朱效甲 ,朱玉杰 ，朱效涛 ，刘念杰 ，张秀娟 ，朱效兵 ，朱燕凤 ，刘蓉梅 ，张世荣

（1.济南市杰美菱镁建材研究所，山东 济南 250031；2.德州美德建材有限公司，山东 德州 253000）

0　引言

硫铝酸盐系列水泥是我国特种水泥行业的一个重要分支，有快硬硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥和膨胀硫铝酸盐水泥等，是我国具有自主产权的特种水泥品种，由中国建筑材料研究院研制成功，至今40余年，因具有早强、高强、低徐变、低收缩、微膨胀、碱度低（pH值10～10.5）、抗渗、抗冻融、耐腐蚀等一系列优异功能，广泛应用于GRC制品、自应力水泥压力管及抗堵漏、抢修抢险等特殊工程。但其也存在着水化热释放集中、水化热量大后期强度微倒缩现象，因此以硫铝酸盐水泥为胶结料制作建筑装饰板材的研究资料较少。本试验以改性硫铝酸盐水泥为胶结料，通过传统的辊压板材生产线生产的改性复合硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材，解决了以往桂硅酸钙板生产存在的问题，产品满足JC/T626-2008《纤维增强低碱度水泥建筑平板》及Q0105JML005-2017《建筑用SAC轻质板材》的技术要求。

1　试验

1.1　原材料

（1）硫铝酸盐水泥由河北唐山六九水泥有限公司生产。

（2）粉煤灰由青岛热电厂提供的Ⅱ级干排灰。

（3）尾矿粉（CaCO3），CaCO3含量≥98%，细度80～100目，含水率≤1.8%，建材市场采购。

（4）锯粉：落叶松木加工时的下角料。含水率≤15%，细度过20目筛，无霉烂变质，含土量≤3%。

（5）聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纤维，由江苏常州市天怡工程纤维有限公司提供。

（6）JM-2高效减水剂，白色粉末，减水率30%，自制。

1.2　试件制备、测试方法及主要检测仪器设备

1.2.1胶结料力学性能测试

胶结料力学性能测试按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行测试，试件规格160 mm×40 mm×40 mm。

板材抗折强度及抗折软化系数测试按照JC/T646-2006《玻镁风管》进行检测，试件规格250 mm×250 mm×10 mm。

1.2.2净浆流动度测试

净浆流动度测试参照GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料技术规范》附录A进行测试，基准配方：m(水泥）:m(H2O)＝1:0.36，基础流动度为（70±1） mm。

1.2.3板材握螺钉力测试

板材握螺钉力测试按照GB/T33544-2017《玻镁平板》附录C规定进行检测，试件规格50 mm×50 mm×10 mm。

1.2.4试验用主要检测设备仪器

（1）WDW—20微机控制电子万能材料试验机，济南鑫光试验机制造有限公司；

（2）XJJ-5型简支梁冲击试验机，冲击能量2、4、5（J)，北京金盛鑫检测仪器有限公司；

（3）101—2A型电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；

（4）水泥净浆流动模，规格型号：XN-36×60×60，绍兴市新能仪器设备有限公司制造。

2　结果与分析

2.1　尾矿粉（CaCO3）掺量对硫铝酸盐水泥性能的影响（表 1）。

表1　尾矿粉（CaCO3）掺量对硫铝酸盐水泥抗压强度的影响

由表1可以看出，用尾矿粉代替部分水泥，其强度出现先提高后降低的现象，从试验数据看，掺加10%的尾矿粉时，试件各养护龄期的强度皆高于空白对比试件，掺加20%尾矿粉时，其强度和对比空白试件持平，掺量超过20%后，试件早期强度逐渐下降，但养护到28 d时，即使掺加30%的尾矿粉，其强度仍然高于空白对比试件，掺量超过30%后，28 d的强度开始下降，说明掺加过多的尾矿粉会影响到试件的早期强度和终期强度，掺量过高，微颗粒效应降低，体系中水泥含量相对减少，胶结性能下降，因此尾矿粉的掺量应控制在水泥质量的30%以内较适宜。

2.2　粉煤灰（FA)对硫铝酸盐水泥力学性能的影响（表 2）。

由表2可以看出，在试验范围内，随着粉煤灰掺量的增加，其抗压强度同样出现先提高后降低的现象，掺量为水泥质量的10%时，28 d强度比空白试件提高了7.49%，当掺量为水泥质量的20%时，试件1 d、3 d和28 d强度比对比试件分别下降了25.07%、28.52%和24.48%，强度下降明显，分析原因：（1）随着粉煤灰掺量的提高，试件中水泥含量相对减少，降低了胶凝性能从而导致强度下降；（2）粉煤灰对水泥混凝土强度的贡献主要在于其活性效应。由于硫铝酸盐水泥浆液碱度较低 （PH值10～10.5），粉煤灰的活性没有很好地激发，不能充分发挥其火山灰效应，掺量越多，水泥强度影响越大，所以硫铝酸盐水泥中的掺合料粉煤灰不宜高。

表2　粉煤灰（FA)掺量对硫铝酸盐水泥抗压强度的影响

2.3　干细锯粉对硫铝酸盐水泥性能的影响

为了提高水泥制品韧性，降低制品的密度，需要在配方中添加适量的干细锯粉来满足其特殊功能要求，试验了干锯粉对硫铝酸盐水泥性能的影响，结果见表3。

表3　干细锯粉对硫铝酸盐水泥表观密度及抗压强度的影响

由表3可以看出，硫铝酸盐水泥中掺加干细锯粉后，试件表观密度、抗压强度和锯粉掺量呈线性负相关性。当干细锯粉掺量为0、6%、10%、15%和20%时，试件养护1 d的抗压强度分别为32.43 MPa、26.88 MPa、19.70MPa、13.53MPa和7.85MPa,依次是不掺加锯粉强度的100%、82.88%、60.75%、41.22%和24.21%；养护3 d 的强度分别是 41.48 MPa、33.86 MPa、21.22 MPa、13.6 MPa和9.33 MPa，依次是不掺锯粉强度的100%、81.63%、51.16%、32.78%和22.49%； 养护28 d的 强 度 分 别 是 47.80 MPa、42.55 MPa、27.38 MPa、17.05 MPa和9.97 MPa，依次是不掺加锯粉试件强度的100%、89.02%、57.28%、35.67%和20.86%。从以上数据看，硫铝酸盐水泥中掺加不同数量的干细锯粉后，各养护龄期的强度下降幅度都很大，且具规律性。分析强度下降的原因：①Matthew Aro在水泥木丝板（WSCB)的研究时发现，一些树种如桤木和落叶松因含有过多妨碍水泥固化速度的丹宁酸和糖分，对水泥强度的发挥影响较大。②随着干细锯粉掺量的增加，料浆中因锯粉而握裹进去的空气也越多，使试件密度随之降低，孔隙率增加，试件强度下降，因此硫铝酸盐水泥制品中不宜掺加太多的细锯粉，同时对所用锯粉材质也要有所选择性。

2.4　聚乙烯醇（PVA)纤维对硫铝酸盐水泥性能的影响

聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纤维对比其它纤维具有高强、高模、耐酸碱腐蚀、无毒无污染等优点，可有效提高混凝土抗弯、抗拉强度和韧性，广泛应用于水泥基材料中。试验采用江苏常州天怡工程纤维有限公司提供的PVA纤维作为增强增韧材料进行研究，结果见表4。

由表4可以看出，随着纤维掺量的提高，试件抗折强度逐渐提高。当纤维掺量分别是0、0.3%、0.5%、0.8%和1.2%时，试件养护1 d的抗折强度分别 是 5.35 MPa、6.91 MPa、7.42 MPa、7.55 MPa 和7.74 MPa，依次分别是未掺加PVA纤维对比试件的100%、129.7%、138.69%、141.12%和144.67%， 试件养护28 d的抗折强度分别是7.71 MPa、8.53 MPa、8.68 MPa、8.98 MPa 和 9.67 MPa，依次分别是未掺加 PVA纤维试件的 100%、110.64%、112.45%、116.47%和125.42%。试件破型过程中，没有掺加纤维的试件，折断速度快，迅速断为两截，位移曲线没有延伸过程，掺加纤维的试件，纤维束从断头规律抽出，位移曲线平缓延伸，说明PVA纤维直径较小，根数相对较多，在试件断裂过程中起到了更好的桥接作用，提高了抗折强度。从抗压强度看，而掺加纤维后明显地提高了试件的抗压强度，当掺量为水泥质量的0.8%时，养护28 d的抗压强度比对比空白试件提高了28.41%，再增加掺量，强度增长平缓。许多文献表明：多数有机纤维掺入无机胶凝材料中，对抗折强度提高幅度较大，对减小折压比、提高制品的韧性很有帮助，但大幅度提高抗压强度的文献资料少见，大幅提高混凝土抗压强度的机理有待进一步研究。

表4　聚乙烯醇（PVA)纤维对硫铝酸盐水泥强度的影响

2.5　减水剂对硫铝酸盐水泥性能的影响

2.5.1减水剂对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响

由图1可以看出，随着减水剂掺量的增加，净浆流动度逐渐提高，当减水剂掺量为水泥质量的1.0%时，净浆流动度是未掺减水剂对比试件的423.57%，流动度提高非常明显，随着减水剂掺量的增加，当减水剂掺量超过1%后，流动度曲线变得平缓，说明JM-2减水剂在硫铝酸盐水泥中的掺量为1%较合适。

2.5.2减水剂掺量对硫铝酸盐水泥强度的影响

图1　减水剂对硫铝酸盐水泥净浆流动度的影响

由表5可以看出，硫铝酸盐水泥中掺加JM-2减水剂后影响如下：①提高早期强度：当减水剂掺加水泥质量的0.5%时，试件1 d、3 d的抗压强度分别是28 d强度的97.29%和99.28%，具有明显的早强性。②掺加量0～1%时，试件各养护龄期的强度逐渐提高，当掺量＞1%时强度有所下降，说明JM-2减水剂的掺量不宜超过1%。③减水剂掺加0～1%时，水灰比由0.36降低到0.27，用水量减少25.0%，用水量的减少，试件内部的孔隙率随之减少，密实度增加，强度得以提高。

表5　减水剂对硫铝酸盐水泥水灰比及强度的影响

3　玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材性能

结合上述研究结果，利用辊压成型方法生产的玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材，经国家建筑材料监督检验测试中心检测，检测结果见表6。

由表6可以看出，玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材，通过对胶凝材料实施改性技术，技术指标达到Q/0105JML005-2017要求，能够满足工程使用要求。

表6　玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材性能检测结果

4　结语

（1）用尾矿粉（CaCO3）代替部分水泥，试验范围内其强度先提高后降低，掺量为水泥质量的20%时，强度和空白对比试件持平，再增加掺量，强度会持续下降。

（2）用粉煤灰代替部分水泥，由于硫铝酸盐水泥浆液碱度较低，无法激发粉煤灰的活性，不能完全发挥其火山灰效应，掺加量超过水泥质量的20%后，强度会有大幅度的下降。

（3）硫铝酸盐水泥中掺加适量的PVA纤维及JM-2减水剂，强度均有大幅度的提高。当PVA纤维掺量为水泥质量的1.20%，试件养护1 d的抗折强度提高44.67%，减水剂掺量为水泥质量的1.0%时，试件1 d的抗压强度提高108.0%。

（4）采用辊压成型方法生产的玻璃纤维增强硫铝酸盐水泥基建筑装饰板材，经国家建筑材料监督检验测试中心检测，各项指标均符合JC/T626-2008和Q/0105JML005-2017要求。

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