【硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系的干缩变形性能研究】硅酸盐水泥和铝酸盐水泥区别
摘要： 本文研究了不同龄期铝酸盐水泥、硬石膏单掺和不同比例复掺对硬化水泥石在干燥环境下的失水过程和干缩变形的影响。并对产生这些影响的原因进行了分析。 Abstract: In this paper， the influence of the content of alumina cement or ndrous gypsum and compound both on the shrinkage and process of water loss of hardened cement is studied under different pre-cured age. This paper also analyzes the reasons for these phenomena.
关键词： 铝酸盐水泥；硬石膏；化水泥石；干缩；失水
Key words: alumina cement；androus gypsum；hardened cement；shrinkage；water loss
中图分类号：TU5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）25-0104-02
0 引言
现如今，为了提高砂浆的早期强度，加快试验进程，往往在硅酸盐水泥中添加适量的铝酸盐水泥和石膏，但是添加这一复合体系，必然会影响硬化水泥石的干缩变形。本文系统的研究了不同配合比下硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬石膏体系的干缩变形，并且将水泥石的干缩变形和失水过程结合起来进行研究，同时还考虑了养护龄期的作用。通过这些系统的研究，揭示了铝酸盐水泥和石膏对硬化水泥石在干燥条件下的行为和作用机理，使人们对于硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-硬化石膏这一体系的干缩变形有更加深刻的认识。
1 试验详情
1.1 原材料 普通硅酸盐水泥：开封生产的42.5普通硅酸盐水泥；铝酸盐水泥：河南登封熔料有限公司生产的CA50-J9型铝酸盐水泥，烧结法生产；硬石膏：由北京建筑材料科学研究总院提供；水：开封自来水。
1.2 试验方法 试验采用10mm×10mm×40mm试件。水灰比为0.36。试件成型后1d脱模，放入水中养护。分别在1d和14d取出，用湿布擦干表面水分，称取初始质量，测量初始长度。然后放在20℃的自然环境中干燥，1d、3d、7d、10d、14d、21d、28d和35d测量重量变化和长度变化，以观察硬化水泥石的失水过程，以及由此引起的干缩变形。
2 试验结果
图1给出硬石膏掺量对硬化水泥石干缩变形和失水的影响。图2给出铝酸盐水泥掺量对硬化水泥石干缩变形和失水的影响。
3 分析与讨论
图3给出不同配合比时水化1天的X-射线衍射分析结果。在这一体系中，可能形成的结晶相主要是Ca（OH）2、二水石膏和钙矾石。在X-射线衍射图中，Ca（OH）2的最强峰在34°左右，它与硅酸盐水泥熟料矿物的峰相重叠；次强峰在18°左右，它与钙矾石的峰很接近。而钙矾石的最强峰在9°左右，次强峰在14°左右，都不太容易判别。因此，只能根据18°左右的峰和34°左右的峰来分析。二水石膏的最强峰在12°左右，不太容易判别；次强峰在34°左右，与Ca（OH）2的最强峰和硅酸盐水泥熟料矿物的峰相重叠。
图4给出不同配合比时水化1天的热分析结果。在差热曲线中，500℃左右有一个Ca（OH）2吸热峰，这是由于Ca（OH）2脱去结构水而转化成CaO引起的。因此，在TG曲线上将伴随着失重。钙矾石有三个吸热峰，在150℃左右有一个吸热峰，伴随着钙矾石脱水，生成低硫型水化硫铝酸钙；在220℃左右有一个吸热峰，伴随着低硫型水化硫铝酸钙脱水，生成水化铝酸三钙；在320℃左右有一个吸热峰，伴随着水化铝酸三钙脱水。二水石膏在150℃左右有一个吸热峰，伴随着二水石膏脱水，生成半水石膏；在170℃左右有一个吸热峰，伴随着半水石膏脱水，生成无水石膏；在372℃左右有一个放热峰，伴随着无水石膏转变为可溶性石膏。因此，可将TG曲线分为四段：①100℃～190℃左右，这一段主要是二水石膏的脱水，或者是钙矾石的脱水；②190℃～450℃左右，这一段主要是一些凝胶相的脱水，或者是水化铝酸三钙脱水；③450℃～480℃左右，这一段主要是Ca（OH）2的脱水；④480℃以上，这一段包括其它的质量损失。
表1给出不同配合比时硬化水泥石中水的分布。从表中可以看出，掺入铝酸盐水泥时，硬化水泥石中的Ca(OH)2含量显著降低。对于100℃～190℃范围的失重，掺入铝酸盐水泥后有所增加。而且在不掺硬石膏时增加幅度较小，掺入硬石膏后增加幅度显著增大。不掺铝酸盐水泥时，掺入硬石膏将使这一范围的失重减小；掺入铝酸盐水泥后，硬石膏的掺入将使这一范围的失重增大。对于190℃～450℃范围的失重，硬石膏的掺入使得失重减小，而铝酸盐的掺入则使得失重增大。
将X-射线衍射分析结果与热分析结果相结合，可以看出，单掺硬石膏，硬化水泥石中的Ca（OH）2含量变化不大，钙矾石含量也变化不大。100℃～190℃范围的失重减少可能归因于钙矾石略有减少，而二水石膏略有增加。190℃～450℃范围的失重减少则表明凝胶相的减少。单掺铝酸盐水泥，硬化水泥石中的Ca（OH）2含量减少，钙矾石含量变化不大，而凝胶相则有所增加。同时掺入硬石膏和铝酸盐水泥，硬化水泥石中的Ca（OH）2含量减少，钙矾石含量增加，凝胶相也有所增加。硬石膏的水化产物是二水石膏。在二水硫酸钙中，存在着两个结晶水。在晶体结构中，虽然这些结晶水是以化学键力作用，但这种化学键力是极弱的。因此，在通常的环境下，二水硫酸钙容易脱水，生成半水石膏。这就是石膏具有“自呼吸功能”原因。这些水失去，必将引起干缩变形。因此，不掺铝酸盐水泥时，硬化水泥石的干缩变形随石膏掺量的增加而增大。
4 结论
4.1 掺入铝酸盐水泥时，硬化水泥石中的Ca（OH）2含量显著降低。对于100℃～190℃范围的失重，掺入铝酸盐水泥后有所增加。而且在不掺硬石膏时增加幅度较小，掺入硬石膏后增加幅度显著增大。不掺铝酸盐水泥时，掺入硬石膏将使这一范围的失重减小；掺入铝酸盐水泥后，硬石膏的掺入将使这一范围的失重增大。对于190℃～450℃范围的失重，硬石膏的掺入使得失重减小，而铝酸盐的掺入则使得失重增大。
4.2 单掺硬石膏，硬化水泥石中的Ca（OH）2含量变化不大，钙矾石含量也变化不大。100℃～190℃范围的失重减少可能归因于钙矾石略有减少，而二水石膏略有增加。190℃～450℃范围的失重减少则表明凝胶相的减少。
4.3 在大掺量铝酸盐水泥情况下，由于铝胶的大量形成，使得硬化水泥石具有较大的干缩变形。但若掺入石膏，由于石膏与铝酸盐水泥矿物作用，形成了钙矾石。这一作用减少了铝胶的形成，从而使硬化水泥石的干缩变形减小。石膏掺量越大，形成的铝胶越少，因而硬化水泥石的干缩变形越小。
参考文献：
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