水泥工艺学期末论文高强度水泥生产途径.docx

高强度水泥生产途径摘要：长期以来，土木工程界对混凝土质量的要求更多地集中于强度，使混凝土强度不断提高。然而事实上，不 必 要 的 高 强 度 反 而 会 带 来 副 作用，例如实现高强度往往采用高强度等级水泥和高水泥用量，易导致混 凝 土 水 化 热 过 大 而 产 生 温 度 裂缝；高强度往往伴随着高脆性；不必要的高强度造成浪费等!#$%。国内外许多混凝土工程的过早破坏，绝大多数并非由于混凝土 强 度 不 足 ，而是由耐久性不良造成的!&%。忽视混凝土耐久性的严重教训和未来建筑工程可持续发展战略的提出，都告诫我们不论任何强度等 级 的 混 凝 土要求其具有良好的耐久性总是合理的，所以近年来混凝土耐久性已成为土木工程界的关注热点。国内外研究近况一种新型高强度水泥正在跨入水泥行列。帝国化学工业公司(英国最大的化学公司)的科学家们,已学会在实验室内拌合大量水泥,它的强度为目前所用水泥(浇灌成铺筑材料使用)的10倍。有朝一日,具有这种强度的水泥,将能取代价格昂贵的那些材料(如:各种塑料),而用于工业、农业、国防及科学技术等许多方面。该公司的研究人员在英国自然杂志上发表了他们的研究成果。该水泥有助于降低成本,不同于其他很多材料的是,它的基本配料(粘土加上石灰石,即白至)价格低廉,贮量丰富,同时,生产水泥所需的能量极少,仅为制造同体积聚苯乙烯所需能量的l5/。不幸的是,现今的水泥还非常脆,它没有一点承载负荷的“筋肉”(这是承受应力所必不可少的),因此,只有采用廉价的方法将它大大地强化一番(如:用钢筋穿入其中),才能用于承载结构中。帝国化学工业公司的研究人员,希望能赋于水泥以“气力”,而又不失去它价格低廉的优点。虽然还有很多工作要做,但是,这些早期的实验成果是令人欢欣鼓舞的。在承受应力方面,帝国化学工业公司实验室研制的水泥,已经能胜过木头和许多塑料。为了创造这水泥,研究人员从注意观察水泥强度是如何来的入手,与水拌合后水泥就由粉末习犬(许多松散的颗粒)或多或少地变成为固态硬块,在硬块中松散的水泥颗粒被一种矿物“胶”粘结在一起。胶结得越均匀,水泥强度就越高。在普通水泥中,颗粒之间的胶结,有被空气泡隔断的趋势,虽然这些空气泡体积相当小,但是可使应力在材料内部无法均匀地分布,应力就集中在那些空气泡上。应力太大,结果使材料被扯裂,很象穿上了一排小孔的纸似的。高强度水泥的生产要生产帝国化学工业公司的“超强”水泥,关键在于拌合过程,它消除了那些空气泡。然而,要将实验室工作台上的拌合过程按比例放大,使之完全成为实用生产过程,问题还不少。要大量拌合象湿水泥这样的材料,不容易拌得均匀,要减少过程中的费用,看来也可能是一种伤脑筋的事。通过合理的配合比设计，在普通强度的混凝土中掺入高效减水剂、优质引气剂等外加剂及优质矿物细掺料，可显著改善混凝土的孔结构，在保持混凝土强度基本不变的前提下显著提高混凝土的耐久性，证明普通强度的混凝土完全可以实现高耐久性。高强混凝土由于水灰比低，本身已具备实现较高耐久性的客观条件，但依靠提高强度来改善混凝土耐久性有诸多不利之处。一则不经济，二则由于潜在的副作用（例如高强混凝土常采用的高水泥用量带来的高水化热易引起温差裂缝等）可能使高强混凝土的耐久性大打折扣，反而不能满足工程的耐久性要求，所以除非结构荷载设计的需要，一般不应提倡以高强度实现高耐久性。而且现实中许多重大工程结构的混凝土（如海工、水工混凝土），尤其是一些大体积混凝土，对强度要求并不高，但需要混凝土具有优异的耐久性。又如在我国，即使是基本建设和混凝土技术发展最为迅速的上海，尽管在实际工程中混凝土强度等级已应用，但是高强度等级的混凝土仍占混凝土总量的，其中混凝土约占 12%。可见提高普通强度混凝土的耐久性显得十分重要且十分迫切。普通混凝土实现高强度及耐久性的技术原理混凝土耐久性与渗透性密切相关。一般来说，只要渗透性很低，混凝土就可以很好地抵抗水和其他侵蚀性介质渗入，从而具有良好的耐久性!&%。研究和实践均已证明，密实度高的凝土具有低渗透性、高耐久性；但是，就普通配合比（即仅由水泥、砂、石和水配制）的混凝土而言，高密实度意味着混凝土必须低水灰比，这当然会提高混凝土的强度。从这一角度来看，高耐久性似乎必然伴随着高强度，普通强度不可能实现高耐久性，但事实并非如此。渗透性除与混凝土密实度有关外，还取决于混凝土的孔结构，孔结构合理也可赋予混凝土低渗透性，所以改善孔结构也是实现混凝土高耐久性的有效技术途径。根据吴中伟教授的研究观点，混凝土中的孔可分为四类，即无害孔、少害孔、有害孔和多害孔。有害孔和多害孔显著制约着混凝土耐久性的提高，所以，改善孔结构就是要消除多害孔，尽量减少有害孔。随着混凝土研究水平的不断提高，已有许多成功的技术措施用于改善孔结构，例如掺入高效减水剂、优质引气剂，掺入优质矿物细掺料等高效减水剂的作用在于，若保持水灰比不变，则可改善混凝土拌合物的工作性，且使混凝土中的水化产物和孔分布更均匀，一定程度上也相当于改善了混凝土的孔结构。若保持拌合物工作性不变，则可降低混凝土的水灰比，降低孔隙率，且减少的是有害和多害的大孔，故更大程度地改善了孔结构。掺入引气剂虽可提高混凝土含气量，但是，优质引气剂引入的是大量分布均匀的圆形封闭微细气孔，可切断侵蚀介质渗入混凝土的通路，也可降低渗透性，提高耐久性；而且，引入的微细气孔可以大大缓冲冰冻或盐类结晶等所造成的破坏应力，从而提高混凝土的抗冻性和抗结晶盐类侵蚀性。此外，大量微细气孔可明显降低拌合物的离析和泌水（对大流动性混凝土尤为明显），从而减少由于离析和泌水带来的原始缺陷（例如泌水造成的“水线”等）优质矿物细掺料具有很细的细度和良好的火山灰活性，其微细颗粒可直接填充混凝土中有害的大孔，其“二次水化”产物也可进一步填充这些有害缺陷，所以可降低硬化混凝土的孔隙率，改善孔结构。矿物细掺料还因取代水泥而能有效降低混凝土早期温升，减少温差裂缝，这也在很大程度上减少了混凝土内部缺陷的形成，有利于抗渗性和耐久性的提高。矿物细掺料对混凝土后期强度和耐久性的贡献尤为突出。影响混凝土耐久性的又一个重要环节是混凝土中骨料与水泥石的界面区这一薄弱结构，上述高效减水剂、优质引气剂和优质矿物细掺料或可减小界面区厚度，或可降低界面区水化产物的取向度，或可减小界面区的水灰比（尤其是可消除骨料周围的“水囊”），提高密实度，从不同程度改善界面区的结构，从而提高了混凝土耐久性。由此看来，欲配制普通强度的高耐久性混凝土，可从以下两方面入手。一方面可以保持普通混凝土水灰比不变，掺入高效减水剂、优质引气剂及优质细掺料，此时不仅可提高耐久性，还可获得高工作性，这样的混凝土可以称为高性能混凝土。另一方面保持工作性不变，掺入高效减水剂和优质引气剂，此时水灰比势必会降低，混凝土强度将提高，为保持强度基本不变，则可以掺入较大量的优质细掺料，若水灰比降低幅度较大，则细掺料的掺入量可以高达，此时混凝土的早期温升将被大大降低，可极有效地防止温差裂缝的出现，对保障耐久性更为有利，而且可降低混凝土的单位成本。三峡大坝工程对混凝土的强度要求不高，但对耐久性要求很高，该工程就采用了掺有大量矿物掺合料的普通强度混凝土F-G。掺入大掺量矿物掺合料的混凝土可以被纳入绿色混凝土的行列。由于掺入高效减水剂、优质引气剂等外加剂及优质矿物掺合料（如级粉煤灰