硫鋁酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥是以適當成分的石灰石、礬土、石膏為原料，經低温（1300~1350℃）煅燒而成的無水硫鋁酸鈣（C4A3S）和硅酸二鈣（C2S）為主要礦物組成的熟料，摻加適量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所製成的具有早強、快硬、低鹼度等一系列優異性能的水硬性膠凝材料。

硫鋁酸鹽水泥的特點是早強高強、高抗凍性、耐蝕性、高抗滲性、膨脹性能、低鹼性。目前主要應用在 ：冬季施工工程、搶修和搶建工程、配製噴射混凝土、生產水泥製品和混凝土預製構件，補償收縮砼的配製和抗滲工程、生產纖維增強水泥製品等。

1908年在法國發表了鋁酸鹽水泥的專利，並於1908年首先進行工業化生產。經過幾十年的發展，已形成包括膨脹水泥、自應力水泥和耐火水泥在內的鋁酸鹽水泥系列，該系列水泥的特徵是其熟料礦物組成以CA為主，由此而賦予水泥具有早強耐火等特殊性能。鋁酸鹽水泥主要用於耐高温澆注材料。在建築上由於發現其後期強度倒縮而不再使用。

二十世紀70年代，在中國發明瞭硫鋁酸鹽水泥。80年代又首創了鐵鋁酸鹽水泥的工業生產。如果説，我們把硅酸鹽水泥系列產品通稱為第一系列水泥，把鋁酸鹽水泥系列產品通稱第二系列水泥。那麼，我們可以把硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥以及它們派生的其它水泥品種通稱為第三系列水泥。該系列水泥的礦物組成特徵是含有大量C₄A₃礦物。以此與其它系列水泥相區別。並構成了第三系列水泥的早強、高強、高抗滲、高抗凍、耐蝕、低鹼和生產能耗低等基本特點。第三系列水泥在中國已得到廣泛應用。

硫鋁酸鹽水泥是中國建築材料科學研究院自主研究發明的。2000年，我國硫鋁酸鹽水泥產量只有67.25萬噸。到2005年，我國硫（鐵）鋁酸鹽水泥產量達到了125.3萬噸。我國生產硫鋁酸鹽水泥的企業有30家，全國硫鋁酸鹽水泥產量基本穩定在125萬噸左右 ^[2]  。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥主要是以無水硫（鐵）鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物組成的新型水泥。

表1 硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽水泥熟料化學成分與礦物組成

第三系列水泥通過調節熟料、石膏和混合材的摻量，可以獲得若干個性能各異的水泥品種。生產的水泥品種有：

（1）硫鋁酸鹽水泥類

快硬硫鋁酸鹽水泥、高強硫鋁酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應力硫鋁酸鹽水泥、低鹼度硫鋁酸鹽水泥等5個品種。

（2）鐵鋁酸鹽水泥類

快硬鐵鋁酸鹽水泥、高強鐵鋁酸鹽水泥、自應力鐵鋁酸鹽水泥等4個水泥品種 ^[3]  。

①早強高強性能：該兩種快硬水泥不僅有較高的早期強度，而且有不斷增長的後期強度。同時具有滿足使用要求的凝結時間。12h～1d抗壓強度可達35～50 MPa；抗折強度可達6.5～7.5 MPa。3d抗壓強度可達50～70 MPa；抗折強度可達7.5～8.5 MPa。根據3d水泥膠砂抗壓強度確定水泥標號。市場出售的水泥標量為425#、525#、625# 三種。該兩種水泥已有10～20年的生產歷史。從5～10年水泥和混凝土長期強度結果可以看出，隨養護齡期的增長，強度不斷增長，最高強度可達100 MPa。

②高抗凍性能：該兩種快硬水泥均表現出極好的抗凍性。它具有以下幾個特點：a.在0℃～10℃低温下使用，早期強度是硅酸鹽水泥的5～8倍。b.在0℃～-20℃負温下使用，加入少量防凍劑，混凝土入模温度維持在5℃以上，則可正常施工。混凝土3～7d強度可達設計標號的70～80%。c.在正負温交替情況下施工，對後期強度增長影響不大。實驗室200次凍融循環，混凝土強度損失不明顯。抗凍標號可達200#以上。

③耐蝕性能：該兩種水泥對海水、氯鹽（NaCl、MgCl₂）、硫酸鹽（Na₂SO₄、MgSO₄、(NH₄)2SO₄）、尤其是它們的複合鹽類（MgSO₄+ NaCl）等，均具有極好的耐蝕性。快硬鐵鋁酸鹽水泥的耐蝕性優於快硬硫鋁酸鹽水泥。從2年耐腐蝕實驗室結果可以看出，耐蝕係數均大於1，明顯優於高抗硫硅酸鹽水泥和高鋁水泥。

④高抗滲性能：該兩種水泥的水泥石結構較緻密，因此混凝土抗滲性是同標號硅酸鹽水泥混凝土的2～3倍。

⑤鋼筋鏽蝕：該兩種水泥由於水化液相鹼度不同，鋼筋鏽蝕情況不完全一樣。快硬硫鋁酸鹽水泥由於鹼度低（pH<12），鋼筋表面形不成鈍化膜，因此對保護鋼筋不利。在早期拌合的混凝土中，由於含有較多的空氣和水分，因此使混凝土鋼筋早期有輕微鏽蝕。隨着齡期增長，空氣和水分逐漸減少和消失。因混凝土結構緻密所以後期鏽蝕情況無明顯發展。實驗室混凝土鋼筋埋件和水泥製品長期齡觀察結果（10年）均證明了這一點。如果在混凝土中加入少量鹼性外加劑（NaNO₂等）和高強硫鋁酸鹽水泥，則早期也完全無鏽蝕。對於快硬鐵鋁酸鹽水泥，由於水泥水化液相鹼度較高（pH>12），鋼筋表面形成類似硅酸鹽水泥混凝土的鈍化膜。極化曲線快速測定和實驗室常規檢驗均表明、快硬鐵鋁酸鹽水泥對鋼筋無鏽蝕。綜上所述，該兩種快硬水泥耐久性均較好 ^[2]  。

硫（鐵）鋁酸鹽水泥系列單獨使用或配合ZB型硫（鐵）鋁酸鹽水泥專用外加劑使用，廣泛應用於搶修搶建工程、預製構件、GRC製品、低温施工工程、抗海水腐蝕工程等：

① 具有早強、高強的特點，其3天強度相當於同標號硅酸鹽水泥的28天強度，適用於搶修搶建工程；

② 由於該水泥系列強度發揮快，因此在預製構件中應用可省去蒸養的能源費用；

③ 低鹼鋁酸鹽水泥水化漿液PH小於10.5，特別適用於玻璃纖維製品（GRC）；

④ 具有抗凍性能好，廣泛應用於冬季低温施工的工程；

⑤ 抗滲、耐海水腐蝕性能大大優於硅酸鹽水泥，適用於海洋建築工程；

⑥ 對有害廢棄物的固結具有特殊效能等優越性能，適用有害、有毒廢棄物的固化處理 ^[1]  。

在特種水泥推廣過程中，通常遇到連續性、大批量生產與間隙性、小批量使用之間的矛盾，從而造成在實驗室研究出的水泥品種很多，但能工業化長期生產的卻寥寥無幾。因此在工業發達國家，為使水泥混凝土具有某種特殊性能，主要是採用在大批量生產的硅酸鹽水泥中摻加外加劑的辦法，然而，這種方法有一定侷限性。在很多情況下不能達到用户所要求的性能，還必須走燒製特定礦物組成熟料的技術道路。

在我國，資源分佈廣，動力便宜，水泥工業在較小規模下生產仍有經濟價值，所以具有改變熟料礦物組成來發展特種水泥的良好社會條件。

第三系列水泥在中國已成功地應用於各種建築工程（尤其是冬季施工工程）、海港工程、地下工程，各種水泥製品和預製構件，如水泥壓力管、高強樁、大型樑柱以及各種GRC製品。廣闊的使用範圍為水泥常年均衡生產提供了條件，很好地解決了生產與使用的矛盾。

我們正在進一步開發其用途，隨着經濟建設的發展，第三系列水泥的市場將愈來愈大。已經開始批量出口，在國際市場上有很強的競爭力。特定的社會條件使中國的第三系列水泥具有良好的發展前景 ^[1]  。

GB 20472-2006 硫鋁酸鹽水泥

《硫鋁酸鹽水泥》

作者：王燕謀，蘇慕珍，張量

出版社：北京工業大學出版社

版次：1999年12月第1版

ISBN：7-5639-0819-6

定價：35.00 元

《硫鋁酸鹽水泥的生產與應用》

作者：刁江京，辛志軍，張秋英

出版社：中國建材工業出版社

版次：2006年11月第1版

ISBN：7-80227-166-5

定價：32.00 元 ^[3]