高铝水泥与硅酸盐水泥混合物的耐久性

高铝水泥与硅酸盐水泥混合物的耐久性

刘光华1张进生2

(1.中国建筑材料科学研究院；2.郑州登峰熔料有限公司)

摘要：高铝水泥在干粉砂浆中，具有促凝和膨胀特性，因此，用量日益增加，但对其耐久性了解甚少。本文综合了相关文献资料，叙述了高铝水泥和硅酸盐水泥混合物，因反应形成水化钙黄长石而具有良好的耐久性，同时，还叙述了与石灰石反应形成水化碳铝酸钙；与Ca(OH)2,CaSO4,反应形成钙矾石对耐久性的影响。

关键词：干粉砂浆，高铝水泥，硅酸盐水泥，水化钙黄长石，水化碳铝酸钙，钙矾石，耐久性。Abstract: In dry-mixed mortar, High Alumina Cement can accelerate setting and has expand property, so its demand is increasing, but we know little about the durability. This article consolidates concerned literatures, and narrates a mixture of High Alumina Cement and Portland Cement, this mixture has good durability because the two cements reacted to form gehlenite hydrate. Besides, this paper descripts High Alumina Cement react with limestone to form calcium carboaluminate hydrate and react with Ca(OH)2 and CaSO4to form ettringite and the influence to durability under this two conditions.

Key words: dry-mixed mortar; high alumina cement; Portland cement; gehlenite hydrate calcium carboaluminate hydrate; ettringite; durability

1.前言。

高铝水泥在干粉砂浆中的使用量，在欧美等发达国家呈逐渐上升趋势，主要用来配置具有特种性能和用途的特种干粉砂浆，以满足建筑上的各种高标准要求，例如：

1．1以缩短工期，快速交付使用为目的（冬季施工）的各种快硬性砂浆，主要利用高铝水泥和硅酸盐水泥混合物的快凝、快硬特性。

1．2以获得优良修补性能为目的的各种修补砂浆，主要利用高铝水泥和硅酸盐水泥和石膏等混合物的快硬特性和反应形成具有膨胀特性的钙矾石。

1．3无收缩灌浆材料，主要利用高铝水泥和硅酸盐水泥，石膏等混合物反应形成膨胀特性的钙矾石，用于大型设备，高精确度设备安装时的地基锚固，以及钢结构建筑物的施工。

1．4防水堵漏材料，主要利用高铝水泥、石灰、石膏；或高铝水泥，硅酸盐水泥，石灰，石膏等材料的快速反应能力和快速形成膨胀性钙矾石的性能。

1．5自流平地面材料，由十几种原材料配置而成，其中高铝水泥和硅酸盐水泥和石膏的反应和控制技术是自流平地面材料不可缺少的部分。

1．6墙地砖粘贴用水泥基砂浆。为了调节砂浆的凝结硬化时间以及降低收缩等性能，也需要采用掺入高

作者简介：刘光华，女，1965年生，教授级高工。

地址：中国建筑材料科学研究院，北京朝阳区管庄邮编：100024

电话：010－51167247

铝水泥的方法来解决。

综上所述，高铝水泥已成为调节干粉砂浆凝结硬化时间和收缩补偿性能的重要组份。但是众所周知，高铝水泥的水化产物CAH10，C2AH8是一种介稳水化产物。在长时间处于35℃以上的环境中，会因转变成C3AH6而降低强度。那么，在干粉砂浆中大范围的采用高铝水泥，对施工体的耐久性是否会受到影响？本文作者针对这一问题，查阅了有关文献资料，对高铝水泥和硅酸盐水泥，以及石膏，石灰石等材料的混合物的耐久性作如下综述。

2.高铝水泥水化产物的相转变对强度的影响[1]

高铝水泥的主要矿物为铝酸一钙（CA）和二铝酸一钙（CA2）曾有大量的研究工作者对这种矿物的水化及其转变对强度的影响发表过文章，综合后，基本上取得一致看法：

＜20℃

CA +H2O CAH10

20～35℃

C2AH8+AH3（三水铝石）+H2O

>35℃

C3AH6+AH3（三水铝石）+H2O

＜20℃

CA2+H2O CAH10 + AH3（铝胶）

20～35℃

C2AH8 + AH3（三水铝石）+H2O

>35℃

C3AH6 + AH3（三水铝石）+H2O 高铝水泥在常温下的水化产物CAH10和C2AH8都属于介稳产物，它们在温度超过35℃情况下，会转变成稳定的C3AH6，在这种晶形转变过程中，会引起强度下降，其原因为：

1）CAH10和C2AH8是六角片状晶体，C3AH6为立方晶形晶体，C3AH6的结合力比CAH10和C2AH8差。2）在晶形转变过程中释放出结晶水，而使孔隙率增大。

3）CA2在水化初期或在低温下水化形成Al（OH）3，为胶状体，充填在晶体间，起增强作用，温度提高后铝胶转变为晶体三水铝石（AH3），降低了胶体的增强作用。

高铝水泥的相转化对水泥硬化体的长期强度和耐久性的影响，在20世纪70年代曾有大量研究论文发表[2]，可综合成以下二点：

A）认为转化程度与水灰比，环境温度、湿度以及龄期等因素相关。图1采用了不同水灰比的高铝水泥混凝土，在不同温度下养护，测定了经1年和8.5年的试样相转化的程度。

转

化

程

度

％

水 灰 比

图1.水灰比和温度对转化程度的关系

由图1可见，转化程度随水灰比的提高而提高，同时也看出，温度在18℃下，水灰比在0.4以下时，

8.5年的转化程度仍可保持在40％以内，但在38℃环境中，不管什么水灰比都接近90％的转化率。B）相转化会引起强度下降，但下降到一定值就会稳定下来，因此，提出了最低转化强度值的概念。表1列出了当时世界各国提供的高铝水泥混凝土的最低转化强度值。

表1不同水灰比的高铝水泥混凝土最低转化强度[3]

基于以上的研究结果，在法国和中国基本上都认为在严格使用低水灰比的情况下按最低转化强度值来设计建筑结构是安全的。在中国的高铝水泥标准GB201－81和GB201－2000中设置了附录说明，对于用在结构工程的高铝水泥必须按50℃水中养护7天的最低转化强度值作为计算依据。

3.抑制结构用高铝水泥强度倒退的化学[4]

20世纪80年代印度学者P.Bhaskara Rao 等在第七界国际水泥化学会议上发表了他们的研究成果认为