石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥性能的影響

謝亞娟

（山東聚力混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250220）

0 前言

以阿利特（C3S）和貝利特（C2S）為主要礦物的普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度偏低，后期強(qiáng)度增進(jìn)速率較高。以硫鋁酸鋇鈣為主要礦物的含鋇硫鋁酸鹽水泥早期強(qiáng)度較高，而后期強(qiáng)度增進(jìn)速率較低[1-3]。硫鋁酸鋇鈣是一種快硬早強(qiáng)型水硬性礦物，同時還具有燒成溫度低、水化微膨脹等特性[4-6]。程新[7-8]等人把該礦物引入到硅酸鹽水泥熟料礦相體系中，制備了早期性能良好的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥。因此，如果在硅酸鹽水泥熟料中引入少量的早強(qiáng)型礦物硫鋁酸鋇鈣，形成新的熟料礦相體系，將使傳統(tǒng)普通硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度進(jìn)一步提高，并具有較高的后期強(qiáng)度增進(jìn)速率[9-10]。

本文主要研究內(nèi)容：石膏的摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥性能（流變性和膨脹率等）的影響，以便為阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥在工程中推廣應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持。

1 原材料

水泥熟料，來源于山東濟(jì)南山水廠，并磨細(xì)過 200目篩。石膏為山東泰安某石膏礦廠產(chǎn)。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 石膏對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體流變性的影響

由于阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥熟料中含有硫鋁酸鋇鈣礦物，所以石膏摻量對該水泥性能有較大影響。在固定熟料礦物組成的基礎(chǔ)上改變水泥中石膏摻量。固定熟料礦物組成，選擇 3.5%、5.0%、6.5%、8.0% 的石膏摻量，測水泥漿體的粘度，計算漿體的屈服應(yīng)力見表 1 和圖 1 所示。

由圖 1 中可以看出：石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體影響曲線近似為 Newton 流體，說明石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的流變特征影響不明顯；但石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應(yīng)力影響比較明顯，比如石膏摻量達(dá)到 8.0% 時，阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體剪應(yīng)力增幅非常明顯。

表 1 石膏摻量對水泥漿體屈服應(yīng)力的影響

圖 1 石膏摻量對水泥漿體屈服應(yīng)力的影響

石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體粘度的影響見表 2 和圖 2 所示。

表 2 石膏摻量對水泥漿體粘度的影響

從圖 2 可以看出：阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的粘度隨石膏摻量的增加而減小，主要原因：石膏具有緩凝效果，當(dāng)提高水泥漿體中石膏的用量，將會降低阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的屈服應(yīng)力和粘度，改善阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的整體流動性，可使阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體具有較好的工作性能。對不同石膏摻量的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應(yīng)力隨剪切速率流變曲線做回歸分析，回歸方程見表 3。

圖 2 水泥漿體的粘度隨石膏摻量的變化

表 3 石膏摻量對漿體剪應(yīng)力 X 和剪切變速率 Ds 關(guān)系的影響

表 3 中的回歸分析表明：不同石膏摻量的阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變之間的線性關(guān)系比較明顯，基本屬于賓漢姆流變方程。方程的通用形式為：X= A+BDs，式中的 A 和 B 分別代表漿體的屈服應(yīng)力和塑性粘度。

2.2 石膏摻量對阿利特-硫鋁酸鋇鈣水泥漿體膨脹性的影響

各試樣的標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時間見表 4。表 5 和圖 3給出了石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率的影響變化曲線。

表 4 石膏摻量對水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度和凝結(jié)時間的影響

從表 5 和圖 3 可看出：在水化硬化過程中，普通硅酸鹽水泥表現(xiàn)為體積收縮現(xiàn)象，比如在水化初期（3d之前）收縮率增加速度比較快，而水化后期（7d 之后）收縮基本穩(wěn)定；而阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥具有一定的體積膨脹特性，在水化初期（14d 之內(nèi)）膨脹率增加速度較快，而水化后期膨脹趨于穩(wěn)定。另外，從圖 3還可看出：阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率隨石膏摻量的增加其逐漸增加。

表 5 石膏摻量對水泥膨脹率的影響 %

圖 3 石膏摻量對水泥膨脹率的影響

3 結(jié)論

（1）石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體影響曲線近似為 Newton 流體；但石膏摻量對阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的剪應(yīng)力影響比較明顯；阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥漿體的粘度隨石膏摻量的增加而減?。徊煌鄵搅康陌⒗亍蜾X酸鋇鈣水泥漿體的剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變之間的線性關(guān)系比較明顯，基本屬于賓漢姆流變方程。

（2）在水化硬化過程中，普通硅酸鹽水泥表現(xiàn)為體積收縮現(xiàn)象，而阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥具有一定的體積膨脹性；另外，隨石膏摻量的增加，其阿利特—硫鋁酸鋇鈣水泥膨脹率逐漸增加。