硫铝酸盐水泥

建筑用胶结构材料

硫铝酸盐水泥是以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料掺加不同量的石灰石、适量石膏共同磨细制成，具有水硬性的胶凝材料。国家标准《硫铝酸盐水泥》（GB/T 20472—2006）规定，硫铝酸盐水泥分为快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥。

简介

硫铝酸盐水泥是以适当成分的石灰石、矾土、石膏为原料，经低温（1300~1350℃）煅烧而成的无水硫铝酸钙（C4A3S）和硅酸二钙（C2S）为主要矿物组成的熟料，掺加适量混合材（石膏和石灰石等）共同粉磨所制成的具有早强、快硬、低碱度等一系列优异性能的水硬性胶凝材料。

硫铝酸盐水泥的特点是早强高强、高抗冻性、耐蚀性、高抗渗性、膨胀性能、低碱性。目前主要应用在：冬季施工工程、抢修和抢建工程、配制喷射混凝土、生产水泥制品和混凝土预制构件，补偿收缩砼的配制和抗渗工程、生产纤维增强水泥制品等。

发展历史

1908年在法国发表了铝酸盐水泥的专利，并于1908年首先进行工业化生产。经过几十年的发展，已形成包括膨胀水泥、自应力水泥和耐火水泥在内的铝酸盐水泥系列，该系列水泥的特征是其熟料矿物组成以CA为主，由此而赋予水泥具有早强耐火等特殊性能。铝酸盐水泥主要用于耐高温浇注材料。在建筑上由于发现其后期强度倒缩而不再使用。

二十世纪70年代，在中国发明了硫铝酸盐水泥。80年代又首创了铁铝酸盐水泥的工业生产。如果说，我们把硅酸盐水泥系列产品通称为第一系列水泥，把铝酸盐水泥系列产品通称第二系列水泥。那么，我们可以把硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥以及它们派生的其它水泥品种通称为第三系列水泥。该系列水泥的矿物组成特征是含有大量C4A3矿物。以此与其它系列水泥相区别。并构成了第三系列水泥的早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱和生产能耗低等基本特点。第三系列水泥在中国已得到广泛应用。

硫铝酸盐水泥是中国建筑材料科学研究院自主研究发明的。2000年，我国硫铝酸盐水泥产量只有67.25万吨。到2005年，我国硫（铁）铝酸盐水泥产量达到了125.3万吨。我国生产硫铝酸盐水泥的企业有30家，全国硫铝酸盐水泥产量基本稳定在125万吨左右。

矿物组成

硫（铁）铝酸盐水泥主要是以无水硫（铁）铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物组成的新型水泥。

表1 硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥熟料化学成分与矿物组成

水泥品种

第三系列水泥通过调节熟料、石膏和混合材的掺量，可以获得若干个性能各异的水泥品种。生产的水泥品种有：

（1）硫铝酸盐水泥类

快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥等5个品种。

（2）铁铝酸盐水泥类

快硬铁铝酸盐水泥、高强铁铝酸盐水泥、自应力铁铝酸盐水泥等4个水泥品种。

主要性能

①早强高强性能：该两种快硬水泥不仅有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度。同时具有满足使用要求的凝结时间。12h～1d抗压强度可达35～50 MPa；抗折强度可达6.5～7.5 MPa。3d抗压强度可达50～70 MPa；抗折强度可达7.5～8.5 MPa。根据3d水泥胶砂抗压强度确定水泥标号。市场出售的水泥标量为425#、525#、625# 三种。该两种水泥已有10～20年的生产历史。从5～10年水泥和混凝土长期强度结果可以看出，随养护龄期的增长，强度不断增长，最高强度可达100 MPa。

②高抗冻性能：该两种快硬水泥均表现出极好的抗冻性。它具有以下几个特点：a.在0℃～10℃低温下使用，早期强度是硅酸盐水泥的5～8倍。b.在0℃～-20℃负温下使用，加入少量防冻剂，混凝土入模温度维持在5℃以上，则可正常施工。混凝土3～7d强度可达设计标号的70～80%。c.在正负温交替情况下施工，对后期强度增长影响不大。实验室200次冻融循环，混凝土强度损失不明显。抗冻标号可达200#以上。

③耐蚀性能：该两种水泥对海水、氯盐（NaCl、MgCl2）、硫酸盐（Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4）、尤其是它们的复合盐类（MgSO4+ NaCl）等，均具有极好的耐蚀性。快硬铁铝酸盐水泥的耐蚀性优于快硬硫铝酸盐水泥。从2年耐腐蚀实验室结果可以看出，耐蚀系数均大于1，明显优于高抗硫硅酸盐水泥和高铝水泥。

④高抗渗性能：该两种水泥的水泥石结构较致密，因此混凝土抗渗性是同标号硅酸盐水泥混凝土的2～3倍。

⑤钢筋锈蚀：该两种水泥由于水化液相碱度不同，钢筋锈蚀情况不完全一样。快硬硫铝酸盐水泥由于碱度低（pH<12），钢筋表面形不成钝化膜，因此对保护钢筋不利。在早期拌合的混凝土中，由于含有较多的空气和水分，因此使混凝土钢筋早期有轻微锈蚀。随着龄期增长，空气和水分逐渐减少和消失。因混凝土结构致密所以后期锈蚀情况无明显发展。实验室混凝土钢筋埋件和水泥制品长期龄观察结果（10年）均证明了这一点。如果在混凝土中加入少量碱性外加剂（NaNO2等）和高强硫铝酸盐水泥，则早期也完全无锈蚀。对于快硬铁铝酸盐水泥，由于水泥水化液相碱度较高（pH>12），钢筋表面形成类似硅酸盐水泥混凝土的钝化膜。极化曲线快速测定和实验室常规检验均表明、快硬铁铝酸盐水泥对钢筋无锈蚀。综上所述，该两种快硬水泥耐久性均较好。

主要用途

硫（铁）铝酸盐水泥系列单独使用或配合ZB型硫（铁）铝酸盐水泥专用外加剂使用，广泛应用于抢修抢建工程、预制构件、GRC制品、低温施工工程、抗海水腐蚀工程等：

① 具有早强、高强的特点，其3天强度相当于同标号硅酸盐水泥的28天强度，适用于抢修抢建工程；

② 由于该水泥系列强度发挥快，因此在预制构件中应用可省去蒸养的能源费用；

③ 低碱铝酸盐水泥水化浆液PH小于10.5，特别适用于玻璃纤维制品（GRC）；

④ 具有抗冻性能好，广泛应用于冬季低温施工的工程；

⑤ 抗渗、耐海水腐蚀性能大大优于硅酸盐水泥，适用于海洋建筑工程；

⑥ 对有害废弃物的固结具有特殊效能等优越性能，适用有害、有毒废弃物的固化处理。

发展前景

在特种水泥推广过程中，通常遇到连续性、大批量生产与间隙性、小批量使用之间的矛盾，从而造成在实验室研究出的水泥品种很多，但能工业化长期生产的却寥寥无几。因此在工业发达国家，为使水泥混凝土具有某种特殊性能，主要是采用在大批量生产的硅酸盐水泥中掺加外加剂的办法，然而，这种方法有一定局限性。在很多情况下不能达到用户所要求的性能，还必须走烧制特定矿物组成熟料的技术道路。

在我国，资源分布广，动力便宜，水泥工业在较小规模下生产仍有经济价值，所以具有改变熟料矿物组成来发展特种水泥的良好社会条件。

第三系列水泥在中国已成功地应用于各种建筑工程（尤其是冬季施工工程）、海港工程、地下工程，各种水泥制品和预制构件，如水泥压力管、高强桩、大型梁柱以及各种GRC制品。广阔的使用范围为水泥常年均衡生产提供了条件，很好地解决了生产与使用的矛盾。

我们正在进一步开发其用途，随着经济建设的发展，第三系列水泥的市场将愈来愈大。已经开始批量出口，在国际市场上有很强的竞争力。特定的社会条件使中国的第三系列水泥具有良好的发展前景。

国家标准

GB 20472-2006 硫铝酸盐水泥