinylalcohol，PVA）纤维相比其他的纤维具有高强、高模、耐酸碱腐蚀、无毒无污染等优点，可有效提高混凝土抗弯强度、抗拉强度和韧性，广泛应用于水泥基材料中，纤维与水泥基体间的界面粘结作用、纤维的桥联作用和材料的多缝开裂特性，是纤维增强水泥基复合材料具有较好的力学性能的关键点。通过研究PVA纤维对超高韧性水泥基复合材料抗拉性能的影响。研究表明，当PVA纤维掺量为2．0%时，试验所用混凝土板在抗弯试验中可明显展现出应变强化的特征。研究不同配合比下纤维增强混凝土的力学指标与纤维掺量及基体强度的关系。研究结果表明，在等体积纤维掺量时，直径较小的PVA纤维具有更好的提高强度的效果。

2.5减水剂掺量对硫铝酸盐水泥抗压强度的影响

JM-2减水剂对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响。当减水剂掺量在0.1%~0.5%范围内，水泥净浆流动度提高幅度较大，随着减水剂掺量的增加，水泥净浆流动度逐渐提高，当减水剂掺量为1%时，流动度是未掺减水剂试件的423.57%，当减水剂掺量超过1%后，流动度曲线趋于平缓，说明JM-2减水剂在硫铝酸盐水泥中的掺量为1%左右较合适。减水剂掺量对硫铝酸盐水泥抗压强度的影响。硫铝酸盐水泥中掺加JM-2减水剂：①提高早期强度：当减水剂掺加水泥质量的0.5%时，试件1d、3d的抗压强度分别是55.18MPa和63.26MPa，分别占28d强度（67.28MPa）的82.0%和94.0%，具有明显的早强性。②掺加量0~0.8%时，试件各养护龄期的强度逐渐提高，当掺量为0.8%时，28d抗压强度比空白对比试件提高了45.08%，当掺量＞0.8%时，强度有所下降，说明JM-2减水剂的掺量不宜超过0.8%。

结束语

总而言之，我国是最早发明研制硫铝酸盐水泥的国家，并且也是生产、应用最多的国家，目前产量达到了250万t。在硫铝酸盐水泥研究和创新方面，我国研究人员做了大量的工作，为进一步发展硫铝酸盐水泥作出了贡献。我国关于硫铝酸盐水泥方面的研究同样最多，在水化反应方面，研究发现含钡硫铝酸盐水泥较含钙硫铝酸盐水泥3d抗压强度可提高80%左右；在抵抗收缩方面，研究表明通过掺配高吸水树脂和预吸水轻骨料进行内养生，可以调控硫铝酸盐水泥修补材料收缩性能；在添加剂改性硫铝酸盐水泥研究方面，复合水泥掺配丁苯乳液可显著改善抗渗性能、延长缓凝时间、达到自流平效果。掺配分散乳胶粉则可改善其韧性，提高早期抗折强度。通过以上研究，为硫铝酸盐水泥在解决界面粘结问题、改性剂使用标准化、微观机理研究等方面工作的深入研究提供了指导作用。

参考文献：

[1]肖忠明，郭俊萍.水泥比表面积与石膏的匹配对硫铝酸盐水泥膨胀性能的影响及机理[J].水泥，2016（10）：8-10.

[2]杨志强.硅酸盐水泥熟料改性硫铝酸盐水泥性能[D].重庆大学，2016.