硫铝酸盐水泥的主要成分为硫铝酸钙(CA3S)、铁铝酸钙(C4AF)和硅酸钙(CS)。硫铝酸盐水泥不仅早期强度发展*,而且抗硫酸盐腐蚀性强抗冻性好,但是硫铝酸盐水泥也存在后期强度倒缩的现象7。氟铝酸盐水泥主要成分是氟铝酸钙(C1AF)、硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)等,具有快凝、快硬性能,也被称为双快水泥,可用于抢修工程或者喷射水泥,但是氟铝酸盐水泥也存在后期强度倒缩现象对于硫铝酸盐水泥后期强度倒缩现象,国内外诸多学者提岀掺入λ普通硅酸盐水泥,在提高早期强度的同时,抑制后期强度倒缩的现象。
王亚丽等以硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合作为基本胶凝体系,掺入粉煤灰和二水石膏,利用XRD衍射和扫描电镜的方法测试复合体系的水化产物,详细讨论了水化机理,得到了性能较好的配比8。许仲梓、邓敏等人在硫铝酸盐水泥中掺入粉煤灰和石灰石粉,改善了复合体系的微观结构,通过测试力学性能与放热速率,提出了同时保证早期强度和后期强度的掺量19。
张德成、肖传明等人通过在硫铝酸盐水泥中加入适量的缓凝剂,达到了对硫铝酸盐水泥凝结时间的科学控制,在不影响早期强度的基础上,有效地解决了硫铝酸盐水泥混凝土坍落度损失过大的问题0。国外学者也对硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥复合体系做了相关研究,1960年加利福尼亚大学在普通硅酸盐水泥中加入15%~20%的无水硫铝酸钙与氧化钙的复合体系,研制出具有膨胀作用的复合水泥l2l。 Opera和 Ambroise将普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按一定比例混合,配制出自流平快速修复砂浆121. janotka等人将普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按一定比例复掺,研究了复合水泥的水化产物和硬化后水泥石的孔结构23。A. K Chatterjee的研究表明粒化高炉矿渣可以改善硫铝酸盐后期强度倒缩现象a。 Czerin,w认为普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥混合使用,为取得早强效果,普通硅酸盐水泥掺量不应**水泥总质量的20%25
在研究硫铝酸盐水泥微膨胀的性能方面,D. Kalogridis认为硫铝酸盐水泥膨胀行为发生在水泥水化过程中。早在20世纪70年代,中国材料科学研究院对硫铝酸盐水泥的水化产物钙矾石进行了研究,指出了钙矾石的形成条件和膨胀机理,并据此在试验室中成功烧制了硫铝酸盐水泥。关于硫铝酸盐的水化的膨胀机理,国际上进行过很多研究,各方说法不一,问题主要集中于两点:引起膨胀的原因和氢氧化钙浓度对膨胀的作用。 Powers与HE. Sshwiete认为,在C3A还处于未溶解的颗粒状时,其表面就已经有钙矾石晶体生成随着水化反应继续进行,钙矾石晶体继续增长,从而产生了膨胀现象BB. MHxaiIoB则认为铝酸盐在浆体中氢氧化钙浓度饱和的情况下,会首先生成C4AH13,之后与石膏发生反应才产生了膨胀现象。PK. Mehta认为是钙矾石引起的膨胀,而非单硫型硫铝酸钙,他通过扫描电镜试验,从胶体的角度解释了膨胀的机理,从液相中析出的钙矾石在溶液中存在饱和氢氧化钙时,粒子间的双电层导致了粒子间的斥力,从而产生了膨胀3.32。以上几位学者的观点存在一个共同点,只有当钙矾石所处的浆体中氢氧化钙的浓度达到饱和的情况下才会产生膨胀作用。
硫铝酸盐水泥在水化过程会形成水化硫铝酸钙,水化硫铝酸钙根据形成时浆体中石膏的含量情况,生成高硫型硫铝酸钙和低硫型硫铝酸钙两种形态,在石膏充足的情况下会发生如下反应CaA3S+8CaSO4 2H20+6Ca(OH)2+54H20-3CAS3H
当浆体中石膏含量不足的情况下,会发生如下反应2C4A3 S+2CaSO4 2H2O-+54H2O-C6AS3H32+C4ASH,2+4AH由上述两个反应可知,硫铝酸盐水泥的水化产物硫铝酸钙与浆体中石膏的含量密切相关,在硫铝酸盐水泥中掺入石膏,不仅可以促进钙矾石的形成,而且加速了C4A3S的消耗,进而使被C4A3S包围的C2S暴露在浆体中,加速了C2S水化过程,而C2S水化又会形成氢氧化钙,保证了浆体处于一个高碱性状态,又能增加C4A3S水化生成钙矾石的速度。 Berger和 Bernardo的研究表石膏可以加快硫铝酸盐水泥的水化速度,减缓硫铝酸盐水泥24h后的水化反应速度,ZnCl2可以对硫铝酸盐起到微弱的缓凝作用3:3。 Winnefeld在研究硫铝酸盐水泥水化时发现,当浆体中的石膏消耗完毕后,浆体PH值会有所增加SO42含量会大幅减少5。 Clark和 Brown发现硫铝酸盐水泥水化过程中,浆体中的钠离子可以促进单硫型水化硫铝酸钙(AFm)的生成6.37为了满足抢险救灾、机场修补等工程需要,硫铝酸盐水泥还需掺入早强剂来加快其强度发展。 Rodger和 Matusinovic的研究表明,锂盐可以加快硫铝酸盐水泥水化进程,少量的碳酸锂可以显著提高硫铝酸盐水泥的早期强度与凝结速率13,。吴逸虹等,在硫铝酸盐水泥中加入NaOH与KOH后水泥砂浆的早期强度有所提升,后期强度有所下降。其原因是溶液的pH值升高加速了钙矾石的生成,提高了砂浆的早期强度,然而由于钙矾石生成过快,形成了致密的保护层,包裹了未水化的矿物,阻碍了砂浆的后期强度发展40
磷酸镁水泥
磷酸镁水泥属于镁质水泥的一个分支,拥有诸多优点如:早期强度高、耐火性高、生产耗能低、较好的耐水性和体积稳定性。由于水化产物**低的内部孔隙率,国外学者认为磷酸镁水泥可作为常温下可以硬化的陶瓷。但是由于其凝结速度较快、凝结时间不易控制、水化放热量大等缺点,在国内一直没有被广泛使用。夏锦红、袁大伟等通过硏究磷酸镁水泥水化机理,提岀了通过控制浆体的酸碱度来调节磷酸镁水泥凝结时间的方法。Wei等指出,在磷酸镁水泥中,氧化镁相比于磷酸盐应是过量的,但过量太多又会导致水化反应速率过快,放热量过高,因此选择合适的氧化镁和磷酸盐比例是控制磷酸盐水泥性能的关键*。 Seehra等研制了基于磷酸镁水泥的快速修复材料,并对磷酸镁水泥的温度特性进行了研究,其研制的快速修复材料适用于机场路面和**道路修复,修复后4h~5h可开放交通。Pera等通过给磷酸镁水泥中添加五种不同的纤维(无碱玻璃纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、金属纤维)进行了力学性能测试,得到磷酸镁水泥混凝土3h龄期与同水灰比的普通硅酸盐水泥28d龄期强度相似,采用聚丙烯纤维和金属纤维改性后的磷酸镁水泥混凝土具有很高的塑性和耐久性。
偏高岭土
偏高岭土是高岭土在高温失去结合水之后形成的,其主要成分是无水硅酸铝(Al2O32SiO2),属于人造火山灰材料。偏高岭土具有比硅灰更高的火山灰活性,加入混凝土之中具有微膨胀作用,可以提高混凝土的抗渗透性和耐久性,同时也可以加速混凝土的早期强度发展,提高后期强度。目前偏高岭土水泥混凝土常被用于机场跑道修复、桥面修复等工程,但是由于价格昂贵,目前没有被广泛的推广和应用。
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