非晶質鋁酸鈣在砂漿中的應用研究

蔡劍育

（廣東龍湖科技股份有限公司，廣東 汕頭 515041）

非晶質鋁酸鈣在砂漿中的應用研究

蔡劍育

（廣東龍湖科技股份有限公司，廣東 汕頭 515041）

研究非晶質鋁酸鈣部分取代普通硅酸鹽水泥后對砂漿凝結時間，稠度，抗折、抗壓強度和收縮率的影響。結果表明，當非晶質鋁酸鈣取代量在15%～30%時，隨著其取代量的增加，砂漿的凝結時間縮短，稠度增大，抗折、抗壓強度提高，收縮率減小。非晶質鋁酸鈣在水泥砂漿中可作為促凝劑、早強劑、增強劑使用，并具有一定的膨脹性以及減水作用。

非晶質鋁酸鈣；普通硅酸鹽水泥；砂漿

非晶質鋁酸鈣由于內部質點呈無規(guī)律的排列，雜亂無章，沒有一定的幾何外形，水化活性更高，當作為一種快硬材料應用于水泥砂漿時，相比晶質的鋁酸鈣（如高鋁水泥），不但早期強度良好，后期強度增加更好，且砂漿的干燥收縮也會變小[1]。非晶質鋁酸鈣中七鋁酸十二鈣與水泥中的硫酸鈣、氫氧化鈣和水快速反應生成鈣礬石，使用非晶質鋁酸鈣的噴射混凝土也具有更好的耐久性[2]。在國內，使用的膠凝材料大多是晶質材料，如硅酸鹽水泥、高鋁水泥和硫鋁水泥等，非晶質材料應用較少。本文通過研究非晶質鋁酸鈣對砂漿凝結時間、稠度、強度和收縮率的影響來進一步了解非晶質鋁酸鈣的性能特點。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

非晶質鋁酸鈣：Denka電氣化學產，Beform（簡稱BF），主要成分為七鋁酸十二鈣，相對密度2.92，比表面積6000 cm2/g。

其化學反應理論式如下：

水泥：華潤水泥產P·O42.5水泥（簡稱OPC）。

石英砂：福建東山產，20～80目。

非晶質鋁酸鈣BF和水泥OPC的化學成分見表1。

表1 非晶質鋁酸鈣和水泥的化學成分 %

1.2 試驗方法

凝結時間、稠度：按照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試；

抗壓、抗折強度：按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試；

收縮率：按照JC/T 603—2004《水泥膠砂干縮試驗方法》進行測試。

2 試驗結果及討論

2.1 BF部分取代OPC對砂漿凝結時間的影響

膠砂比為1：2，水膠比為0.43時，BF取代OPC量對砂漿凝結時間的影響見表2。

表2 BF取代OPC量對砂漿凝結時間的影響

由表2可知，BF部分取代OPC可以加快砂漿的凝結，且凝結時間隨著取代量的增加而縮短，但當取代量超過25%時，凝結時間縮短趨勢變緩；但當BF單獨使用時其凝結時間達到390min，水化非常緩慢。說明BF可作為水泥砂漿的促凝劑使用，不宜單獨使用。

2.2 BF部分取代OPC對砂漿稠度的影響

膠砂比為1：2，水膠比為0.43時，BF取代OPC量對砂漿稠度的影響見表3。

表3 BF取代OPC量對砂漿稠度的影響

由表3可知，隨著BF取代OPC量的增加，砂漿的稠度增大，說明BF有一定的減水作用，可提高砂漿的流動性。

2.3 BF部分取代OPC對砂漿強度的影響

膠砂比為1：2，水膠比為0.43時，BF取代OPC量對砂漿強度的影響見表4。

表4 BF取代OPC量對砂漿強度的影響

由表4可知，當BF取代OPC量在0～15%時，砂漿的3 h、6 h和1 d抗折強度隨著取代量的增加而大幅提高，當取代量達到30%時，砂漿的3 d、7 d和28 d的抗折強度出現最大值，繼續(xù)增大取代量抗折強度出現小幅度下降。

當BF取代OPC量達到15%時，砂漿各齡期抗壓強度隨著取代量的增加而大幅提高，BF取代量為50%的砂漿28 d抗壓強度達到78.5 MPa，是沒摻BF的1.7倍。

當BF取代量為10%時，會導致砂漿各齡期抗折、抗壓強度比不取代時小幅下降；試驗中發(fā)現，單獨使用BF的砂漿幾乎沒有強度，故不宜單獨使用。說明BF可作為水泥砂漿的早強劑和增強劑，且其取代OPC量在15%～30%較為合適。

2.4 BF部分取代OPC對砂漿收縮率的影響

膠砂比為1：1.5，水膠比為0.325時，BF取代OPC量對砂漿收縮率的影響見表5。

表5 BF取代OPC量對砂漿收縮率的影響

由表5可知，BF取代部分OPC后，隨著取代量的增加收縮率隨之下降，當取代量為30%時收縮率最小，繼續(xù)提高取代量收縮率有增大的趨勢；而當取代量小于15%時，BF的膨脹效果不明顯。說明BF可作為水泥砂漿的膨脹劑使用，但為了保證有一定的膨脹效果，其取代OPC量在15%～30%較為合適。

2.5 電鏡分析

選取BF取代OPC量為20%的硬化水泥漿試塊進行電鏡分析，觀察水化1 h、3 h和1 d時鈣礬石晶體發(fā)展情況，SEM照片見圖1。

從圖1可以看出，水化1 h時試塊表面就可以觀察到細長針狀晶體，晶體間的間隙較大；水化3 h相比1 h時晶體變粗且更加密集；水化1 d時晶體繼續(xù)快速生長，彼此交錯，密實度較高。

3 結語

（1）非晶質鋁酸鈣BF可作為水泥砂漿的促凝劑使用，當其取代部分普通硅酸鹽水泥時，砂漿的凝結時間隨著取代量的增加而縮短，但當BF完全取代普通硅酸鹽水泥單獨使用時，砂漿水化非常緩慢。

（2）非晶質鋁酸鈣可作為水泥砂漿的早強劑、增強劑和膨脹劑使用，當其取代量在15%～30%較為合適，在該取代范圍內，隨著取代量的增加，砂漿的各齡期抗折、抗壓強度都有明顯的提升，砂漿的各齡期收縮率都有明顯降低。

Application research of amorphous calcium aluminate on mortar

CAI Jianyu
（Guangdong Longhu Sci.&Tech.Stock Company Limited，Shantou 515041，Guangdong，China）

Research on the effects of mortar setting time，consistency，flexural and compression strength，shrinkage rate after amorphous calcium aluminate（ACA）replaces partial ordinary Portland cement（OPC），the result shows when the replacement levels of ACA is 15%～30%，with the replacement levels of ACA increasing，the setting time of mortar decreasing，the consistency of mortar increasing，the flexural and compression strength of mortar increasing，shrinkage of mortar decreasing.ACA can be used in cement mortar as coagulation accelerator，early strength agent，reinforcing agent，and the ACA has certain expansibility and water reducing effect.

amorphous calcium aluminate（ACA），ordinary portland cement（OPC），mortar

TU528.04

A

1001-702X（2015）04-0042-02

2014-11-03

蔡劍育，男，1985年生，廣東揭東人，工程師，主要從事砂漿及添加劑技術研究。