防滲混凝土鐵鋁酸鹽水泥運用

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1前言

1974年，中國建筑材料科學研究院的技術人員在對無水硫鋁酸鹽進行研究的基礎上，發明了以硫鋁酸鈣(CS)和硅酸二鈣(C2S)為主要礦物的硫酸鹽水泥，1987年，又采用鐵礬土研制成功了以硫鋁酸鈣(C，s)、硅酸二鈣(CS)和鐵相(CF或C,AF)為主要礦物的鐵鋁酸鹽水泥。鐵鋁酸鹽水泥的礦物組成特征是以其含有大量的硫酸鹽礦物(CA)而區別于其它水泥，并由此構成了鐵鋁酸鹽水泥早強、高強、高抗滲、高抗凍、耐腐蝕、低堿性和生產能耗低等基本特點。

2鐵鋁酸鹽水泥混凝土的配制材料

2．1鐵鋁酸鹽水泥的定義

鐵鋁酸鹽水泥是以適當成份的石灰石、礬土(鐵礬土)和石膏為原料低溫(1300～1350％)煅燒而成的以C4AS、C，S和C4AF為主要礦物組成的熟料，通過摻加適量混合材(石膏)等進行共同粉磨所制成的。其水化產物主要由鈣礬石、單硫型水化硫鋁酸鈣、鋁膠和鐵膠等組成。

2．2鐵鋁酸鹽水泥的技術性能

鐵鋁酸鹽水泥的比重與硅酸鹽水泥相比較低，一般波動范圍在2．482．94之間。水泥的粉磨細度也較高，大大超過了硅酸鹽水泥的指標要求，由于鐵鋁酸鹽水泥細度較高，水化速度快，因此造成混凝土的塌落度損失過大，將會給混凝土的施工操作帶來困難。鐵鋁酸鹽水泥的初終凝結時間比較硅酸鹽水泥快得多，一般其初凝時間在30～50min之間，終凝時間在40～90min之間，而且初終凝時間之差一般較硅酸鹽水泥短得多。

2．3集料

鐵鋁酸鹽水泥混凝土對集料的要求與普通水泥混凝土對集料的要求基本上是一致的。在用鐵鋁酸鹽水泥制備高強混凝土的，粗集料宜選用密實堅硬的石灰巖或深層火成巖。最大料徑不超過20mm；細集料除了要求砂的細度模數外，還需嚴格控制含泥量，含泥量過高將會對混凝土的強度和其它性能產生不利的影響。值得說明的是，目前堿活性集料在我國一些地區分布較廣，一些工程已經發生了由于混凝土的堿一集料反應而產生的破壞，鐵鋁酸鹽水泥能有效地抑制活性石英玻璃的堿一硅酸鹽反應膨脹及高活性白云質石灰巖的堿一碳酸鹽反應膨脹。因此，在不得不使用堿活性集料的場合，采用鐵鋁酸鹽水泥可以作為防止堿一集料反應破壞發生的一種有效技術手段。

2．4關于鐵鋁酸鹽水泥混凝土的配合比設計

鐵鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥相比在性能上有明顯的差別，它的初凝時間較短，其拌合物的坍落度損失也較快，但早期強度發展迅速，因此在進行鐵鋁酸鹽水泥混凝土配合設計時除了應滿足混凝土的強度要求外，還必須考慮混凝土的施工操作性能，包括混凝土的初凝時間、坍落度和坍落度損失的控制。鐵鋁酸鹽水泥以3d齡期定為水泥標號，其混凝土早期強度的發展比普通水泥混凝土高很多，因此普通水泥中強度與W／C的對應關系不適應于鐵鋁酸鹽水泥混凝土。鐵鋁酸鹽水泥的理論水灰比約為0．44，遠高于硅酸鹽水泥的理論水灰經，因此在用鐵鋁酸鹽水泥配制高標號混凝土時，由于水灰比一般較低，將會有相當一部分水泥顆粒不能水化，很難得到硬度與水灰比之間所對應關系。用鐵鋁酸鹽水泥配制高強混凝土必須根據現場施工的具體情況通過試配確定。已有的工程實踐和試驗室經驗可作為試配的依據。

3鐵鋁酸鹽水泥混凝土的抗滲性物理力學性能

為了考察鐵鋁酸鹽微膨脹水泥混凝土的抗滲性能與其它類型的混凝土進行了對比，試驗結果見表1，鐵鋁酸鹽水泥混凝土的抗滲性之所以好，是因為該水泥硫鋁酸鈣水化產物在受到水化空間等鄰位限制的條件下，向各孔隙延伸發展，使得未來的通道一一斷開。除此以外，鐵膠和鋁膠類水化產物不斷填充空隙，這種雙重作用的疊加，使得混凝土的孔隙率降低，最可幾孔徑向小孔徑漂移。鐵鋁酸鹽水泥混凝土的抗滲性優于防水劑混凝土的原理即是如此鐵鋁酸鹽水泥劑混凝土在其自身的膨脹過程中受到各種限制的內部機制發生了與防水劑混凝土不同的變化，各水化物之間相互擠壓，獲得相互連生、搭連，從而具有較高的抗裂性和抗滲性。通過試驗結果表明，由于早期強度高，其3—7d的抗滲能力與硅酸鹽水泥混凝土28d的抗滲能力相當。齡期為7d的摻外加劑的鐵鋁酸鹽水泥高強混凝土逐級加至15kg／cm時試件的平均透水高度僅為1cm。

4鐵鋁酸鹽微膨脹水泥混凝土的性能

4．1不同養護條件下混凝土的抗壓及抗折強度

表2是LT廠生產的鐵鋁酸鹽微膨脹水泥混凝土在不同養護條件下的抗壓和抗折。從表中的數據可知，混凝土的早期強度增長較快。與硅酸鹽水泥混凝土相比，其抗折強度的早強效果尤為明顯，這對工程施工中防止或避免早期裂縫的產生有一定的益處。鐵鋁酸鹽水泥微膨脹混凝土的強度比較穩定，受養影響較小，尤其是抗折強度較高，說明其斷裂韌性優良。不過，在水中養護的混凝土后期的抗折強度要高一些。抗壓強度(MPa)抗折強度(MPa)養護條件3d7d28d3d7d28d自然養護34．86162．O4．87．88．O標準養護39．962．966．65．18-2702水中養護34．163．268．14．68．5I1．4水養14d轉干空34．163．267．84．68．510．5注：混凝寸=的配合比為：水泥：砂：石：水=l：l78：2．63：o．4。

4．2微膨脹混凝土的變形行為

結構物的開裂大多數是屬于變形變化(溫度、收縮、不均勻沉陷)引起的。普通混凝土在自身強度發展過程中，伴隨著幾種收縮，這些收縮變形是引起結構物開裂的主要原因之一。由于普通混凝土的干縮遠大于其限拉伸率，因此普通混凝土本身不能克服這一缺點。自從補償收縮混凝土問世以來，借助膨脹水泥中膨脹水化產物的膨脹性能，在一定程度是克服了混凝土的干縮開裂。

4．3微膨脹混凝土28d內的變形特性

為了進行比較，對不同養護條件下的混凝土在限制條件下的變形進行了測定，混凝土試件成型后先放入水中，7d后必須入干空室，相對濕度為60％，普通混凝土在水化早期放入水中生產生一定的濕脹，一旦放入干空室，其干縮迅速達到并超過混凝土的拉伸極限值。而還殘留有較高的正變形。相對正變形(限制膨脹)為4x10左右。作為補償收縮混凝土，鐵鋁酸鹽水泥微膨脹混凝土是優質的。水中養護的膨脹較大，標準養護次之，自然養護較小。干濕循環養護時，試件出水后開始收縮，28d時試件的尺寸仍大于自然養護的試件。

4．4長齡期混凝土的脹縮特性

判斷混凝土補償收縮能力的主要依據是其長期干濕循環條件下的變形情況，我irish道普通混凝土在干濕循環條件下，結構尺寸漸超于某一穩定點，這個穩定點對初始尺寸是負變形，并且超過混凝土的極限變形。鐵鋁酸鹽微膨脹水泥混凝土在水中養護一個月后放入干空室(20+3℃，相對濕度60％)讓其充分干縮(時間為1年)，然后放置于水中養護(時間也為1年)，一年后再置于干空室干縮。鐵鋁酸鹽微膨脹水泥混凝土水中養護置于干空室后仍會干燥收縮，而且有一定的落差。第三次回水養護后，試件的膨脹恢復非常迅速。雖最終并未恢復到原有的膨脹水平，但再次干燥收縮時，則有一個突出的特點，第二次干縮的落差很小，干縮速率變慢，且經一年干縮后試件尺寸趨于穩定，基本不再收縮。這個趨于穩定的狀態處于正變狀態，甚至高于第一次干縮后的狀態。工程實踐中將鐵鋁酸鹽水泥混凝土作補償收縮結構材料時，露天結構由于在干濕交替變化的條件中，該混凝土仍然處于正變狀態。不會導致結構開裂。其次，用于溫濕度變化很小的地下工程，結構更加穩定，由于鐵鋁酸鹽水泥的膨脹而產生的自應力以及水化產物的縱橫連生，結構會更加致密。

5結論

鐵鋁酸鹽水泥的性能特點與傳統的硅酸鹽水泥相比有著明顯的差別，既有優點又有缺點，如早期水化熱過于集中對早期強度的發展有利，但對于大體積混凝土溫度裂縫的控制的確有不利的一面。不過，在具體的使用條件下，不利條件可以轉化為有利條件，只要措施得當，在大體積混凝土有防滲要求的混凝土工程中應用鐵鋁酸鹽水泥會比使用普通硅酸鹽水泥取得更好的技術效果。

鐵鋁酸鹽水泥的初凝時間比硅酸鹽水泥快，在進行混凝土的連續施工作業時應摻加專用的#t-,~nN以控制混凝土的凝結時問和和易性。鐵鋁酸鹽水泥總水化熱量雖然不比硅酸鹽水泥高，但70～80％集中在1224h之間釋放，混凝土的早期水化熱相當高。因此應避免在炎熱氣候下進行大體積混凝土的施工，因為如果混凝土拌合物的溫度太高，水泥早期集中水化后造成混凝土內部升溫過高，影響混凝土的質量。再者，鐵鋁酸鹽水泥的強度發展規律與硅酸鹽水泥不同。采用鐵鋁酸鹽水泥施工可以及早脫模，加快施工進度。最后，鐵鋁酸鹽微膨脹水泥具有補償收縮的作用效果，從而可以減少混凝土的開裂。