硫鋁酸鹽系列水泥是硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥的統(tǒng)稱，是建筑材料科學研究院主持研制成功的不同于硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的新系列水泥。其中硫鋁酸鹽快硬水泥在20世紀70年代中期問世以來，由于它具有早強快硬微膨脹特性，很快引起我們鐵道部門的興趣。從1976年開始我們對硫鋁酸鹽快硬水泥混凝土的性能及在鐵道工程中的應用進行較系統(tǒng)地試驗研究。其中關于硫鋁酸鹽水泥混凝土的負溫強度特性、耐化學腐蝕性能、超早強性能開展了專題研究，同時，還結合鐵路的特點研制了一些可以更充分發(fā)揮該水泥特點的化學外加劑和有關產品。十幾年來，我們主持完成了與硫鋁酸鹽水泥有關的科研成果主要有：青藏鐵路拼裝橋梁負溫接頭材料研究（1980年）；ZM型早強砂漿錨桿（1983年）；ZP型早強噴射混凝土（1983年）；負溫早強混凝土在冬季施工中應用（1987年）；噴射早強鋼纖維混凝土在加固工程中應用（1988年）；路面快速修補用特快硬混凝土的研究（1992年）；軌枕道釘錨固新材料的研究（1995年）。使硫鋁酸鹽水泥在鐵路工程的混凝土冬季施工、噴錨加固、搶修和耐腐蝕工程中得到推廣應用。通過近20年的試驗研究和推廣應用，已經證明硫鋁酸鹽系列水泥在冬季混凝土施工、噴錨、加固、搶修和耐腐蝕工程中應用是非常成功的，在其它方面的還有廣闊的前景。
一、在冬季混凝土施工中應用
　　早在1975年，當初我們承接青藏鐵路拼裝式橋梁柱接頭負溫施工的課題。由于青藏鐵路處于高寒地區(qū)，拼裝式橋梁施工都要在負溫下進行，最低氣溫-25℃以下，接頭膠結材料要在負溫下施工難度很大。此時，得知建材院水泥所研制早強硫鋁酸鹽水泥，我們立即對該水泥混凝土的低溫強度進行試驗，發(fā)現該水泥對溫度敏感，低溫強度仍然較低，但是，摻加適量亞硝酸鈉后，在負溫條件，不但強度發(fā)展大大加快，而且既使初期受凍不影響后期強度。通過大量試驗研究和機理分析，認為這種負溫特性雖然與亞硝酸鈉的促進硬化、降低冰點、減水分散作用有很大關系，但主要還取決于硫鋁酸鹽水泥自身的特點。
　　1976年摻亞硝酸鈉的硫鋁酸鹽水泥負溫早強混凝土首先在青藏公路海拔4600米的一座公路試驗橋上應用，取得了成功。1977年12月份青藏鐵路拼裝橋首先從德令哈地區(qū)施工，接頭膠結材料采用硫鋁酸鹽負溫早強混凝土。施工期間最低氣溫-25℃，白天最高-10℃。負溫早強混凝土3天抗壓強度達28.3MPa，7天就超過設計強度，解決了青藏鐵路拼裝橋梁的施工難題。1977年以來，由于硫鋁酸鹽水泥負溫早強混凝土試驗取得成功，在華北和東北地區(qū)鐵路工程冬季施工中逐步得到推廣。1980年~1983年鐵道部建廠工程局在北京地區(qū)承建北方交大教學主樓和鐵科院一些宿舍樓，就采用了硫鋁酸鹽水泥負溫早強混凝土。最低氣溫達-15℃，大墻板表面系數很大，采用整塊大鋼模施工，施工難度很大。由于采用摻亞硝酸鈉的硫鋁酸鹽混凝土，50℃熱水拌合，混凝土3天強度就接近20MPa，28天超過35MPa，強度發(fā)展很快，后期強度也很高。北京鐵路局、沈陽鐵路局也都陸續(xù)采用硫鋁酸鹽水泥進行負溫下快速施工。除建筑工程外，不少鐵路橋涵冬季施工也成功地采用硫鋁酸鹽水泥。1983年1月，北京郊區(qū)某火車站立交版涵的冬施就采用硫鋁酸鹽水泥，設計強度C20，墻厚50cm，最低溫度-15℃，用40~50℃熱水攪拌，鋼模外二層草袋保溫?；炷翝仓?4小時混凝土溫度達25℃，第4天拆模，強度已大于20MPa。1982年冬，引灤入津隧洞工程，采用硫鋁酸鹽水泥澆筑明挖埋管道工程的框架，邊墻厚70cm，混凝土澆筑后10小時，內溫達34℃，3天后降低溫到0℃抗壓強度已超過30MPa，強度發(fā)展很快。1981年北京某抗震試驗室，34根鋼筋混凝土主柱必須在春節(jié)前安裝完畢，采用硫鋁酸鹽負溫早強混凝土，1天強度就達34MPa，28天超過55MPa。由于1天就可拆模，大大縮短了工期，34根主柱19天就全部完工。齊齊哈爾鐵路分局還用硫鋁酸鹽水泥配制超早強耐凍砂漿和混凝土，用于氣溫低于-25℃的負溫條件下?lián)屝薰こ?。負溫早強混凝土在冬季施工中應用的研究科研成果?987年通過鐵道部技術鑒定，而且納入《冬季施工手冊》，為在全國推廣應用提供依據。
二、在噴錨加固工程中應用
　　鐵路隧道施工時，作為初期支護目前一般采用噴射混凝土和錨桿加固技術，但由于采用普通水泥的噴射混凝土和砂漿錨桿其初期強度很低，嚴重影響施工進度和作業(yè)安全，特別對于軟弱圍巖的隧道施工，更要求噴射混凝土和錨桿砂漿早期強度高，采用普通水泥顯然達不到早強要求。20世紀80年代初，我們利用硫鋁酸鹽水泥的早強快硬特點，進行早強噴射混凝土和早強砂漿錨桿的試驗研究，研制了TS型專用速凝劑和早強錨固包等新材料?！　　?981年在隴海鐵路吳莊隧道進行現場試驗，1982年在引灤入津隧洞工程中大量應用，大秦鐵路的隧道施工都得到廣泛推廣應用。由于采用了硫鋁酸鹽水泥和專用速凝劑，混凝土具有很高的小時強度，對于加快施工進度，保證工程安全起了很大作用。ZP型早強噴混凝土1小時強度達2.5MPa，2小時達到10MPa，早強錨桿砂漿1小時就可承載，充分發(fā)揮早強快硬的特點。該項成果1983年通過鐵道部技術鑒定，隨后還編制了TS速凝劑和早強錨固包的行業(yè)標準，還納入有關設計規(guī)范，在鐵路內推廣應用。這兩項技術還在建筑工程抗震加固和橋墩加固工程中推廣應用。1983年至1985年期間，沈陽鐵路局沈一大鐵路不少病害墩臺的加固，都大量采用硫鋁酸鹽水泥早強噴錨技術，不但提前完成加固任務，而且不影響列車正常通行，社會效益和經濟效益很顯著。在鐵道部許多工程局、鐵路局大修隊和工務段、房建段都很愿意使用硫鋁酸鹽快硬水泥進行快速噴錨加固施工。
三、在搶修工程中應用
　　鐵路運輸具有不能輕易中斷的特點，所以鐵路橋涵、隧洞等的加固、維修作業(yè)一般都不能影響運輸，大量的加固維修工作都是搶修或快速施工。硫鋁酸鹽水泥的早強快硬特性非常適合于鐵路搶修施工。1985年京秦鐵路即將通車之前，不巧某立交橋由于火災受損，而離開工程驗收時間只有一個多月。在我們建議下，采用硫鋁酸鹽水泥噴射法加固，圓滿地完成加固任務。沈陽鐵路局許多橋梁和墩臺的加固都是采用硫鋁酸鹽水泥完成的，由于充分利用硫鋁酸鹽水泥早強快硬的特點，對鐵路運輸的影響很小。同時，由于減少了列車振動對混凝土的影響，加固質量也很好。1983年，京原鐵路驛馬嶺隧道的整體道床混凝土嚴重破損，翻修計劃要停運1個多月，由于采用硫鋁酸鹽水泥早強混凝土，只用18天就完成，提前十多天開通運輸，減少了大量運輸損失。柳州鐵路局波寨2號隧道整體道床開裂下沉，要求在行車間隙內進行搶修，由于采用硫鋁酸鹽水泥加促硬劑，并用壓力注漿方法進行搶修，在不影響行車的條件下，搶修效果很好。水泥混凝土路面的破損在全國各地都很嚴重，由于交通繁忙，修補速度要快，不能影響交通，硫鋁酸鹽水泥混凝土是很理想的修補材料。亞運會期間北京二環(huán)路的破損路面要搶修，為了不影響白天交通，規(guī)定在夜間搶修，要求混凝土4小時抗壓強度達到20MPa以上。我們與北京市政管理局合作，以硫鋁酸鹽水泥為膠結料配制成功超早強混凝土。在北京之后，又在天津、石家莊、大慶、大連等城市市政和公路部門推廣應用，收到很好的效果。
四、在耐腐蝕工程中應用
　　我國西南、西北地區(qū)和沿海鐵路工程中，遇到很嚴重的混凝土腐蝕問題，其中硫酸鹽類化學腐蝕尤為嚴重，至今仍沒有有效的解決辦法。早在修建成昆鐵路時曾用抗硫酸鹽水泥但效果并不理想。在修建青新鐵路和南疆鐵路第一期工程期間，我們對硫鋁酸鹽水泥的耐硫酸鹽腐蝕性能進行系統(tǒng)試驗研究，發(fā)現該水泥耐硫酸鹽性能非常優(yōu)異，后又在西北鐵路現場和天津塘沽鹽場進行長期埋設試驗，都證明硫鋁酸鹽水泥即使在高濃度的鹵水中也有很好的耐腐蝕性能，尤其是在硫鋁酸鹽水泥中摻入20%以上的腐細礦渣后，耐腐蝕性能更加提高。在不少耐腐蝕工程中都采用了硫鋁酸鹽水泥。北京鐵路局天津工程段在某專用線通過漢沽鹽場時，有幾十座橋涵穿過苦鹵鹽池，環(huán)境水對混凝土有很嚴重的腐蝕作用。為了預防腐蝕，許多橋涵基礎、墩臺和預制蓋板采用硫鋁酸鹽水泥，使用10多年效果很好。山西太陽高速公路，在陽泉有兩座特大橋，其樁基礎通過煤層時，有中等硫酸鹽腐蝕作用，建議采用硫鋁酸鹽水泥，灌筑了近100根水下灌注混凝土樁，為重點工程解決了技術難題。在沿海鐵路工程中，經常遇到海水的腐蝕問題，硫鋁酸鹽水泥也都發(fā)揮了很重要的作用。
　　硫鋁酸鹽系列水泥在鐵路工程中的其它領域還有廣闊的應用前景，如大量鐵路混凝土制品，尤其是枕、橋梁、支柱等，都可以充分利用硫鋁酸鹽系列水泥的特性加式制造。
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