超早强硫铝酸盐水泥混凝土修补材料的应用研究

齐浩

摘 要：随着人类社会和技术的不断发展，人类的活动和社会生产的需要带动了大量的房屋建筑和交通建设，而水泥混凝土具有来源广泛，生产工艺简单，价格低，耐久性好等优点，被广泛应用于人类的基础建设。但水泥混凝土建筑材料因施工监管不合格，长期的过载使用和恶劣环境的侵蚀作用，使大量的水泥混凝土建筑受到不同程度的破坏，严重危害人生安全。因此，当今社会的建筑格局经过这么多年的快速发展已经从以前的大规模的大兴土木到如今维护修补为主的基调。

关键词：硫铝酸盐水泥；混凝土；超早强

1 前言

硫铝酸盐水泥自发明以来，广泛应用于房屋建筑、桥梁、道路、机场、市政建设等工程。硫铝酸盐水泥在自应力水泥压力管、GPC制品、超早强混凝土、冬季施工、抢修抢建、喷锚加固、抗渗、抗腐蚀等工程中普遍应用。硫铝酸盐水泥在多个领域的成功应用，充分证明了其优异的质量，突出的特性和可靠的稳定性。

2 硫铝酸盐水泥的研发现状

水泥基快速修补材料主要是以水泥作为基础的胶凝材料，复合各种外加剂而制备成的无机修补材料。由于其与旧混凝土性质相近，结构相似，相容性好，体积稳定和耐久性好等优点，被作为主要的修补材料应用于修补工程中。按照水泥的品种不同，可以分为快硬硅酸盐水泥修补材料、硫铝酸盐水泥基快速修补材料、高铝水泥基修补材料、硫酸镁水泥基修补材料、硅灰水泥混凝土、偏高岭水泥混凝土。硫铝酸盐水泥是以石灰石，铝矾土和石膏为主要的原材料，经过在1300℃～1350℃下煅烧得到硫铝酸盐水泥熟料，其主要成分是无水硫铝酸钙和硅酸二钙，再掺入适量的混合材（如石膏和石灰石等）共同粉磨而成的水硬性胶凝材料。与普通硅酸盐水泥相比，由于无水硫铝酸钙的烧结温度低于硅酸三钙矿物，生产硫铝酸盐水泥其理论的能耗低于一般的普通硅酸盐水泥，在环境友好型方面符合国家提出的节能减排的战略要求。在水泥水化方面，由于硫铝酸盐水泥熟料中大量的无水硫铝酸钙可以和拌合水快速发生水化反应形成大量的钙矾石，因此硫铝酸盐水泥具有早期水化速度快，凝结时间短，早期强度高等特点。硫铝酸盐水泥熟料中CaO的含量较低，其体系中的碱度低于一般的普通硅酸鹽水泥体系，因此在选择改性剂对硫铝酸盐水泥进行改性的时候需要考虑硫铝酸盐水泥特殊的水化环境。

从硫铝酸盐水泥近几年的科学研究和工程应用中可以发现，硫铝酸盐水泥是一种值得推广和发展的水泥品种，特别是在需要早强、高强、抗冻、耐腐蚀、抗渗等特殊要求的特种工程中应用越来越广泛。国内外的诸多学者和技术人员对于硫铝酸盐水泥的理化研究和工程应用展开了大量的研究。常钧等重点研究了含钡硫铝酸盐水泥混凝土试块的微观结构，发现混凝土试块的破坏是从集料内部断开，证明含钡硫铝酸盐水泥混凝土具有很强的界面粘结强度。杨克锐等重点探讨了硫铝酸盐水泥凝结时间的调节问题，实验结果表明，通过合理控制硼砂与硫酸铝的比例，可保证硫铝酸盐水泥适度缓凝，并具有较好的后期强度。付兴华提出了改善硫铝酸盐水泥倒缩问题的方法，掺加烧石膏可以降低硫铝酸盐水泥的28d强度的倒缩。

3 原材料和试验方法

3.1 胶凝材料

水泥采用河南省郑州建文特科技有限公司生产的42.5级快硬硫铝酸盐水泥Ⅰ（R·SACⅠ）和快硬硫铝酸盐水泥Ⅱ（R·SACⅡ），都属于低碱水泥。通过试验测得，快硬硫铝酸盐水泥比表面积均大于400m2/kg，45μm负压筛通过率82.1%，80μm负压筛通过率98.2%。R·SAC主要化学组成见表1。

3.2 骨料

粗骨料主要是石灰岩机制碎石，粒径主要有10-20mm和5-10mm，压碎值小于13%，含泥量不大于0.75%，饱和面干吸水率约2.02%。细骨料主要是山东省平度市金顺达石英厂40-60目的机制石英砂。

3.3 外加剂

减水组份主要采用苏州市兴邦化学建材有限公司的聚羧酸减水剂（JW），添有引气缓凝成分。甲酸钙，工业级，上海丽瑞化工有限公司生产，甲酸钙含量≧98%。碳酸锂，分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。硫酸铝，分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。氢氧化钙，分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产。木钙，化学纯，天津光复精细化工研究所生产。硼酸，天津光复精细化工研究所生产。木钙，工业级，上海臣启化工科技有限公司生产。

4 试验方法

4.1 成型及养护

水泥净浆采用水泥净浆搅拌机搅拌，流动度测试采用圆锥模具法，试验是首先将上口直径36mm、下口直径60mm、高60mm的圆锥放置在400mm×400mm的水平玻璃板上，玻璃板和圆锥模具保持湿润，将拌好的净浆迅速注入模具内，用刮刀刮平，将圆锥模沿垂直方向提起，并同时开启秒表计时，任水泥净浆在玻璃板上流动30s，用直尺量取玻璃板上水泥净浆互相垂直的两个方向的最大直径，取平均值作为水泥净浆流动度。凝结时间按照国标GB/T1346-2011《水泥标准稠度、凝结时间、安定性检定方法》的要求用维卡仪测试。保持工作性时间是指从水泥全部加入水中至其任意塑形无裂纹，表面破坏后可继续抹平且不影响终凝后的表面平整度和强度的时间，塑形时出现裂纹、不光滑即为丧失工作性，测试的目的是为了判断在使用中的最迟操作时限。净浆不进行任何振捣倒入40mm×40mm×160mm的模具中成型，标准养护条件下养护。水泥胶砂采用行星式砂浆搅拌机搅拌，由于流动度较大，流动度试验参考GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》取消震动环节进行测试。

4.2 性能测试

水泥净浆和水泥胶砂的强度均按国标 GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》（ISO 法）要求进行测试。水泥基材料的强度、粘结性、抗裂性、体积稳定性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀等性能主要采用水泥胶砂进行试验。混凝土的强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081-2002进行测试。相关耐久性测试参照 GB/T 50082-2009 《普通混凝土长期性能和耐久性实验标准》进行试验。

本研究配制的超早强硫铝酸盐水泥混凝土能够保持30 min 以上的工作性并具有较高的早期强度，且具有体积不收缩，抗冻性良好、耐硫酸盐侵蚀性、黏结性优良等性能。实践证明，该材料适用于桥梁、道路维修加固，可大大缩短工期，节约时间，节省了人工和机械使用费。

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