硫鋁酸系列水泥混凝土

PAGEPAGE24中國(guó)的第三系列水泥一、前言1824年、英國(guó)人JosephAspdin獲得第一個(gè)波特蘭水泥專利。經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，形成了龐大的硅酸鹽水泥系列。按中國(guó)的水泥分類方法，分為通用水泥系列和特種水泥系列。通用水泥包括硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。特種水泥包括油井水泥、大壩水泥、快硬水泥、抗硫酸鹽水泥和白水泥等等。硅酸鹽水泥系列的主要特征是熟料礦物組成以C3S為主，該礦物決定了硅酸鹽水泥的基本性能，如強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律等。硅酸鹽水泥是當(dāng)今世界上最主要的建筑用膠結(jié)構(gòu)材料，總產(chǎn)量達(dá)12億噸左右。1908年在法國(guó)發(fā)表了鋁酸鹽水泥的專利，并于1908年首先進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已形成包括膨脹水泥、自應(yīng)力水泥和耐火水泥在內(nèi)的鋁酸鹽水泥系列，該系列水泥的特征是其熟料礦物組成以CA為主，由此而賦予水泥具有早強(qiáng)耐火等特殊性能?，F(xiàn)在鋁酸鹽水泥主要用于耐高溫澆注材料。在建筑上由于發(fā)現(xiàn)其后期強(qiáng)度倒縮而不再使用。二十世紀(jì)70年代，在中國(guó)發(fā)明了硫鋁酸鹽水泥。80年代又首創(chuàng)了鐵鋁酸鹽水泥的工業(yè)生產(chǎn)。如果說(shuō)，我們把硅酸鹽水泥系列產(chǎn)品通稱為第一系列水泥，把鋁酸鹽水泥系列產(chǎn)品通稱第二系列水泥。那么，我們可以把硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥以及它們派生的其它水泥品種通稱為第三系列水泥。該系列水泥的礦物組成特征是含有大量的C4A3礦物。以此與其它系列水泥相區(qū)別。并構(gòu)成了第三系列水泥的早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿和生產(chǎn)能耗低等基本特點(diǎn)。第三系列水泥在中國(guó)已得到廣泛應(yīng)用。二、第三系列水泥簡(jiǎn)介第三系列水泥是由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制成功的新品種水泥系列。它主要包括硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽兩大類。該兩類水泥分別于1981年和1987年獲國(guó)家創(chuàng)造發(fā)明二等獎(jiǎng)。1、熟料的化學(xué)成分改礦物組成第三系列水泥熟料化學(xué)成分屬于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3五元系統(tǒng)。熟料主要礦物為C4A3、C2S和C4AF。兩大類水泥在成分上的主要差別是熟料中Al2O3/Fe2O3比和C4A3與C4AF兩個(gè)礦物的含量不同。如表1所示。表1硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽水泥熟料化學(xué)成分與礦物組成化學(xué)成分與礦物組成（%）品種Al2O3SiO2CaOFe2O3SO3C4A3C2SC4AF硫鋁酸鹽熟料28-403-1036-431-38-1555-7515-303-6鐵鋁酸鹽熟料25-306-1243-465-125-1035-5515-3515-302、生產(chǎn)技術(shù)第三系列水泥生產(chǎn)裝備與硅酸鹽水泥基本相似。其熟料煅燒裝備現(xiàn)在主要發(fā)展f2.5×45m帶立筒預(yù)熱器,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量穩(wěn)定在9～10噸。比煅燒硅酸鹽水泥熟料時(shí)產(chǎn)量提高20%左右。水泥配料采用三種原料：石灰石、礬土（鐵礬土或礬土）和石膏（天然硬石膏或二水石膏）。也可采用相應(yīng)成分的廢渣替代。熟料煅燒與硅酸鹽水泥差別較大。熟料煅燒溫度較硅酸鹽水泥低100℃～150℃。（硫鋁酸鹽水泥熟料燒成溫度為1350℃。而鐵鋁酸鹽水泥熟料為1300℃）。熟料主要靠固相反應(yīng)形成。煅燒熟料時(shí)無(wú)需特意掛窯皮。該系列水泥熟料疏松多孔，硫鋁酸鹽酸鹽熟料呈灰色，與硅酸鹽水泥熟料顏色相似。3、品種第三系列水泥通過(guò)調(diào)節(jié)熟料、石膏和混合材的摻量，可以獲得若干個(gè)性能各異的水泥品種。目前生產(chǎn)的水泥品種有：（1）硫鋁酸鹽水泥類快硬硫鋁酸鹽水泥、高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、低堿硫鋁酸鹽水泥等5個(gè)品種。（2）鐵鋁硫鹽水泥類快硬鐵鋁酸鹽水泥、高強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥等4個(gè)水泥品種。4、同屬第三系列的硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥，其熟料主要礦物均為C4A3，所以在性能上有許多類似之處：早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐腐蝕等，并可在很大范圍內(nèi)調(diào)整其膨脹性能。更可貴的是由于水泥中堿含量和水化液相的PH值均較硅酸鹽水泥低得多，所以不會(huì)發(fā)生因堿骨料反應(yīng)而導(dǎo)致混凝土開裂的現(xiàn)象。由于兩類水泥熟料所含鐵相量有很大差別，所以性能上有許多不同之外。硫鋁酸鹽水泥水化液相堿度較低，對(duì)玻璃纖維腐蝕作用很小。鐵鋁酸鹽水泥水化液相堿度較高，水化產(chǎn)物中的凝膠體除鋁膠外，還有大量的鐵膠。這些水化特征使水泥石具有許多優(yōu)良性能。鐵鋁酸鹽水泥混凝土表面不會(huì)發(fā)生起砂，抗海水沖刷和抗腐蝕性能優(yōu)良。其自應(yīng)力水泥自由膨脹比所有自應(yīng)力水泥都小。其膨脹穩(wěn)定期也較短?，F(xiàn)將目前已大量工業(yè)化生產(chǎn)的幾種水泥的性能及用途介紹如下。（1）快硬硫鋁酸鹽和快硬鐵鋁酸鹽水泥A.主要性能①早強(qiáng)高強(qiáng)性能：該兩種快硬水泥不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且有不斷增長(zhǎng)的后期強(qiáng)度。同時(shí)具有滿足使用要求的凝結(jié)時(shí)間。12h～1d抗壓強(qiáng)度可達(dá)35～50MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)6.5～7.5MPa。3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)50～70MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)7.5～8.5MPa。根據(jù)3d水泥膠砂抗壓強(qiáng)度確定水泥標(biāo)號(hào)。目前市場(chǎng)出售的水泥標(biāo)量為425＃、525＃、625＃三種。該兩種水泥已有10～20年的生產(chǎn)歷史。從5～10年水泥和混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度結(jié)果可以看出，隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，最高強(qiáng)度可達(dá)100MPa。②高抗凍性能：該兩種快硬水泥均表現(xiàn)出極好的抗凍性。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：a.在0℃～10℃低溫下使用，早期強(qiáng)度是硅酸鹽水泥的5～8倍。b.在0℃～-20℃負(fù)溫下使用，加入少量防凍劑，混凝土入模溫度維持在5℃以上，則可正常施工?；炷?～7d強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)的70～80%。c.在正負(fù)溫交替情況下施工，對(duì)后期強(qiáng)度增長(zhǎng)影響不大。實(shí)驗(yàn)室200次凍融循環(huán)，混凝土強(qiáng)度損失不明顯?？箖鰳?biāo)號(hào)可達(dá)200＃以上。③耐蝕性能：該兩種水泥對(duì)海水、氯鹽（NaCl、MgCl2）、硫酸鹽（Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4）、尤其是它們的復(fù)合鹽類（MgSO4+NaCl）等，均具有極好的耐蝕性?？煊茶F鋁酸鹽水泥的耐蝕性優(yōu)于快硬硫鋁酸鹽水泥。從2年耐腐蝕實(shí)驗(yàn)室結(jié)果可以看出，耐蝕系數(shù)均大于1，明顯優(yōu)于高抗硫硅酸鹽水泥和高鋁水泥。④高抗?jié)B性能：該兩種水泥的水泥石結(jié)構(gòu)較致密，因此混凝土抗?jié)B性是同標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥混凝土的2～3倍。⑤鋼筋銹蝕：該兩種水泥由于水化液相堿度不同，鋼筋銹蝕情況不完全一樣?？煊擦蜾X酸鹽水泥由于堿度低（pH＜12），鋼筋表面形不成鈍化膜，因此對(duì)保護(hù)鋼筋不利。在早期拌合的混凝土中，由于含有較多的空氣和水分，因此使混凝土鋼筋早期有輕微銹蝕。隨著齡期增長(zhǎng)，空氣和水分逐漸減少和消失。因混凝土結(jié)構(gòu)致密所以后期銹蝕情況無(wú)明顯發(fā)展。實(shí)驗(yàn)室混凝土鋼筋埋件和水泥制品長(zhǎng)期齡觀察結(jié)果（10年）均證明了這一點(diǎn)。如果在混凝土中加入少量堿性外加劑（NaNO2等）和高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥，則早期也完全無(wú)銹蝕。對(duì)于快硬鐵鋁酸鹽水泥，由于水泥水化液相堿度較高（pH＞12），鋼筋表面形成類似硅酸鹽水泥混凝土的鈍化膜。極化曲線快速測(cè)定和實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢驗(yàn)均表明、快硬鐵鋁酸鹽水泥對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕。綜上所述，該兩種快硬水泥耐久性均較好。B.主要用途①冬季施工工程：在我國(guó)華北、東北和西北等寒冷地帶的冬季施工，普遍采用上述兩種快硬水泥。例如，北京香山飯店、海洋局大樓、天津新車站、齊齊哈爾市鐵路橋、新疆烏魯木齊市人大會(huì)堂、青藏鐵路橋等重要工程的關(guān)鍵部位。尤其是我國(guó)南級(jí)考查站的長(zhǎng)城站和中山站其中建筑材料均采用快硬硫鋁酸鹽水泥。②搶修和搶建工程：主要用于公路、機(jī)場(chǎng)和橋梁的修補(bǔ)和搶建。例如北京西直門、三元立交橋和朝陽(yáng)門立交橋的接頭和疊合橋面，均達(dá)到搶速度爭(zhēng)時(shí)間的目的。最近對(duì)這些橋梁考察的結(jié)果表明，其抗凍性、抗鹽腐蝕性和抗堿骨料反應(yīng)，明顯優(yōu)于相鄰的硅酸鹽水泥。福建東山島，利用6小時(shí)潮差趕潮水施工，采用快硬鐵鋁酸鹽水泥抑建防波堤取得圓滿成功。其抗海水沖刷能力和強(qiáng)度均是硅酸下車水泥望塵莫及的。③配制噴射混凝土：采用上述二種快硬水泥，配以專用速凝劑，配制噴射混凝土，于1981年至1983年在河北吳莊、引灤入津工程、三家店和峰峰礦務(wù)局三礦隧道等地工程使用效果良好。強(qiáng)度發(fā)展快，回彈率大幅度降低，及時(shí)起到支護(hù)圍巖的作用。因此，加快了掘進(jìn)速度、防止坍塌、確保施工安全和工程質(zhì)量。④生產(chǎn)水泥制品和混凝土預(yù)制構(gòu)件：利用上述兩種快硬水泥生產(chǎn)電桿、軌枕等可以大大縮短蒸養(yǎng)時(shí)間或取消蒸養(yǎng)，從而達(dá)到加快模具周轉(zhuǎn)和節(jié)能的目的確。而且這種制品和構(gòu)件抗腐蝕能力強(qiáng)，特別適用于鹽堿地。最近北京市政第四構(gòu)件廠采用快硬鐵鋁酸鹽水泥生產(chǎn)立交橋的大型預(yù)制梁柱，取消蒸養(yǎng)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，大幅節(jié)省能源，生產(chǎn)速度提高了三倍。（2）高強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥和高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥該兩種高強(qiáng)水泥除具有上述兩種相應(yīng)的快硬水泥各種優(yōu)良性能外，主要的特點(diǎn)是高強(qiáng)。其12h～1d抗壓強(qiáng)度可達(dá)60～80MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)8～9MPa。3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)100～120MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)10～12MPa。高強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥主要用于配制C60以上的高標(biāo)號(hào)混凝土和生產(chǎn)C80以上的高強(qiáng)管柱。高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥主要用于大水灰比的礦井巷旁充填材料。在水灰比為2.5條件下（水/固體積比9/1），配以合適的外加劑，2h抗壓強(qiáng)度可達(dá)1.0MPa以上。在煤礦井下充填，要代替預(yù)留煤柱。達(dá)到節(jié)省煤資源和安全生產(chǎn)的目的。（3）膨脹硫鋁酸鹽水泥和膨脹鐵鋁酸鹽水泥根據(jù)水泥的自由膨脹大小，上述兩種水泥又分成兩級(jí)：微膨脹和膨脹水泥。微膨脹水泥凈漿28d自由膨脹0.1～0.5%、自應(yīng)力值0.5～1.5MPa。膨脹水泥28d自由膨脹0.5～1%，自應(yīng)力值1.5～3.0MPa。其最大特點(diǎn)是：①?gòu)?qiáng)度高：微膨脹水泥強(qiáng)度與快硬水泥相似。膨脹水泥較快硬水泥的早強(qiáng)（12h～1d）略低，后期強(qiáng)度相似。②抗?jié)B性和耐腐蝕性優(yōu)于快硬水泥，抗?jié)B標(biāo)號(hào)可達(dá)B40。③在干空氣下（或自然條件下），自應(yīng)力值保留率較高，一般可達(dá)50%。市場(chǎng)上出售的微膨脹和膨脹水泥有兩個(gè)標(biāo)號(hào)425＃和525＃。上述兩種水泥砂漿和混凝土，主要用于補(bǔ)償收縮混凝土和抗?jié)B工程。例如北京石油化工總廠f51.9×5.8m大型儲(chǔ)水池。唐山地區(qū)油庫(kù)和定縣石油公司的非金屬油罐的防滲砂漿層，采用微膨脹硫鋁酸鹽水泥，均取得較好的使用效果。天津市科委地下室防水層，采用微膨脹鐵鋁酸鹽水泥效果十分理想。制膨脹水泥還常用于澆注大型機(jī)床底座。（4）自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥和自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥該兩種自應(yīng)力水泥與自應(yīng)力硅酸鹽水泥比較，具有自由膨脹較小，自應(yīng)力值較高的特點(diǎn)。與自應(yīng)力鋁酸鹽水泥相比，具有穩(wěn)定期較短的特點(diǎn)。同時(shí)具有快硬水泥高抗?jié)B、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)出售的自應(yīng)力水泥有兩個(gè)等級(jí)：35＃、45＃。自應(yīng)力水泥主要用于生產(chǎn)f100～600mm自應(yīng)力水泥壓力管。目前我國(guó)有80%的自應(yīng)力壓力管廠采用自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥，少數(shù)制管廠采用自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力硅酸鹽水泥和自應(yīng)力鋁酸鹽水泥。上述兩種自應(yīng)力水泥每年用量約11萬(wàn)噸。大部分壓力管用作輸水管。1978年，在勝利油田試輔過(guò)f300mm和f400mm的輸油管。1985年實(shí)地考察，使用效果良好。（5）低堿硫鋁酸鹽水泥（或稱GRC專用水泥）硫鋁酸鹽水泥熟料水化液堿度較低（固/液為1/10，pH約11.5），采用該熟料配制低堿水泥，水化液pH約10.5。該種水泥對(duì)玻璃纖維腐蝕性很小，因此玻璃纖維與該種水泥復(fù)合，纖維強(qiáng)度保留率可穩(wěn)定在70～90%。上述兩種材料復(fù)合生產(chǎn)的玻璃纖維增強(qiáng)水泥制品，其理論計(jì)算壽命可超過(guò)50年。市場(chǎng)上銷售的水泥有兩個(gè)標(biāo)號(hào)：425＃和525＃。采用低堿硫鋁酸鹽水泥和抗堿玻璃纖維復(fù)合生產(chǎn)纖維增強(qiáng)水泥制品，這是目前較理想的新型建筑材料和制品。主要用于生產(chǎn)內(nèi)、外復(fù)合墻板和各種異型構(gòu)件、波瓦、網(wǎng)架板、衛(wèi)生盒予間、各種通風(fēng)管道、浴盆以及各種建筑小品。綜上所述，根據(jù)硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽兩大類水泥性能特點(diǎn)和使用效果，我們認(rèn)為在建筑工程、水泥制品和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中選用快硬、高強(qiáng)和自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥較好。對(duì)于GRC水泥制品和高水充填材料，采用低堿、快硬和高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥較好。三、發(fā)展前景在特種水泥推廣過(guò)程中，通常遇到連續(xù)性、大批量生產(chǎn)與間隙性、小批量使用之間的矛盾，從而造成在實(shí)驗(yàn)室研究出的水泥品種很多，但能工業(yè)化長(zhǎng)期生產(chǎn)的卻寥寥無(wú)幾。因此在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，為使水泥混凝土具有某種特殊性能，主要是采用在大批量生產(chǎn)的硅酸鹽水泥中摻加外加劑的辦法，然而，這種方法有一定局限性。在很多情況下不能達(dá)到用戶所要求的性能，還必須走燒制特定礦物組成熟料的技術(shù)道路。在我國(guó)，資源分布廣，動(dòng)力便宜，水泥工業(yè)在較小規(guī)模下生產(chǎn)仍有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以具有改變熟料礦物組成來(lái)發(fā)展特種水泥的良好社會(huì)條件?，F(xiàn)在，中國(guó)有300多臺(tái)直徑小于3m的小回轉(zhuǎn)窯，由制造硅酸鹽水泥改產(chǎn)特種水泥，已成為這些小窯較好的技術(shù)改造途徑之一。第三系列水泥在中國(guó)已成功地應(yīng)用于各種建筑工程（尤其是冬季施工工程）、海港工程、地下工程，各種水泥制品和預(yù)制構(gòu)件，如水泥壓力管、高強(qiáng)樁、大型梁柱以及各種GRC制品。廣闊的使用范圍為水泥常年均衡生產(chǎn)提供了條件，很好地解決了生產(chǎn)與使用的矛盾。目前，我們正在進(jìn)一步開發(fā)其用途，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，第三系列水泥的市場(chǎng)將愈來(lái)愈大?，F(xiàn)在已經(jīng)開始批量出口，在國(guó)際市場(chǎng)上有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。特定的社會(huì)條件使中國(guó)的第三系列水泥具有良好的發(fā)展前景。關(guān)于硫鋁酸系列水泥混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度問(wèn)題所謂長(zhǎng)期強(qiáng)度的穩(wěn)定性，實(shí)際上是指水泥水化產(chǎn)物在使用環(huán)境下的穩(wěn)定性。鐵鋁酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物是一樣的，在正常環(huán)境使用條件下是穩(wěn)定的。

我們對(duì)長(zhǎng)期齡的硫鋁酸鹽水泥水化漿體進(jìn)行了X射線分析，從X射線衍射圖中知道，主要水化產(chǎn)物鈣礬石和鋁膠穩(wěn)定存在。鐵道部鐵道科學(xué)研究院曾作過(guò)多年的硫鋁酸鹽水泥混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，強(qiáng)度不但沒有出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象，還有一定幅度的增長(zhǎng)，保留了十幾年的硫鋁酸鹽水泥試件的抗壓強(qiáng)度已發(fā)展到近100MPa。下表為摻外加劑的鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度，后期亦有大幅度的增長(zhǎng)。

鐵鋁酸鹽水泥超高強(qiáng)混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度水灰比坍落度（cm）抗壓強(qiáng)度（MPa）3天7天28天3.5年0.254.0

82.9

122.60.286.072.2

80.5

從上世紀(jì)70年代開始，用硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥施工了大量混凝土建筑物，生產(chǎn)了許多混凝土制品和構(gòu)件，沒有發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度不穩(wěn)定及由此造成的質(zhì)量事故。

我們和法國(guó)拉法基公司合作對(duì)硫鋁酸鹽系列水泥的耐久性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。我們考察了許多已使用了十至二十年的建筑和混凝土構(gòu)件，如山東勝利油田的硫鋁酸鹽水泥自應(yīng)力水泥輸氣管、北京的一些早期高層建筑和橋梁、天津漢沽鹽場(chǎng)的鐵路橋涵、福建東山島的海水中浸泡十四年的防坡堤和管子等，混凝土外觀質(zhì)量良好、強(qiáng)度高，而且鋼筋均未發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。

根據(jù)多年的研究結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，我們有理由相信硫鋁酸鹽系列水泥混凝土長(zhǎng)期性能是穩(wěn)定的，同時(shí)我們也有充分的信心來(lái)迎接對(duì)硫鋁酸鹽系列水泥混凝土的考驗(yàn)。硫鋁酸鹽系列水泥進(jìn)行高強(qiáng)混凝土施工的技術(shù)特點(diǎn)分析現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用已遍及橋梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程等各個(gè)土建工程領(lǐng)域?，F(xiàn)在有的發(fā)達(dá)國(guó)家的施工現(xiàn)場(chǎng)已能獲得強(qiáng)度為80～MPa的商品高強(qiáng)混凝土，更高強(qiáng)度的混凝土也能供應(yīng)。我國(guó)混凝土的年用量達(dá)二億多立方米，可是強(qiáng)度普遍低下，成為我國(guó)土建行業(yè)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的重要標(biāo)志之一。近年來(lái)，隨著我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模迅速向著更高檔次發(fā)展以及大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高潮的出現(xiàn)，高強(qiáng)混凝土在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益上的巨大優(yōu)越性正日益為人們所認(rèn)識(shí)。因此在我國(guó)的一些部門和地區(qū)，高強(qiáng)混凝土的推廣應(yīng)用已有了重要進(jìn)展，目前在北京、沈陽(yáng)、上海、廣東、山東、河南、福建、廣西、新疆等地都有在建的應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的高層建筑。但從總體上看，高強(qiáng)混凝土在房屋建筑中的應(yīng)用還很不普遍，特別是混凝土的強(qiáng)度等級(jí)還比較低，僅限于C50或C60級(jí)混凝土。我國(guó)高強(qiáng)混凝土的發(fā)展之所以緩慢關(guān)鍵在于技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策上的一些問(wèn)題以及缺乏相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工條件，還在于我國(guó)不少工地的施工管理水平過(guò)于落后。另外，當(dāng)混凝土強(qiáng)度高于C80級(jí)時(shí)，摻加硅粉幾乎成為獲得高強(qiáng)的唯一手段，不僅增加了混凝土的造價(jià)，也增加了現(xiàn)場(chǎng)施工的困難。因此，在我國(guó)目前這種情況下，應(yīng)用高強(qiáng)混凝土最主要應(yīng)該考慮的是施工隊(duì)伍的素質(zhì)和管理水平、現(xiàn)場(chǎng)的施工條件和設(shè)備條件。有些在實(shí)驗(yàn)室容易做到的但在施工現(xiàn)場(chǎng)卻往往很難做到。因此，需要解決的最主要問(wèn)題是研制能夠適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的、在現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)施工和設(shè)備條件下易于被工人掌握的、現(xiàn)場(chǎng)施工操作能夠滿足要求的高強(qiáng)混凝土。我們正是基于這樣的考慮，才進(jìn)行了硫鋁酸鹽系列水泥配制高強(qiáng)及超高強(qiáng)混凝土的研究工作，并在實(shí)際工程的應(yīng)用中受到了施工單位和用戶的好評(píng)。

硫鋁酸鹽系列水泥本身優(yōu)缺點(diǎn)并存，用這種水泥配制高強(qiáng)混凝土的關(guān)鍵問(wèn)題是在發(fā)揮其長(zhǎng)處的同時(shí)避免它的缺點(diǎn)。由于它的初凝時(shí)間較之硅酸鹽水泥快得多，因此傳統(tǒng)的看法是其混凝土拌合物難以有足夠的施工操作時(shí)間，但是外加劑的使用卻使這一情況發(fā)生了變化。使用專用外加劑既可以大幅度降低水灰比，確保硫鋁酸鹽系列水泥混凝土的強(qiáng)度，又可以調(diào)節(jié)混凝土的凝結(jié)時(shí)間和可工作時(shí)間，在現(xiàn)場(chǎng)使得工人能夠從容操作，同時(shí)使混凝土拌合物具有良好的和易性，宜于振搗密實(shí)。使用硫鋁酸鹽系列水泥配制C80級(jí)以上的高強(qiáng)混凝土可以不必?fù)郊庸杌业然旌喜?，現(xiàn)場(chǎng)施工更為方便可行，混凝土成本也可以降低。因此，可以說(shuō)明硫鋁酸鹽系列水泥配制高強(qiáng)混凝土的技術(shù)對(duì)于許多施工單位來(lái)說(shuō)是切實(shí)可行的，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。硫鋁酸鹽系列水泥膨脹混凝土的抗?jié)B性能硫鋁酸鹽系列補(bǔ)償混凝土的一個(gè)主要特性就是抗?jié)B性好。作為硫鋁酸系列水泥之一的鐵鋁酸鹽膨脹水泥混凝土與其他類型的混凝土的比較結(jié)果如下表：

恒壓時(shí)間滲透高度(cm)1.5MP2.0MP2.5MP3.0MP普通水泥防水混凝土800012～14鐵鋁酸鹽膨脹混凝土88885～6U型補(bǔ)償收縮混凝土88886～8EA補(bǔ)償收縮混凝土88886～8氧化鐵防水混凝土888815有機(jī)硅防水混凝土880015從上表可以看出，鐵鋁酸鹽水泥膨脹混凝土的抗?jié)B性能明顯優(yōu)于其他品種水泥混凝土的性能。鐵鋁酸鹽水泥混凝土的抗?jié)B性能之所以好，是因?yàn)樵撍嗔蜾X酸鈣類水化產(chǎn)物在受到水化空間等鄰位限制的條件下，向各孔隙延伸發(fā)展，使得本來(lái)的通道被一一斷開。除此之外，鐵膠和鋁膠類水化產(chǎn)物不斷填充空隙，這種雙重作用的疊加，使得混凝土的孔隙率降低，最可幾孔徑向小孔徑漂移的結(jié)果。鐵鋁酸鹽水泥混凝土在其自身的膨脹過(guò)程中受到各種限制的內(nèi)部機(jī)質(zhì)發(fā)生了與防水劑混凝土不同的變化，各水化產(chǎn)物之間相互擠壓，獲得相互連生、搭接，從而具有較高的抗裂性。

鐵鋁酸鹽水泥及其混凝土除具有上述優(yōu)異性能外，快硬硫鋁酸鹽水泥及其混凝土的所有特性如抗凍、抗腐蝕等，它都具備。硫鋁酸鹽系列水泥膨脹混凝土的應(yīng)用抗?jié)B工程是硫鋁酸鹽系列水泥膨脹混凝土應(yīng)用的一個(gè)重要方面例如：天津市建材研究所地下實(shí)驗(yàn)室位于天津水上公園附近，地下水位在1米左右，雨季更高。地下室分地下、地上共兩層，其中地下實(shí)驗(yàn)室建筑面積為54.34平方米，室內(nèi)標(biāo)高為-2.59～-2.64米。地下實(shí)驗(yàn)室采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，外墻、底板、頂板均采用300號(hào)的微膨脹混凝土，它兼有抗裂防滲的功能，不再采用其它防水措施。試驗(yàn)結(jié)果表明，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)40.6MPa，自應(yīng)力值為0.8Kg/cm2；在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)180天時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)42.3MPa，自應(yīng)力值為1.06Kg/cm2；混凝土靜壓彈性模量為3.55×105Kg/cm2；混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)為40Kg/cm2。抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B標(biāo)號(hào)均超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。工程經(jīng)數(shù)年的使用，效果良好。

首鋼利用硫鋁酸鹽系列水泥具有的微膨脹、低收縮和防水性能好的特點(diǎn)，在一條長(zhǎng)60米、深6米、防水等級(jí)為S8的混凝土地下通廓工程采用了這種水泥。在水泥用量不增加的情況下，抗?jié)B性能達(dá)到1.2MPa。使用結(jié)果表明，工程無(wú)滲漏，防水效果好。

北京石油化工總廠φ51.9×5.8M大型儲(chǔ)水池、唐山地區(qū)油庫(kù)和定縣石油公司的非金屬油罐的防滲砂漿層，采用微膨脹硫鋁酸鹽水泥，均取得較好的使用效果。

微膨脹水泥還常用于澆注大型機(jī)床底座。硫鋁酸鹽水泥混凝土與普通水泥混凝土性能的對(duì)比為了了解硫鋁酸鹽水泥混凝土的早強(qiáng)和抗凍特性，做到心中有數(shù)，確保工程質(zhì)量，某廠選用一特種水泥廠生產(chǎn)的525#硫鋁酸鹽水泥和一水泥廠生產(chǎn)的525#普通硅酸鹽水泥，分別配制C45混凝土，在同坍落度和條件下養(yǎng)護(hù)，進(jìn)行混凝土強(qiáng)度和抗凍性能的對(duì)比試驗(yàn)。

1、強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)（見表1）

表1水泥

品種

標(biāo)號(hào)

(MPa)設(shè)計(jì)強(qiáng)度(MPa)配

合比強(qiáng)度

(MPa)水泥水砂石子外加劑1d3d7d28d10～2020～40477205668760326UNF-52.3%普通

525#C454.122.535.952.6硫鋁

525#C45450180746752322ZB-53%40.248.850.658.6注：1、養(yǎng)護(hù)條件為室內(nèi)標(biāo)養(yǎng)

2、UNF—5為高效減水劑

3、ZB—5為硫鋁酸鹽泵送混凝土專用外加劑

從表1可以看出在水泥用量基本相同的條件下，硫鋁酸鹽水泥混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展比普通水泥混凝土快得多，1天可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的88%，3天可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的113%。也就是說(shuō)硫鋁酸鹽水泥混凝土澆注一天后，即可進(jìn)行下道工序施工，三天后即可拆模，這為加快工程進(jìn)度提供了有力的保證。

2、抗凍性對(duì)比試驗(yàn)（見表2）

表2水泥

品種

標(biāo)號(hào)

(MPa)配

合

比強(qiáng)

度

(MPa)水泥水砂石子外加劑1d3d7d28d10～2020～4047720566060326UNF-52.3%TD-1014%普通

525#7.617.024.4硫鋁

525#450100746752322ZB-53%4.431.636.046.0注：1、養(yǎng)護(hù)條件為室外受凍，不加任何覆蓋物，最高氣溫為3℃，最低氣溫為-11℃，平均氣溫為-5℃

2、TD—10為防凍劑

由表2可以看出，硫鋁酸鹽水泥混凝土在正、負(fù)交替的自然條件下，早期強(qiáng)度的增長(zhǎng)仍然比摻防凍劑的普通水泥混凝土要快得多，3天強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，7天可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，14天可達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的104%。

由于硫鋁酸鹽水泥混凝土是從水泥根本解決了抗凍問(wèn)題，即使混凝土強(qiáng)度很快達(dá)到了混凝土強(qiáng)度標(biāo)值的40%（抗凍臨界值），此時(shí)混凝土毛細(xì)孔中的水結(jié)成冰所形成的膨脹應(yīng)力小于混凝土的約束力，已無(wú)法破壞混凝土。而普通混凝土僅僅是依賴了防凍劑中防凍組分來(lái)降低冰點(diǎn)，使混凝土不受凍；利用早強(qiáng)組分來(lái)提高早期強(qiáng)度，未從根本上解決問(wèn)題，因而強(qiáng)度的增長(zhǎng)很緩慢，這從表2中得到了充分反映，這給施工和工期帶來(lái)了很大影響，所以在北方冬季施工中，使用硫鋁酸鹽水泥是保證工程質(zhì)量的有力措施。粉煤灰與硫鋁酸鹽水泥的配合作用某廠在進(jìn)行工程施工時(shí)，會(huì)遇到一個(gè)問(wèn)題，就是需要標(biāo)號(hào)為C25的硫鋁酸鹽水泥混凝土，還要求泵送，可是水泥倉(cāng)里只有525#硫鋁酸鹽水泥，其它水泥倉(cāng)也被占用，所以不可能再進(jìn)425#硫鋁酸鹽水泥，只好用現(xiàn)有的525#硫鋁酸鹽水泥配制。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)水泥最多用300Kg左右，和易性肯定無(wú)法滿足泵送要求。為此，用超量取代法摻入一些III級(jí)粉煤灰，摻量15%、超量系數(shù)為2.0，經(jīng)試拌后發(fā)現(xiàn)坍落度為160mm時(shí)，和易性仍然很好，可泵時(shí)間可達(dá)2h，能滿足泵送要求；3天強(qiáng)度可達(dá)31.6MPa（水泥量283Kg、粉煤灰用量100Kg），達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的126%。鐵鋁酸鹽水泥混凝土的耐蝕性研究水泥混凝土抵抗環(huán)境水侵蝕的能力決定于許多因素，其中水泥品種被認(rèn)為是最主要的因素之一。根據(jù)國(guó)內(nèi)大量試驗(yàn)研究表明，水泥品種對(duì)于混凝土的耐蝕性能有明顯的影響。因此世界各國(guó)對(duì)于耐腐蝕混凝土用水泥的礦物成分作了一定的規(guī)定，尤其是對(duì)水泥熟料中C3A、C3S等礦物作了明確的限制。

鐵鋁酸鹽水泥中沒有易受腐蝕的C3A與C3S，具有較好的耐腐蝕性能，本試驗(yàn)利用上述熟料，選用粉煤灰、石膏、石灰石、礦渣等四種混合材配制成六種水泥，在七種腐蝕性介質(zhì)中進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)，同時(shí)用自來(lái)水進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。另外還用該種水泥在福建省東山縣進(jìn)行了海堤修復(fù)等實(shí)際工程試驗(yàn)，效果良好。用該水泥制成的自應(yīng)力混凝土管放入該地區(qū)的海水中進(jìn)行干濕循環(huán)試驗(yàn)，經(jīng)三年后觀察情況良好。

試驗(yàn)的結(jié)果表明：

1、用各種鐵鋁酸鹽水泥配制的混凝土試件的耐氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸鈉+氯化鎂復(fù)鹽的能力都比較強(qiáng)，經(jīng)過(guò)二年的腐蝕試驗(yàn)，其耐蝕系數(shù)均在0.8以上。說(shuō)明了鐵鋁酸鹽水泥對(duì)硫酸鈉、氯化鈉具有很好的耐腐蝕能力。

2、不同水泥對(duì)氯化銨、硫酸銨的耐蝕能力是不一樣的。

3、鐵鋁酸鹽水泥耐氯化鎂的腐蝕能力均比較差。

4、混合材對(duì)水泥的性能影響較大，其強(qiáng)度的絕對(duì)值提高較大，這樣雖然他們的耐蝕系數(shù)與未摻混合材的相近，但經(jīng)過(guò)腐蝕以后的剩余強(qiáng)度仍高得多，這樣相對(duì)也提高了它的耐蝕能力。

5、鐵鋁酸鹽水泥耐復(fù)鹽腐蝕的能力比耐單一種鹽好。

6、鐵鋁酸鹽水泥和普通水泥比，絕對(duì)強(qiáng)度要高得多，耐耐蝕能力也好得多。

鐵鋁酸鹽水泥所以有比較好的耐鹽類腐蝕性能，其主要原因可能是因?yàn)殍F鋁酸鹽水泥中沒有C3A等易受腐蝕的礦物，而含有較多的耐腐蝕性能較好的鐵相，因此它受到的化學(xué)腐蝕較輕，同時(shí)鐵鋁酸鹽水泥水化后的水泥石結(jié)構(gòu)比較致密。

摻石灰石的鐵鋁酸鹽水泥絕對(duì)強(qiáng)度較高，后期強(qiáng)度也高、耐腐蝕能力較好，其主要原因是加入石灰石后，減緩了鐵鋁酸鹽水泥早期的瞬時(shí)水化速度，使水化產(chǎn)物不是直接在未水化顆粒表面上生成，而是通過(guò)溶介、析晶、凝聚逐漸形成，同時(shí)產(chǎn)生大量的鋁膠、鐵膠、C-S-H凝膠，因此隨期齡增加，水泥石愈來(lái)愈致密，這就使得強(qiáng)度和耐蝕能力均有提高。自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥及其混凝土的堿害自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥從二十世紀(jì)七十年代中期開始用于制造混凝土壓力管迄今已有幾十年了，國(guó)內(nèi)許多管廠都曾或在使用過(guò)該種水泥。

1、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥及其混凝土中含有的堿，是導(dǎo)致試體在水養(yǎng)期內(nèi)彎曲、開裂甚至斷裂的直接原因，含堿量越高、形成發(fā)生的時(shí)間越早、程度越重，對(duì)該現(xiàn)象可稱為“堿害”。

2、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥及其混凝土自應(yīng)力值越高、自由膨脹率越大，對(duì)堿的包容性越差，可允許的堿含量越低。

3、堿害造成的自由膨脹試體形變重于限制試體，這種形變一般發(fā)生在水養(yǎng)3至7天，是前期爆管的一種征兆。

4、堿加速C2S水化，使鈣礬石在早期大量、快速形成，結(jié)晶細(xì)小、C-S-H凝膠填充期間、孔隙率降低、水泥石結(jié)構(gòu)致密，脫模強(qiáng)度與早期強(qiáng)度較高，致使水養(yǎng)階段繼續(xù)形成的鈣礬石具有較大的膨脹壓，當(dāng)水泥石結(jié)構(gòu)承受不了這種膨脹壓時(shí)就導(dǎo)致破裂、脹壞。

5、對(duì)自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥及其混凝土規(guī)定的堿的安全含量是十分必要的，這對(duì)于發(fā)展自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、防止前期爆管、避免經(jīng)濟(jì)損失具有重要的意義。鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的抗彎試驗(yàn)抗彎試驗(yàn)采用簡(jiǎn)支式試驗(yàn)方法，試驗(yàn)方法按國(guó)家規(guī)范的要求進(jìn)行。加荷順序按抗裂彎矩20%的級(jí)差由零加荷至抗裂彎矩的80%，每次靜停持荷時(shí)間為3分鐘，然后按抗裂彎矩10%的級(jí)差繼續(xù)加荷至抗裂彎矩的100%。對(duì)于成型的φ400×7米的管樁而言，硅酸鹽水泥高強(qiáng)樁的抗裂彎矩荷載規(guī)定為8噸，但鐵鋁酸鹽水泥混凝土樁加載超過(guò)8噸后仍未出現(xiàn)裂紋，因而按抗裂彎矩10%的級(jí)差繼續(xù)加荷至裂紋出現(xiàn)，每次靜停時(shí)間為3分鐘。共測(cè)試了二根管樁，荷載—梁中點(diǎn)撓度曲線如下圖所示。

抗裂彎矩按下式計(jì)算：M=1/40mgl+P/4(3/5L-1)

試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

樁的抗彎試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)規(guī)格初裂荷載（噸）抗裂彎矩（KN·m）裂縫條數(shù)1Φ400×7米9.8981.222Φ400×7米10.6887.43從圖中的曲線形狀看,用鐵鋁酸鹽水泥制作的高強(qiáng)樁達(dá)到初裂載荷之前,曲線仍接近于直線,而且出現(xiàn)的裂縫條數(shù)較多,分布也均勻,說(shuō)明這種樁的韌性很好,而且其抗裂彎矩也達(dá)到了先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中B級(jí)的指標(biāo)要求。硬化鐵鋁酸水泥高強(qiáng)混凝土的物理力學(xué)性能——強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律下圖為同條件下用純硅酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥配制的砼的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律?？梢姡c硅酸鹽水泥砼相比，鐵鋁酸鹽水泥砼強(qiáng)度發(fā)展特點(diǎn)是早期強(qiáng)度高，1天可達(dá)28天強(qiáng)度的70%，3天可達(dá)90%；硅酸鹽水泥砼1天強(qiáng)度只達(dá)28天強(qiáng)度的30%，3天達(dá)60%。摻入減水劑后，可以進(jìn)一步提高鐵鋁酸鹽水泥砼的強(qiáng)度。

表1為摻ZB-1型專用外加劑的鐵鋁酸鹽水泥砼的配合比及拌合物的性能。表2為其硬化后砼的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度隨齡期發(fā)展的情況。一年后強(qiáng)度仍在繼續(xù)增長(zhǎng)。

新拌鐵鋁酸鹽水泥混凝土的性能1．凝結(jié)時(shí)間和可工作性

從鐵鋁酸鹽水泥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，初凝時(shí)間規(guī)定為不少于25分鐘，比普通水泥快得多，因此許多施工技術(shù)人員在使用這種水泥時(shí)擔(dān)心凝結(jié)時(shí)間太快而無(wú)法滿足施工操作性的問(wèn)題。如果單純采用增加水灰比以增大初始坍落度的方法來(lái)滿足施工操作性的要求，將會(huì)對(duì)砼的力學(xué)性能尤其是耐久性產(chǎn)生非常不利的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，中國(guó)建材研究院研制了專用的外加劑，通過(guò)調(diào)節(jié)外加劑的摻量，達(dá)到調(diào)整砼的凝結(jié)時(shí)間和可工作性的目的，并減少用水量，改善砼硬化后的性能。

表1為摻不同類型的ZB型專用外加劑的砼的凝結(jié)時(shí)間。顯然是完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工操作要求的。

表2為摻ZB-1緩凝型專用外加劑的高標(biāo)號(hào)砼坍落度損失的情況，亦可以滿足高強(qiáng)砼的現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

2．泌水性

砼的泌水是由于拌合物中固體組份向下沉降時(shí)，其保住全部拌合水的能力不足引起的。砼的泌水率愈小即砼的保水性愈好，產(chǎn)生分層離析的可能性就愈小，砼就愈均質(zhì)，抗?jié)B性也就愈高。從表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，無(wú)論是摻還是不摻專用外加劑的鐵鋁酸鹽水泥砼，其泌水率較普通硅酸鹽水泥相比均小得多。因此說(shuō)明用這種水泥施工更容易獲得優(yōu)質(zhì)砼，抗?jié)B性能也可以得到提高。但由于鐵鋁酸鹽水泥的泌水率小，砼表面水分蒸發(fā)后內(nèi)部水分來(lái)不及補(bǔ)償，很容易產(chǎn)生表面塑性收縮裂紋，因此加強(qiáng)砼的早期養(yǎng)護(hù)是十分重要的。

鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)混凝土的徐變和干縮為了研究鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)混凝土在持續(xù)荷載作用下的徐變性能，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料所對(duì)標(biāo)號(hào)為C50及C80兩種強(qiáng)度的砼進(jìn)行了測(cè)試。試件由中國(guó)建材研究院提供，測(cè)試在不密封條件下進(jìn)行。

對(duì)于硅酸鹽水泥混凝土而言，在早齡期，由于水泥水化正在進(jìn)行，強(qiáng)度很低，故徐變較大。隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥不斷水化，強(qiáng)度也不斷提高，故晚齡期徐變較小。以28天齡期加荷徐變?yōu)榛鶞?zhǔn)，則3天齡期加荷徐變?yōu)?8天齡期的1.6～2.3倍，用鐵鋁酸鹽水泥澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土或制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)是施加預(yù)應(yīng)力的時(shí)間可較硅酸鹽水泥混凝土大大提前。因此，鐵鋁酸鹽水泥混凝土的早齡期徐變性能直接關(guān)系到混凝土預(yù)應(yīng)力損失的程度。表1為用于進(jìn)行徐變?cè)囼?yàn)的高強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥混凝土的性能、加荷蘭應(yīng)力和徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果。

在不密封的條件下，用硅酸鹽水泥配制的C50級(jí)混凝土，28天加荷的徐變一般為50～80×10-6/MPa。C80混凝土的徐變一般為20～45×10-6/MPa。表2為美國(guó)Luther等人測(cè)得的不密封混凝土的干縮和徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果及與鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)混凝土試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比?？梢?，后者盡管是3天齡期加荷蘭徐變約為28天齡期的1.3倍。將鐵鋁酸鹽水泥用于制備預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)物對(duì)于減少由于徐變等所引起的預(yù)應(yīng)力損失是十分有利的。硫鋁酸鹽系列水泥的生產(chǎn)控制與技術(shù)要求由于硫鋁酸鹽系列水泥生產(chǎn)采用的原料與傳統(tǒng)波特蘭水泥有較大差別，因此生產(chǎn)控制也有明顯不同。

1、原燃料技術(shù)要求：

石灰石CaO＞50%MgO＜2%SiO2＜1%

鋁礬土Al2O3＞65%R2O＜0.5%

鐵礬土Al2O3＞55%Fe2O3＜15%R2O＜0.5%

二水石膏SO3＞38%

硬石膏SO3＞48%

煙煤發(fā)熱量＞5500大卡/公斤，灰分＜15%，揮發(fā)份＞25%

2、生料控制指標(biāo)

CaCO3滴定值±0.5%

SO3±0.5%

細(xì)度0.080mm（4900孔）篩余＜8%

3、燃料控制指標(biāo)

細(xì)度0.080mm（4900孔）篩余＜5%

水分＜1%

4、熟料控制指標(biāo)

硫鋁酸鹽水泥熟料立升重650～850克

鐵鋁酸鹽水泥熟料立升重700～900克

SO3含量大于形成C4A3所需SO3的理論量

5、水泥控制指標(biāo)

SO3±1%

其余指標(biāo)根據(jù)ZBQ11005-87

ZBQ11006-87

ZBQ11007-87

JC435-91

JC436-91

JC437-91硫鋁酸鹽系列水泥熟料的化學(xué)成份及礦物組成硫鋁酸鹽系列水泥熟料化學(xué)成份屬于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3五元系統(tǒng)。熟料主要礦物為C4A3、C2S和C6AF2。兩大類水泥——硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥在成份上的主要差別是熟料中Al2O3/Fe2O3比和C4A3與C4AF兩個(gè)礦物的含量不同。如下表所示。從表中可以看出，硫鋁酸鹽系列水泥熟料的化學(xué)成份和礦物組成可以在很大范圍內(nèi)波動(dòng)。硫鋁酸鹽水泥熟料主要礦物為C4A3、C2S。而鐵鋁酸鹽水泥熟料主要礦物除C4A3、C2S外，還有鐵相C6AF2（或C4AF）?？煊擦蜾X酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量石膏和0～10%的石灰石，磨細(xì)制成的早期強(qiáng)度高的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁酸鹽水泥，代號(hào)R.SAC。

其中石膏應(yīng)符合GB/T5483中A類一級(jí)、G類二級(jí)以上的要求，石灰石中Al2O3含量應(yīng)不大于2.0%。

4標(biāo)號(hào)

以3天抗壓強(qiáng)度表示，分為425、525、625、725四個(gè)標(biāo)號(hào)。

5要求

5.1比表面積、凝結(jié)時(shí)間應(yīng)符合表1規(guī)定。

6.1比表面積

按GB/T8074進(jìn)行

6.2凝結(jié)時(shí)間

按GB/T1346進(jìn)行

6.3強(qiáng)度

按GB/T177進(jìn)行，但作如下補(bǔ)充和規(guī)定：

a)用水量按0.42水灰比（227mL）和膠砂流動(dòng)度達(dá)到121～130mm來(lái)確定。當(dāng)按0.42水灰比制備的膠砂流動(dòng)度超出規(guī)定的范圍時(shí)應(yīng)按0.01的整倍數(shù)增減水灰比使流動(dòng)性度達(dá)到規(guī)定的范圍。膠砂流動(dòng)度測(cè)定按GB/T2419進(jìn)行。

b）試體成型后，帶模置于溫度20℃±3℃、溫度大于90%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)4h后脫模（如脫模困難，可適當(dāng)延長(zhǎng)脫模時(shí)間），放入20℃

硫鋁酸鹽系列水泥在鐵道工程中應(yīng)用硫鋁酸鹽系列水泥是硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥的統(tǒng)稱，是建筑材料科學(xué)研究院主持研制成功的不同于硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的新系列水泥。其中硫鋁酸鹽快硬水泥在20世紀(jì)70年代中期問(wèn)世以來(lái)，由于它具有早強(qiáng)快硬微膨脹特性，很快引起我們鐵道部門的興趣。從1976年開始我們對(duì)硫鋁酸鹽快硬水泥混凝土的性能及在鐵道工程中的應(yīng)用進(jìn)行較系統(tǒng)地試驗(yàn)研究。其中關(guān)于硫鋁酸鹽水泥混凝土的負(fù)溫強(qiáng)度特性、耐化學(xué)腐蝕性能、超早強(qiáng)性能開展了專題研究，同時(shí)，還結(jié)合鐵路的特點(diǎn)研制了一些可以更充分發(fā)揮該水泥特點(diǎn)的化學(xué)外加劑和有關(guān)產(chǎn)品。十幾年來(lái)，我們主持完成了與硫鋁酸鹽水泥有關(guān)的科研成果主要有：青藏鐵路拼裝橋梁負(fù)溫接頭材料研究（1980年）；ZM型早強(qiáng)砂漿錨桿（1983年）；ZP型早強(qiáng)噴射混凝土（1983年）；負(fù)溫早強(qiáng)混凝土在冬季施工中應(yīng)用（1987年）；噴射早強(qiáng)鋼纖維混凝土在加固工程中應(yīng)用（1988年）；路面快速修補(bǔ)用特快硬混凝土的研究（1992年）；軌枕道釘錨固新材料的研究（1995年）。使硫鋁酸鹽水泥在鐵路工程的混凝土冬季施工、噴錨加固、搶修和耐腐蝕工程中得到推廣應(yīng)用。通過(guò)近20年的試驗(yàn)研究和推廣應(yīng)用，已經(jīng)證明硫鋁酸鹽系列水泥在冬季混凝土施工、噴錨、加固、搶修和耐腐蝕工程中應(yīng)用是非常成功的，在其它方面的還有廣闊的前景。

一、在冬季混凝土施工中應(yīng)用

早在1975年，當(dāng)初我們承接青藏鐵路拼裝式橋梁柱接頭負(fù)溫施工的課題。由于青藏鐵路處于高寒地區(qū)，拼裝式橋梁施工都要在負(fù)溫下進(jìn)行，最低氣溫-25℃以下，接頭膠結(jié)材料要在負(fù)溫下施工難度很大。此時(shí)，得知建材院水泥所研制早強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥，我們立即對(duì)該水泥混凝土的低溫強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該水泥對(duì)溫度敏感，低溫強(qiáng)度仍然較低，但是，摻加適量亞硝酸鈉后，在負(fù)溫條件，不但強(qiáng)度發(fā)展大大加快，而且既使初期受凍不影響后期強(qiáng)度。通過(guò)大量試驗(yàn)研究和機(jī)理分析，認(rèn)為這種負(fù)溫特性雖然與亞硝酸鈉的促進(jìn)硬化、降低冰點(diǎn)、減水分散作用有很大關(guān)系，但主要還取決于硫鋁酸鹽水泥自身的特點(diǎn)。

1976年摻亞硝酸鈉的硫鋁酸鹽水泥負(fù)溫早強(qiáng)混凝土首先在青藏公路海拔4600米的一座公路試驗(yàn)橋上應(yīng)用，取得了成功。1977年12月份青藏鐵路拼裝橋首先從德令哈地區(qū)施工，接頭膠結(jié)材料采用硫鋁酸鹽負(fù)溫早強(qiáng)混凝土。施工期間最低氣溫-25℃，白天最高-10℃。負(fù)溫早強(qiáng)混凝土3天抗壓強(qiáng)度達(dá)28.3MPa，7天就超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度，解決了青藏鐵路拼裝橋梁的施工難題。1977年以來(lái)，由于硫鋁酸鹽水泥負(fù)溫早強(qiáng)混凝土試驗(yàn)取得成功，在華北和東北地區(qū)鐵路工程冬季施工中逐步得到推廣。1980年~1983年鐵道部建廠工程局在北京地區(qū)承建北方交大教學(xué)主樓和鐵科院一些宿舍樓，就采用了硫鋁酸鹽水泥負(fù)溫早強(qiáng)混凝土。最低氣溫達(dá)-15℃，大墻板表面系數(shù)很大，采用整塊大鋼模施工，施工難度很大。由于采用摻亞硝酸鈉的硫鋁酸鹽混凝土，50℃熱水拌合，混凝土3天強(qiáng)度就接近20MPa，28天超過(guò)35MPa，強(qiáng)度發(fā)展很快，后期強(qiáng)度也很高。北京鐵路局、沈陽(yáng)鐵路局也都陸續(xù)采用硫鋁酸鹽水泥進(jìn)行負(fù)溫下快速施工。除建筑工程外，不少鐵路橋涵冬季施工也成功地采用硫鋁酸鹽水泥。1983年1月，北京郊區(qū)某火車站立交版涵的冬施就采用硫鋁酸鹽水泥，設(shè)計(jì)強(qiáng)度C20，墻厚50cm，最低溫度-15℃，用40~50℃熱水?dāng)嚢?，鋼模外二層草袋保溫?；炷翝仓?4小時(shí)混凝土溫度達(dá)25℃，第4天拆模，強(qiáng)度已大于20MPa。1982年冬，引灤入津隧洞工程，采用硫鋁酸鹽水泥澆筑明挖埋管道工程的框架，邊墻厚70cm，混凝土澆筑后10小時(shí)，內(nèi)溫達(dá)34℃，3天后降低溫到0℃抗壓強(qiáng)度已超過(guò)30MPa，強(qiáng)度發(fā)展很快。1981年北京某抗震試驗(yàn)室，34根鋼筋混凝土主柱必須在春節(jié)前安裝完畢，采用硫鋁酸鹽負(fù)溫早強(qiáng)混凝土，1天強(qiáng)度就達(dá)34MPa，28天超過(guò)55MPa。由于1天就可拆模，大大縮短了工期，34根主柱19天就全部完工。齊齊哈爾鐵路分局還用硫鋁酸鹽水泥配制超早強(qiáng)耐凍砂漿和混凝土，用于氣溫低于-25℃的負(fù)溫條件下?lián)屝薰こ?。?fù)溫早強(qiáng)混凝土在冬季施工中應(yīng)用的研究科研成果于1987年通過(guò)鐵道部技術(shù)鑒定，而且納入《冬季施工手冊(cè)》，為在全國(guó)推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

二、在噴錨加固工程中應(yīng)用

鐵路隧道施工時(shí)，作為初期支護(hù)目前一般采用噴射混凝土和錨桿加固技術(shù)，但由于采用普通水泥的噴射混凝土和砂漿錨桿其初期強(qiáng)度很低，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和作業(yè)安全，特別對(duì)于軟弱圍巖的隧道施工，更要求噴射混凝土和錨桿砂漿早期強(qiáng)度高，采用普通水泥顯然達(dá)不到早強(qiáng)要求。20世紀(jì)80年代初，我們利用硫鋁酸鹽水泥的早強(qiáng)快硬特點(diǎn)，進(jìn)行早強(qiáng)噴射混凝土和早強(qiáng)砂漿錨桿的試驗(yàn)研究，研制了TS型專用速凝劑和早強(qiáng)錨固包等新材料。1981年在隴海鐵路吳莊隧道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，1982年在引灤入津隧洞工程中大量應(yīng)用，大秦鐵路的隧道施工都得到廣泛推廣應(yīng)用。由于采用了硫鋁酸鹽水泥和專用速凝劑，混凝土具有很高的小時(shí)強(qiáng)度，對(duì)于加快施工進(jìn)度，保證工程安全起了很大作用。ZP型早強(qiáng)噴混凝土1小時(shí)強(qiáng)度達(dá)2.5MPa，2小時(shí)達(dá)到10MPa，早強(qiáng)錨桿砂漿1小時(shí)就可承載，充分發(fā)揮早強(qiáng)快硬的特點(diǎn)。該項(xiàng)成果1983年通過(guò)鐵道部技術(shù)鑒定，隨后還編制了TS速凝劑和早強(qiáng)錨固包的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還納入有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，在鐵路內(nèi)推廣應(yīng)用。這兩項(xiàng)技術(shù)還在建筑工程抗震加固和橋墩加固工程中推廣應(yīng)用。1983年至1985年期間，沈陽(yáng)鐵路局沈一大鐵路不少病害墩臺(tái)的加固，都大量采用硫鋁酸鹽水泥早強(qiáng)噴錨技術(shù)，不但提前完成加固任務(wù)，而且不影響列車正常通行，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益很顯著。在鐵道部許多工程局、鐵路局大修隊(duì)和工務(wù)段、房建段都很愿意使用硫鋁酸鹽快硬水泥進(jìn)行快速噴錨加固施工。

三、在搶修工程中應(yīng)用

鐵路運(yùn)輸具有不能輕易中斷的特點(diǎn)，所以鐵路橋涵、隧洞等的加固、維修作業(yè)一般都不能影響運(yùn)輸，大量的加固維修工作都是搶修或快速施工。硫鋁酸鹽水泥的早強(qiáng)快硬特性非常適合于鐵路搶修施工。1985年京秦鐵路即將通車之前，不巧某立交橋由于火災(zāi)受損，而離開工程驗(yàn)收時(shí)間只有一個(gè)多月。在我們建議下，采用硫鋁酸鹽水泥噴射法加固，圓滿地完成加固任務(wù)。沈陽(yáng)鐵路局許多橋梁和墩臺(tái)的加固都是采用硫鋁酸鹽水泥完成的，由于充分利用硫鋁酸鹽水泥早強(qiáng)快硬的特點(diǎn)，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊懞苄?。同時(shí)，由于減少了列車振動(dòng)對(duì)混凝土的影響，加固質(zhì)量也很好。1983年，京原鐵路驛馬嶺隧道的整體道床混凝土嚴(yán)重破損，翻修計(jì)劃要停運(yùn)1個(gè)多月，由于采用硫鋁酸鹽水泥早強(qiáng)混凝土，只用18天就完成，提前十多天開通運(yùn)輸，減少了大量運(yùn)輸損失。柳州鐵路局波寨2號(hào)隧道整體道床開裂下沉，要求在行車間隙內(nèi)進(jìn)行搶修，由于采用硫鋁酸鹽水泥加促硬劑，并用壓力注漿方法進(jìn)行搶修，在不影響行車的條件下，搶修效果很好。水泥混凝土路面的破損在全國(guó)各地都很嚴(yán)重，由于交通繁忙，修補(bǔ)速度要快，不能影響交通，硫鋁酸鹽水泥混凝土是很理想的修補(bǔ)材料。亞運(yùn)會(huì)期間北京二環(huán)路的破損路面要搶修，為了不影響白天交通，規(guī)定在夜間搶修，要求混凝土4小時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到20MPa以上。我們與北京市政管理局合作，以硫鋁酸鹽水泥為膠結(jié)料配制成功超早強(qiáng)混凝土。在北京之后，又在天津、石家莊、大慶、大連等城市市政和公路部門推廣應(yīng)用，收到很好的效果。

四、在耐腐蝕工程中應(yīng)用

我國(guó)西南、西北地區(qū)和沿海鐵路工程中，遇到很嚴(yán)重的混凝土腐蝕問(wèn)題，其中硫酸鹽類化學(xué)腐蝕尤為嚴(yán)重，至今仍沒有有效的解決辦法。早在修建成昆鐵路時(shí)曾用抗硫酸鹽水泥但效果并不理想。在修建青新鐵路和南疆鐵路第一期工程期間，我們對(duì)硫鋁酸鹽水泥的耐硫酸鹽腐蝕性能進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)該水泥耐硫酸鹽性能非常優(yōu)異，后又在西北鐵路現(xiàn)場(chǎng)和天津塘沽鹽場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)期埋設(shè)試驗(yàn)，都證明硫鋁酸鹽水泥即使在高濃度的鹵水中也有很好的耐腐蝕性能，尤其是在硫鋁酸鹽水泥中摻入20%以上的腐細(xì)礦渣后，耐腐蝕性能更加提高。在不少耐腐蝕工程中都采用了硫鋁酸鹽水泥。北京鐵路局天津工程段在某專用線通過(guò)漢沽鹽場(chǎng)時(shí)，有幾十座橋涵穿過(guò)苦鹵鹽池，環(huán)境水對(duì)混凝土有很嚴(yán)重的腐蝕作用。為了預(yù)防腐蝕，許多橋涵基礎(chǔ)、墩臺(tái)和預(yù)制蓋板采用硫鋁酸鹽水泥，使用10多年效果很好。山西太陽(yáng)高速公路，在陽(yáng)泉有兩座特大橋，其樁基礎(chǔ)通過(guò)煤層時(shí)，有中等硫酸鹽腐蝕作用，建議采用硫鋁酸鹽水泥，灌筑了近100根水下灌注混凝土樁，為重點(diǎn)工程解決了技術(shù)難題。在沿海鐵路工程中，經(jīng)常遇到海水的腐蝕問(wèn)題，硫鋁酸鹽水泥也都發(fā)揮了很重要的作用。

硫鋁酸鹽系列水泥在鐵路工程中的其它領(lǐng)域還有廣闊的應(yīng)用前景，如大量鐵路混凝土制品，尤其是枕、橋梁、支柱等，都可以充分利用硫鋁酸鹽系列水泥的特性加式制造。鐵鋁酸鹽水泥混凝土的耐久性一、抗?jié)B性

鐵鋁酸鹽水泥混凝土致密度高，因此具有良好的抗?jié)B性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于早期強(qiáng)度高，其3～7天的抗?jié)B能力與硅酸鹽水泥混凝土28天的抗?jié)B能力相當(dāng)。齡期為7天的摻外加劑的鐵鋁酸鹽水泥高強(qiáng)混凝土逐級(jí)加壓至15kg/cm2時(shí)試件的平均透水高度僅為1cm。二、抗凍融性能

鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有良好的抗凍融性能，在僅摻加ZB-1型專用外加劑，而未使用引氣劑的情況下，凍融300次后強(qiáng)度損失為1.62%，如下表所示。三、抗碳化性能

標(biāo)準(zhǔn)條件下的碳化試驗(yàn)結(jié)果表明，鐵鋁酸鹽水泥混凝土具有良好的抗碳化性能。四、鋼筋銹蝕

早強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥水化液相堿度較高，鋼筋表面可以形成類似波特蘭水泥混凝土的鈍化膜。極化曲線快速測(cè)定和試驗(yàn)室常規(guī)檢驗(yàn)均表明，該水泥對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕。下圖為空白和摻ZB-1型專用外加劑的鐵鋁酸鹽水泥硬化砂漿的陽(yáng)極極化曲線，均呈鈍化狀態(tài)。超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥一、概述：凡以適當(dāng)成份的生料，經(jīng)煅燒所得以無(wú)水硫鋁酸四鈣和硅酸二鈣為主要礦物的熱料，加入適量石膏和激發(fā)劑粉磨制成的具有超高強(qiáng)度的水硬性膠凝材料，稱為超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥，執(zhí)行Q/YTS001－93標(biāo)準(zhǔn)。二、品質(zhì)指標(biāo)：

1、比表面積：不低于380M2/kg。

2、凝結(jié)時(shí)間：初凝不早于25min，終凝不遲于4hr,用戶要求可以變動(dòng)。

3、三氧化硫，小于13%。

4、強(qiáng)度。

標(biāo)號(hào)抗壓強(qiáng)度（Mpa）抗折強(qiáng)度（Mpa）1d3d1d3d72560.572.57.58.282563.582.58.08.892565.592.59.09.9102570.5102.510.011.5三、特性：

1）該水泥具有快硬硫鋁酸鹽水泥的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。

2）強(qiáng)度值更高，強(qiáng)度增進(jìn)率更大。

3）耐酸堿腐蝕性能優(yōu)于快硬硫鋁酸鹽水泥。

四、用途：超高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥用于配制早強(qiáng)、高強(qiáng)（C60以上砼）抗?jié)B和抗硫酸鹽腐蝕砼、負(fù)溫施工、漿錨、支護(hù)、拼裝節(jié)點(diǎn)、地質(zhì)固井、搶修、堵漏水泥制品及建筑工程。

五、貯運(yùn)：超高強(qiáng)硫鋁酸鹽在運(yùn)輸時(shí)不得受潮和混入雜物，與其它品種水泥分別存放，在干燥環(huán)境中貯存期為3個(gè)月，逾期應(yīng)重新檢驗(yàn)。

六、注意事項(xiàng)：

1、快硬硫鋁酸鹽使用中需注意的事項(xiàng)同樣適用于本水泥。

2、以蒸養(yǎng)制作的水泥制品不宜采用該水泥。硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥在人防工程冬季施工中的應(yīng)用沈陽(yáng)市十三緯路綜合樓工程，總建筑面積15000米2，主樓13層、8層，裙房4層。一至四層為銀行證券大廳和辦公用房，4層以上為寫字樓。地下一層為人防工程，建筑面積為1760米2，其使用功能，平時(shí)為小型汽車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)轉(zhuǎn)換做物資庫(kù)。由于工期緊迫，地下室工程要求進(jìn)行冬期施工，為確保工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足人防工程的防護(hù)、防水的高標(biāo)準(zhǔn)要求，采用哪種工藝和材料是一重大課題。

在市人防辦質(zhì)檢站、中國(guó)建材研究院等單位的推薦下，采用了唐山特種水泥廠生產(chǎn)的硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥，并將該工程做為冬季施工的試點(diǎn)工程。于1994年1月份進(jìn)行了人防地下室基礎(chǔ)底板、梁的鋼筋混凝土工程，完成了近1600米2混凝土冬期施工的任務(wù)，無(wú)達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

一、施工現(xiàn)場(chǎng)概況

該綜合樓地下室設(shè)計(jì)采用梁板式筏形基礎(chǔ)，底板厚1米，梁1.2×2.0米、2.0×2.0米，跨距7.8米。設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度為C30、抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S8，高低層間留后澆帶寬為1米。以后澆帶分界二期澆筑混凝土，第一期1月3日至17日，澆筑混凝土量1310米3，第二期1月23日至25日，澆筑混凝土量455米3?；炷辆淮芜B續(xù)澆筑完成，澆筑混凝土其當(dāng)時(shí)室外最低氣溫為-16℃～-18℃。

二、原材料及混凝土配合比

1、水泥

唐山市特種水泥廠生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為525﹟，其性能符合JC435-92中的規(guī)定。

2、細(xì)集料

為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.42，泥土雜物含量小于1%。其它質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合JCJ59-92標(biāo)準(zhǔn)。

3、粗集料

為質(zhì)地堅(jiān)硬的渾河水洗礫石，含泥量小于1%，粒徑5～20mm。

4、水

城市自來(lái)水

5、緩凝劑

為中國(guó)建材研究院研制。

6、混凝土配合比

混凝土為C30、水泥C=380公斤，砂S=695公斤，石子G=1235公斤，水W=144公斤。緩凝劑摻量為0.8～1%。

三、施工工藝

1、在冬季施工中，應(yīng)充分利用硫鋁酸鹽水泥的特性。

（1）采用硫鋁酸鹽混凝土可以做到快硬早強(qiáng)。該混凝土在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，一天可達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)的70～80%，3天可達(dá)到同標(biāo)號(hào)普通硅酸鹽水泥的28天強(qiáng)度，在實(shí)驗(yàn)室第一次試配時(shí)，由于水泥用量大，3天后強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)養(yǎng)時(shí)28天強(qiáng)度的120%。該水泥化反應(yīng)放熱集中在早期，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫財(cái)情況更說(shuō)明這一點(diǎn)。測(cè)溫點(diǎn)每間隔7～8米設(shè)一測(cè)溫孔，孔深為0.5米，每相差3小時(shí)測(cè)溫一次，其實(shí)測(cè)結(jié)果是，當(dāng)混凝土入模溫度保證5℃～10℃時(shí)，混凝土覆蓋塑料薄膜下表面平均溫度4℃～8℃；底板0.5米深測(cè)孔中的混凝土平均溫度為25℃，最高時(shí)溫度達(dá)42℃?；炷灵_始升溫時(shí)間為澆筑后1～2小時(shí)，升至最高溫度時(shí)間為4～6小時(shí)。

（2）充分利用硫鋁酸鹽混凝土的高抗?jié)补嘈阅?/p>

由于該水泥配制混凝土其水化熱早期產(chǎn)生，所以在混凝土澆筑完畢后立即覆蓋一層塑料薄膜，在薄膜上蓋草袋子等保溫材料，三天拆模后均沒有發(fā)生表面剝蝕等現(xiàn)象，這是普通硅酸鹽水泥不能相比的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，是在室外負(fù)溫的條件下應(yīng)用蓄熱法進(jìn)行混凝土冬期施工的理想材料。

（3）充分利用硫鋁酸鹽混凝土的抗?jié)B性能

該工程地下車庫(kù)，設(shè)計(jì)外防沙漠采用二氈三油，內(nèi)部為有機(jī)硅砂漿抹面。根據(jù)沈陽(yáng)市人防工程多年施工后考察，油氈防水效果極差。又由于該工程地下水位低，-18米沒見水，經(jīng)人防質(zhì)檢站、設(shè)計(jì)院等商定，取消外部二氈三油的柔性防水，利用硫鋁酸鹽水泥微膨脹的特性，做混凝土剛性自防水。

2、施工方法

采用硫鋁酸鹽混凝土做冬季施工，其具體做法如下幾點(diǎn)：

（1）水泥運(yùn)輸和貯存時(shí)，不得受潮和混入雜物，不得與其它品種水泥混放、混用。

（2）砂石應(yīng)清除凍塊和雜物，砂平均加熱到30℃，水溫加熱至60℃以下。

（3）在澆筑混凝土前，先行清除雜物，打掃干凈，如有凍冰雪在模板或鋼筋上采用蒸汽噴管予以清除。

（4）配制混凝土出，按配合比嚴(yán)格控制。拌合時(shí)頭料次序是：砂石→水→水泥。拌合時(shí)間不少于2分鐘，混凝土入模溫度為5℃～10℃，采用連續(xù)一次澆筑。

（5）澆筑混凝土做到充分振搗，振點(diǎn)加密，不允許發(fā)生漏振現(xiàn)象，從拆模后觀測(cè)沒見松軟和麻面現(xiàn)象。

（6）澆筑混凝土后立即覆蓋一層塑料薄膜，上面再加蓋草袋子，做到保溫和防止失水。實(shí)踐證明保溫效果很好。

四、使用硫鋁酸鹽水泥的經(jīng)濟(jì)效益

在冬季施工的實(shí)踐中，可見硫鋁酸鹽水泥的各種特性，與普通硅酸鹽水泥相比較，在早期得到了發(fā)揮，因此其經(jīng)濟(jì)效益也是可觀的。

1、該工程原施工方案采用暖棚法，由采用硫鋁酸鹽混凝土，改為蓄熱法，為此，節(jié)約了暖棚搭設(shè)費(fèi)，節(jié)約能源消耗。

2、硫鋁酸鹽混凝土具有早強(qiáng)特性，三天強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)100%，因此拆模早，減少了模板投入量，比用普通硅酸鹽混凝土節(jié)約2/3模板用量。

3、原工程設(shè)計(jì)為二氈三油柔性防水，采用硫鋁酸鹽混凝土，利用其高抗?jié)B的性能，取消外包柔性防水，計(jì)3900米2，按17元/米2計(jì)節(jié)省資金為6.6萬(wàn)元。

總之，硫鋁酸鹽水泥在沈陽(yáng)市十三緯路地下人防工程冬期施工應(yīng)用是成功的，給今后人防工程建設(shè)保質(zhì)量、搶進(jìn)度，做了成功試點(diǎn)。同時(shí)可以說(shuō)該水泥是“三北”地區(qū)冬期施工的新型材料，應(yīng)予廣泛推廣試用。硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥在冬施中的應(yīng)用天津鐵路樞紐改造工程是由鐵路樞紐工程、郵政樞紐工程和商業(yè)服務(wù)大廈工程等三大部分組成，計(jì)20萬(wàn)m2。它的特點(diǎn)是規(guī)模宏偉，造型新穎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能完善。工期緊迫和優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。在總工期480天中其中約1/2的時(shí)間處于雨季，從而加大了建筑工程施工難度，尤其是冬季施工，因此確保10萬(wàn)m2的主體框架混凝土工程冬季施工，是解決上述目標(biāo)的重大攻關(guān)課題。

天津鐵路樞紐改造工程，面對(duì)著大量主體框架混凝土冬季施工，大膽地打破常規(guī)的傳統(tǒng)的冬施工藝，首次在天津鐵路樞紐改造工程中，采用了硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥和微膨脹水泥近3000噸，解決了近1萬(wàn)m3、現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土框架工程的冬施重大問(wèn)題，順利的解決了近10萬(wàn)m2主體工程冬季施工，成功地完成天津鐵路樞紐改造工程全部建筑工程任務(wù)。

天津鐵路樞紐改造工程中，郵政支局大樓、商業(yè)服務(wù)大廈和主站房高架候車廳預(yù)應(yīng)力大梁拼裝接頭等主體工程，全部處于冬施階段。這些工程均為六層，全高24m的現(xiàn)澆整體鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。采用硫鋁酸鹽水泥，可用常溫施工方法進(jìn)行混凝土工程圍護(hù)，大大降低了能源，混凝土在負(fù)溫條件下其強(qiáng)度能在齡期3天即達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，大大提高了大型工具鋼模板和設(shè)備的周轉(zhuǎn)率，并且工期較常規(guī)冬施縮短1/2，杜絕了冬施中質(zhì)量事故，主體鋼筋混凝土框架工程全部達(dá)到優(yōu)良。

通過(guò)上述試驗(yàn)，可說(shuō)明以下幾點(diǎn)：

（1）在低、負(fù)溫條件下，硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制的混凝土，其抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，但解凍后的抗壓強(qiáng)度仍達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

（2）在-16℃下，同條件養(yǎng)生的混凝土硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥比普通水泥抗壓強(qiáng)度提高126%，而摻入亞硝酸鈉可提高144%。

（3）在相同低、負(fù)溫條件下，硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制的混凝土抗壓強(qiáng)度，摻入亞硝酸鈉比不摻入的可提高抗壓強(qiáng)度55%。

（4）硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制的混凝土抗壓強(qiáng)度，在低、負(fù)溫條件下養(yǎng)生與標(biāo)養(yǎng)的強(qiáng)度比，摻入亞硝酸鈉的可提高約11%，而未摻入的則降低28%。

但是硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制的混凝土，一定要加強(qiáng)管理和控制，必須做到以下幾方面。

（1）水泥在運(yùn)輸和貯存時(shí)，不得受潮和混入雜物，與其它品種水泥應(yīng)分別貯存和不得混用。

（2）選用砂、石應(yīng)符合國(guó)家JGJ52-79和JGJ53-79的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁使用凍塊砂、石，必要時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防凍措施。

（3）在低、負(fù)溫條件下施工時(shí)，可先投入砂、石拌合隨后加入熱水，熱水不宜與水泥直接接觸。

（4）亞硝酸鈉要加強(qiáng)管理，防止誤食中毒事故，每50公斤水泥加入三升亞硝酸鈉溶液，相當(dāng)于水泥用量的2%，不同氣溫的亞硝酸鈉摻入量參照表4。（5）硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制的混凝土，在拌制前應(yīng)認(rèn)真清理拌合機(jī)滾筒，嚴(yán)禁與其它品種水泥配制的混凝土拌或交替拌合。拌合時(shí)間不宜少于2分鐘。拌合后的混凝土出機(jī)溫度不低于10℃為宜，拌合后的混凝土應(yīng)控制在一小時(shí)內(nèi)澆注完畢，當(dāng)混凝土失去流動(dòng)度時(shí)，嚴(yán)禁使用，不得二次加水和水泥拌合使用。如澆注大量混凝土，除采取措施解決早期水化熱集中釋放而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的影響外，必須在混凝土初凝之前，完成施工縫處理，初凝時(shí)間一般在1~1.5小時(shí)之間，嚴(yán)禁二次振搗混凝土。

從我們實(shí)際應(yīng)用中，有如下幾點(diǎn)體會(huì)：

1、工程質(zhì)量效果明顯

以商業(yè)服務(wù)大廈E區(qū)為例，其澆注混凝土4000m2，硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥總用量1200噸，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)制做試塊72組，平均抗壓強(qiáng)度為27.2MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的110%，根據(jù)國(guó)標(biāo)GBJ204-83第4、5、6條，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法其結(jié)果：均方差Sn=1.1，變異系數(shù)a=4.22，已達(dá)到優(yōu)質(zhì)水平。能取得這一顯著效果，與水泥自身礦物組成及水化硬化的特性所決定的水泥活性高、水化速度快、理論水灰比接近實(shí)際水灰比、水化產(chǎn)物較穩(wěn)定等有利因素分不開，因而具有良好的早期耐凍性，在低、負(fù)溫下，混凝土強(qiáng)度仍有較大增長(zhǎng)，抗凍融性比普通水泥強(qiáng)。

2、縮短了工期

以郵政支局工程為例，采用原施工工藝方法，該工程在二層施工時(shí)，共用14天完成柱、梁澆注任務(wù)，在三至六層時(shí)，由于改變了原施工工藝，僅用了6~9天就順利地完成了柱、梁澆注任務(wù)，平均縮短施工周期6.5天，總工期縮短近1/2。商業(yè)服務(wù)大廈E區(qū)總工程期限95天，實(shí)際提前45天，縮短總工期近1/2，其主要因素仍是硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥的特性所決定的，在齡期3天時(shí)，抗壓強(qiáng)度則達(dá)到20~27MPa，達(dá)到國(guó)標(biāo)GBJ204-83第2、4、1條規(guī)定，在澆注混凝土3天，就可以完成拆除大梁側(cè)模板——吊裝予制樓板——施拆除大梁底模等工序，有效地縮短工期。如采用普通水泥，即使在常溫下也難以實(shí)現(xiàn)。

3、簡(jiǎn)化施工

以往，施工企業(yè)為了冬施耗費(fèi)大量人力物力和財(cái)力，施工繁雜，質(zhì)量事故也時(shí)有發(fā)生。近些年雖廣泛應(yīng)用抗凍劑，但早期強(qiáng)度增長(zhǎng)率仍不能滿足當(dāng)前快速施工的需要，而硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制混凝土解決了冬期快速施工。尤為重要的是改變了傳統(tǒng)冬施工藝，可以從根本上解決用混凝土常溫施工工藝從事冬期施工，大大地簡(jiǎn)化施工方法，減少繁雜施工程序。

4、節(jié)約能源和設(shè)備材料，降低大型工具和模板費(fèi)用。

應(yīng)用硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥，加速工程進(jìn)度，簡(jiǎn)化施工工藝，降低了能源和保溫材料等消耗，提高了設(shè)備、大型工具和模板的周轉(zhuǎn)率，給降低工程成本創(chuàng)造了有利條件。

5、經(jīng)濟(jì)效益明顯

通過(guò)表5可見，三種不同水泥對(duì)比，天津硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥比天津普通水泥單方價(jià)高15.33元，比唐山普通水泥單方價(jià)高9.05元，以此價(jià)差根據(jù)“天津市建筑工程單位估價(jià)表”編號(hào)5-42條所列冬施蒸養(yǎng)費(fèi)每m2取34.819元(其中含人工、材料和設(shè)備攤費(fèi))對(duì)比結(jié)果，每m3混凝土尚節(jié)約19.489~25.769元,所以從綜合材料成本看，經(jīng)濟(jì)效益比較高。

結(jié)語(yǔ)

硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥的應(yīng)用就是要變傳統(tǒng)地依靠外因條件為依靠?jī)?nèi)因條件來(lái)解決混凝土冬期施工。

冬期施工采用硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥配制混凝土，即能節(jié)約能源又能降低材耗，基本上不用燃煤，不占用設(shè)備，又能提高大型工具和模板的周轉(zhuǎn)率，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)活力，是我國(guó)“三北”地區(qū)基本建設(shè)戰(zhàn)線上幾十年攻關(guān)課題之一，使徘徊多年的重大問(wèn)題終于得到初步解決。

總之，硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥具有早期強(qiáng)度高，負(fù)溫硬化性能