硫硅酸钙改性硫铝酸盐水泥的研究进展

张嘉乐 陈子昂 张梦宇 王培芳 李雪飘

(扬州大学建筑科学与工程学院 江苏 扬州 225009)

一、硫铝酸盐水泥研究现状

二、硫硅酸钙的研究现状

硫硅酸钙晶体为正交晶系，属于Pnma 空间群，其晶胞参数为：a=0.6863nm，b=1.5387nm，c=1.1081nm，Z=4[113]。其空间结构如图 1 所示。

图1 硫硅酸钙晶体结构图

在硫铝酸盐水泥熟料体系中，硫硅酸钙在900-1200℃的温度范围内稳定存在，当温度超过1200℃时，硫硅酸钙会开始发生缓慢的分解，可以分解产生硅酸二钙和石膏。

以往的研究成果发现，硫硅酸钙矿物的水化活性较弱。但是最新研究成果表明，在硫铝酸盐水泥水化体系中硫硅酸钙相对于贝利特矿物具有更高的活性。沈燕等[1]发现在1150～1250℃下保温4h可以得到纯度为 85.04%的硫硅酸钙样品。Ben Haha 等[2]研究了硫硅酸钙矿物在铝胶环境中的水化，研究发现，在 30%氢氧化铝-70%硫硅酸钙的水化体系中，硫硅酸钙矿物的水化活性得以激发。Montes等[3]研究了水泥含铝矿物和硫铝酸钙矿物对硫硅酸钙矿物水化活性的影响，研究发现，含铝矿物和硫铝酸钙矿物对硫硅酸钙活性激发的顺序为 C12A7≈CA>C3A>C4A3S。但是上述研究未对硫硅酸钙矿物的水化产物进行深入的研究。

三、硫硅酸钙对硫铝酸盐水泥性能的影响

沈燕[4]合成了纯度为85.04%的硫硅酸钙矿物，其中含有14%的贝利特矿物，将合成的硫硅酸钙矿物掺加到贝利特-硫铝酸盐水泥中，研究结果显示，硫硅酸钙矿物可提高水泥的后期抗压强度。将硫硅酸钙矿物引入至贝利特-硫铝酸盐水泥熟料中，部分或全部取代贝利特，可获得一种全新的水泥—硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥。

黄永波[5]在贝利特-硫铝酸盐水泥中使用硫硅酸钙代替一部分的贝利特矿物，与贝利特-硫铝酸盐水泥相比，硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥的标准稠度需水量增大，凝结时间缩短，且水泥中的硫铝酸钙矿物的水化活性更高，水泥早期抗压强度更高。硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥 90d 抗压强度比贝利特-硫铝酸盐水泥高出17MPa。此外，硫硅酸钙-硫铝酸盐水泥水化产物的 pH 比贝利特-硫铝酸盐水泥的更高，而且pH值在水化后期也会增长。硫硅酸钙的掺入不利于水泥1d和3d的抗压强度发展。但是适当掺量的硫硅酸钙的掺入有利于水泥后期强度的发展。硫硅酸钙的掺入可以防止水泥熟料出现倒缩现象。

李雪飘[6]发现当在硫铝酸盐水泥熟料中掺入不同掺量的石膏，可以提高了硫铝酸盐水泥熟料的早期抗压强度，并且对水泥熟料后期强度也有一定的改善，适宜掺量为10%，在10%石膏掺量的水泥熟料体系中10%掺量的硫硅酸钙对体系的后期强度是高于未掺硫硅酸钙体系强度的；通过XRD分析其水化产物可知，石膏的掺入促进了硫铝酸钙的水化，硫硅酸钙的掺入并未改变水泥熟料体系的水化产物类型，且在水化后期稳定了钙矾石。

四、结论

硫硅酸钙相对于贝利特矿物具有更高的活性。

硫硅酸钙的掺入不利于硫铝酸盐水泥1d和3d抗压强度的发展，但是适当掺量的硫硅酸钙的掺入有利于水泥后期强度的发展。