硫铝酸盐水泥的改性及其在电瓷胶装砂浆中的应

0 引言

胶装好的电瓷产品由瓷件、金属附件及凝结的砂浆三部分组成，其中砂浆往往是最薄弱的环节，因而胶装成了影响电瓷质量的关键工序，选择合适的电瓷胶装砂浆，并提高其综合性能，是保证电瓷制造质量的重要工作。

电瓷胶装砂浆多以水泥为主胶凝材料。水泥品种多，性状变化大，要获得理想的性能，常常需要通过外加组分对胶凝材料改性。硅酸盐水泥性能较稳定，但往往需要较复杂的养护过程；而铝酸盐水泥快硬、早强，但却存在着后期强度倒缩的现象；硫铝酸盐水泥虽与铝酸盐水泥类似，但存在着较大的可调节范围，是研发新型水泥胶装砂浆的理想胶凝材料，在电瓷胶装中的应用范围正不断扩大[1]。因此，研究硫铝酸盐水泥的改性是高档电瓷胶装砂浆重要工作内容。

从电瓷生产过程来看，理想的胶装砂浆应具有如下的特征：首先砂浆的强度要达到产品的相关要求，且要保持稳定；体积变化应尽可能小；工作性能好，最好能通过自流平的方式，以增加胶装工作的便利；此外，养护时间短且养护条件简单，以提高生产效率，减少库存时间。也就是说，快凝、高强且后期强度稳定“免养护”的胶装砂浆将成为电瓷胶装的新材料。具有快硬早强、碱度低、干缩小等优良性能的硫铝酸盐水泥，已在各类电瓷的胶装中得到了广泛的应用[2]。但这类水泥存在着凝结时间不易控制、后期强度稍有倒缩等现象，若不注意，也会影响电瓷的胶装质量[3]。通过添加相关外加剂，提高硫铝酸盐水泥胶装砂浆工作性能、凝结后的砂浆强度并保持强度的稳定、降低砂浆的养护条件等方面的深入研究，有助于解决上述问题。

针对上述情况，笔者通过添加Li2CO3、Ca(NO2)2、超细CaCO3和硅灰等外加剂，改性硫铝酸盐水泥，以有效缩短其凝结时间，保持其后期强度的稳定，以期获得一种高性能的免养护的电瓷胶装用砂浆。

1 实验

1.1 原材料

水泥：42.5级硫铝酸盐水泥，其化学成分列于表1中；砂：普通河砂，粒径分布于0.3～0.6 mm范围内的比例为87.5%；减水剂：萘系高效减水剂；碳酸锂：分析纯，Li2CO3含量大于99.5%；亚硝酸钙：工业级，Ca(NO2)2含量大于98%；超细CaCO3：平均粒径3 μm，CaCO3含量大于98%；硅灰：平均粒径80 nm，SiO2含量大于95.5%(质量分数)；水：自来水。

表1硫铝酸盐水泥的化学组成Table1Chemicalcompositionofsulphoaluminatecementwt，%

1.2 胶装砂浆的制备工艺过程

胶装砂浆的基准水灰比为0.3，胶砂比为1∶1，减水剂加入量为1%(水泥质量)。

1)将碳酸锂、亚硝酸钙溶解在适量的水中,以便能均匀分散于砂浆中；2)将称量好的水泥、砂、减水剂、超细碳酸钙、硅灰加入搅拌机中；3)启动机器，低速搅拌30 s，将溶解了碳酸锂、亚硝酸钙的水加入，再补充加入到配方要求的水量，低速搅拌120 s，停拌5 s，然后高速搅拌30 s即可；4)将砂浆分层次装入试模中，然后振捣；5)将成型试块放入标准养护箱中进行养护30 min，取出脱模，再将试块放入水中继续标养，测试1 d、3 d、11 d、28 d抗折强度。

1.3 试验方法

水泥的凝结时间按照GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测试；水泥的扩展度按照GB —2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试；水泥胶装砂浆的抗折强度、异常气孔数、吸水率、干缩率按照JB/T 4307—2004《绝缘子胶装用水泥胶合剂技术条件》测试。

2 结果讨论

2.1 碳酸锂对硫铝酸盐水泥性能的影响

加入Li2CO3可显著地缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，当Li2CO3的加入量仅为0.01%时，就可将水泥的初凝和终凝时间分别缩短至12 min和23 min，且初凝和终凝的时间间隔大幅降低(图1)，有利于实现电瓷胶装工艺的“免养护”,缩短产品生产周期。随着Li2CO3掺量的进一步增加，硫铝酸盐水泥的凝结时间继续缩短，但缩短的趋势已经变缓。

图1 Li2CO3对凝结时间的影响Fig.1 Influence of Li2CO3on setting time

Li2CO3的掺入还可明显提高硫铝酸盐水泥的早期强度，但对砂浆的后期强度却存在着一定的负面影响，随着Li2CO3掺入量的增加，后期强度稍有下降(图2)。

图2 Li2CO3对抗折强度的影响Fig.2 Influence of Li2CO3on flexural strength

当Li2CO3掺量为0.05%时，1d抗折强度可达到11.0 MPa，3 d抗折强度可达11.6 MPa，但28 d 抗折强度出现倒缩为8.1 MPa，较空白样有所降低。造成这种现象的原因可能是，Li2CO3参与影响了硫铝酸盐水泥的水化过程，一般来说，硫铝酸盐水化过程中，会生成Ca(OH)2，有Li2CO3的参与，则会生成碱度更高的LiOH，从而提高了硫铝酸盐水泥水化环境的碱度，加速了硫铝酸盐水泥的早期水化，加快了水化产物钙矾石的形成，这也提高了砂浆的早期强度。但这又可能会导致所形成的钙矾石晶体较为粗大，在浆体中来不及均匀分散，形成致密的水化产物层，包裹了水化矿物，从而使硫铝酸盐水泥水化进程受阻，导致后期强度降低[4-5]。

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