第32卷 第23期
2010年12月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l.32 N o.23 Dec.2010DOI:10.3963/j.issn.1671 4431.2010.23.002
王 昕1，刘 晨1，颜碧兰1，邓克平2，李树清2，江丽珍
1(1.中国建筑材料科学研究总院绿建筑材料国家重点实验室，北京100024;
2.内蒙呼和浩特市金山特种水泥有限公司，呼和浩特010080)
摘 要: 研究了石膏掺量对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(SM P )物理力学性能、凝结硬化、体积稳定性等影响，并借助XRD 、SEM 等测试技术手段研究分析了其机理。结果表明，混合材种类不同，石膏掺量对SM P 水泥强度影响程度则不同。即水泥中SO 3由4%增至8%时，不掺混合材的SM P 水泥石体积虽存在略大膨胀，但水泥强度仍有较大提高；而掺加矿渣、粉煤灰等混合材后，石膏的掺量至8%时，水泥石存在有害体积膨胀，且尤以掺粉煤灰最为突出。在SM P 高硫高碱水化体系中，矿渣、粉煤灰对水泥石力学性能、体积膨胀性、水化产物结构及发展的影响存在较大差异，应根据混合材种类对SM P 水泥中石膏掺量进行合理控制，以利于其合理应用。 关键词: 石膏; 硫铝酸钙改性硅酸盐水泥; 水泥性能
中图分类号: T U 528文献标识码: A 文章编号:1671 4431(2010)23 0005 04
The Effect of G ypsum Admixture on Properties of
Sulphoalu minate Modified Portland C ement
WAN G Xin 1,L I U Chen 1,YAN Bi Lan 1,DENG K e p ing 2,LI Shu qing 2,JI ANG L i z hen 1
(1.Gr een Building M aterials State K ey Labo rato ry,China Building M ater ials Academy ,
Beijing 100024,China;2.Inner M ongoolia Hohhot City Jin shan Specific Cement Br anch,Huhhot 010080,China)
Abstract: R esearch on the effect o f g ypsum admixture on properties of sulphoaluminate modified Portland Cement (SM P),such as physics and mechanics,hardening,volume stability.T esting technolo gy research and analysis of its mechanism w as ana lyzed by XR D,SEM etc.Research results show that wit h the admix ture of g ypsum increase (SO 3increased by 4%to 8%),if without cement additive,SM P strength would improve,the volume would become larg er ,but no damage.But
mixing slag and fly ash,strength decreased.A nd if gypsum admixture increases to a certain deg ree,cement may ex ist harmful volume expansio n of the potential threat,especially w hen mixed fly ash.In the system of high sulphate and high alkali SM P ,w hen adding slag and fly ash,ther e is big difference on mechanical propert ies of cement hydration ex pansion,volume,product str ucture and de velopment.So g ypsum admixture should be reasonably controlled according to differ ent ty pe of cement additive,thus w ill be helpful to its proper ly used.
Key words: g ypsum; sulphoaluminate modified po rtland cement; cement pr operty
收稿日期:2010 08 29.作者简介：王 昕(1972 )，男，高级工程师.E mail:cbmaw x@163
硫铝酸钙改性硅酸盐水泥(即阿利特硫铝酸盐水泥，简称SM P )是熟料中含有少量(约3%~13%)无水硫铝酸钙矿物(C 4A 3 S )的硅酸盐水泥。由于C 4A 3 S 矿物在饱和Ca(OH )2浓度下立即水化形成大量C 6A S 3 H 32，并与水化硅酸钙凝胶交织在一起，形成较致密的水泥石结构。因而与传统硅酸盐水泥相比，其具有水化硬化速度快、早强高、抗冻、抗渗能力强等特点[1 8]。对于SM P 水泥的研究，我国早在上世纪九十年代初就已开始，且目前我国一些省区已实现工业化生产。由于SMP 水化过程中形成大量C 6A S 3 H 32，水泥石具有
一定微膨胀性，因而适宜的石膏掺量对SMP 水泥性能有至关重要的影响，但目前人们对其系统研究相
对较少。为此，作者就石膏掺量对SMP 水泥性能影响及其机理进行了深入探讨，以供商榷。
1 试 验
1.1 原材料
水泥熟料取自内蒙金山特种水泥
有限公司正常生产的SM P 水泥，矿渣
和粉煤灰分别取自内蒙(托县)和河北
唐山(唐龙)等地。原材料成分分析见
表1。
1.2 方法
1)常规物理性能 水泥胶砂强度
表1 原材料成分分析w /%原材料Loss SiO 2Al 2O 3CaO Fe 2O 3M gO SO 3SM P 熟料0.4518.688.01
63.97 1.83 1.61 4.28矿渣-0.2136.6210.5838.94 1.2510.200.57粉煤灰0.9542.7143.00 3.68 3.580.62 1.02硬石膏13.420.900.6034.540.31 1.8247.26
检测按GB/T 17671 1999(ISO 法)进行；水泥净浆稠度及凝结时间按GB/T1346 2001方法检测；水泥胶砂流动度按GB/T 2419方法检测。
2)膨胀性 按JC/T 313方法进行。
3)微观分析 (1)XRD 选取有代表性的水泥样品按水灰比W/C=0.3成型净浆试体(20mm !20mm !20mm )，养护至一定龄期后破碎成小块，取中央区域样品若干克用无水乙醇终止水化，并在50∀真空干燥器中干燥到恒重，用玛瑙研钵将样品磨细至80 mm 以下，利用D8ADVANCE 型大功率转靶X 射线衍射仪进行分析检测。仪器参数为Cu 靶，加速电压40kV，电流40mA 。(2)SEM 从上述破型后的试样中部取出1.5mm 左右粒状样品，在50∀温度条件下烘干至恒重后，用导电胶将样品粘贴在铜质样品座上，真空镀金后进行观测。
1.3 样品制备
将SM P 水泥熟料、石膏，分别与矿渣、粉煤灰用 500m m !500mm 标准小磨粉磨，制成PI(不掺混合材)、PS (矿渣掺量30%)、PF 水泥(粉煤灰掺量30%)试验样品。所有样品比表面积控制为(350#10)m 2/kg ，且水泥中石膏掺量(以SO 3%含量计)分别为4%、6%和8%。2 结果与分析
2.1 强度
图1为石膏掺量(以SO 3质量分数计)不同，掺加不同种类混合材的SMP 水泥抗压强度变化比较。由图1可见，水泥中SO 3含量由4%变化至8%时，掺加不同混合材的SMP 水泥强度存在较大差异。其中，不掺混合材的SM P 水泥(PI)，水泥强度均随SO 3含量增大而有所提高，增长幅度在10M Pa 以上；水泥中掺加矿渣后(PS),SO 3含量由4%增至6%时，水泥强度有所增加，且28d 后期强度高于PI 水泥；但SO 3含量增至8%时水泥强度则有较大幅度降低；而掺粉煤灰后(PF)，早期和后期强度均随SO 3含量增大显著降低,SO 3含量8%时28d 强度降为0。由此可以看出，混合材种类不同，石膏掺量对SMP 水泥强度影响程度则不同，即存在最佳掺量点。
2.2 凝结时间
图2为石膏掺量不同(以水泥中SO 3质量分数计)，掺加不同种类混合材的SMP 水泥凝结时间变化比较。由图2可见,SMP 水泥水化速度快，无论掺加何种混合材，水泥凝结时间均较短。水泥中石膏掺量增加(SO 3含量由4%增至8%),SM P 水泥凝结时间有所延长，但变化幅度均不大(约30min 左右)。不掺混合材的SM P 水泥(PI)凝结时间最短(初凝时间不足45m in)；而掺粉煤灰的SM P 水泥(PF)凝结时间最长。
2.3 膨胀率
图3为石膏掺量不同(以SO 3质量分数计)，掺加不同种类混合材的SMP 水泥净浆膨胀率比较。
由图3可见,SMP 水泥中石膏掺量较低时(w (SO 3)=4%)，无论早期(1d)还是后期(90d)，水泥净浆膨胀率均较小(小于0.3%)；水泥中石膏掺量增加(w (SO 3)=6%)，不掺混合材(PI)的水泥膨胀率变化不大，但掺加混合材(PF 和PS)的水泥膨胀率均有所增大，尤其是掺粉煤灰(PF)的水泥膨胀率显著增长(28d 膨胀
6 武 汉 理 工 大 学 学 报 2010年12月
率高达0.89%)；水泥中SO 3含量达到8%时,SMP 水泥
海参圈早期和后期膨胀率显著增大，且混合材品种不同，其膨胀
量大小不同。其中,PS 水泥28d 试体膨胀量用比长仪无
法检测，而PF 水泥试体已膨胀断裂。可以看出,SO 3含
量较高，对掺加粉煤灰等混合材的SM P 水泥石体积稳定
性有较大影响。
2.4 分析与讨论
图4和图5分别为不同石膏掺量的SMP 水泥3d 和
28d 水化产物比较。
由图5可见,SMP 水泥(PI)不掺任何混合材时,
石膏
掺量增加(SO 3含量由4%增至8%),3d 水化体中Ca(OH)2和钙矾石特征峰有所增强,28d 时水化体钙矾石特征峰衍射强度明显增强(达150Cps)，且未水化熟料矿物(C 3S)等特征峰峰衍射强度大大降低；而S
MP 水泥掺加混合材后(PS 、PF)，且石膏掺量较高(SO 3含量8%)时，水泥28d 水化体钙矾石特征峰显著增强(尤其是PS 水泥，高达305Cps)，且仍有较明显的未水化完全的矿物和CaSO 4特征峰存在，表明其28d 水化后期仍会有相当数量的钙矾石生成，对水泥石体积稳定性产生不利影响。
图6和图7为扫描电镜下观测到的不同石膏掺量、掺加不同混合材SMP 水泥3d 和28d 水泥石结构比较。由图6可见,SM P 水泥中石膏掺量低时(SO 3含量4%)，掺粉煤灰的SM P 水泥(PF)3d 早期水化体中粉电子束加工
7第32卷 第23期 王 昕，刘 晨，颜碧兰，等：石膏掺量对硫铝酸钙改性硅酸盐水泥性能影响
煤灰颗粒水化迹象不明显，掺矿渣的SM P 水泥(PS)水化体结构相对致密；石膏掺量高时(SO 3含量8%),PF 和PS 水泥均与前者存在较大差异，水泥石结构较为疏松，存在较多孔隙，且PF 水化体中还分布着大量细小钙矾石和石膏晶体(如图6所示)。浆体水化至28d 时，石膏掺量较低的SM P 水泥，无论掺加何种混合材，水泥石整体结构均相对密实；但石膏掺量较高时(SO 3含量8%),PF 水泥水泥石结构极其疏松，表面布满裂纹，水化体上附着大量结晶细小的钙矾石晶体，局部区域能见到部分水化的粉煤灰颗粒(浆体强度已降为0)；而PS 水泥水化体虽基本为凝胶产物所覆盖，但水泥石表面仍出现横纵交错的裂纹(如图7所示)。
综合以上分析可以看出，水泥中石膏掺量的变化(SO 3含量4%~8%)对掺加不同品种混合材的SMP 水泥的力学性能、体积性、水泥石结构等影响程度不同，尤其对掺加粉煤灰的水泥影响最显著。究
其原因，主要是由于SMP 水泥中C 4A 3 S 矿物水化速度快，促进了C 3S 水化，水化液相中Ca(OH )2浓度较高，矿渣、粉煤灰玻璃体网络结构在高硫高碱体系中加速解体，水化后期形成大量C S H 和水化铝酸钙，并与过剩的SO -4离子再次形成大量钙矾石，因而水泥石结构受SO 3含量影响较大。同时，由于粉煤灰化学成分富含硅铝离子(与矿渣不同)，在水泥水化后期中提供了大量AlO -2离子，在高硫环境下掺粉煤灰的SM P 水泥形成的钙矾石数量最多，因而其水泥石结构受SO 3含量影响也最大。为此,SMP 水泥中掺加不同种类混合材时(尤其是粉煤灰)，应控制水泥中SO 3含量不大于6%。
3 结 论
a.SMP 水泥中SO 3含量较低时，石膏掺量对水泥强度影响较小，且石膏掺量增加，水泥强度有所提高；水泥SO 3含量较高(达8%)时，石膏掺量对掺与不掺混合材的水泥强度影响程度不同，即不掺混合材水泥早期及后期强度均有大幅增长(约10M Pa 以上)；但掺矿渣、粉煤灰后，水泥强度则有较大幅度的降低，且掺粉煤灰时尤为突出。
b.SMP 水泥凝结时间短，但水泥中SO 3含量由4%增至8%时水泥凝结时间略有延长。
文献研究法c.水泥中石膏掺量较高时(达到8%)，掺矿渣或粉煤灰SM P 水泥浆体均存在有害膨胀，且PF 水泥膨胀最为严重；而不掺混合材的SM P 水泥体积虽有一定膨胀，但对水泥强度发展无负面影响。
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d.在SMP 高硫高碱水化体系中，矿渣、粉煤灰对水泥石力学性能、体积膨胀性、水化产物结构及发展的影响存在较大差异，应根据混合材种类对SM P 水泥中石膏掺量进行合理控制。(下转第44页)
身意外伤害险∃等，是承包商转移风险的有效措施；通过与其他承包商建立联营体，联营承包，共同承担风险，将自己的风险分散；将一些风险大的分项工程分包出去，向分包商转嫁风险。避免分包合同与总承包合同矛盾给各方带来的风险和麻烦，将分包合同的责权利条款与总承包合同挂钩。对于重要的分包人，总承包人应要求其开具以总承包人为收益人的有关保函，通过保函获得经济担保，制约分包，规避风险。 5)创造条件充分合理利用风险 风险与赢利机会并存，风险大，合同价格就高，赢利机会就大。因此，在承包合同的签订和实施过程中，充分利用自身优势，采取技术、经济、管理和组织等措施，提高施工合同风险的预测能力、应变能力和对风险的抵抗能力，消除和降低风险，获得超额利润。
6)进行良好的工程索赔管理 工程索赔是在合同实施过程中，根据法律法规、合同规定及惯例，合同一方对非由于自己的过错，而是属于合同双方造成的，且实际发生的损失，向对方提出给予补偿或赔偿的要求。工程索赔是承包商保护自身权益、增加工程收益，补偿由风险造成的损失、提高经济效益的重要和有效的手段。
3 结 语
对承包商而言，一定要重视施工合同风险的有效规避，合理地保护自己的利益，从而获得更好的经济效益。必须树立风险意识，在投标时将合同条款研究透彻，考虑风险预备费用；在谈判时细化明晰合同内容，争取有利条款；在项目执行中采取技术、经济和组织措施制定风险对策，规避风险并加强索赔管理，以取得良好的经济效益。
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(上接第8页)
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