[科普中国]-调凝水泥

调凝水泥是一种超速早强水泥，是在含氧化铝较高的水泥生料中掺人1%~2%的氟化物，经1275~1400℃烧成熟料，再加人适量石膏一起磨细而成。主要矿物组成中，氟铝酸钙含量可达30%，铁铝酸盐含量较低，硅酸钙含量与一般硅酸盐水泥相近。凝结硬化很快，1h抗压强度可达5~10MPa，主要用于抢修、堵漏等应急工程。

调凝水泥的生产调凝水泥是Greening等人发明的改性波特兰水泥。这种特种水泥含有相当数量的三元化合物11CaO.7Al2O3.CaX，式中X是卤素，即氟、气、 溴或碘。这种水泥很适用于要求快凝和早强的地方，如预制某些构件、飞机跑道的修补等。

调凝水泥通常由波特兰水泥加入5~30%的卤素铝酸盐化合物而成。调凝水泥早期强度高是钙矾石迅速形成之故。从成本、毒性、潜在的风化和腐蚀等观点来看，最好的卤素铝酸钙是11CaO.7Al2O3.CaF2。调凝水泥可将磨细的11CaO.7Al2O3.CaF2与波特兰水泥混合而得，也可用萤石作原料直接生产含氟铝酸盐化合物的硅酸盐水泥熟料。调凝水泥含SO2比波特兰水泥的多，因为氟铝酸盐要求外加SO2以便生成钙矾石。1

水泥特性试验为评价喷射混凝士的特性，拟定了试验计划。先把含不同掺量速凝剂的混凝士喷在竖直的和水平的板模中。然后从板件中切割出试样，进行试验，以测定其力学性质。实验中所使用的是市场已出现的有代表性的Challenge-Cook湿喷机和Eimco干喷机。实验鉴定了两种速凝剂和一种调凝水泥。为了测定喷射混凝土的厚度和层次对强度的影响， 研究了5厘米和15厘米两种喷射混凝土厚度。

通过试验得到了以下特性：抗压、抗弯和抗剪强度；割线、切线模数；泊松比；气体渗透性；喷射混凝土对煤、页岩和砂岩的抗剪粘结强度和抗拉粘结强度。除抗弯实验仅用两个15厘米厚的试件外，其它各类实验均用三个试件。还分析了以下数据：性质变化数据;喷射混凝士混合物与各养护期之间的关系数据。也评定了每个数据的标准误差和偏差系数，因为每块喷射混凝土试验板所用材料的大小有些差别。进行分析时， 每项数据最少要采用三个试件的平均值。 最后用统计法分析所得到的数据，以便揭示喷射混凝土和一般混凝土之间的差别及使用附加剂的特性。1

喷射混凝土用压风把水泥浆喷射到建筑物表面的概念已形成70多年了，但只是在最近的10~15年，喷射混凝土在隧道掘进中应用才令人重视。喷射混凝土大部分的进展都出自欧洲，但在美国也开始受到相当的重视。可以预料，其后的主要进展可能就出现于美国。从本质上说，喷射混凝土就是用压风喷出混凝土，但就这因素也会导致材料设计的复杂性。因为喷射混凝士不用模板，所以混凝士组份的粘结作用必须良好。一般说来，喷射混凝土一次只能喷射5.1~7.6厘米厚。此外，喷射混凝士的凝结时间必须较短，否则，将不能对岩石表面提供快速支护。因此，施工中需用速凝剂或快凝水泥。另外，因为有回弹，所以喷到现场的材料量总是少于混合物料的量。这不仅损失了20~30%的材料，而且也使喷.上去的混凝土改变了配比。

正象混凝士的施工方法会影响其成份一样，所用的材料也含有要求改革工艺的意思。 例如，使用快凝水泥或速凝剂就要求水或速凝剂与集料和水泥的混合必须在喷嘴附近进行。在掘进机掘进的隧道中使用喷射混凝士也含有一定程度的自动化的意思。2

调凝水泥的水化水灰比为0.4的典型调凝水泥浆体3小时水化热为163J/g，7天水化热增加到368J/g。在开头几分钟，游离石灰溶解，硬石膏和半水石膏水化，水化铝酸钙和单硫铝酸盐开始形成。钙矾石在1小时内形成，单硫铝酸盐在2~6小时形成，而C-S-H凝胶则在1~16小时形成。C3S 约在10小时水化热最大。非蒸发水的测定表明，化合水量是理论化学结合水总量的60~80%。从1h~7d，浆体中钙矾石量估计约为18~25%。单硫铝酸盐的含量1小时约为10%，一天约增加到15~25%。调凝水泥浆体中阿利特一天约水化65~70%， 7天约水化80~95%。据认为，氟化物束缚在Al(OH)2F中，可能形成氟化物置换的钙矾石和分子式为CsA.CaX2.nH2O的卤素铝酸盐水化产物。2

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黄伦先 - 副教授 - 西南大学