朱效甲 ,朱玉杰 ，朱效濤 ，劉念杰 ，張秀娟 ，朱效兵 ，朱燕鳳 ，劉蓉梅 ，張世榮

（1.濟南市杰美菱鎂建材研究所，山東 濟南 250031；2.德州美德建材有限公司，山東 德州 253000）

0　引言

硫鋁酸鹽系列水泥是我國特種水泥行業(yè)的一個重要分支，有快硬硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥、自應力硫鋁酸鹽水泥和膨脹硫鋁酸鹽水泥等，是我國具有自主產(chǎn)權(quán)的特種水泥品種，由中國建筑材料研究院研制成功，至今40余年，因具有早強、高強、低徐變、低收縮、微膨脹、堿度低（pH值10～10.5）、抗?jié)B、抗凍融、耐腐蝕等一系列優(yōu)異功能，廣泛應用于GRC制品、自應力水泥壓力管及抗堵漏、搶修搶險等特殊工程。但其也存在著水化熱釋放集中、水化熱量大后期強度微倒縮現(xiàn)象，因此以硫鋁酸鹽水泥為膠結(jié)料制作建筑裝飾板材的研究資料較少。本試驗以改性硫鋁酸鹽水泥為膠結(jié)料，通過傳統(tǒng)的輥壓板材生產(chǎn)線生產(chǎn)的改性復合硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材，解決了以往桂硅酸鈣板生產(chǎn)存在的問題，產(chǎn)品滿足JC/T626-2008《纖維增強低堿度水泥建筑平板》及Q0105JML005-2017《建筑用SAC輕質(zhì)板材》的技術(shù)要求。

1　試驗

1.1　原材料

（1）硫鋁酸鹽水泥由河北唐山六九水泥有限公司生產(chǎn)。

（2）粉煤灰由青島熱電廠提供的Ⅱ級干排灰。

（3）尾礦粉（CaCO3），CaCO3含量≥98%，細度80～100目，含水率≤1.8%，建材市場采購。

（4）鋸粉：落葉松木加工時的下角料。含水率≤15%，細度過20目篩，無霉爛變質(zhì)，含土量≤3%。

（5）聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纖維，由江蘇常州市天怡工程纖維有限公司提供。

（6）JM-2高效減水劑，白色粉末，減水率30%，自制。

1.2　試件制備、測試方法及主要檢測儀器設備

1.2.1膠結(jié)料力學性能測試

膠結(jié)料力學性能測試按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢測方法》進行測試，試件規(guī)格160 mm×40 mm×40 mm。

板材抗折強度及抗折軟化系數(shù)測試按照JC/T646-2006《玻鎂風管》進行檢測，試件規(guī)格250 mm×250 mm×10 mm。

1.2.2凈漿流動度測試

凈漿流動度測試參照GB/T50448-2008《水泥基灌漿材料技術(shù)規(guī)范》附錄A進行測試，基準配方：m(水泥）:m(H2O)＝1:0.36，基礎(chǔ)流動度為（70±1） mm。

1.2.3板材握螺釘力測試

板材握螺釘力測試按照GB/T33544-2017《玻鎂平板》附錄C規(guī)定進行檢測，試件規(guī)格50 mm×50 mm×10 mm。

1.2.4試驗用主要檢測設備儀器

（1）WDW—20微機控制電子萬能材料試驗機，濟南鑫光試驗機制造有限公司；

（2）XJJ-5型簡支梁沖擊試驗機，沖擊能量2、4、5（J)，北京金盛鑫檢測儀器有限公司；

（3）101—2A型電熱鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；

（4）水泥凈漿流動模，規(guī)格型號：XN-36×60×60，紹興市新能儀器設備有限公司制造。

2　結(jié)果與分析

2.1　尾礦粉（CaCO3）摻量對硫鋁酸鹽水泥性能的影響（表 1）。

表1　尾礦粉（CaCO3）摻量對硫鋁酸鹽水泥抗壓強度的影響

由表1可以看出，用尾礦粉代替部分水泥，其強度出現(xiàn)先提高后降低的現(xiàn)象，從試驗數(shù)據(jù)看，摻加10%的尾礦粉時，試件各養(yǎng)護齡期的強度皆高于空白對比試件，摻加20%尾礦粉時，其強度和對比空白試件持平，摻量超過20%后，試件早期強度逐漸下降，但養(yǎng)護到28 d時，即使摻加30%的尾礦粉，其強度仍然高于空白對比試件，摻量超過30%后，28 d的強度開始下降，說明摻加過多的尾礦粉會影響到試件的早期強度和終期強度，摻量過高，微顆粒效應降低，體系中水泥含量相對減少，膠結(jié)性能下降，因此尾礦粉的摻量應控制在水泥質(zhì)量的30%以內(nèi)較適宜。

2.2　粉煤灰（FA)對硫鋁酸鹽水泥力學性能的影響（表 2）。

由表2可以看出，在試驗范圍內(nèi)，隨著粉煤灰摻量的增加，其抗壓強度同樣出現(xiàn)先提高后降低的現(xiàn)象，摻量為水泥質(zhì)量的10%時，28 d強度比空白試件提高了7.49%，當摻量為水泥質(zhì)量的20%時，試件1 d、3 d和28 d強度比對比試件分別下降了25.07%、28.52%和24.48%，強度下降明顯，分析原因：（1）隨著粉煤灰摻量的提高，試件中水泥含量相對減少，降低了膠凝性能從而導致強度下降；（2）粉煤灰對水泥混凝土強度的貢獻主要在于其活性效應。由于硫鋁酸鹽水泥漿液堿度較低 （PH值10～10.5），粉煤灰的活性沒有很好地激發(fā)，不能充分發(fā)揮其火山灰效應，摻量越多，水泥強度影響越大，所以硫鋁酸鹽水泥中的摻合料粉煤灰不宜高。

表2　粉煤灰（FA)摻量對硫鋁酸鹽水泥抗壓強度的影響

2.3　干細鋸粉對硫鋁酸鹽水泥性能的影響

為了提高水泥制品韌性，降低制品的密度，需要在配方中添加適量的干細鋸粉來滿足其特殊功能要求，試驗了干鋸粉對硫鋁酸鹽水泥性能的影響，結(jié)果見表3。

表3　干細鋸粉對硫鋁酸鹽水泥表觀密度及抗壓強度的影響

由表3可以看出，硫鋁酸鹽水泥中摻加干細鋸粉后，試件表觀密度、抗壓強度和鋸粉摻量呈線性負相關(guān)性。當干細鋸粉摻量為0、6%、10%、15%和20%時，試件養(yǎng)護1 d的抗壓強度分別為32.43 MPa、26.88 MPa、19.70MPa、13.53MPa和7.85MPa,依次是不摻加鋸粉強度的100%、82.88%、60.75%、41.22%和24.21%；養(yǎng)護3 d 的強度分別是 41.48 MPa、33.86 MPa、21.22 MPa、13.6 MPa和9.33 MPa，依次是不摻鋸粉強度的100%、81.63%、51.16%、32.78%和22.49%； 養(yǎng)護28 d的 強 度 分 別 是 47.80 MPa、42.55 MPa、27.38 MPa、17.05 MPa和9.97 MPa，依次是不摻加鋸粉試件強度的100%、89.02%、57.28%、35.67%和20.86%。從以上數(shù)據(jù)看，硫鋁酸鹽水泥中摻加不同數(shù)量的干細鋸粉后，各養(yǎng)護齡期的強度下降幅度都很大，且具規(guī)律性。分析強度下降的原因：①Matthew Aro在水泥木絲板（WSCB)的研究時發(fā)現(xiàn)，一些樹種如榿木和落葉松因含有過多妨礙水泥固化速度的丹寧酸和糖分，對水泥強度的發(fā)揮影響較大。②隨著干細鋸粉摻量的增加，料漿中因鋸粉而握裹進去的空氣也越多，使試件密度隨之降低，孔隙率增加，試件強度下降，因此硫鋁酸鹽水泥制品中不宜摻加太多的細鋸粉，同時對所用鋸粉材質(zhì)也要有所選擇性。

2.4　聚乙烯醇（PVA)纖維對硫鋁酸鹽水泥性能的影響

聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纖維對比其它纖維具有高強、高模、耐酸堿腐蝕、無毒無污染等優(yōu)點，可有效提高混凝土抗彎、抗拉強度和韌性，廣泛應用于水泥基材料中。試驗采用江蘇常州天怡工程纖維有限公司提供的PVA纖維作為增強增韌材料進行研究，結(jié)果見表4。

由表4可以看出，隨著纖維摻量的提高，試件抗折強度逐漸提高。當纖維摻量分別是0、0.3%、0.5%、0.8%和1.2%時，試件養(yǎng)護1 d的抗折強度分別 是 5.35 MPa、6.91 MPa、7.42 MPa、7.55 MPa 和7.74 MPa，依次分別是未摻加PVA纖維對比試件的100%、129.7%、138.69%、141.12%和144.67%， 試件養(yǎng)護28 d的抗折強度分別是7.71 MPa、8.53 MPa、8.68 MPa、8.98 MPa 和 9.67 MPa，依次分別是未摻加 PVA纖維試件的 100%、110.64%、112.45%、116.47%和125.42%。試件破型過程中，沒有摻加纖維的試件，折斷速度快，迅速斷為兩截，位移曲線沒有延伸過程，摻加纖維的試件，纖維束從斷頭規(guī)律抽出，位移曲線平緩延伸，說明PVA纖維直徑較小，根數(shù)相對較多，在試件斷裂過程中起到了更好的橋接作用，提高了抗折強度。從抗壓強度看，而摻加纖維后明顯地提高了試件的抗壓強度，當摻量為水泥質(zhì)量的0.8%時，養(yǎng)護28 d的抗壓強度比對比空白試件提高了28.41%，再增加摻量，強度增長平緩。許多文獻表明：多數(shù)有機纖維摻入無機膠凝材料中，對抗折強度提高幅度較大，對減小折壓比、提高制品的韌性很有幫助，但大幅度提高抗壓強度的文獻資料少見，大幅提高混凝土抗壓強度的機理有待進一步研究。

表4　聚乙烯醇（PVA)纖維對硫鋁酸鹽水泥強度的影響

2.5　減水劑對硫鋁酸鹽水泥性能的影響

2.5.1減水劑對硫鋁酸鹽水泥凈漿流動度的影響

由圖1可以看出，隨著減水劑摻量的增加，凈漿流動度逐漸提高，當減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%時，凈漿流動度是未摻減水劑對比試件的423.57%，流動度提高非常明顯，隨著減水劑摻量的增加，當減水劑摻量超過1%后，流動度曲線變得平緩，說明JM-2減水劑在硫鋁酸鹽水泥中的摻量為1%較合適。

2.5.2減水劑摻量對硫鋁酸鹽水泥強度的影響

圖1　減水劑對硫鋁酸鹽水泥凈漿流動度的影響

由表5可以看出，硫鋁酸鹽水泥中摻加JM-2減水劑后影響如下：①提高早期強度：當減水劑摻加水泥質(zhì)量的0.5%時，試件1 d、3 d的抗壓強度分別是28 d強度的97.29%和99.28%，具有明顯的早強性。②摻加量0～1%時，試件各養(yǎng)護齡期的強度逐漸提高，當摻量＞1%時強度有所下降，說明JM-2減水劑的摻量不宜超過1%。③減水劑摻加0～1%時，水灰比由0.36降低到0.27，用水量減少25.0%，用水量的減少，試件內(nèi)部的孔隙率隨之減少，密實度增加，強度得以提高。

表5　減水劑對硫鋁酸鹽水泥水灰比及強度的影響

3　玻璃纖維增強硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材性能

結(jié)合上述研究結(jié)果，利用輥壓成型方法生產(chǎn)的玻璃纖維增強硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材，經(jīng)國家建筑材料監(jiān)督檢驗測試中心檢測，檢測結(jié)果見表6。

由表6可以看出，玻璃纖維增強硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材，通過對膠凝材料實施改性技術(shù)，技術(shù)指標達到Q/0105JML005-2017要求，能夠滿足工程使用要求。

表6　玻璃纖維增強硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材性能檢測結(jié)果

4　結(jié)語

（1）用尾礦粉（CaCO3）代替部分水泥，試驗范圍內(nèi)其強度先提高后降低，摻量為水泥質(zhì)量的20%時，強度和空白對比試件持平，再增加摻量，強度會持續(xù)下降。

（2）用粉煤灰代替部分水泥，由于硫鋁酸鹽水泥漿液堿度較低，無法激發(fā)粉煤灰的活性，不能完全發(fā)揮其火山灰效應，摻加量超過水泥質(zhì)量的20%后，強度會有大幅度的下降。

（3）硫鋁酸鹽水泥中摻加適量的PVA纖維及JM-2減水劑，強度均有大幅度的提高。當PVA纖維摻量為水泥質(zhì)量的1.20%，試件養(yǎng)護1 d的抗折強度提高44.67%，減水劑摻量為水泥質(zhì)量的1.0%時，試件1 d的抗壓強度提高108.0%。

（4）采用輥壓成型方法生產(chǎn)的玻璃纖維增強硫鋁酸鹽水泥基建筑裝飾板材，經(jīng)國家建筑材料監(jiān)督檢驗測試中心檢測，各項指標均符合JC/T626-2008和Q/0105JML005-2017要求。

[1]刁江京，辛志軍，張秋英.硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)與應用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2006.

[2]周華新，劉加平，劉建忠.低堿硫鋁酸鹽水泥硬化歷程調(diào)控及其微結(jié)構(gòu)分析 [J].新型建筑材料,2012（1）:4-8.

[3]胡曙光.特種水泥[M].武漢：武漢理工大學出版社，2010.

[4]王燕謀，蘇慕珍，張墨.硫鋁酸鹽水泥[M].北京：北京工業(yè)大學出版社,1999:149-253.

[5]馮銘，楊聰武.淺談硅酸鈣板的生產(chǎn)與應用[J].新型建筑材料,2012(11):82-84.

[6]馬保國，韓磊，李海南，等.摻合料對硫鋁酸鹽水泥性能的影響[J].新型建筑材料,2014(9):19-21.

[7]齊志強.補償收縮纖維混凝土強度及變形性能的影響[J].新型建筑材料，2017（8）：137-140.

[8]Matthew Aro，趙狄榮.水泥木線板[J].新型建筑材料，2010（11）：100-104.

[9]Thong C C，Teo DC.L,Ng CK.Application of polyvinyl alcohol(PVA)in cememt-based composite materieals:a review of its engineering properties and microstructure behavior[J].Construction and Building Materials,2016（107）：172-180.

[10]Said S H，Razak H A,Othman L.Flexural behavior of engineered cementitious composite(ECC)slabs with polyvinyl alcohol fibers[J].Construction and Building Materials,2015（75）:176-188.

[11]李爽，李之達，王磊，等.纖維增強磷酸鎂水泥刨花板性能研究[J].新型建筑材料，2017(8):137-140.