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超高强硫铝酸盐水泥在干混砂浆中的应用 |
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类别：混凝土|生产技术
日期：2012-6-27
来源：中国水泥网
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描述了超高强硫铝酸盐水泥的形成和发展历程，并对其在干混砂浆各类产品中的应用列举了大量实例。由于这种水泥以3CaO·3Al2O3·CaSO4和2CaO·SiO2为主，反应的主要水化产物钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）使其具有早凝、快硬、微膨胀的优点，同时与波特兰水泥复合具有良好的配伍性，提高了综合的物理性能。与铝酸盐水泥相比，它强度发展稳定，后期不倒缩，且性价比较高，更适用于干混砂浆类产品。
超高强硫铝酸盐水泥
超高强硫铝酸盐水泥（简称HCSA）是基于高强硫铝酸盐水泥基础，通过提高原材料品位，严格控制生产工艺过程，并且不添加任何混合材的一种高性能水泥。
1.超高强硫铝酸盐水泥的分类
超高强硫铝酸盐水泥按标号可分为：HCSA92.5、HCSA82.5、HCSA72.5;按其类型可分为：I型、II型、III型。
2.超高强硫铝酸盐水泥的技术指标
比表面积分为两种：360m2/kg~430m2/kg（标准要求>360m2/kg）；450m2/kg~500m2/kg（标准要求>450m2/kg）。凝结时间：初凝>10分钟，终凝<350分钟。
3.超高强硫铝酸盐水泥的性能特点
具有硫铝酸盐水泥的共同点：（1）凝结时间短，早期强度高，具有早凝快硬的特性。主要矿物组成为C4A3S和C2S，特殊的矿物组成赋予了材料特殊的性能。（2）密实度高，有优异的耐腐蚀性。由于矿物组分中不含3CaO·Al2O3（简称C3A），水泥石中Ca（OH）2含量极低，所以对软水及硫酸盐侵蚀的抵抗能力强。主要水化产物为致密的3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（简称钙矾石），使水泥石的空隙率大大降低，提高了抗渗性和抗腐蚀性。（3）抗冻性能好，加入专用的防冻剂后，可用于冬季-30℃状态下的混凝土施工。（4）液相pH较低，不产生碱骨料反应，尤其是抗碱-碳酸盐反应效果优异。（5）强度发展稳定，后期强度不倒缩。硫铝酸盐水泥在熟料烧成过程中就引入了石膏，起到了导向化合和稳定矿物的作用，提高了熟料的活性并保证了良好的晶形转化，与建筑型高铝水泥后来引入石膏形成钙矾石有本质上的区别。
与波特兰水泥的匹配：（1）调整凝结时间，提高早期强度。超高强硫铝酸盐水泥的主要水化矿物为C4A3S和C2S.因为硅酸盐水泥中的CaSO4和 C3S水化析出的Ca（OH）2都能加速C4A3S的凝结，迅速生成钙矾石。硅酸盐水泥中CaSO4被C4A3S消耗后，就不足以起到应有的缓凝作用；同时由于Ca（OH）2被作用掉，C3S的水化得到加速，因此，这2种水泥颗粒表面的水化产物会剧烈地相互作用，大大加快水化速率缩短凝结时间。（2）增加表面密实度。在波特兰水泥水化产生的C-S-H和超高强硫铝酸盐水泥水化产生的3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O共同作用下，水泥石空隙率大大降低，密实度增加，提高了机械强度。（3）减小收缩，防止开裂。在波特兰水泥-超高强硫铝酸盐水泥-石膏三元体系中，能有效减小塑性收缩和硬化后的干缩，解决了流态砂浆因水灰比过大产生的较大收缩，避免产生开裂。（4）提高流变性能。实践证明，在波特兰水泥-超高强硫铝酸盐水泥-石膏三元体系中，超高强硫铝酸盐水泥在一定范围内可以增大流动度，改善流变性。
超高强硫铝酸盐水泥在干混砂浆中的实际应用
1.在水泥自流平砂浆中的应用
超高强硫铝酸盐水泥应用于水泥自流平砂浆能起到良好的作用：（1）增加表面机械强度；（2）提高早期强度；（3）减小收缩，控制开裂；（4）提高表面装饰效果，着色力好；（5）在一定掺量下提高流动性。
在波特兰水泥-超高强硫铝酸盐水泥-石膏三元体系中，无论是以波特兰水泥为主还是以超高强硫铝酸盐水泥为主，只要比例合适都能配制出性能优异的自流平砂浆。相比之下，以波特兰水泥为主的自流平砂浆凝结时间较长，一般初凝在70分钟~120分钟，适用于配制浇注较厚的自流平砂浆，以保证充足的工作时间和较好的流动性。以超高强硫铝酸盐水泥为主的自流平砂浆凝结时间较短，一般在30分钟~60分钟就可以凝结硬化，非常适用于薄层自流平和对早期强度要求较高的工程。
同时，在三元系统中，超高强硫铝酸盐水泥对减小尺寸变化率起到了关键作用，尺寸变化数值可以达到±0.05％，优于JC/T985-2005《地面用水泥基自流平砂浆》中所要求的尺寸变化数值±0.15％.
在实际应用的过程中发现，由于现场条件的局限，很多地面基层没有防水层，有的侧墙存在渗漏现象，有的工程则是旧房改造，基层水分较大，远远超过湿度要求。在这样的情况下，较短的膨胀稳定期对自流平砂浆来说尤其重要，超高强硫铝酸盐水泥的加入成功解决了这一问题。
超高强硫铝酸盐水泥外观为黄白色，在三元体系（尤其是以超高强硫铝酸盐水泥为主）中改善了物料颜色，有良好的装饰效果，尤其在配制彩色水泥自流平砂浆时，效果更佳。
2.在无收缩灌浆材料中的应用
超高强硫铝酸盐水泥应用于无收缩灌浆材料能起到良好的作用：（1）提高早期强度，后期强度持续稳定增长；（2）补偿收缩，有效阻止开裂；（3）单独使用，可配制小时强度较高的特种灌浆材料；（4）可使灌浆材料实现冬季施工。
超高强硫铝酸盐水泥添加在以波特兰水泥为主的三元体系中，可以起到补偿后期干缩和提高早期强度的作用。采用超高强硫铝酸盐水泥为主的三元体系，在保证较高流动度和充足的工作时间情况下，仍可以配制出小时强度较高（2小时抗压强度大于30MPa）的灌浆材料。超高强硫铝酸盐水泥除了以矿物添加剂的形式添加到普通无收缩灌浆材料中之外，还可以与石膏及外加剂混合用作高速铁路客运专线盆式橡胶的支座灌浆材料，另外还可以应用于对小时强度要求较高的工程。
用超高强硫铝酸盐水泥配制的特种灌浆材料可用于最低温度-30℃情况下的冬季施工。由于该材料自身具有微膨胀性，再加入塑性膨胀组分后，实现了塑性状态和硬化后的“双重膨胀”功能，3小时最高竖向膨胀率可达到3.5％（3小时和24小时的膨胀值之差小于0.02％）。
3.在瓷砖黏结剂和勾缝剂中的应用
超高强硫铝酸盐水泥具有早强快硬性能，可配制快硬型瓷砖黏结剂。添加到勾缝剂中能起到补偿收缩、有效阻止返碱的作用。
由于波特兰水泥中的C2S和C3S在生成水化C-S-H的同时也产生了大量的Ca（OH）２，这是一种极易潮解的物质，会随着水分的蒸发迁移到砂浆表面和空气中的CO2作用生成CaCO3而返碱。超高强硫铝酸盐水泥引入后，3CaO·3Al2O3·CaSO4在Ca（OH）2和CaSO4激发下产生钙矾石Aft膨胀结晶填充到毛细孔缝中，阻止了游离水向外渗出的途径，起到了抑制返碱的作用。
4.在外墙外保温砂浆中的应用
超高强硫铝酸盐水泥应用于外墙外保温砂浆中：（1）可使黏结砂浆贴板后快速硬化，提高施工速度，缩短工期；（2）提高抹面砂浆的表面硬度和密实度；（3）使材料在较低温度下可实现正常使用。
超高强硫铝酸盐水泥在满足黏结砂浆充足工作时间的前提下，能实现快速固化。超高强硫铝酸盐水泥与EPS/XPS板材有极佳的黏结力，1天即可达到其他黏结材料需要28天才可达到的黏结强度。这样不仅实现了快速施工（常温下4小时后即可进行下一步抹面砂浆的施工），而且降低了砂浆中聚合物的用量，降低了材料成本。
引入超高强硫铝酸盐水泥，并与高分子聚合物和早强剂配合使用，可使抹面砂浆的最低使用温度达到-7℃（其他普通材料为0℃），砂浆仍不会受冻并且有良好的黏结力。
5.在堵漏材料中的应用
超高强硫铝酸盐水泥应用于堵漏材料，使得凝结时间短，硬化速度快，长期稳定性好。
一般情况下，采用普通水泥复合速凝剂或用复合水泥体系来配制堵漏材料，虽然达到了较短的凝结时间，但并没有实现快速硬化，也就是“速凝而不早强”，在实际应用过程中很难满足使用要求。用超高强硫铝酸盐水泥配制的堵漏材料，凝结时间可在十几秒到几分钟内任意调节，而且一经凝结迅速硬化，真正实现了“速凝快硬”的目的。
堵漏产品常会由于存放时间过长（一般保质期为6个月）而大大延长了凝结时间，因而严重影响其使用效果。以超高强硫铝酸盐水泥为主配制的堵漏材料（简称超高强硫铝酸盐水泥堵漏材料）主要靠加速矿物之间的水化反应以取得速凝的效果，完全不同于普通堵漏材料的水化凝结方式，如波特兰水泥加多种速凝剂（简称波特兰水泥堵漏材料），以及波特兰水泥混合特种水泥添加多种速凝剂（简称复合水泥堵漏材料），超高强硫铝酸盐水泥堵漏材料不会产生外加剂的“吸附”和“反应”，有良好的贮存性和长期稳定性。
取上述3种堵漏材料试样，调整为具有相同的凝结时间（初凝2分钟，终凝3分钟），进行试验对比，早期强度发展速度由快到慢的顺序为：超高强硫铝酸盐水泥堵漏材料>波特兰水泥堵漏材料>复合水泥堵漏材料。
随着国家“禁现”政策的出台和对建筑材料绿色、环保、节能要求的提高，干混砂浆类产品得到了广泛的推广应用。超高强硫铝酸盐水泥作为干混砂浆产品的重要组分，由于其独有的早强快硬、抗腐蚀性、微膨胀性、抗冻性等优异性能，自投放市场以来备受干混砂浆行业人士的青睐，并被广泛应用于水泥自流平砂浆、无收缩灌浆材料、瓷砖黏结剂及勾缝剂、外墙外保温系统材料、防水堵漏材料、快速修补材料等产品中，大大提高了产品的综合性能，在实际应用过程中备受好评。
超高强硫铝酸盐水泥与同等强度等级别产品相比有优异的性价比，大大降低了干混砂浆类产品的材料成本，也有利于材料的推广。伴随干混砂浆行业在我国的全面发展，超高强硫铝酸盐水泥以其优异的性能和极高的性价比在干混砂浆类产品中将扮演越来越重要的角色。
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