浅谈硅酸盐水泥中硫酸盐的类型与作用

(陕西省建筑材料工业设计研究院， 陕西 西安 710032)

浅谈硅酸盐水泥中硫酸盐的类型与作用

杨 洋

(陕西省建筑材料工业设计研究院， 陕西 西安 710032)

在硅酸盐水泥中，虽然硫酸盐的含量较低，但种类较多且应用复杂，因此，将硫酸盐类型与作用进行细分，有益于水泥的生产加工和使用。本文通过对国内外相关工作经验进行总结，阐述了硅酸盐水泥中硫酸盐的种类，并对硫酸盐在硅酸盐水泥中具体作用进行论述。

硅酸盐水泥；硫酸盐；类型与作用

前言：长期以来，人们对水泥中硫酸盐的类型和作用进行了大量的研究工作，在以往的研究过程中也只是根据SO3的含量来进行简单分析。随着监测分析技术的日益发展以及人们对水泥生产应用需求的提升，很多问题都需要相关人员做深入研究。通过分析发现，硫酸盐不仅在水泥中可以产生积极作用，同时还存在着潜在危害。通过研究，可以确保水泥在实际生活中得到合理应用，也可以防治一些污染问题出现。

1 硅酸盐水泥中的硫酸盐

1.1 硫酸盐的主要类型

对于硅酸盐水泥原料来说，主要包括熟料和混合材，由于经过了高温处理，水泥中大量硫元素通常以六价形式存在，这也说明了水泥中主要矿物元素以硫酸盐为主。其中硫酸盐的分类也可以有多种类型，为了方便研究，通常人们都按照阳离子类型、溶解性能高低和晶体存在的具体形式进行分类。对于硅酸盐水泥中可能存在的硫酸盐类型，主要来源就是外掺石膏和熟料，二者都含有丰富的硫元素。由于六价硫化学属性不稳定，造成了硫酸盐在形成过程中彼此之间产生化学反应，特别是在水泥生产过程中助磨剂的加入。这种助磨剂具有很强催化效果，促进硫酸盐之间的化学反应，从而产生出了更多的硫酸盐，但并不是所有水泥中都具有上述类型的硫酸盐[1]。

相关研究人员认为，水泥熟料中除了含有大量的硫酸钾和硫酸钠以外，还有结构更复杂的K6Na2(SO4)4以及K1Ca2（SO4）3等存在。在以往科学研究过程中，一般都是通过热力学计算来实现对硅酸盐水泥的详细研究，随着科技的不断发展，在近几年的研究中加入了很多新的测试手段，已经有学者提出了熟料中的硫酸盐基本都是以复盐形式存在，或者以混合盐形式存在。但针对于硫铝酸钙和硫硅酸钙这种更为复杂的硫酸盐是否存在，学者们说法还未得到统一。在研究中，学者们通过高温加热，观察酸盐矿物？存在情况，并通过长达10天的高温作用，发现了少量的硫硅酸钙和硫铝酸钙。

另外，通过温度持续升高，直到1300℃时，依然有硫酸钙没有分解，这也充分说明了熟料中含有大量硫酸盐成分。另外，用选择性富集方法进行实验研究发现，熟料中含有大量的硫酸钾和硫酸钙，而且，在SO3含量为2%的熟料中，还会出现3CaO·3Al2O3·CaSO4等物质，对于此物质可能存在的地方，相关人员也没有做出最后确定，只是大致确定了有可能存在于贝利特中。我国在此问题研究过程中也没有落后，经过刘宝元等人的共同努力，发现了当SO3在硅酸盐中的固溶量达到一定数值时，C2S固溶SO3的数量是最大的。从上述研究中我们可以得出结论，水泥中硫酸盐的复盐形式可能有很多种，因为根据硫酸钾和硫酸钙经过高温作用以后发生的变化，就可以形成很多复盐形式[2]。

1.2 硅酸盐水泥中的硫酸盐变化

对于硅酸盐水泥中的硫酸盐来说，主要有两大来源，一是熟料中，二是外掺石膏，随着人们对水泥的需求量不断提升，导致了水泥工业废料数量不断上涨，这让水泥中的硫酸盐来源发生了很大变化，而原生硫酸盐的增加，就是这种变化最好的说明。

由含有大量硫元素的工业废料参与到水泥制作过程中，在高温加热之后，会使得熟料中的SO3含量明显增加，如果在制作阶段在加入矿化剂，SO3会比以往高出3%，传统水泥生产中，SO3含量最多也就只有0.5%，这是针对于传统湿法生产来说的，如果利用窖外分解法来进行生产，熟料中的SO3含量会比之前大大增加，如果在通过高温处理，其含量会接近于水泥中SO3的最终含量，从而使硅酸盐水泥中的硫酸盐增多[3]。

2 硫酸盐在硅酸盐水泥中的作用

2.1 调节凝结时间

在水泥中加入各种形式的硅酸盐，可以降低熟料中矿物元素的水化速度，从而有效延迟了水泥整体水化时间，保证水泥在长时间内保持特性。

一直以来，很多学者在这方面做了大量研究，为了就是延长水泥的凝结时间，确保水泥能够被人们更好利用。经过对研究进行总结，很多人认为C3A的表面吸附很多硫酸盐，从而减缓了矿物元素的水化时间，还有很对人认为，部分硫酸盐溶解程度较高，使得水泥中的硫酸盐过度饱和，从而有效避免了AFm的产生，更有益于AFt的形成，为此，也能起到减缓水泥凝结时间的目的。另外，通过可融性硫酸盐的作用，也会使水泥的终凝时间和初凝时间都会得到延长，这是由于很多硫酸盐中存在一部分碱性粒子，可以促进水泥的水化速度，而碱性硫酸盐另一部分硫酸根会减缓水泥水化，单单凭借二者作用，不能达到缓凝目的，但通过熟料中产生的AFt和AFm,就可以实现调节凝结时间的目的[4]。

2.2 对混凝土的破坏作用

在水泥使用过程中，由于硫酸盐的作用，在水泥硬化之后容易出现膨胀现象，这种膨胀现象会严重影响水泥固定效果，这也是人们在应用水泥过程中最头疼的一个问题。

有人对6种硫酸盐含量不同的水泥进行实验，发现当硫酸盐中的SO3含量大于3.5%时，其膨胀最为明显。另外，如果在含有较高的SO3的熟料中，加入2%的硫酸钠，也会让水泥产生膨胀现象，但是，随着SO3的浓度减小到一定程度以后，如果不对熟料进行硫酸钠的外掺，则膨胀现象消失，这充分证明了如果硫酸盐含量过多，会对混凝土产生破坏情况。

2.3 促进强度发展并激发混合材活性

在水泥水化过程中，通过硫酸盐的相互作用，会产生AFm和AFt两种物质，这对于水泥早期强度来说是一种很好保障。Le-rch等人认为，相比于凝结时间的延长，石膏对于水泥的硬化后的性能保障更为重要，上述人员在1946年便开始了相关问题研究工作，在水泥中掺入不同含量的SO3，来进行相关强度和收缩比对，只有在碱分子含量较高时，石膏的加入才会出现一定效果[5]。

对于碱性硫酸盐来说，有利于提升硫酸根的浓度，可以与水泥中的氢氧化钙反应，从而得到AFt，对于水泥强度有很好促进作用。另外，这种碱性硫酸盐还可以提高水泥中的PH值，这对于混合材中氧化物的溶解产生巨大促进作用，从而更好实现水泥强度的提升。

总结：综上所述，虽然硫酸盐在水泥中含量很少，却起到至关重要的作用。水泥中的硫酸盐种类多样，来源较多，虽然人们在相关研究上取得了一定成就，但是从水泥的实际生产应用中来看，人们对硫酸盐的类型还作用并不十分明确。另外，对于我国水泥来说，SO3的含量明显比国外低很多，但并不代表熟料中原生硫酸盐不会增加，所以说对于硫酸盐的潜在危害，相关工作人员必须提高重视。

[1]左晓宝,邱林峰,汤玉娟,冯禹翔.氯盐和硫酸盐侵蚀下水泥浆体中钢筋锈蚀过程[J].建筑材料学报,,:1-9.

[2]丁铸,王淑平,张鸣,邢锋.硫酸盐对矿渣在硅酸盐水泥中水化活性的激发作用[J].中国科技信息,2008,(18):69-71.

[3]金雁南,周双喜.混凝土硫酸盐侵蚀的类型及作用机理[J].华东交通大学学报,2006,(05):4-8.

[4]刘广民,任南琪,王爱杰,王旭,杜大仲,陈鸣歧.产酸-硫酸盐还原系统中产酸菌的发酵类型及其与SRB的协同作用[J].环境科学学报,2004,(05):782-788.

[5]马孝轩,陈从庆.混凝土及钢筋混凝土土壤腐蚀试验研究[J].港口工程,1992,(06):5-18.

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