硫铝酸盐水泥研究进展

刘鹏程，陈肖虎，李杰瑞，3，鄢金松，苏向东，3，郑 凯，3

（1.贵州理工学院 材料与能源工程学院，贵州 贵阳 550003；2.贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025；3.贵州省轻金属材料制备技术重点实验室，贵州 贵阳 550003；4.贵州亿维德环保科技发展有限公司，贵州 贵阳 551417）

近年来，硫铝酸盐水泥（CSA）成为国内外水泥行业研究发展的新方向，其水泥熟料具有生产需要的早强、抗渗、抗冻、耐侵蚀、高强等优良性能。硫铝酸盐水泥制作产生的CO排放量与所消耗的资源相对于硅酸盐水泥来说较少，因此，可实现低成本工业化生产。硫铝酸盐水泥优点显著、种类齐全，现被广泛应用于冬季施工、抢建、抗腐蚀等工程中。

1 硫铝酸盐水泥性能

1.1 早期强度高

现今所生产的快硬水泥中，硫铝酸盐水泥的早期强度性能要比硅酸盐水泥高3个标号，最高可到达725，其3 d或7 d的抗压强度指标也与普通硅酸盐水泥28 d的抗压强度相当[1]。李国新等[2]研究表明，在硫铝酸盐水泥中掺加柠檬酸，可以延长初凝、终凝时间，提高浆体流动性，浆体的强度在前28 d均有所下降。硫铝酸盐水泥熟料中含有大量的硅酸二钙，后期强度会缓慢提高不会倒缩。因此，硫铝酸盐水泥是一种早期强度高、后期强度也高的优质水泥。

1.2 自由膨胀率低

硫铝酸盐水泥具有自由膨胀率低的性能，在快硬硫铝酸盐水泥28 d的自由膨胀率为0%～0.07%，灰砂（C/S）为1∶0.5时，低碱硫铝酸盐水泥28 d的自由膨胀率为0%～0.10%[3]。

1.3 抗冻融性较好

硫铝酸盐水泥在早期受冻的情况下，待温度恢复到常温时，其强度损失仅为9%左右，而普通的硅酸盐水泥强度损失可达50%[4]。硫铝酸盐水泥在0～10 ℃的低温环境下使用，其早期强度为普通硅酸盐水泥的5～8倍；在0～20 ℃的低温环境下使用，可保持入模温度在5 ℃以上，并且混凝土3～7 d的强度可以达到设计强度的70%～80%。《建筑工程冬期施工规程》（JGJ/T 104——2011）也指出，在0～25 ℃的低温环境下，硫铝酸盐水泥混凝土可以施工[5]。

1.4 凝结时间快

硫铝酸盐水泥按国家标准GB/T 20472——2006规定，其初凝时间不大于25 min，终凝时间不小于180 min；普通硅酸盐、粉煤灰硅酸盐、矿渣硅酸盐、火山灰质硅酸盐和复合硅酸盐等水泥按国家标准GB/T 175——2007规定，初凝时间不小于45 min，终凝时间不大于600 min[6]。

1.5 抗腐蚀性能良好

硫铝酸盐水泥对海水、氯盐、硫酸盐，尤其是其复合盐类（MgSO4+NaCl）等盐的腐蚀都具有良好的抗腐蚀性能。特别是抗海水侵蚀性能优于高抗硫硅酸盐水泥，抗侵蚀系数大于0.9[7-8]。

1.6 抗渗透性能高

硫铝酸盐混凝土水泥的水泥石结构较为致密，因此，其抗渗透性能较好，抗渗透性是同标号硅酸盐水泥混凝士的2～3倍[9]。

2 硫铝酸盐水泥的应用

2.1 在抢修、抢建工程中的应用

我国当前抢修、抢建工程采用的材料是较为先进的快硬、早强硫铝酸盐水泥。由于快硬硫铝酸盐水泥矿物成分与普通水泥不同，且凝结速度快，完全可以用于各种抢建、抢修工程中。在道路路面抢修、修补工程中，用硫铝酸盐水泥配制的道路混凝土，8 h就可达到理想工程强度的80%，12 h就可达到理想工程强度的99%。同时，硫铝酸盐水泥黏结性强、自身膨胀性弱，其抗渗透性能又可防止地表水渗入道路基层造成道路的二次损害。所以，硫铝酸盐水泥是一种适用于道路路面抢修、修补工程的理想材料[10-11]。

2.2 在冬季施工工程中的应用

硫铝酸盐水泥具有较好的快硬和抗冻性能，十分适用于冬季施工，可以在0～25 ℃的低温环境下施工，即使早期受冻，对后期强度的影响也不明显。硫铝酸盐水泥凝结时间短、温峰值高且集中以及早期水化放热量大，这些特点都十分利于硫铝酸盐水泥混凝土蓄热保温和维护，能够使冬季施工工程较早地达到抗冻临界强度[12]。

2.3 在抗腐蚀工程中的应用

我国大部分的抗腐蚀性工程需要的建筑水泥都应具备抗氯化、抗镁盐、抗硫酸盐等性能。硫铝酸盐水泥具有此类优异的性能。在不养护的情况下，硫铝酸盐水泥胶砂试件也具有优良的抗硫酸盐性能[13]。部分铁路在修建过程中含有大量高浓度氯化物、镁盐和硫酸盐地下水的路段，现场实验和施工的大小十几座桥梁都是采用快硬硫铝酸盐水泥完成的工程。现今桥梁路段，道路使用效果良好[14]。

2.4 在其他工程中的应用

硫铝酸盐水泥，不仅在抢修抢建工程、冬季施工工程、抗腐蚀工程中体现了早期强度高、抗冻融性好、耐腐蚀、凝结时间短等一系列优异的性能，还被广泛应用于加固工程、水工工程、地下工程、防碱集料反应工程等相关工程中，并且取得了良好的效果，解决了许多工程的难题。

3 硫铝酸盐水泥与其熟料的制作方法

3.1 利用赤泥和磷石膏生产硫铝酸盐水泥熟料的方法

以烧结法赤泥或拜耳法赤泥混合的赤泥混合物、磷石膏、铝矾土、石灰石作为生产原料，将原料进行烘干、粉磨、按一定比例称重后，将各生料混合在一起放入回转窑，并在1 250～1 350 ℃的温度下烧结30～50 min后迅速出窑，使被烧结的原料在空气中急冷后，可制得硫铝酸盐水泥熟料成品。所生产的熟料具有产品质量好、生产工艺简单、制作成本较低等优点[15]。

3.2 利用粉煤灰及拜耳法赤泥制备贝利特硫铝酸盐水泥的方法

将石灰石、粉煤灰、拜耳法赤泥、脱硫石膏和铝矾土干燥后，分别破碎粉磨并过筛，按熟料率值碱度系数Cm为0.95～1.00、铝硫比P为3.50～3.82、铝硅比N为0.8～1.1以及控制熟料中f-SO3质量分数为1.0%～1.5%、f-CaO质量分数大于-2.0%进行配料，配好生料经过混料、压片，并在 1 250～1 300 ℃下保温0.5～1.1 h后，急冷即得熟料，熟料破碎后，同石膏、硅酸盐水泥熟料共同粉磨至（400±10） m2/㎏，制成水泥[16]。

4 结语

目前，对于硫铝酸盐水泥改性的研究还处于初步阶段，现有的硫铝酸盐水泥有快硬硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥等多种优质品种。为确保硫铝酸盐水泥在工程实践中安全使用，将对硫铝酸盐水泥的应用、性能、生产方式进行反复研究实验。只要措施得当、精心操作，便会取得良好的应用效果，对硫铝酸盐水泥的工程应用领域具有重要的现实意义。