非晶质铝酸钙在砂浆中的应用研究

蔡剑育

（广东龙湖科技股份有限公司，广东 汕头 515041）

非晶质铝酸钙在砂浆中的应用研究

蔡剑育

（广东龙湖科技股份有限公司，广东 汕头 515041）

研究非晶质铝酸钙部分取代普通硅酸盐水泥后对砂浆凝结时间，稠度，抗折、抗压强度和收缩率的影响。结果表明，当非晶质铝酸钙取代量在15%～30%时，随着其取代量的增加，砂浆的凝结时间缩短，稠度增大，抗折、抗压强度提高，收缩率减小。非晶质铝酸钙在水泥砂浆中可作为促凝剂、早强剂、增强剂使用，并具有一定的膨胀性以及减水作用。

非晶质铝酸钙；普通硅酸盐水泥；砂浆

非晶质铝酸钙由于内部质点呈无规律的排列，杂乱无章，没有一定的几何外形，水化活性更高，当作为一种快硬材料应用于水泥砂浆时，相比晶质的铝酸钙（如高铝水泥），不但早期强度良好，后期强度增加更好，且砂浆的干燥收缩也会变小[1]。非晶质铝酸钙中七铝酸十二钙与水泥中的硫酸钙、氢氧化钙和水快速反应生成钙矾石，使用非晶质铝酸钙的喷射混凝土也具有更好的耐久性[2]。在国内，使用的胶凝材料大多是晶质材料，如硅酸盐水泥、高铝水泥和硫铝水泥等，非晶质材料应用较少。本文通过研究非晶质铝酸钙对砂浆凝结时间、稠度、强度和收缩率的影响来进一步了解非晶质铝酸钙的性能特点。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

非晶质铝酸钙：Denka电气化学产，Beform（简称BF），主要成分为七铝酸十二钙，相对密度2.92，比表面积6000 cm2/g。

其化学反应理论式如下：

水泥：华润水泥产P·O42.5水泥（简称OPC）。

石英砂：福建东山产，20～80目。

非晶质铝酸钙BF和水泥OPC的化学成分见表1。

表1 非晶质铝酸钙和水泥的化学成分 %

1.2 试验方法

凝结时间、稠度：按照JGJ/T 70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试；

抗压、抗折强度：按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试；

收缩率：按照JC/T 603—2004《水泥胶砂干缩试验方法》进行测试。

2 试验结果及讨论

2.1 BF部分取代OPC对砂浆凝结时间的影响

胶砂比为1：2，水胶比为0.43时，BF取代OPC量对砂浆凝结时间的影响见表2。

表2 BF取代OPC量对砂浆凝结时间的影响

由表2可知，BF部分取代OPC可以加快砂浆的凝结，且凝结时间随着取代量的增加而缩短，但当取代量超过25%时，凝结时间缩短趋势变缓；但当BF单独使用时其凝结时间达到390min，水化非常缓慢。说明BF可作为水泥砂浆的促凝剂使用，不宜单独使用。

2.2 BF部分取代OPC对砂浆稠度的影响

胶砂比为1：2，水胶比为0.43时，BF取代OPC量对砂浆稠度的影响见表3。

表3 BF取代OPC量对砂浆稠度的影响

由表3可知，随着BF取代OPC量的增加，砂浆的稠度增大，说明BF有一定的减水作用，可提高砂浆的流动性。

2.3 BF部分取代OPC对砂浆强度的影响

胶砂比为1：2，水胶比为0.43时，BF取代OPC量对砂浆强度的影响见表4。

表4 BF取代OPC量对砂浆强度的影响

由表4可知，当BF取代OPC量在0～15%时，砂浆的3 h、6 h和1 d抗折强度随着取代量的增加而大幅提高，当取代量达到30%时，砂浆的3 d、7 d和28 d的抗折强度出现最大值，继续增大取代量抗折强度出现小幅度下降。

当BF取代OPC量达到15%时，砂浆各龄期抗压强度随着取代量的增加而大幅提高，BF取代量为50%的砂浆28 d抗压强度达到78.5 MPa，是没掺BF的1.7倍。

当BF取代量为10%时，会导致砂浆各龄期抗折、抗压强度比不取代时小幅下降；试验中发现，单独使用BF的砂浆几乎没有强度，故不宜单独使用。说明BF可作为水泥砂浆的早强剂和增强剂，且其取代OPC量在15%～30%较为合适。

2.4 BF部分取代OPC对砂浆收缩率的影响

胶砂比为1：1.5，水胶比为0.325时，BF取代OPC量对砂浆收缩率的影响见表5。

表5 BF取代OPC量对砂浆收缩率的影响

由表5可知，BF取代部分OPC后，随着取代量的增加收缩率随之下降，当取代量为30%时收缩率最小，继续提高取代量收缩率有增大的趋势；而当取代量小于15%时，BF的膨胀效果不明显。说明BF可作为水泥砂浆的膨胀剂使用，但为了保证有一定的膨胀效果，其取代OPC量在15%～30%较为合适。

2.5 电镜分析

选取BF取代OPC量为20%的硬化水泥浆试块进行电镜分析，观察水化1 h、3 h和1 d时钙矾石晶体发展情况，SEM照片见图1。

从图1可以看出，水化1 h时试块表面就可以观察到细长针状晶体，晶体间的间隙较大；水化3 h相比1 h时晶体变粗且更加密集；水化1 d时晶体继续快速生长，彼此交错，密实度较高。

3 结语

（1）非晶质铝酸钙BF可作为水泥砂浆的促凝剂使用，当其取代部分普通硅酸盐水泥时，砂浆的凝结时间随着取代量的增加而缩短，但当BF完全取代普通硅酸盐水泥单独使用时，砂浆水化非常缓慢。

（2）非晶质铝酸钙可作为水泥砂浆的早强剂、增强剂和膨胀剂使用，当其取代量在15%～30%较为合适，在该取代范围内，随着取代量的增加，砂浆的各龄期抗折、抗压强度都有明显的提升，砂浆的各龄期收缩率都有明显降低。

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

蔡剑育，男，1985年生，广东揭东人，工程师，主要从事砂浆及添加剂技术研究。