防渗混凝土铁铝酸盐水泥运用

1前言

1974年，中国建筑材料科学研究院的技术人员在对无水硫铝酸盐进行研究的基础上，发明了以硫铝酸钙(CS)和硅酸二钙(C2S)为主要矿物的硫酸盐水泥，1987年，又采用铁矾土研制成功了以硫铝酸钙(C，s)、硅酸二钙(CS)和铁相(CF或C,AF)为主要矿物的铁铝酸盐水泥。铁铝酸盐水泥的矿物组成特征是以其含有大量的硫酸盐矿物(CA)而区别于其它水泥，并由此构成了铁铝酸盐水泥早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐腐蚀、低碱性和生产能耗低等基本特点。

2铁铝酸盐水泥混凝土的配制材料

2．1铁铝酸盐水泥的定义

铁铝酸盐水泥是以适当成份的石灰石、矾土(铁矾土)和石膏为原料低温(1300～1350％)煅烧而成的以C4AS、C，S和C4AF为主要矿物组成的熟料，通过掺加适量混合材(石膏)等进行共同粉磨所制成的。其水化产物主要由钙矾石、单硫型水化硫铝酸钙、铝胶和铁胶等组成。

2．2铁铝酸盐水泥的技术性能

铁铝酸盐水泥的比重与硅酸盐水泥相比较低，一般波动范围在2．482．94之间。水泥的粉磨细度也较高，大大超过了硅酸盐水泥的指标要求，由于铁铝酸盐水泥细度较高，水化速度快，因此造成混凝土的塌落度损失过大，将会给混凝土的施工操作带来困难。铁铝酸盐水泥的初终凝结时间比较硅酸盐水泥快得多，一般其初凝时间在30～50min之间，终凝时间在40～90min之间，而且初终凝时间之差一般较硅酸盐水泥短得多。

2．3集料

铁铝酸盐水泥混凝土对集料的要求与普通水泥混凝土对集料的要求基本上是一致的。在用铁铝酸盐水泥制备高强混凝土的，粗集料宜选用密实坚硬的石灰岩或深层火成岩。最大料径不超过20mm；细集料除了要求砂的细度模数外，还需严格控制含泥量，含泥量过高将会对混凝土的强度和其它性能产生不利的影响。值得说明的是，目前碱活性集料在我国一些地区分布较广，一些工程已经发生了由于混凝土的碱一集料反应而产生的破坏，铁铝酸盐水泥能有效地抑制活性石英玻璃的碱一硅酸盐反应膨胀及高活性白云质石灰岩的碱一碳酸盐反应膨胀。因此，在不得不使用碱活性集料的场合，采用铁铝酸盐水泥可以作为防止碱一集料反应破坏发生的一种有效技术手段。

2．4关于铁铝酸盐水泥混凝土的配合比设计

铁铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥相比在性能上有明显的差别，它的初凝时间较短，其拌合物的坍落度损失也较快，但早期强度发展迅速，因此在进行铁铝酸盐水泥混凝土配合设计时除了应满足混凝土的强度要求外，还必须考虑混凝土的施工操作性能，包括混凝土的初凝时间、坍落度和坍落度损失的控制。铁铝酸盐水泥以3d龄期定为水泥标号，其混凝土早期强度的发展比普通水泥混凝土高很多，因此普通水泥中强度与W／C的对应关系不适应于铁铝酸盐水泥混凝土。铁铝酸盐水泥的理论水灰比约为0．44，远高于硅酸盐水泥的理论水灰经，因此在用铁铝酸盐水泥配制高标号混凝土时，由于水灰比一般较低，将会有相当一部分水泥颗粒不能水化，很难得到硬度与水灰比之间所对应关系。用铁铝酸盐水泥配制高强混凝土必须根据现场施工的具体情况通过试配确定。已有的工程实践和试验室经验可作为试配的依据。

3铁铝酸盐水泥混凝土的抗渗性物理力学性能

为了考察铁铝酸盐微膨胀水泥混凝土的抗渗性能与其它类型的混凝土进行了对比，试验结果见表1，铁铝酸盐水泥混凝土的抗渗性之所以好，是因为该水泥硫铝酸钙水化产物在受到水化空间等邻位限制的条件下，向各孔隙延伸发展，使得未来的通道一一断开。除此以外，铁胶和铝胶类水化产物不断填充空隙，这种双重作用的叠加，使得混凝土的孔隙率降低，最可几孔径向小孔径漂移。铁铝酸盐水泥混凝土的抗渗性优于防水剂混凝土的原理即是如此铁铝酸盐水泥剂混凝土在其自身的膨胀过程中受到各种限制的内部机制发生了与防水剂混凝土不同的变化，各水化物之间相互挤压，获得相互连生、搭连，从而具有较高的抗裂性和抗渗性。通过试验结果表明，由于早期强度高，其3—7d的抗渗能力与硅酸盐水泥混凝土28d的抗渗能力相当。龄期为7d的掺外加剂的铁铝酸盐水泥高强混凝土逐级加至15kg／cm时试件的平均透水高度仅为1cm。

4铁铝酸盐微膨胀水泥混凝土的性能

4．1不同养护条件下混凝土的抗压及抗折强度

表2是LT厂生产的铁铝酸盐微膨胀水泥混凝土在不同养护条件下的抗压和抗折。从表中的数据可知，混凝土的早期强度增长较快。与硅酸盐水泥混凝土相比，其抗折强度的早强效果尤为明显，这对工程施工中防止或避免早期裂缝的产生有一定的益处。铁铝酸盐水泥微膨胀混凝土的强度比较稳定，受养影响较小，尤其是抗折强度较高，说明其断裂韧性优良。不过，在水中养护的混凝土后期的抗折强度要高一些。抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)养护条件3d7d28d3d7d28d自然养护34．86162．O4．87．88．O标准养护39．962．966．65．18-2702水中养护34．163．268．14．68．5I1．4水养14d转干空34．163．267．84．68．510．5注：混凝寸=的配合比为：水泥：砂：石：水=l：l78：2．63：o．4。

4．2微膨胀混凝土的变形行为

结构物的开裂大多数是属于变形变化(温度、收缩、不均匀沉陷)引起的。普通混凝土在自身强度发展过程中，伴随着几种收缩，这些收缩变形是引起结构物开裂的主要原因之一。由于普通混凝土的干缩远大于其限拉伸率，因此普通混凝土本身不能克服这一缺点。自从补偿收缩混凝土问世以来，借助膨胀水泥中膨胀水化产物的膨胀性能，在一定程度是克服了混凝土的干缩开裂。

4．3微膨胀混凝土28d内的变形特性

为了进行比较，对不同养护条件下的混凝土在限制条件下的变形进行了测定，混凝土试件成型后先放入水中，7d后必须入干空室，相对湿度为60％，普通混凝土在水化早期放入水中生产生一定的湿胀，一旦放入干空室，其干缩迅速达到并超过混凝土的拉伸极限值。而还残留有较高的正变形。相对正变形(限制膨胀)为4x10左右。作为补偿收缩混凝土，铁铝酸盐水泥微膨胀混凝土是优质的。水中养护的膨胀较大，标准养护次之，自然养护较小。干湿循环养护时，试件出水后开始收缩，28d时试件的尺寸仍大于自然养护的试件。

4．4长龄期混凝土的胀缩特性

判断混凝土补偿收缩能力的主要依据是其长期干湿循环条件下的变形情况，我irish道普通混凝土在干湿循环条件下，结构尺寸渐超于某一稳定点，这个稳定点对初始尺寸是负变形，并且超过混凝土的极限变形。铁铝酸盐微膨胀水泥混凝土在水中养护一个月后放入干空室(20+3℃，相对湿度60％)让其充分干缩(时间为1年)，然后放置于水中养护(时间也为1年)，一年后再置于干空室干缩。铁铝酸盐微膨胀水泥混凝土水中养护置于干空室后仍会干燥收缩，而且有一定的落差。第三次回水养护后，试件的膨胀恢复非常迅速。虽最终并未恢复到原有的膨胀水平，但再次干燥收缩时，则有一个突出的特点，第二次干缩的落差很小，干缩速率变慢，且经一年干缩后试件尺寸趋于稳定，基本不再收缩。这个趋于稳定的状态处于正变状态，甚至高于第一次干缩后的状态。工程实践中将铁铝酸盐水泥混凝土作补偿收缩结构材料时，露天结构由于在干湿交替变化的条件中，该混凝土仍然处于正变状态。不会导致结构开裂。其次，用于温湿度变化很小的地下工程，结构更加稳定，由于铁铝酸盐水泥的膨胀而产生的自应力以及水化产物的纵横连生，结构会更加致密。

5结论

铁铝酸盐水泥的性能特点与传统的硅酸盐水泥相比有着明显的差别，既有优点又有缺点，如早期水化热过于集中对早期强度的发展有利，但对于大体积混凝土温度裂缝的控制的确有不利的一面。不过，在具体的使用条件下，不利条件可以转化为有利条件，只要措施得当，在大体积混凝土有防渗要求的混凝土工程中应用铁铝酸盐水泥会比使用普通硅酸盐水泥取得更好的技术效果。

铁铝酸盐水泥的初凝时间比硅酸盐水泥快，在进行混凝土的连续施工作业时应掺加专用的#t-,~nN以控制混凝土的凝结时问和和易性。铁铝酸盐水泥总水化热量虽然不比硅酸盐水泥高，但70～80％集中在1224h之间释放，混凝土的早期水化热相当高。因此应避免在炎热气候下进行大体积混凝土的施工，因为如果混凝土拌合物的温度太高，水泥早期集中水化后造成混凝土内部升温过高，影响混凝土的质量。再者，铁铝酸盐水泥的强度发展规律与硅酸盐水泥不同。采用铁铝酸盐水泥施工可以及早脱模，加快施工进度。最后，铁铝酸盐微膨胀水泥具有补偿收缩的作用效果，从而可以减少混凝土的开裂。