低堿度硫鋁酸鹽水泥
關(guān)鍵詞 侵蝕性，耐久性，硫鋁酸鹽水泥，GRC
1、 前 言
由玻璃纖維和水泥砂漿（或混凝土）匹配而成的復(fù)合材料稱作玻璃纖維增強水泥（或混凝土），其英文名稱為：Glass Fibre Reinforced Cement (or Concrete)；簡稱為“GRC”。顯然，用抗堿玻璃纖維和普通硅酸鹽水泥制造的GRC制品的強度和韌性會隨著時間而降低，這主要是因為強堿性的（pH = 13 ～ 14）硬化普通硅酸鹽水泥砂漿仍然侵蝕抗堿玻璃纖維。在本世紀(jì)年代,為了提高GRC制品的長期耐久性,國內(nèi)外許多研究工作者做了大量工作。在本文里，將要介紹的低堿度硫鋁酸鹽水泥是一種新型的特別用來提高GRC制品長期耐久性的低堿度水泥。我們擁有這項發(fā)明的專利。
2、實驗和結(jié)果
2.1低堿度硫鋁酸鹽水泥的組成和性能
硫鋁酸鹽水泥熟料的主要礦物組成是C4A3
和 C2S，在此基礎(chǔ)上，通過摻加適當(dāng)?shù)耐饧觿┖陀彩?，我們開發(fā)了這種低堿度水泥。到1997年，年出口量達20萬噸。低堿度水泥的化學(xué)組成和性能列于表1、表2和表3。
表1 低堿硫鋁酸鹽水泥的化學(xué)組成
|
組 成 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
SO3 |
|
（%） |
3～7 |
19～22 |
1～2 |
41～44 |
14～16 |
表2 低堿度硫鋁酸鹽水泥的強度和凝結(jié)時間（20±2℃水養(yǎng)）
|
水泥標(biāo)號 |
水灰比 |
灰砂比 |
抗壓強度（MPa） |
抗折強度（MPa） |
凝結(jié)時間（MPa） | |||
|
1天 |
7天 |
1天 |
7天 |
1天 |
7天 | |||
|
425 |
0.42 |
1:2.5 |
32.0 |
42.5 |
4.5 |
6.0 |
≮25 |
≯180 |
|
525 |
0.42 |
1:2.5 |
39.0 |
52.5 |
5.0 |
6.5 |
≮25 |
≯180 |
另外，低堿度硫鋁酸鹽水泥28天自由膨脹率是0.00%～0.10%；水泥漿液（灰水比為1:10）1小時的PH值在10.5左右。
表3 水泥干縮率（20±3℃水養(yǎng)、空氣相對溫度60±5%）
|
水泥品種 |
灰砂比 |
干縮率（%） | |||||||
|
1天 |
3天 |
7天 |
14天 |
21天 |
28天 |
42天 |
56天 | ||
|
快硬硫鋁酸鹽水泥 |
1:2.5 |
0.03. |
0.04 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.06 |
0.07 |
|
低堿度硫鋁酸鹽水泥 |
1:2.5 |
0.01 |
0.02 |
0.03 |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
0.04 |
|
快硬硫鋁酸鹽水泥 |
1:0.5 |
0.04 |
0.06 |
0.07 |
0.08 |
0.08 |
0.08 |
0.09 |
0.10 |
|
低堿度硫鋁酸鹽水泥 |
1:0.5 |
0.03 |
0.05 |
0.05 |
0.0 |
0.07 |
0.06 |
0.06 |
0.08 |
2.2 低堿度硫鋁酸鹽水泥侵蝕玻璃纖維的實驗
在本實驗中采用SIC方法。SIC方法的試樣大小見圖1。
圖1 SIC試樣
加速老化的試驗結(jié)果見表4、表5和圖2、圖3（試樣經(jīng)80℃水煮）
表4 SIC方法結(jié)果
|
水泥品種 |
玻璃纖維 |
玻璃纖維抗拉強度（KN） | |||||||
|
原始 |
脫模 |
1天 |
3天 |
7天 |
14天 |
21天 |
28天 | ||
|
低堿度硫鋁酸鹽水泥 |
Cem-fil I |
4.28 |
4.16 |
3.68 |
3.73 |
3.01 |
3.24 |
2.70 |
2.38 |
|
普通硅酸鹽水泥 |
Cem-fil I |
4.28 |
3.28 |
2.29 |
1.71 |
1.33 |
1.08 |
1.31 |
0.91 |
表5 SIC方法結(jié)果
|
水泥品種 |
玻璃纖維 |
玻璃纖維抗拉強度保留率（%） | |||||||
|
原始 |
脫模 |
1天 |
3天 |
7天 |
14天 |
21天 |
28天 | ||
|
低堿度硫鋁酸鹽水泥 |
Cem-fil I |
100 |
97.20 |
85.98 |
87.15 |
70.33 |
75.70 |
63.08 |
55.61 |
|
普通硅酸鹽水泥 |
Cem-fil I |
100 |
76.64 |
53.50 |
39.95 |
31.07 |
25.23 |
30.61 |
21.26 |
圖2 玻璃纖維抗拉強度變化情況
圖3 玻璃纖維抗拉強度保留率變化情況
從表5可以看出，用低堿度硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥對Cem-fil I抗堿玻璃纖維侵蝕后，其1天強度保留率分別為85.98%和53.50%，28天強度保留率分別為55.61%和21.26%。因為在80℃水中1天相當(dāng)于自然老化時間4~5年，所以，如果以玻璃纖維強度下降50%計算，玻璃纖維在低堿度硫鋁酸鹽水泥中的耐久性可超過100年，而在硅酸鹽水泥中只能承受4~5年。同時，掃描電鏡的結(jié)果（見圖4）也證明了低堿度硫鋁酸鹽水泥對玻璃纖維只有輕微侵蝕。
(a)低堿度硫鋁酸鹽水泥對玻璃纖維的侵蝕情況
(b)普通硅酸鹽水泥對玻璃纖維的侵蝕情況
圖4 玻璃纖維的SEM照片
3、討論
低堿度硫鋁酸鹽水泥對玻璃纖維只有輕微侵蝕，玻璃纖維主要是受低堿度硫鋁酸鹽水泥的礦物組成和水化特征的影響。關(guān)于硫鋁酸鹽水泥系統(tǒng)，主要發(fā)生如下不化反應(yīng)：、
C4A3
+ 2CaSO4 + 38H2O→C3A·3CaSO4·32H2O + 2AH3 （1）
C2S + 2H2O→C-S-H + Ca（OH）2 （2）
3Ca（OH）2+ 3CaSO4 + AH3 + 26H2O→C3A·3CaSO4·32H2O （3）
很明顯可以看出，由于有富余Al2O3、SO3的存在，在系統(tǒng)里沒有Ca（OH）2 ，所以低堿度硫鋁酸鹽水泥是一種以硫鋁酸鹽水泥熟料為基礎(chǔ)，通過摻加一些外加劑而制得的低堿度水泥。這種低堿度硫鋁酸鹽水泥系統(tǒng)具有低堿性，以及對玻璃纖維微弱的侵蝕。根據(jù)以上結(jié)果，我們達到了大大增強GRC制品耐久性的目的。另外，德國海德堡公司于1995年采用我們生產(chǎn)的低堿度硫鋁酸鹽水泥與Cem-fil II抗堿玻璃纖維復(fù)合，研究了其耐久性。其結(jié)果見表6。
表6 加速老化試驗結(jié)果
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試件狀態(tài) |
抗折初裂強度（LOP） |
抗折極限強度（MOR） |
受拉區(qū)延伸率（ε） | |||
|
（MPa） |
相對值 |
（MPa） |
相對值 |
% |
相對值 | |
|
老化前 |
9.96 |
100 |
35.24 |
100 |
10.27 |
100 |
|
80℃水中3天 |
9.79 |
98.3 |
31.04 |
88.1 |
9.73 |
94.7 |
|
80℃水中7天 |
8.33 |
83.6 |
29.43 |
83.5 |
9.52 |
92.7 |
|
80℃水中14天 |
9.65 |
96.9 |
29.93 |
84.9 |
9.28 |
90.4 |
4、結(jié) 論
（1）低堿度硫鋁酸鹽水泥是一種低堿性、高強（尤其是旱期強度）、低自由膨脹率和干縮率的水泥。
?。?）由低堿度硫鋁酸鹽水泥和抗堿玻璃纖維制造的GRC制品壽命可超過100年。
（3）由于具有各種優(yōu)異性能，低堿度硫鋁酸鹽水泥將是一種理想的GRC制品專用水泥。
編輯：gaoh
監(jiān)督：0571-85871667
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