自20世纪50年代起,人们开始逐渐认识和研究C4A3S及硫铝酸盐水泥,英国的P.E.霍尔斯特德[注]等人用C4A3S制造了水泥膨胀剂,1975年瑞士的W.A.伯耶[注]获得了以C4A3$和C2S为主要成分的超早强水泥专利,福永敏宏获得了用C4A3S和C11A7•CaF2为主的超早强水泥专利。1973年,中国建筑材料科学研究院和同济大学研制生产了硫铝酸盐水泥,并通过外掺二水石膏获得了具有早强、微膨胀和自应力等不同性能的水泥品种。
以适当成分的生料,经煅烧得到以无水硫铝酸钙(C4A3S)和硅酸二钙(2CaO·SiO2)为主要矿物成分的熟料,再掺加不同量的石灰石、适量石膏,经共同磨细制成的具有水硬性的胶凝材料。
自20世纪50年代起,人们开始逐渐认识和研究C4A3S及硫铝酸盐水泥,英国的P.E.霍尔斯特德[注]等人用C4A3S制造了水泥膨胀剂,1975年瑞士的W.A.伯耶[注]获得了以C4A3$和C2S为主要成分的超早强水泥专利,福永敏宏获得了用C4A3S和C11A7•CaF2为主的超早强水泥专利。1973年,中国建筑材料科学研究院和同济大学研制生产了硫铝酸盐水泥,并通过外掺二水石膏获得了具有早强、微膨胀和自应力等不同性能的水泥品种。
硫铝酸盐水泥的熟料中三氧化二铝(Al2O3)含量(质量分数)应不小于30.0%,二氧化硅(SiO2)含量(质量分数)应不大于10.5%。用于制造自应力硫铝酸盐水泥的熟料,其Al2O3与SiO2的质量分数比应不大于6.0。硫铝酸盐水泥的熟料的主要矿物组成为C4A3S和β-C2S,根据配料和煅烧温度的不同,还可能含有少量C12A7、CA、C2F、CaSO4或CaS等矿物。硫铝酸盐水泥熟料的矿物组成通常为36%~44%、23%~34% β-C2S、10%~17% C2F和12%~17% CaSO4。硫铝酸盐水泥可以调节外掺石膏掺量制成不同类型的水泥,假设熟料为100,二水石膏掺量为0.13M C4A3S/S,当M为0.0~1.0时,可制备早强水泥,当M为1.0~1.5时,可制备膨胀水泥,当M为2.0~6.0时,可制备自应力水泥。
硫铝酸盐水泥分为快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥和自应力硫铝酸盐水泥。①快硬硫铝酸盐水泥,由适当成分的硫铝酸盐水泥熟料和不大于15%的石灰石、适量石膏共同磨细制成的具有高早期强度的水硬性胶凝材料,依据3d抗压强度分为42.5、52.5、62.5和72.5共4个强度等级。②低碱度硫铝酸盐水泥,由适当成分的硫铝酸盐水泥熟料和15%~35%的石灰石、适量石膏共同磨细制成的、具有低碱度的水硬性胶凝材料,依据3d抗压强度分为32.5、42.5和52.5共3个强度等级,主要用于制作玻璃纤维增强水泥制品。③自应力硫铝酸盐水泥,由适当成分的硫铝酸盐水泥熟料加入适量石膏共同磨细制成的具有膨胀性的水硬性胶凝材料。依据28d自应力值分为3.0、3.5、4.0和4.5共4个自应力等级。
硫铝酸盐水泥加水拌和后CA和C12A7很快水化生成水化铝酸钙和氢氧化铝。当不掺石膏时,C4A3S水化生成单硫型水化铝酸钙和氢氧化铝,当有石膏存在时,C4A3S水化生成钙矾石和氢氧化铝,当石膏掺量不足时,生成的钙矾石会转化为单硫型水化铝酸钙。β-C2S水化生成C-S-H凝胶和氢氧化钙。
硫铝酸盐水泥初凝时间一般在25~60分钟,终凝时间为50~90分钟。硫铝酸盐水泥早期强度发展快,1天抗压强度可达30~55兆帕,3天抗压强度可达50~75兆帕,3天抗压强度可达到28天抗压强度的90%以上,后期强度发展缓慢。硫铝酸盐水泥适用于抢修抢建、低温施工和耐海水腐蚀等工程。