硅酸盐水泥中硫酸盐特性及其对混凝土性能的影响

D oors & W indow s分析研究与稼付

硅酸盐水泥中硫酸盐特性

及其对混凝土性能的影响

刘涛江苏省建筑材料研究设计院有限公司

摘要：硅酸盐水泥中，硫酸盐含量虽低，却较为复杂。对其特性具备清晰的认知，明确其对混凝土性能的影响，便于水泥生产及应用。本文重点论述硅酸盐水泥中硫酸盐特性，分析其对混凝土性能的影响，实现水泥性能提升，提高高硫酸盐含量废渣利用率。

关键词：硅酸盐水泥;硫酸盐；特性；混凝土

1前言

众所周知，硅酸盐水泥中的硫酸盐含量并不高。加之，来 源和类型复杂，在水泥水化硬化过程中极为关键。经研究可 知，硅酸盐水泥中的硫酸盐多达数十种。因来源不同，存在差 别。具体生产及应用过程中，将水泥中S〇3总量作为重点控制 内容，以外掺石膏形式，对水泥凝结时间予以调节，使其更具 强度和收缩性优势，提高水泥使用性能，充分发挥环保效益。

2硅酸盐水泥中硫酸盐特性

硅酸盐水泥中的硫酸盐主要来源于熟料和混合材中的原 生或内生硫酸盐和外掺石膏。现如今，水泥生产工艺不断革 新，废渣增多，尤以原生硫酸盐含量最高。

2.1 熟料中硫酸盐

无论是垃圾焚烧过程中的飞灰，还是污水中的污泥，硫酸 盐含量都很高。当前，熟料烧成技术日渐成熟，SO;含量很高，甚至在1.0%以上。倘若在烧成环节应用矿化剂，含量可达 以往湿法生产的熟料中，SO;含量在0.5%c左右，十法中的 含量则比较高。将窑外分解和预热技术应用到实际生产工作 中，熟料SO;含量往往在1.5%以上，部分甚至与水泥最终SO;含 量趋近[1]。

2.2 混合材硫酸盐

水泥生产过程中，增加混合材比例，能够实现生产成木控 制，更具环保性。而部分可用的混合材硫酸盐含量也得到了 显著提升。主要原因是很多国家对大气SO2排放要求极为严 格。应用固硫技术，能够在工业废渣中，以硫酸盐形式，对SO2进行固定。部分高钙粉煤灰SO;含量已经趋近或超出我国规 定限值，大多在3.5%左右，以往多为0.5%。流化床固硫灰渣和 垃圾焚烧灰、城市污水污泥焚烧灰等废渣活性很高，SO;含量 超过了 10%。该项工作实施过程中，对混合材硫酸盐含量要 求很严格，很少以混合材形式，应用高硫废渣，而是与其他混 合材同步使用。但仍然有可能与现行标准不符。

2.3外掺石膏

生产水泥时，用工.、业废石膏对天然石膏进行替代。脱硫 石膏、磷石膏等工.、业废石膏在组成成分上与天然二水石膏相 似，但性质不同。与天然石膏相比，其更具脱水性，受粉磨高 温影响，部分发生脱水情况，以半石膏或硬石膏形式存在。硬 石膏和天然石膏是存在差别的。部分研究者尝试用高含量II- CaSO4的固硫灰渣和电解锰，对外掺石膏进行替代。应用效果 仍有待考究。

3硅酸盐水泥中硫酸盐对混凝土性能的影响水泥硬化后，内部硫酸盐及熟料中的原生硫酸盐，会使其 出现体积膨胀情况，且强度小，具备破坏性。具体表现为次生 石膏、延迟钙矾石膨胀及碳硫硅钙石导致TSA破坏。

应用正确的方式，研究多种不同硫酸盐含量的商用水泥。SO;含量在；.5%以上的水泥，受高温影响，会发生大面积 膨胀。相关学者尝试借助中试水泥窑获得两种熟料，SO;含量 分别为；.6%和2.48%，然后添加2%的Na2SO4。不将Na2SO4添 加到SO;含量为2.48%的熟料中，不会出现热致DEF膨胀情况。部分研究者将碳硫硅钙石成因、TSA破坏及钙矾石对碳硫 硅钙的影响作为研究重点，得出结论，钙矾石在碳硫硅钙石形 成过程中不可或缺。当前，碳硫硅钙石生成过程中，硫酸盐作 用并不是很明晰，无法确定水泥中的硫酸盐是否会生成碳硫 硅钙石或发生破坏，其与混凝土中硫酸盐含量并无太大相关 性。也有学者认为，水泥中SO;含量不超过6%，不会出现破坏 性膨胀。硬化后的水泥，硫酸盐含量越高，其破坏风险越大。倘若增加C2S中的硫酸盐含量，会加重危害'

将硅酸盐水泥中硫酸盐对混凝土性能的影响作为重点研 究内容。依据混凝土情况，仅对硫酸盐破坏性予以关注，其他 性能方面的研究很少。外加剂是混凝土的重要组成元素。水 泥中硫酸盐很容易影响混凝土外加剂。倘若水泥中包含特定 比例的半水石膏或具备易溶性的硬石膏，于减水剂不利。有 学者认为，碱金属硫酸盐会降低聚羧酸减水剂对水泥的分散 作用，提高萘系减水剂分散效果。也有研究认为，增加水泥中 硫酸盐含量，聚羧酸减水剂对胶凝材料颗粒不具备很好的吸 附性，影响流动度。倘若有二水石膏和无水石膏，C;A水化会 因聚羧酸减水剂加快。

部分国家依据混凝土体积或集料用量，对硫酸盐含量进 行限定。其主要为对混凝土其他组成材料引人的硫酸盐进行 计人。具体操作过程中，水泥中的硫酸盐含量限值应与混凝 土中水泥用量、使用环境和混凝土制备过程等具备相关性。倘若混凝土中水泥用量很高，会引起很大收缩，使水泥的硫酸 盐含量补偿收缩性能更加明显。混凝土长期所处环境比较十 燥，或水分接触比较少，原生硫酸盐导致的延迟钙矾石不太容 易发生膨胀，不需要对水泥中的硫酸盐来源和类型等进行明 确区分，也无需提高SO;含量。倘若混凝土体积比较大，或为 夏季施工，内部温度很容易超标，需将硫酸盐影响及其类型与 含量关系作为重点研究内容[;]。

4结语

水泥中硫酸盐的含量并不是很高，但作用却是不可忽视 的。其无论是种类，还是来源，均比较复杂。应依据实际情况 及应用需求，对硅酸盐水泥中硫酸盐特性进行重点研究，明确 其对混凝土性能的影响，将其效用发挥到最大。受制于技术 水平，当前，该领域研究仍然相对较少，难以对水泥的生产及 应用进行有效指导，又因水泥SO;含量普遍比较低，难以发挥 硫酸盐的价值，也未对其来源及作用差异进行考量，导致该过 程中存在诸多潜在危害。应明确具体研究内容及方向，对各 使用环境下水泥中硫酸盐作用及SO;限值进行确定，在水泥中 对高硫高活性碎渣进行充分应用。

参考文献：

[1] 胡全，唐新军.水灰比对高抗硫硅酸盐水泥混凝土抗侵蚀性 能的影响[J].新遐农业大学学报，201;(;):255~258.

[2] 钱觉时，韦迎春.硅酸盐水泥中硫酸盐类型与作用[J].硅酸盐 学报，2014(2):169~177.

P]马英，杨莎.硅酸盐水泥中硫酸盐特性及其对混凝土性能的 影响[J].硅酸盐学报，2015(10):14;0~1440.

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