石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥性能的影响

谢亚娟

（山东聚力混凝土有限公司，山东 济南 250220）

0 前言

以阿利特（C3S）和贝利特（C2S）为主要矿物的普通硅酸盐水泥早期强度偏低，后期强度增进速率较高。以硫铝酸钡钙为主要矿物的含钡硫铝酸盐水泥早期强度较高，而后期强度增进速率较低[1-3]。硫铝酸钡钙是一种快硬早强型水硬性矿物，同时还具有烧成温度低、水化微膨胀等特性[4-6]。程新[7-8]等人把该矿物引入到硅酸盐水泥熟料矿相体系中，制备了早期性能良好的阿利特—硫铝酸钡钙水泥。因此，如果在硅酸盐水泥熟料中引入少量的早强型矿物硫铝酸钡钙，形成新的熟料矿相体系，将使传统普通硅酸盐水泥的早期强度进一步提高，并具有较高的后期强度增进速率[9-10]。

本文主要研究内容：石膏的掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥性能（流变性和膨胀率等）的影响，以便为阿利特—硫铝酸钡钙水泥在工程中推广应用提供一定的技术支持。

1 原材料

水泥熟料，来源于山东济南山水厂，并磨细过 200目筛。石膏为山东泰安某石膏矿厂产。

2 试验结果和分析

2.1 石膏对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体流变性的影响

由于阿利特—硫铝酸钡钙水泥熟料中含有硫铝酸钡钙矿物，所以石膏掺量对该水泥性能有较大影响。在固定熟料矿物组成的基础上改变水泥中石膏掺量。固定熟料矿物组成，选择 3.5%、5.0%、6.5%、8.0% 的石膏掺量，测水泥浆体的粘度，计算浆体的屈服应力见表 1 和图 1 所示。

由图 1 中可以看出：石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体影响曲线近似为 Newton 流体，说明石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的流变特征影响不明显；但石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的剪应力影响比较明显，比如石膏掺量达到 8.0% 时，阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体剪应力增幅非常明显。

表 1 石膏掺量对水泥浆体屈服应力的影响

图 1 石膏掺量对水泥浆体屈服应力的影响

石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体粘度的影响见表 2 和图 2 所示。

表 2 石膏掺量对水泥浆体粘度的影响

从图 2 可以看出：阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的粘度随石膏掺量的增加而减小，主要原因：石膏具有缓凝效果，当提高水泥浆体中石膏的用量，将会降低阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的屈服应力和粘度，改善阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的整体流动性，可使阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体具有较好的工作性能。对不同石膏掺量的阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的剪应力随剪切速率流变曲线做回归分析，回归方程见表 3。

图 2 水泥浆体的粘度随石膏掺量的变化

表 3 石膏掺量对浆体剪应力 X 和剪切变速率 Ds 关系的影响

表 3 中的回归分析表明：不同石膏掺量的阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的剪切应力和剪切应变之间的线性关系比较明显，基本属于宾汉姆流变方程。方程的通用形式为：X= A+BDs，式中的 A 和 B 分别代表浆体的屈服应力和塑性粘度。

2.2 石膏掺量对阿利特-硫铝酸钡钙水泥浆体膨胀性的影响

各试样的标准稠度、凝结时间见表 4。表 5 和图 3给出了石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥膨胀率的影响变化曲线。

表 4 石膏掺量对水泥标准稠度和凝结时间的影响

从表 5 和图 3 可看出：在水化硬化过程中，普通硅酸盐水泥表现为体积收缩现象，比如在水化初期（3d之前）收缩率增加速度比较快，而水化后期（7d 之后）收缩基本稳定；而阿利特—硫铝酸钡钙水泥具有一定的体积膨胀特性，在水化初期（14d 之内）膨胀率增加速度较快，而水化后期膨胀趋于稳定。另外，从图 3还可看出：阿利特—硫铝酸钡钙水泥膨胀率随石膏掺量的增加其逐渐增加。

表 5 石膏掺量对水泥膨胀率的影响 %

图 3 石膏掺量对水泥膨胀率的影响

3 结论

（1）石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体影响曲线近似为 Newton 流体；但石膏掺量对阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的剪应力影响比较明显；阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的粘度随石膏掺量的增加而减小；不同石膏掺量的阿利特—硫铝酸钡钙水泥浆体的剪切应力和剪切应变之间的线性关系比较明显，基本属于宾汉姆流变方程。

（2）在水化硬化过程中，普通硅酸盐水泥表现为体积收缩现象，而阿利特—硫铝酸钡钙水泥具有一定的体积膨胀性；另外，随石膏掺量的增加，其阿利特—硫铝酸钡钙水泥膨胀率逐渐增加。