硫鋁酸鹽水泥
    1824年，英國人Joseph Aspdin獲得第一個波特蘭水泥專利。經(jīng)歷一百多年的發(fā)展，形成了龐大的硅酸鹽水泥系列。按中國的水泥分類方法，分為通用水泥系列和特種水泥系列。通用水泥包括硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥。特種水泥包括油井水泥、大壩水泥、快硬水泥、抗硫酸鹽水泥和白水泥等等。硅酸鹽水泥系列的主要特征是熟料礦物組成以C3S為主，該礦物決定了硅酸鹽水泥的基本性能，如強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律等。硅酸鹽水泥是當(dāng)今世界上最主要的建筑用膠結(jié)構(gòu)材料，總產(chǎn)量達(dá)12億噸左右。

基本簡介
    1908年在法國發(fā)表了鋁酸鹽水泥的專利，并于1908年首先進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已形成包括膨脹水泥、自應(yīng)力水泥和耐火水泥在內(nèi)的鋁酸鹽水泥系列，該系列水泥的特征是其熟料礦物組成以CA為主，由此而賦予水泥具有早強(qiáng)耐火等特殊性能?，F(xiàn)在鋁酸鹽水泥主要用于耐高溫澆注材料。在建筑上由于發(fā)現(xiàn)其后期強(qiáng)度倒縮而不再使用。
    二十世紀(jì)70年代，在中國發(fā)明了硫鋁酸鹽水泥。80年代又首創(chuàng)了鐵鋁酸鹽水泥的工業(yè)生產(chǎn)。如果說，我們把硅酸鹽水泥系列產(chǎn)品通稱為第一系列水泥，把鋁酸鹽水泥系列產(chǎn)品通稱第二系列水泥。那么，我們可以把硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥以及它們派生的其它水泥品種通稱為第三系列水泥。該系列水泥的礦物組成特征是含有大量的C4A3 礦物。以此與其它系列水泥相區(qū)別。并構(gòu)成了第三系列水泥的早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿和生產(chǎn)能耗低等基本特點。第三系列水泥在中國已得到廣泛應(yīng)用。
    硫鋁酸鹽水泥是中國建筑材料科學(xué)研究院自主研究發(fā)明的。2000年，我國硫鋁酸鹽水泥產(chǎn)量只有67.25萬噸。到2005年，我國硫（鐵）鋁酸鹽水泥產(chǎn)量達(dá)到了125.3萬噸。目前，我國生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的企業(yè)有30家，全國硫鋁酸鹽水泥產(chǎn)量基本穩(wěn)定在125萬噸左右。

礦物組成

硫（鐵）鋁酸鹽水泥主要是以無水硫（鐵）鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物組成的新型水泥。
表1 硫鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽水泥熟料化學(xué)成分與礦物組成

化學(xué)成分與礦物 組成（%） 品 種	Al2O3	SiO2	CaO	Fe2O3	SO3	C4A3	C2S	C4AF
硫鋁酸鹽水泥熟料	28-40	3-10	36-43	1-3	8-15	55-75	15-30	3-6
鐵鋁酸鹽水泥熟料	25-30	6-12	43-46	5-12	5-10	35-55	15-35	15-30

水泥品種

第三系列水泥通過調(diào)節(jié)熟料、石膏和混合材的摻量，可以獲得若干個性能各異的水泥品種。目前生產(chǎn)的水泥品種有：
（1）硫鋁酸鹽水泥類
快硬硫鋁酸鹽水泥、高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥等5個品種。
（2）鐵鋁酸鹽水泥類
快硬鐵鋁酸鹽水泥、高強(qiáng)鐵鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥等4個水泥品種。

主要性能

①早強(qiáng)高強(qiáng)性能：該兩種快硬水泥不僅有較高的早期強(qiáng)度，而且有不斷增長的后期強(qiáng)度。同時具有滿足使用要求的凝結(jié)時間。12h～1d抗壓強(qiáng)度可達(dá)35～50 MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)6.5～7.5 MPa。3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)50～70 MPa；抗折強(qiáng)度可達(dá)7.5～8.5 MPa。根據(jù)3d水泥膠砂抗壓強(qiáng)度確定水泥標(biāo)號。目前市場出售的水泥標(biāo)量為425#、525#、625# 三種。該兩種水泥已有10～20年的生產(chǎn)歷史。從5～10年水泥和混凝土長期強(qiáng)度結(jié)果可以看出，隨養(yǎng)護(hù)齡期的增長，強(qiáng)度不斷增長，最高強(qiáng)度可達(dá)100 MPa。
②高抗凍性能：該兩種快硬水泥均表現(xiàn)出極好的抗凍性。它具有以下幾個特點：a.在0℃～10℃低溫下使用，早期強(qiáng)度是硅酸鹽水泥的5～8倍。b.在0℃～-20℃負(fù)溫下使用，加入少量防凍劑，混凝土入模溫度維持在5℃以上，則可正常施工?；炷?～7d強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計標(biāo)號的70～80%。c.在正負(fù)溫交替情況下施工，對后期強(qiáng)度增長影響不大。實驗室200次凍融循環(huán)，混凝土強(qiáng)度損失不明顯。抗凍標(biāo)號可達(dá)200#以上。
③耐蝕性能：該兩種水泥對海水、氯鹽（NaCl、MgCl2）、硫酸鹽（Na2SO4、MgSO4、(NH4)2SO4）、尤其是它們的復(fù)合鹽類（MgSO4+ NaCl）等，均具有極好的耐蝕性?？煊茶F鋁酸鹽水泥的耐蝕性優(yōu)于快硬硫鋁酸鹽水泥。從2年耐腐蝕實驗室結(jié)果可以看出，耐蝕系數(shù)均大于1，明顯優(yōu)于高抗硫硅酸鹽水泥和高鋁水泥。
④高抗?jié)B性能：該兩種水泥的水泥石結(jié)構(gòu)較致密，因此混凝土抗?jié)B性是同標(biāo)號硅酸鹽水泥混凝土的2～3倍。
⑤鋼筋銹蝕：該兩種水泥由于水化液相堿度不同，鋼筋銹蝕情況不完全一樣?？煊擦蜾X酸鹽水泥由于堿度低（pH<12），鋼筋表面形不成鈍化膜，因此對保護(hù)鋼筋不利。在早期拌合的混凝土中，由于含有較多的空氣和水分，因此使混凝土鋼筋早期有輕微銹蝕。隨著齡期增長，空氣和水分逐漸減少和消失。因混凝土結(jié)構(gòu)致密所以后期銹蝕情況無明顯發(fā)展。實驗室混凝土鋼筋埋件和水泥制品長期齡觀察結(jié)果（10年）均證明了這一點。如果在混凝土中加入少量堿性外加劑（NaNO2等）和高強(qiáng)硫鋁酸鹽水泥，則早期也完全無銹蝕。對于快硬鐵鋁酸鹽水泥，由于水泥水化液相堿度較高（pH>12），鋼筋表面形成類似硅酸鹽水泥混凝土的鈍化膜。極化曲線快速測定和實驗室常規(guī)檢驗均表明、快硬鐵鋁酸鹽水泥對鋼筋無銹蝕。綜上所述，該兩種快硬水泥耐久性均較好。

主要用途

硫（鐵）鋁酸鹽水泥系列單獨使用或配合ZB型硫（鐵）鋁酸鹽水泥專用外加劑使用，廣泛應(yīng)用于搶修搶建工程、預(yù)制構(gòu)件、GRC制品、低溫施工工程、抗海水腐蝕工程等：
① 具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的特點，其3天強(qiáng)度相當(dāng)于同標(biāo)號硅酸鹽水泥的28天強(qiáng)度，適用于搶修搶建工程；
② 由于該水泥系列強(qiáng)度發(fā)揮快，因此在預(yù)制構(gòu)件中應(yīng)用可省去蒸養(yǎng)的能源費用；
③ 低堿鋁酸鹽水泥水化漿液PH小于10.5，特別適用于玻璃纖維制品（GRC）；
④ 具有抗凍性能好，廣泛應(yīng)用于冬季低溫施工的工程；
⑤ 抗?jié)B、耐海水腐蝕性能大大優(yōu)于硅酸鹽水泥，適用于海洋建筑工程;
⑥ 對有害廢棄物的固結(jié)具有特殊效能等優(yōu)越性能，適用有害、有毒廢棄物的固化處理。

發(fā)展前景

    在特種水泥推廣過程中，通常遇到連續(xù)性、大批量生產(chǎn)與間隙性、小批量使用之間的矛盾，從而造成在實驗室研究出的水泥品種很多，但能工業(yè)化長期生產(chǎn)的卻寥寥無幾。因此在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，為使水泥混凝土具有某種特殊性能，主要是采用在大批量生產(chǎn)的硅酸鹽水泥中摻加外加劑的辦法，然而，這種方法有一定局限性。在很多情況下不能達(dá)到用戶所要求的性能，還必須走燒制特定礦物組成熟料的技術(shù)道路。
    在我國，資源分布廣，動力便宜，水泥工業(yè)在較小規(guī)模下生產(chǎn)仍有經(jīng)濟(jì)價值，所以具有改變熟料礦物組成來發(fā)展特種水泥的良好社會條件。
第三系列水泥在中國已成功地應(yīng)用于各種建筑工程（尤其是冬季施工工程）、海港工程、地下工程，各種水泥制品和預(yù)制構(gòu)件，如水泥壓力管、高強(qiáng)樁、大型梁柱以及各種GRC制品。廣闊的使用范圍為水泥常年均衡生產(chǎn)提供了條件，很好地解決了生產(chǎn)與使用的矛盾。
    目前，我們正在進(jìn)一步開發(fā)其用途，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，第三系列水泥的市場將愈來愈大?，F(xiàn)在已經(jīng)開始批量出口，在國際市場上有很強(qiáng)的競爭力。特定的社會條件使中國的第三系列水泥具有良好的發(fā)展前景。


國家標(biāo)準(zhǔn)

GB 20472-2006 硫鋁酸鹽水泥