硫鋁酸鹽水泥的主要成分為硫鋁酸鈣(CA3S)、鐵鋁酸鈣(C4AF)和硅酸鈣(CS)。硫鋁酸鹽水泥不僅早期強度發(fā)展*,而且抗硫酸鹽腐蝕性強抗凍性好,但是硫鋁酸鹽水泥也存在后期強度倒縮的現(xiàn)象7。氟鋁酸鹽水泥主要成分是氟鋁酸鈣(C1AF)、硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)等,具有快凝、快硬性能,也被稱為雙快水泥,可用于搶修工程或者噴射水泥,但是氟鋁酸鹽水泥也存在后期強度倒縮現(xiàn)象對于硫鋁酸鹽水泥后期強度倒縮現(xiàn)象,國內外諸多學者提岀摻入λ普通硅酸鹽水泥,在提高早期強度的同時,抑制后期強度倒縮的現(xiàn)象。
王亞麗等以硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥復合作為基本膠凝體系,摻入粉煤灰和二水石膏,利用XRD衍射和掃描電鏡的方法測試復合體系的水化產(chǎn)物,詳細討論了水化機理,得到了性能較好的配比8。許仲梓、鄧敏等人在硫鋁酸鹽水泥中摻入粉煤灰和石灰石粉,改善了復合體系的微觀結構,通過測試力學性能與放熱速率,提出了同時保證早期強度和后期強度的摻量19。
張德成、肖傳明等人通過在硫鋁酸鹽水泥中加入適量的緩凝劑,達到了對硫鋁酸鹽水泥凝結時間的科學控制,在不影響早期強度的基礎上,有效地解決了硫鋁酸鹽水泥混凝土坍落度損失過大的問題0。國外學者也對硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥復合體系做了相關研究,1960年加利福尼亞大學在普通硅酸鹽水泥中加入15%~20%的無水硫鋁酸鈣與氧化鈣的復合體系,研制出具有膨脹作用的復合水泥l(xiāng)2l。 Opera和 Ambroise將普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥按一定比例混合,配制出自流平快速修復砂漿121. janotka等人將普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥按一定比例復摻,研究了復合水泥的水化產(chǎn)物和硬化后水泥石的孔結構23。A. K Chatterjee的研究表明?;郀t礦渣可以改善硫鋁酸鹽后期強度倒縮現(xiàn)象a。 Czerin,w認為普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥混合使用,為**早強效果,普通硅酸鹽水泥摻量不應**水泥總質量的20%25
在研究硫鋁酸鹽水泥微膨脹的性能方面,D. Kalogridis認為硫鋁酸鹽水泥膨脹行為發(fā)生在水泥水化過程中。早在20世紀70年代,中國材料科學研究院對硫鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物鈣礬石進行了研究,指出了鈣礬石的形成條件和膨脹機理,并據(jù)此在試驗室中成功燒制了硫鋁酸鹽水泥。關于硫鋁酸鹽的水化的膨脹機理,**上進行過很多研究,各方說法不一,問題主要集中于兩點:引起膨脹的原因和氫氧化鈣濃度對膨脹的作用。 Powers與HE. Sshwiete認為,在C3A還處于未溶解的顆粒狀時,其表面就已經(jīng)有鈣礬石晶體生成隨著水化反應繼續(xù)進行,鈣礬石晶體繼續(xù)增長,從而產(chǎn)生了膨脹現(xiàn)象BB. MHxaiIoB則認為鋁酸鹽在漿體中氫氧化鈣濃度飽和的情況下,會首先生成C4AH13,之后與石膏發(fā)生反應才產(chǎn)生了膨脹現(xiàn)象。PK. Mehta認為是鈣礬石引起的膨脹,而非單硫型硫鋁酸鈣,他通過掃描電鏡試驗,從膠體的角度解釋了膨脹的機理,從液相中析出的鈣礬石在溶液中存在飽和氫氧化鈣時,粒子間的雙電層導致了粒子間的斥力,從而產(chǎn)生了膨脹3.32。以上幾位學者的觀點存在一個共同點,只有當鈣礬石所處的漿體中氫氧化鈣的濃度達到飽和的情況下才會產(chǎn)生膨脹作用。
硫鋁酸鹽水泥在水化過程會形成水化硫鋁酸鈣,水化硫鋁酸鈣根據(jù)形成時漿體中石膏的含量情況,生成高硫型硫鋁酸鈣和低硫型硫鋁酸鈣兩種形態(tài),在石膏充足的情況下會發(fā)生如下反應CaA3S+8CaSO4 2H20+6Ca(OH)2+54H20-3CAS3H
當漿體中石膏含量不足的情況下,會發(fā)生如下反應2C4A3 S+2CaSO4 2H2O-+54H2O-C6AS3H32+C4ASH,2+4AH由上述兩個反應可知,硫鋁酸鹽水泥的水化產(chǎn)物硫鋁酸鈣與漿體中石膏的含量密切相關,在硫鋁酸鹽水泥中摻入石膏,不僅可以促進鈣礬石的形成,而且加速了C4A3S的消耗,進而使被C4A3S包圍的C2S暴露在漿體中,加速了C2S水化過程,而C2S水化又會形成氫氧化鈣,保證了漿體處于一個高堿性狀態(tài),又能增加C4A3S水化生成鈣礬石的速度。 Berger和 Bernardo的研究表石膏可以加快硫鋁酸鹽水泥的水化速度,減緩硫鋁酸鹽水泥24h后的水化反應速度,ZnCl2可以對硫鋁酸鹽起到微弱的緩凝作用3:3。 Winnefeld在研究硫鋁酸鹽水泥水化時發(fā)現(xiàn),當漿體中的石膏消耗完畢后,漿體PH值會有所增加SO42含量會大幅減少5。 Clark和 Brown發(fā)現(xiàn)硫鋁酸鹽水泥水化過程中,漿體中的鈉離子可以促進單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)的生成6.37為了滿足搶險救災、機場修補等工程需要,硫鋁酸鹽水泥還需摻入早強劑來加快其強度發(fā)展。 Rodger和 Matusinovic的研究表明,鋰鹽可以加快硫鋁酸鹽水泥水化進程,少量的碳酸鋰可以顯著提高硫鋁酸鹽水泥的早期強度與凝結速率13,。吳逸虹等,在硫鋁酸鹽水泥中加入NaOH與KOH后水泥砂漿的早期強度有所提升,后期強度有所下降。其原因是溶液的pH值升高加速了鈣礬石的生成,提高了砂漿的早期強度,然而由于鈣礬石生成過快,形成了致密的保護層,包裹了未水化的礦物,阻礙了砂漿的后期強度發(fā)展40
磷酸鎂水泥
磷酸鎂水泥屬于鎂質水泥的一個分支,擁有諸多優(yōu)點如:早期強度高、耐火性高、生產(chǎn)耗能低、較好的耐水性和體積穩(wěn)定性。由于水化產(chǎn)物**低的內部孔隙率,國外學者認為磷酸鎂水泥可作為常溫下可以硬化的陶瓷。但是由于其凝結速度較快、凝結時間不易控制、水化放熱量大等缺點,在國內一直沒有被廣泛使用。夏錦紅、袁大偉等通過硏究磷酸鎂水泥水化機理,提岀了通過控制漿體的酸堿度來調節(jié)磷酸鎂水泥凝結時間的方法。Wei等指出,在磷酸鎂水泥中,氧化鎂相比于磷酸鹽應是過量的,但過量太多又會導致水化反應速率過快,放熱量過高,因此選擇合適的氧化鎂和磷酸鹽比例是控制磷酸鹽水泥性能的關鍵*。 Seehra等研制了基于磷酸鎂水泥的快速修復材料,并對磷酸鎂水泥的溫度特性進行了研究,其研制的快速修復材料適用于機場路面和**道路修復,修復后4h~5h可開放交通。Pera等通過給磷酸鎂水泥中添加五種不同的纖維(無堿玻璃纖維、聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚酰胺纖維、金屬纖維)進行了力學性能測試,得到磷酸鎂水泥混凝土3h齡期與同水灰比的普通硅酸鹽水泥28d齡期強度相似,采用聚丙烯纖維和金屬纖維改性后的磷酸鎂水泥混凝土具有很高的塑性和耐久性。
偏高嶺土
偏高嶺土是高嶺土在高溫失去結合水之后形成的,其主要成分是無水硅酸鋁(Al2O32SiO2),屬于人造火山灰材料。偏高嶺土具有比硅灰較高的火山灰活性,加入混凝土之中具有微膨脹作用,可以提高混凝土的抗?jié)B透性和耐久性,同時也可以加速混凝土的早期強度發(fā)展,提高后期強度。目前偏高嶺土水泥混凝土常被用于機場跑道修復、橋面修復等工程,但是由于價格昂貴,目前沒有被廣泛的推廣和應用。
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