一种抗碱-集料反应水泥

本发明是关于一种新型的抗碱-集料反应水泥，具体地说是一 种能确保混凝土使用硅质碱活性集料时，不发生碱-集料反应破坏 的新品种水泥。

碱-集料反应是指混凝土中的碱活性集料与水泥、外加剂和环 境中的碱发生破坏性的膨胀反应，其结果导致工程混凝土的破坏。 自1940年被发现和命名以来，已造成全世界数十个国家的一大批 重大混凝土工程破坏，经济损失高达数千亿美元，成为造成混凝土 结构破坏的最主要因素之一。许多科学家将其称为混凝土的“癌 症”。目前防治碱-集料反应的主要方法有两类，一是使用非活性集 料，二是使用低碱水泥(水泥碱含量＜0.6％等当量Na2O)。但由于 工程成本要求和原料分布的特殊性，实际情况中往往选择不到非活 性集料或低碱水泥，或者作出这样的选择要大幅度提高工程造价。 例如，中国的华北和东北地区就是这样，现有水泥基本上都是高碱 水泥，而且大面积分布着碱活性集料。

抗碱-集料反应的另一措施是在混凝土或水泥中掺活性混合 材，要求混合材掺量必须大到足以抑制碱-集料反应的程度。这一 措施往往造成几种工程困难，一是大量掺混合材后影响混凝土或水 泥的强度和耐久性，二是控制量不当反而会促进碱-集料反应；三 是对不同工程、不同集料、不同水泥情况都必须做大量试验研究， 巨大的工作量使得该方法难以在实际工程中应用。

目前现有水泥品种主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿 渣、粉煤灰、火山灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥、高铝水泥以及 其它特种水泥(如白水泥、抗硫酸盐水泥、油井水泥、铁铝和硫铝酸 盐水泥等)。大量使用于混凝土的是硅酸盐类水泥，而其中的普通硅 酸盐水泥中虽掺有一定混合材，但掺量不足以防止碱-集料反应。 矿渣硅酸盐水泥中的矿渣对抑制碱-集料反应效果不显著。粉煤灰 硅酸盐水泥若将粉煤灰掺量大到足以防止碱-集料反应的程度，则 必然早强性能不良，不能满足工程施工进度要求。其他少数特种水 泥虽有抗碱-集料反应性能，但价格昂贵，无法大量使用于普通混 凝土工程。

本发明的目的就在于提供一种新型的抗碱-集料反应水泥，它 具有抗碱-集料反应的性能，兼有早强、流动性好、高耐久性能， 适用于所有现场浇注和预制钢筋混凝土和素混凝土。

本发明的抗碱-集料反应水泥主要由水泥熟料、复合化学活性 剂通过特殊的复合而成。特殊的复合方式以最大限度提高抗碱-集 料反应性能、强度性能和耐久性能为宗旨。对水泥中各组分的品质 也有特殊的要求。简单地说，本发明是采用特定要求的水泥熟料， 选择对抗碱-集料反应性能好，对强度和耐久性能有利的混合材， 通过机械活化和化学活化，按集料碱活性大小进行熟料和混合材配 合成的抗碱-集料反应水泥。具体配方范围为60～80％硅酸盐水泥 熟料，20～40％复合混合材，0～4％复合化学活化剂。

本发明水泥中的主要成分是所述的硅酸盐水泥熟料，其品质应 至少达到相同标号纯硅酸盐水泥的国家标准中的各项指标。各项指 标优于标准值越多越好。例如，水泥熟料标号越高越好，游离氧化 钙越低越好。对于28天熟料强度分别达到59MPa和61MPa的两 种水泥熟料，优先选用强度为61MPa的熟料。同时，选择的水泥 熟料是高碱水泥熟料，其中碱含量大于0.6％且小于1.3％等当量 Na2O。选择的水泥熟料碱含量越低越好，例如对于碱含量分别为 1.2％和0.9％的水泥熟料，宁可选择后者。

本发明中选择的活性混合材原料，其品质要求在于足够量的活 性组分，其中惰性矿物越少越好。例如，对于活性组分含量分别为 95％和85％的混合材，宁可选择前者。混合材品种可分为A和B 两类，不同混合材有的对抑制碱-集料反应特别有效，有的对水泥 强度和耐久性较有利。因而，必须兼顾综合性能和成本要求。混合 材品种通过这种选择，按不同配比混合成复合混合材。例如，对于 所述的性能要求，宁可选择A和B两种混合材的复合混合材，而不 选择单一B种混合材。所述的复合混合材由混合材A和B复合而 成，且被机械和化学活化。通过熟料和复合混合材及复合活化剂共 磨，使本发明所述水泥的比表面积为350～500m2/kg。混合材A 为烧失量低于6％且氧化硅含量高于40％的硅质材料，其占复合混 合材的比例为85～100％。混合材B为另一种氧化硅含量高于50％ 的硅质材料，其占复合混合材的比例为0～15％。

为使本发明水泥达到抗碱-集料反应性能以及高早强、流动性 和耐久性好的目的。对活性混合材最好采取机械活化和化学活化措 施。例如，对于公知的机械活化后比表面积达500m2/kg和 300m2/kg的混合材，最好采用500m2/kg表面积的混合材。混合 材机械活化后的比表面积越高越好，品格缺陷越多越好。在机械活 化的同时，最好也采用化学活化，既能促进机械活化的效果，又能 使混合材化学活性增加。例如，对于单用机械活化和机械活化与化 学活化结合两种情况，最好选择后者。

如上所述的化学活化剂，必须采用无碱、无氯型活化剂，方能 既有活化效果，对水泥其它性能又有改善。采用的有机-无机复合 活化剂，最好兼顾各性能的要求，有利组分越多越好。例如，X， Y二种化学活化剂，分别对水泥某二种性能有利，则最好使用X， Y复合型活化剂，而不要采用单一种活化剂。所述的复合化学活化 剂由活化剂X和活化剂Y复合成，其中X为醇胺类活化剂，其0 ～20％。Y为无碱无氯的无机盐类，占80～100％。

上述活化剂的掺量按生产525R，525，425R，425不同标号的 抗碱-集料反应水泥而定。在确保生产水泥达到相应指标情况下， 按照廉价的要求，掺量越低越好。例如，对于掺量分别为4％和 3％(按水泥重量计)的情况，最好选择后者。

本发明所述的抗碱-集料反应水泥中，水泥熟料与混合材比例 应按照集料碱活性的大小而定。集料碱活性越高，混合材所占比例 越大。例如，对于高碱集料混合材掺量应在30～40％范围内。同样 地，如果集料碱活性较小，可适量地降低混合材掺量，比如说20～ 30％。本发明所述水泥的力学性能为：3天抗折强度和抗压强度分 别达到6.5Ma和35.2MPa，28天则分别达到8.9和70.1MPa，水 /灰比较纯硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥低5％。使用本发明水 泥，在使用活性集料时膨胀性能显著低于使用低碱水泥的情况，而 使用低碱水泥是国际公认的抗碱-集料反应方法。因此，使用本发 明水泥能确保工程使用碱集料时不发生碱-集料反应破坏。

本发明所述的抗碱-集料反应水泥具有广泛的适用性，它不仅 能确保使用碱活性硅质集时不发生碱-集料反应破坏，同时具有高 早强(可达525R)、流动性好和耐久性好等优良性能。例如：由含碱 量为1.06％(等当量Na2O)的熟料所制成的本发明水泥，其与碱活 性集料的高温养护膨胀试验，所得的膨胀量比在同样试验条件下的 低碱水泥(等当量Na2O为0.58％，符合ASTM标准)所得的膨胀量 还要低31％，说明本发明所述水泥具有比低碱水泥更好的抗碱-集 料反应性能。而其强度(3、7天抗折和3、7天抗压)分别达到 5.47、8.18、26.8、55.10MPa，都超过了普通硅酸盐水泥525R为 国家标准。与此同时，该水泥的标准稠度需水量比同标号硅酸盐水 泥要低5％左右。该水泥的生产成本与同标号硅酸盐水泥相近，使 用方法与其他水泥品种相同，生产方法与现有硅酸盐水泥基本相 同。为解决中国或其他国家的碱-集料反应问题，确保工程混凝土 的安全性，避免巨大经济和社会损失，提供一种切实有效的材料。