引言

硅酸鹽水泥中摻入石膏是調控水泥凝結時間的重要措施，但是在有的地區，石膏儲量低或者品質差(如脫硫石膏中氯離子含量過高)，制約了硅酸鹽水泥的生產。采用其他材料替代石膏調控硅酸鹽水泥的凝結時間，制備無石膏硅酸鹽水泥是解決此類問題的途徑之一。無石膏水泥具有獨特的性質，也可做特殊用途，如用木質素磺酸鈣-碳酸氫鈉混合物替代石膏制備的硅酸鹽水泥，可以降低水泥標稠需水量，并有利于提高與萘系外加劑的適應性。無石膏水泥還可用于固化處理Pb2+、Cr⁴、CI等有害離子。但采用其他化學組分完全取代石膏制備的無石膏水泥，存在水化產物與普通硅酸鹽水泥差異大，質量不穩定，成本過高等弊端，在 生產中無法推廣應用，其研究目前較少。而除了無石膏水泥，采用少加石膏，利用緩凝劑調節緩凝效果，制備緩凝劑少石膏水泥(retarder low gypsum cement，RLGC)，可以在不改變水泥水化產物種類的基礎上，對其性能進行調節，以滿足缺石膏或石膏品質差地區水泥生產的需要，但目前有關此 方面的研究還鮮有報道。

通過試驗制備了性能滿足GB 175-2007標準要求的緩凝劑少石膏硅酸鹽水泥，采用緩凝劑少石膏水泥和P·O 42.5R水泥分別配制C40混凝土，對其流動性、強度和耐久性進行了對比分析，為緩凝劑少石膏水泥的應用提供借鑒。

1.1 原材料及配合比

所用水泥為自制緩凝劑少石膏水泥(RLGC)和冀東海德堡(涇陽)水泥有限公司生產的P·O 42.5R水泥，其化學組成和性能分別見表1和表2。

混凝土所用石子為1~3碎石，砂為Ⅱ區中砂，減水劑為陜西科之杰新材料有限公司生產的聚羧酸減水劑。

為對比兩種水泥對混凝土性能的影響，分別拌制C40混凝土，配合比見表3。

1.2 試驗方法

混凝土坍落度和擴展度按GB/T50080-2016測試，混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度按GB/T50081-2002測試，混凝土碳化和電通量實驗按GB/T50082-2009測試。

采用日立SU8010型掃描電鏡(SEM)觀察不同齡期試樣的微觀形貌。

2.1 水泥性能

緩凝劑少石膏水泥(RLCC)與P·O 42.5R水泥性能的比較在表2中列出。從表2可以看出，RLGC水泥的初凝時間和終凝時間略有提前，與P·O 42.5R水泥非常接近。

而RLGC水泥的3d和28d抗折強度和抗壓強度均比P·O 42.5R水泥低，但兩者相差不大。同時，兩種水泥的標準稠度需水量基本相同，安定性均合格。由此可以看出，所配制的RLGC水泥各項性能指標均符合GB 175-2007標準的要求，可以用于混凝土的配制。

2.2 混凝土拌合物流動性

采用RLGC水泥和P·O 42.5R水泥分別拌制混凝土，測定混凝土拌合物的初始和60min的坍落度和擴展度，試驗結果見圖1和圖2。

從圖1可以看出，RLGC水泥配制的混凝土初始坍落度比P·O 42.5R水泥配制的混凝土略低，但是60min時，其坍落度保留值高于P·O 42.5R水泥拌制的混凝土。從圖2中也可看出，RLGC水泥配制的混凝土初始擴展度與P·O 42.5R配制的混凝土基本相同，但是60min時，其擴展度保留值高于P·O 42.5R水泥拌制的混凝土。這說明RLGC水泥具有更好的流動性保持能力。分析其原因，可能是由于RLGC水泥石膏含量較低，因此早期生成的鈣礬石數量少，而生成鈣礬石時需要結合大量的結晶水(每個分子含有32個結晶水71)；另一方面，RLGC水泥中本身含有緩凝成分，可以延緩初期水泥的水化，也具有提高流動度保持能力的作用。

2.3 混凝土強度

用RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制混凝土，成型立方體混凝土試件，標準養護7d、28d和60d后，分別測試抗壓強度，試驗結果見圖3。

從圖3可以看出，RLGC水泥配制的混凝土7d、28d和60d抗壓強度均低于P·O 42.5R水泥配制的混凝土。7d抗壓強度偏低8.9%，但28d和60d兩種水泥配制混凝土的抗壓強度差距逐漸縮小。這是由于RLGC水泥中含有一定的緩凝組分，與減水劑存在協同效應，會延緩水泥的早期水化，使混凝土的早期強度降低，而后期隨著水化程度的不斷發展，新形成的水化硅酸鈣凝膠數量不斷增多，兩者的強度逐漸接近。

2.4 混凝土耐久性

滲透性和抗凍性是反映混凝土耐久性能的重要指標。分別測試RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制混凝土的電通量和130次凍融循環質量損失率，試驗結果見表4。

從表4可以看出，與P·O 42.5R水泥相比，RLGC水泥配制混凝土的電通量至稍有增大，但均加幅度為16%，說明其抗離子滲透性略差。從表4還可以看出，與P·O 42.5R水泥相比，RLGC水泥配制混凝土130次凍融循環質量損失率略有稍大，說明其抗凍性也略差。因此，RLGC水泥在用于有抗離子滲透性要求和抗凍性要求的工程時應謹慎使用。

對RLGC水泥和P·O 42.5R水泥配制的混凝土，標準養護28d后，分別測定不同碳化時間的碳化深度，試驗結果見圖4。

從圖4可以看出，碳化時間7d時，RLGC水泥配制的混凝土碳化深度明顯高于P·O 42.5R水泥配制的混凝土。但碳化時間為14d和28d時，兩者的碳化深度差異顯著縮小，最終趨于相同。說明RLGC水泥配制的混凝土早期抗碳化能力較差。

孔結構是影響混凝土耐久性的重要因素，測定水化RLGC水泥和P·O 42.5R水泥制備水泥凈漿試件7d和60d的掃描電鏡照片，試驗結果見圖5。

從圖5可以看出， RLGC水泥石7d時孔隙數量明顯多于P·O 42.5R水泥石，而到60d時兩者密實度差異不大。這是因為RLGC水泥中的緩凝組分使混凝土早期水化延緩，因此早期結構中孔隙增多，使環境中的二氧化碳和水分更容易滲入混凝土內部較深的地方，因此導致混凝土早期碳化值顯著增大。而隨著水泥礦物成分的不斷水化，新生成的水化硅酸鈣等水化產物不斷堵塞毛細孔隙，同時，已經碳化部分形成的碳酸鈣也會堵塞混凝土中未完全充滿水的毛細孔隙，這兩方面的原因使碳化速度減慢，最終與對比混凝土試件的碳化速度趨于相同。

通過對比試驗研究了RLGC水泥與P·O 42.5R水泥對混凝土拌合物性能、力學性能和耐久性影響的差異，從研究中可以得到以下結論：

(1)RLGC水泥對混凝土拌合物初始流動性影響不大，但60min時具有更高的坍落度和擴展度保留值；

(2)與P·O 42.5R水泥混凝土相比，RLGC水泥配制的混凝土7d抗壓強度偏低，但不到10%，隨著齡期發展，兩者抗壓強度差距逐漸縮小，60d時RLGC水泥混凝土的抗壓強度已經接近P·O 42.5R水泥混凝土；

(3)RLGC水泥配制的混凝土滲透性和抗凍性與P·O 42.5R水泥混凝土差異不大，碳化7d時碳化深度顯著高于P·O 42.5R水泥混凝土，但碳化時間超過14d后，兩者碳化深度趨于相同。

作者：楊勇1，張林1，伍勇華2，齊昭棟2，姜春英1

所屬：1冀東海德堡(涇陽)水泥有限公司；2西安建筑科技大學材料科學與工程學院

來源：《中國水泥》

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