何銳，鄭欣欣，王淵，張進宏

(1.長安大學 材料科學與工程學院，陜西 西安 710061；2.陜西交控市政路橋集團有限公司，陜西 西安 710065；3.陜西交通控股集團有限公司，陜西 西安 710065)

硅酸鹽水泥(P·O)生產過程中會產生大量的二氧化碳，隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，低碳環(huán)保的硫鋁酸鹽水泥(SAC)逐步受到諸多學者的關注與研究[1]。SAC水泥是以礬土、石灰石、石膏為原料制成的一種快硬早強水泥，低的石灰石配比與燒成溫度賦予了SAC水泥低碳的優(yōu)點。與P·O相比，SAC水泥具有早強、耐寒、抗?jié)B、膨脹和低堿等特性，普遍應用于高寒高海拔地區(qū)、快速搶修、冬季施工、海洋工程、堿集料反應工程、3D打印材料以及自應力水泥制品等領域。但是作為新型水泥，SAC水泥存在水化熱集中、凝結時間不易調控、后期強度易倒縮等缺點，限制了它的應用范圍。為了探索這些缺點的產生機理與改善措施，國內外學者做了大量研究。沈燕等[2]論述了幾種調凝劑、摻合料和納米材料對SAC水泥水化速率、凝結時間和強度的影響。Haha等[3]研究了SAC水泥水化機理、水合物組合及其穩(wěn)定性，并討論了熱力學計算的適用性及其局限性。張廣興[4]將硅灰、膠粉、偏高嶺土摻入SAC水泥中，研制出了最大抗壓強度達53.8 MPa的高性能修補材料。Li[5]將苯乙烯-丁二烯共聚物(SB)分散于SAC水泥中，有效延緩了SAC水泥的水化，降低了水化熱峰值。但是目前對于SAC水泥應用技術難點和改性機理的總結分析相對較少，缺乏全面性。

鑒于此，本文梳理了SAC水泥的水化機理、應用概況、技術難點、SAC水泥的改性措施以及SAC水泥的發(fā)展方向。

1 硫鋁酸鹽水泥水化機理和應用概述

SAC水泥是20世紀70年代由我國科研人員首次研發(fā)的一種新型水泥，以無水硫鋁酸鈣(C4A3S，55%～75%)﹑硅酸二鈣(β-C2S，8%～37%)和石膏為主要化學組成[1]。按熟料中的石灰石含量分為快硬硫鋁酸鹽水泥(R·SAC，石灰石含量<15%)、低堿度硫鋁酸鹽水泥(L·SAC，石灰石含量15%～35%)和自應力硫鋁酸鹽水泥(S·SAC，不摻石灰石)。R·SAC水泥的特點是早強快硬，具有良好的抗凍性和抗?jié)B性；L·SAC水泥的特點是液相堿度低，主要用于制作玻璃纖維增強的水泥制品；S·SAC水泥膨脹率小、自應力值大、抗壓強度高。

SAC水泥水化進程見圖1。水泥熟料水化時，水泥中的C4A3S先與游離的石膏反應生成AFt和AH3，石膏不足時，生成AFm。硅酸二鈣與水反應生成C—S—H凝膠與Ca(OH)2溶液。在石膏充足時，剩余的石膏、AH3與Ca(OH)2溶液發(fā)生二次反應，生成AFt和AFm。AFm含量越高，SAC水泥強度越低；AFt含量越高，SAC水泥強度越高。

圖1 SAC水泥水化過程圖Fig.1 Hydration process of SAC cement

國內關于SAC水泥的發(fā)展起步較晚，其生產成本較高，應用范圍受到局限，以其早強快硬的優(yōu)點廣泛用于寒冷環(huán)境和快硬工程。

1.1 在高寒高海拔地區(qū)和冬季施工中的應用

高寒高海拔地區(qū)晝夜溫差大、氣候惡劣，水泥混凝土長期受凍融循環(huán)作用，易喪失工作強度。冬季氣溫低，對水泥混凝土早期性能影響最為嚴重，致使工作性能大打折扣。在低溫條件下，P·O水泥混凝土早期強度低、凝結時間長且收縮大的缺點更突出，非常容易損壞。而SAC水泥混凝土早強快硬，具有良好的負溫硬化特性，對高寒高海拔地區(qū)和冬季施工條件有良好的適應性，節(jié)省了能源，為極地資源的開發(fā)提供了路徑。

1.2 在快速搶修路面中的應用

水泥混凝土在服役過程中容易受到各種內外因素作用產生開裂和剝落[8]，隨著時間的延長，水泥混凝土的損傷程度加劇，使得路面性能不斷降低，危害正常的交通安全，面對這些狀況，水泥混凝土的修補顯得尤為重要。修補路面的質量主要取決于修補材料的強度、變形量和新老路面的粘結性能[9]。SAC水泥早強快硬，收縮小，比P·O水泥更適用于快速搶修路面，能有效減少施工時間對交通流量的影響，保證修補質量。目前，SAC水泥已廣泛應用于快速搶修路面。

1.3 在海洋工程中的應用

我國海域面積遼闊、資源豐富，對海洋的開發(fā)與利用離不開海洋工程的基礎建設，如碼頭、隧道等，這些都離不開混凝土結構。然而，海水中存在大量的氯離子和硫酸根離子，對混凝土侵蝕嚴重，并且存在干濕交替、冷熱循環(huán)和海水沖刷等不利因素，對水泥混凝土的耐久性能造成極大的考驗[10]。SAC水泥良好的抗?jié)B、抗氯離子和硫酸鹽侵蝕性能適用于海洋工程，但是SAC水泥水化放熱高，而海工建筑大都為大體積混凝土，因此SAC水泥還未在海洋工程中廣泛使用[11]。

1.4 在3D打印材料中的應用

3D打印技術是利用計算機設計模型，通過層層堆積制造出復雜的三維結構，3D打印技術無需模板、簡化施工、節(jié)約材料，在建筑行業(yè)具有廣闊的應用前景。3D打印要求水泥材料具有可泵送性、可擠壓性和可建造性[12]。目前，SAC水泥在3D技術中的應用還處于起步階段，打印形狀難保持和早期強度低等問題還需進一步解決[13]。

2 硫鋁酸鹽水泥應用技術難點

2.1 水化熱集中

相對于P·O水泥，SAC水泥中的鋁含量較高，水化迅速，早期水化熱較高，易使體系中產生溫度應力，引起混凝土開裂[14]，降低混凝土質量。

SAC水泥在水化-溶解過程中通常出現(xiàn)3個放熱峰，第一個熱流峰對應于硫鋁酸鈣、硬石膏和水形成AFt的反應熱，包括硫酸鹽的溶解和AFt的沉淀；第二個峰對應于AFt和單硫酸鹽在離子擴散或遷移狀態(tài)下，在水泥顆粒周圍局部形成連接固相顆粒產生的反應熱。第三放熱峰對應AFt、AFm和 C—S—H 凝膠生成的反應熱[15]。Zhang等[16]采用量熱儀法對比了SAC水泥與復合硅酸鹽水泥(OPC)的放熱速率。發(fā)現(xiàn)兩種水泥在初始水化階段產生的溶解熱幾乎相同，在此之后，SAC水泥的誘導期明顯短于OPC水泥，SAC水泥的誘導期大約為0.8 h，而OPC水泥的誘導期大約為 5 h。SAC水泥在 1.5 h 時便可觀察到第一個放熱峰，在3 h時便可觀察到第二個放熱峰。并且，SAC水泥的最大放熱速率是OPC水泥的17.8倍。但是隨著齡期的增加，累計放熱量不斷增加，在36.8 h時，OPC水泥的累計放熱量超過了SAC水泥。因此，與OPC相比，SAC水泥具有快速水化和早期放熱集中的特點。李華明[17]對SAC水泥水化進程進行了研究，發(fā)現(xiàn)SAC水泥在水化開始的11.4 h內便可完成礦物的溶解、誘導、加速、減速、再加速的水化放熱過程。其中，在水化開始的10 min時，產生水化過程中最強放熱峰，熱量達到0.013 W/g。除此之外，有研究表明，堿性較強的環(huán)境也會加重水化熱的集中程度。Snchez-herrero[18]研究了無水硫鋁酸鈣在水、NaOH、Na2CO3溶液中的水化，并發(fā)現(xiàn)在堿性較強的NaOH溶液中，SAC水泥水化不存在誘導期，在1～2 h 便會達到放熱高峰。

由于SAC水泥水化放熱集中，導致水泥混凝土內部溫度急劇上升且不易散發(fā)，極大的內外溫差導致水泥混凝土產生較大的內應力，進而產生變形和開裂，降低混凝土的耐久性和抗?jié)B性。另外，胡曙光[19]在研究中表示，AFt晶體在高溫下易分解也是水化熱集中的危害原因之一。SAC水泥水化熱在水化開始的12 h內放出，并指出在水化熱大于 90 ℃ 時，AFt將會分解為強度較低的AFm，使水泥的強度降低。

2.2 凝結時間難以調控

SAC水泥水化較快，在25 min時便達到初凝，對于普通工程而言，SAC水泥快速凝結硬化，導致施工時間嚴重不足。對于快速搶修工程而言，為了減輕對交通的影響，要求初凝時間盡量控制在5～20 min，SAC水泥凝結時間又相對較長。

SAC水泥凝結時間受環(huán)境溫度影響波動較大。在低溫下，礦物溶解與水化速率較慢，水泥凝結時間長，早期強度發(fā)展緩慢，施工時間長；在高溫下，礦物溶解與水化速率較快，水泥凝結時間短，和易性喪失快，對施工要求較高[20]。Zhou等[21]研究了低堿度SAC水泥在5，20，35 ℃時的凝結時間和水泥早期水化硬化過程的溫度敏感性，發(fā)現(xiàn)低堿度SAC水泥的水化硬化過程對溫度非常敏感，溫度越高，水化硬化速度越快，凝結時間越短。李華明[17]研究了不同正溫度條件下SAC水泥的水化速率，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境溫度降低，SAC水泥的水化反應速率和產物的生成速率均降低，使得SAC水泥的凝結時間緩慢，早期強度較低。Li等[22]研究了SAC水泥在-15，0，20 ℃環(huán)境下的水化特性，發(fā)現(xiàn)低溫對水泥體系的水化作用有較早的延緩作用。另外，液態(tài)水環(huán)境是水泥水化的基本條件，保證水溶液在負溫下不結冰也是SAC水泥應用的難點。因此諸多研究者研究了不同防凍劑對SAC水泥低溫硬化性能的影響，發(fā)現(xiàn)亞硝酸類作為防凍液加入到水泥體系中可促進SAC水泥在負溫環(huán)境下的水化[23]。

2.3 強度易倒縮

SAC水泥后期強度倒縮與AFt含量的改變息息相關。研究發(fā)現(xiàn)，AFt作為SAC水泥強度的主要來源，其含量易受石膏含量、養(yǎng)護溫度和濕度的影響，產生延遲AFt引起膨脹開裂或發(fā)生分解引起強度降低，導致SAC水泥后期強度倒縮。

延遲AFt的形成屬于一種緩慢的硫鋁酸鹽侵蝕現(xiàn)象，在潮濕環(huán)境下，高的石膏含量和高的養(yǎng)護溫度都會使硬化的水泥混凝土內部再次產生AFt，這是由于結構不穩(wěn)定的AFm與體系中剩余的石膏在高溫高濕的環(huán)境下反應生成AFt，使混凝土發(fā)生膨脹開裂。Jebli等[24]采用高溫高濕環(huán)境加速了延遲AFt的生成，研究了水泥漿體與骨料界面形成延遲鈣礬石的膨脹特性，結果表明延遲AFt更易在像水泥-骨料界面這樣的多孔區(qū)域產生，發(fā)生膨脹效應造成混凝土的開裂現(xiàn)象。

養(yǎng)護溫度過高時反而易引起AFt分解，導致混凝土強度下降，但是促進AFt生成的養(yǎng)護溫度與促進AFt 分解的養(yǎng)護溫度之間還沒有明確的界限。戴民等[25]將自制的三種AFt放置在70 ℃和100 ℃環(huán)境中養(yǎng)護7 h后，對三種樣品進行了XRD衍射分析，均未觀察到明顯的AFt衍射峰，說明AFt在 70 ℃ 和100 ℃時已完全分解。徐路等[26]研究了不同養(yǎng)護溫度對SAC水泥性能的影響，發(fā)現(xiàn)在50 ℃養(yǎng)護條件下生成物中的AFt衍射峰降低，認為部分AFt在50 ℃下分解為AFm。

導致SAC水泥水化熱集中、凝結時間難以調控和強度易倒縮的根本原因是SAC水泥水化過快且鈣礬石含量不穩(wěn)定。因SAC水泥的工作性能受溫度、濕度和石膏含量的影響較大，所以在SAC水泥的應用中要求嚴格把控這些參數(shù)。除此之外，SAC水泥生產成本高也是制約其應用市場擴大的一大因素。

3 硫鋁酸鹽水泥性能改善

針對SAC水泥水化熱集中、凝結時間難以調控和后期強度易倒縮的缺點，研究者們研究出多種改性劑對其性能進行改善。

3.1 外加劑改性

SAC水泥常用的外加劑有減水劑和調凝劑。減水劑可有效增強SAC水泥的工作性能，增加水泥密實度。常用的減水劑是聚羧酸減水劑和奈系減水劑。調凝劑可調節(jié)凝結時間，分為緩凝劑和促凝劑。常用的緩凝劑有硼酸、葡萄糖酸鈉、檸檬酸[2]，常常應用于需要一定施工時間的早強工程。常用的促凝劑有碳酸鋰、亞硝酸鈉、氯化鈣，常常應用于搶修堵漏領域。

減水劑對水泥顆粒具有分散作用，能有效提高混凝土和易性，一定程度上延緩了水泥的水化進程，降低了水化熱峰值，延長了凝結時間，減緩了早期強度的發(fā)展。目前，關于減水劑的作用機理非常復雜，尚未有統(tǒng)一的觀點。李彬等[27]在研究中表示，聚羧酸分子的主鏈可快速吸附于水泥顆粒表面，側鏈則游蕩于水泥溶液中，形成一個內部具有靜電作用，外部具有空間阻力的個體分散于水泥溶液中，提高了水泥漿體的流動性。張金山等[28]研究表明，聚羧酸減水劑易吸附于AFt晶體側面，抑制了AFt寬度方向的生長，同時減水劑極性基團存在排斥作用，而使得AFt晶體懸浮于溶液中，既為AFt的生長提供了空間也增加了水泥漿體的流動性。劉從振等[29]研究了聚羧酸減水劑對SAC水泥水化硬化的影響，發(fā)現(xiàn)聚羧酸減水劑可明顯改善SAC水泥的流動度，并產生一定的緩凝作用。當聚羧酸減水劑摻量在 0.4% 時，初凝時間延長了3.88倍，終凝時間延長了2.58倍。并且因聚羧酸減水劑的緩凝作用，砂漿4 h齡期的力學性能降低，但是砂漿7 d的抗壓強度比對照組提升了41.8%，這是由于聚羧酸減水劑的緩凝作用為水泥凝膠體提供了轉變時間，使得水化產物晶體可以實現(xiàn)良好的生長發(fā)育，更加均勻地分布于水泥體系中，從而使得水泥體系后期更加密實，具有更高的強度。

緩凝劑對SAC水泥凝結時間和水化熱的影響主要通過抑制水泥的水化進程來實現(xiàn)，但是不同的緩凝劑作用機理不盡相同。硼酸對SAC水泥的緩凝作用通過阻礙水泥熟料的溶解實現(xiàn)，檸檬酸、葡萄糖酸鈉對SAC水泥的緩凝作用主要通過吸附水泥熟料中溶解出的Ca2+、Al3+，達到抑制AFt晶體形成而實現(xiàn)[30-31]。王琴等[30]研究了三種不同緩凝劑對高貝利特硫鋁酸鹽水泥性能的影響，發(fā)現(xiàn)摻入硼酸使得水泥水化熱的溶解放熱峰顯著降低，水化放熱峰雖然升高但是放熱時間延后。摻入檸檬酸使得水泥水化熱的水化放熱峰明顯降低，摻入葡萄糖酸鈉對溶解和水化放熱峰都有一定程度的降低。即硼酸通過抑制SAC水泥熟料的溶解，檸檬酸和葡萄糖酸鈉通過抑制SAC水泥水化達到降低水化熱和延緩凝結時間的目的。

緩凝劑對SAC水泥強度的影響較為復雜，雖然緩凝劑延緩了水泥的水化進程，但是不同的緩凝劑對強度的作用效果可能相反。AFt在水泥漿體中呈現(xiàn)六棱柱狀，硼酸的加入使得AFt晶體更短更粗壯，與水化凝膠更緊密的粘結在一起，形成了密實的水泥體系，從而使得水泥的早期強度提升。檸檬酸的加入增加了AFt的結晶位點，使得AFt晶體更細更短，從而降低水泥的早期強度。葡萄糖酸鈉易在AFt晶體的端部吸附，阻礙AFt的生長并使得AFt晶體更分散，從而顯著降低對水泥強度[30]。

緩凝劑與促凝劑同時作用可更有效地控制凝結時間，巴明芳等[32]研究了用緩凝劑檸檬酸、葡萄糖酸鈉和促凝劑硫酸鋁或碳酸鋰混合制成三相調凝劑對SAC水泥凝結時間的調控作用，發(fā)現(xiàn)三相調凝劑可更有效地控制SAC水泥的凝結時間，并且這種混摻對水泥強度的負面作用更小。

3.2 摻合料改性

在SAC水泥中加入摻合料的目的是降低水泥成本，改善水泥性能。SAC水泥常常使用粉煤灰﹑硅灰、礦粉和礦渣等作為摻合料，達到降低水化熱、調節(jié)凝結時間、減少水泥收縮、抑制后期強度倒縮和提高水泥漿體密實度的目的，從而保證水泥的體積安定性，增強水泥耐腐蝕性能、抗碳化性能。

粉煤灰、硅灰和礦粉對水泥的影響是由滾珠效應、微集料效應、火山灰效應和表面效應共同作用所產生。滾珠效應增加了漿體流動度，使得水泥熟料與水充分混合，加快水化；微集料效應起到較好的填充性，進一步密實了體系；火山灰效應會生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等凝膠物質，可有效填堵水泥硬化后的空隙尺寸，提升水泥體系強度，但是由于SAC水泥為低堿度水泥，使得粉煤灰和礦粉的火山灰活性激發(fā)效果差于硅灰；高的比表面積使得幾種摻合料具有表面效應，易吸附于水泥顆粒表面，阻止水泥與水的接觸，使得水化緩慢，抗壓強度降低[26，33]。

研究表明，摻合料的摻入可降低水化熱，縮短凝結時間，減少水泥收縮，但會降低水泥強度。桂雨在不同養(yǎng)護溫度下，研究了硅灰和高鈣粉煤灰對SAC水泥水化放熱速率的影響，發(fā)現(xiàn)摻入硅灰和高鈣粉煤灰均能減小SAC水泥最大水化放熱速率[34]。馬保國等[33]研究了粉煤灰、硅灰、礦粉對SAC水泥性能的影響，發(fā)現(xiàn)硅灰摻入量只在2%～6%時實驗組的抗壓強度高于對照組，摻入粉煤灰和礦粉的實驗組抗壓強度和凝結時間均低于對照組。此外，馬保國等[35]還研制了一種由超細微粒、堿性物質組成的增強組分，可有效激發(fā)粉煤灰活性，大大提高粉煤灰改性SAC水泥體系各個齡期的強度。邵方杰等[36]分別研究了粉煤灰、硅灰對SAC水泥性能的影響，發(fā)現(xiàn)粉煤灰和硅灰均可起到縮短凝結時間和降低收縮的效果，且硅灰對砂漿的緩凝效果和抗收縮性能優(yōu)于粉煤灰。

3.3 聚合物改性

SAC水泥由于水化熱較高，內部氣體不能及時排出，內部存在更多大孔隙。在SAC水泥中加入聚合物后，聚合物在混凝土中形成不連續(xù)的膜，與水泥水化產物交織成一個復雜的網絡空間，有延緩水泥水化和填充內部孔隙的作用，有效降低水化熱峰值，減少后期強度倒縮，降低水泥的脆性，提高粘結強度，改善混凝土的耐久性[37]。常用于SAC水泥改性的聚合物有：丙烯酸類聚合物、丁苯乳液和環(huán)氧樹脂乳液等。

聚合物改性提升了界面粘結強度和耐久性，降低了水化熱和收縮率，延長了凝結時間。聚合物對SAC水泥的改性既有物理作用又有化學作用。物理作用是聚合物乳液均勻分散于水泥體系中，填堵體系中的孔結構，阻礙水泥顆粒與水分子接觸，降低水化反應速率?；瘜W作用是一些聚合物中存在特殊的官能團，可與水泥熟料或水化產物產生化學作用，形成強有力的橋鍵，增強材料間的粘結力[38]，如羧基丁苯、環(huán)氧樹脂乳液。

但大多研究發(fā)現(xiàn)，聚合物改性SAC水泥強度低[39]。聚合物本身的強度低于水泥的強度，因此，用聚合物代替部分水泥使得混凝土的強度明顯降低。同時，由于聚合物膜阻礙了水泥顆粒與水的接觸，使得水化速率降低，凝結時間延長，抗壓強度降低。此外，聚合物在攪拌過程中往往容易帶入過多的氣泡，增多水泥硬化漿體的孔隙，降低水泥抗壓強度。另外，雖然水泥中的金屬離子與聚合物中的活性官能團之間存在化學反應，有連接水泥與聚合物的作用，但是B-O-V模型認為：水泥水化顆粒表面的聚合物會先凝聚成膜，形成一個由聚合物膜包裹的水泥顆粒，降低聚合物改性混凝土的界面粘結性[40]。

3.4 纖維改性

SAC水泥基材料內部存在溫度應力和結晶應力，易產生收縮開裂和膨脹開裂，出現(xiàn)不同程度的裂縫，降低混凝土的力學性能。纖維改性成本低廉，有效改善混凝土的粘結性能，提升混凝土的抗彎折強度，阻止裂紋的擴展[7，41]。

現(xiàn)有纖維改性SAC水泥基體的研究大多關注在力學性能方面，對微觀機理的研究相對較少。纖維對SAC水泥基材料的改性主要貢獻在于阻礙初始裂紋的擴展，提升體系抗折強度，纖維對抗壓強度提升效果并不明顯。水泥基材料在水化硬化過程中會產生許多孔隙、裂紋，而在這些缺陷處很容易產生應力集中，造成水泥基體進一步開裂破壞，當纖維成網狀均勻分布于基體中時，有效阻止了裂紋擴展，增強了材料韌性。Chang 等[42]采用XRD與熱重分析法研究了兩種尺寸的鋼纖維對SAC水泥的改性效果，發(fā)現(xiàn)纖維對SAC水泥水化只有物理作用，且AFt的含量和基體強度隨著鋼纖維含量的增加而增加，添加鋼纖維可以加速基體的水化過程。推斷鋼纖維能提高基體水化程度的原因是其增加了基體的孔隙率，使水化產物有足夠的自由生長空間，提高了基體密實程度。何歡等[43]研究了聚乙烯醇纖維摻入SAC水泥基材料的改性，發(fā)現(xiàn)抗折強度隨著纖維摻量的增多而提升，而對抗壓強度并無明顯增強，甚至在纖維摻量1%時略微下降。

外加劑、摻合料和聚合物摻入SAC水泥中，均可有效降低水化熱峰值，適當調節(jié)凝結時間，減少SAC水泥基體系后期強度的倒縮；纖維摻入SAC水泥中主要預防SAC水泥體系后期因開裂而導致的強度大幅降低。但減水劑、緩凝劑會對水泥體系的早期強度造成負面影響，促凝劑對水泥體系后期強度不利；摻合料改性效果由火山灰效應和多種物理效應共同作用，對水泥體系強度的作用效果復雜；聚合物改性和纖維改性由于改性材料自身模量的限制，使得水泥體系改性后的各齡期抗壓強度下降。因此，為保證混凝土強度和體積安定性，混凝土的改性多采用多種改性措施共同作用，以達到優(yōu)良的綜合性能。另外，在工藝方面，聚合物和纖維改性材料易在水泥基體系中發(fā)生團聚和纏結作用，難以均勻分散在水泥基體中。

4 硫鋁酸鹽水泥發(fā)展方向

近幾年，為解決高成本和性能缺陷對SAC水泥應用市場的限制，國內外對SAC水泥發(fā)展的研究開始采取摻入固體廢棄物或P·O的方式，以減緩SAC水泥水化熱集中、凝結時間難調控和強度發(fā)展緩慢問題。

綠色環(huán)保的建筑材料是當今道路材料發(fā)展的一大主流，SAC水泥是由優(yōu)質鋁礬土和天然石膏燒制而成，生產成本高、原材料難以獲得，限制其應用和發(fā)展，而我國工業(yè)廢棄物年產量逐年遞增，造成資源浪費。顯然，將工業(yè)廢棄物與SAC水泥大比例摻合是解決這一問題的有效途徑之一。高貝利特SAC水泥是采用低品位鋁礬土和工業(yè)廢渣燒制而成，與SAC水泥相比，熟料中硅酸二鈣的含量高達40%以上，具有低能耗、低成本、快凝快硬、微膨脹、低收縮、防凍、抗?jié)B、抗硫酸鹽腐蝕等優(yōu)點[44]，改善了SAC水泥后期強度發(fā)展緩慢的問題。高貝利特硫鋁酸鹽水泥的研究大大降低SAC水泥成本，為發(fā)展早強的綠色建筑材料提供了思路。

P·O水泥水化緩慢，早期強度較低，后期強度穩(wěn)定；SAC水泥水化迅速，早期強度高，后期強度發(fā)展緩慢。在SAC水泥中摻入硅酸鹽水泥，可起到延緩水化熱釋放，延長凝結時間，保證后期強度的穩(wěn)定發(fā)展的作用。雷毅[45]研究了P·O與R·SAC以不同比例復摻對強度與凝結時間的影響，發(fā)現(xiàn)P·O與R·SAC以6/4比例進行復摻時，凝結時間適中，水泥體系6 h強度達到最高，并且后期強度穩(wěn)定發(fā)展。史琛等[46]研究了P·O水泥與SAC水泥配比的優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)P·O與SAC水泥以8/2的比例復摻可以得到較好的綜合性能，并指出P·O水泥水化生成Ca(OH)2凝膠參與了SAC水泥的水化過程，促進了AFt的生成，對早期強度具有促進作用。但這種復摻水泥的早期強度低于單摻SAC水泥的早期強度，有待進一步研究改進。

5 總結與展望

本文首先綜述了SAC水泥的水化機理與應用現(xiàn)狀，然后從機理和改性效果的角度探索了針對SAC水泥應用缺點的改性進展，并對SAC水泥未來的發(fā)展方向做出展望。

(1)SAC水泥水化較快、水化產物含量不穩(wěn)定，限制了其在大體積混凝土、施工復雜和后期強度要求較高的工程中的應用。

(2)減水劑對SAC水泥的分散作用、緩凝劑對SAC水泥熟料溶解和AFm生成的阻礙、摻合料對SAC水泥基體的火山灰效應和物理作用、聚合物膜對SAC水泥水化的阻擋和纖維對水泥基體的粘結作用，都有效地改善了SAC水泥體系的工作性能。

(3)減水劑可提高SAC水泥后期強度，硼酸型緩凝劑可提升SAC水泥體系的早期強度，檸檬酸型、葡萄糖酸鈉型緩凝劑會降低SAC水泥體系的早期強度。另外，緩凝劑與促凝劑共同作用可更有效調控凝結時間。

(4)粉煤灰和礦粉會降低水泥體系強度，硅灰對體系強度存在積極作用，作用效果優(yōu)于粉煤灰和礦粉。

(5)聚合物、纖維可以提高抗折強度，降低抗壓強度。聚合物對水泥體系強度的負面作用大于纖維。

目前，關于SAC水泥的研究還不夠全面，對于SAC水泥各種改性劑作用機理的認知還比較淺薄。SAC水泥成本高，體系中的鈣礬石不穩(wěn)定，摻合料的火山灰活性難激發(fā)等問題還有待進一步解決，研究開發(fā)綠色環(huán)保、早強高強、性能穩(wěn)定、成本低廉的SAC水泥仍是今后發(fā)展的重要課題之一。