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第2章无机胶凝材料 海螺安徽宁国水泥厂 2 2通用硅酸盐水泥 水泥概述 1 水泥是水硬性胶凝材料 2 水泥是三大建筑主材之一 应用十分广泛 水泥素有 建筑工业的粮食 之称 水泥的特点 1 水泥砼是一种低能耗型建筑材料 2 水泥具有许多优异性能 水泥具有较好的可塑性 水泥的适应性较强 水泥可制成各种用途的水泥基复合材料 水泥耐久性较好 民用建筑 公路工程 铁路工程 水利工程 港口工程 桥梁工程 核电工程 3 水泥品种及分类水泥品种 通常按组成成分命名 如硅酸盐水泥 波特兰水泥 铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥 工程上应用最多的是6种硅酸盐类水泥即通用硅酸盐水泥 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 水泥按性能及用途分三大类 通用水泥 一般用途的水泥 如6种主要水泥专用水泥 具有专门用途的水泥特性水泥 具有特殊性能的水泥 大坝水泥油井水泥砌筑水泥 快硬水泥膨胀水泥彩色水泥 4 水泥简史石灰罗马砂浆水硬性石灰罗马水泥 天然水泥 英国水泥波特兰水泥 硅酸盐水泥 水硬性石灰 1756年 史密顿用含黏土 石灰石制成的石灰称水硬性石灰 罗马水泥 天然水泥 1796年 英国人派克用泥灰岩烧制成水泥 称 罗马水泥 RomanCement 亦称天然水泥 英国水泥 1822年 英国人福斯特将白垩和黏土按2 1混合后加水湿磨成泥浆 泥浆沉淀 干燥后 入窑煅烧 冷却磨细成水泥 称 英国水泥 BritishCement 波特兰水泥 硅酸盐水泥 1824年 英国人阿斯谱丁 J Aspdin 获 波特兰水泥 专利 成为水泥发明人 该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色 所以被称为 波特兰水泥 1889年 河北唐山细绵土厂建成投产 立窑 1906年 建立启新洋灰公司 年产水泥4万吨 1952年 我国制订了第一个水泥国家标准 将波特兰水泥按主要矿物组成改称为矽酸盐水泥 后又改称为硅酸盐水泥至今 一 通用硅酸盐水泥的定义 分类及生产概况 一 定义 通用硅酸盐水泥CommonPortlandCement以硅酸盐水泥熟料和适量石膏 及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料 称为通用硅酸盐水泥 波特兰水泥 二 分类 通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量的不同分为 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 表2 5通用硅酸盐水泥的组分和代号 三 生产概况1 生产原料 石灰质原料 提供CaO粘土质原料 提供SiO2 Al2O3 Fe2O3校正原料 调节某些氧化物之不足 矿化剂 改善煅烧条件 石灰质原料 粘土质原料 2 生产工艺通用硅酸盐水泥的生产工艺可归纳为两磨一烧 磨细生料 生料配制与磨细 煅烧生料 将生料入窑煅烧至部分熔融形成熟料 磨细熟料 将熟料与适量石膏及混合材料共同磨细 即得水泥成品 硅酸盐水泥的生产工艺流程 硅酸盐水泥生产的主要工艺流程 煅烧 在水泥生产的三阶段中 煅烧是水泥生产的关键环节 虽方法各异 旋窑 立窑 干法 湿法 但都要经历以下几个阶段 干燥预热分解熟料烧成冷却其中熟料烧成是水泥生产的关键 必须有足够的温度 足够的时间 以保证水泥熟料的质量 水泥熟料磨细时加入石膏的目的 调节水泥的凝结时间 使水泥不致发生急凝现象 故亦称石膏为水泥缓凝剂 球磨机工作原理 本机为卧式筒形旋转装置 外沿齿轮传动 两仓 格子型球磨机 物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入球磨机第一仓 该仓内有阶梯衬板或波纹衬板 内装不同规格钢球 筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下 对物料产生重击和研磨作用 物料在第一仓达到粗磨后 经单层隔仓板进入第二仓 该仓内镶有平衬板 内有钢球 将物料进一步研磨 粉状物通过卸料箅板排出 完成粉磨作业 水泥磨 原料磨 华润水泥 南宁 有限公司4000t d水泥熟料回转窑 2800t d水泥熟料回转窑 水泥冷却塔 水泥冷却塔 主要由筒体部分 转子 冷却装置 传动装置 防护栏等组成 矿山水泥厂球磨机耐磨钢球 水泥熟料块 水泥熟料塔 水泥成品库 二 通用硅酸盐水泥的组成材料 熟料 石膏 混合材料 助磨剂 一 硅酸盐水泥熟料1 四种主要矿物成分 总含量95 左右 2 四种微量成分 有害成分 总含量 10 游离氧化钙游离氧化镁三氧化硫碱分 K2O Na2O 含量太高 可能导致砼结构发生碱骨料破坏 含量过多 均导致水泥体积安定性不良 二 石膏主要采用天然石膏 也可采用工业副产石膏 三 混合材料 定义 在生产水泥时 掺入的天然或人工的矿物质材料 称为水泥混合材料 分活性混合材料和非活性混合材料两大类 掺混合材料的目的 改善水泥的某些性能 调节水泥强度等级 节约水泥熟料 提高水泥产量 降低水泥成本 利用工业废渣等 1 活性混合材料所谓活性混合材料是指这类材料磨成粉末后 与石灰 石膏或硅酸盐水泥加水拌和后能发生水化反应 在常温下能生成具有水硬性的胶凝物质 常用的活性混合材料有 粒化高炉矿渣粉煤灰火山灰质混合材料 粒化高炉矿渣 是炼铁高炉的熔融矿渣 经急速冷却而成的松软颗粒 粒径一般为0 5 5mm 急冷一般用水淬方法进行 故又称水淬高炉矿渣 主要成分 活性SiO2 Al2O3 具有较高的活性 粉煤灰 是火力发电厂锅炉以煤粉做燃料 由收尘器从其烟气中收集下来的灰粉 又称飞灰 呈玻璃态实心或空心的球状颗粒 粒径一般为0 001 0 05mm 主要成分 活性SiO2 Al2O3 具有较高的活性 火山灰质混合材料 凡天然或人工的以氧化硅 氧化铝为主要成分的物质 本身磨细加水并不硬化 但与气硬性的石灰混合后 再加水拌和 则不但能在空气中硬化 而且能在水中继续硬化 统称为火山灰质混合材料 天然的火山灰质混合材料 火山灰 凝灰岩 浮石 硅藻土等 人工的火山灰质混合材料 烧粘土 煤矸石 粉煤灰 煤渣等 2 非活性混合材料凡不具有活性或活性很低的人工或天然的矿物质材料 磨成细粉后与石灰 石膏或硅酸盐水泥加水拌和后 不能或很少生成水硬性的胶凝物质的材料 称为非活性混合材料 掺加非活性混合材料的目的 起填充作用 增加水泥产量 降低水泥强度等级 降低水泥成本 减少水化热 调节水泥的某些性质等 常用的非活性混合材料 活性指标低于标准要求的粒化矿渣 火山灰 粉煤灰 磨细的砂岩 石灰石 慢冷矿渣及各种废渣等 3 窑灰窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘 应符合标准规定 窑灰的性能 介于活性混合材料与非活性混合材料之间 窑灰的主要组成 碳酸钙 脱水粘土 玻璃态物质 氧化钙 另外还有少量的熟料矿物 碱金属硫酸盐 石膏等 四 助磨剂水泥熟料粉磨时 加入助磨剂 可以提高磨机台时产量 降低粉磨电耗 减少熟料用量 增加混合料掺量 节约水泥生产成本 国标规定 水泥熟料粉磨时允许加入助磨剂 但加入量应不超过水泥质量的0 5 且助磨剂质量符合JC T667 2004 水泥助磨剂 标准规定 助磨剂作用机理 降低颗粒表面能 减小颗粒硬度及颗粒之间的黏附性 提高易磨性 三 通用硅酸盐水泥的技术要求 通用硅酸盐水泥技术要求有三方面 一 化学指标 不溶物 烧失量 三氧化硫 氧化镁 氯离子含量 二 碱含量 选择性指标 三 物理指标 凝结时间 安定性 强度 细度 一 化学指标 应符合标准规定 包括不溶物 烧失量 三氧化硫 氧化镁 氯离子含量 不溶物 是指酸不溶 碱不溶的物质 不溶物对水泥质量有不良影响 烧失量 是用来限制石膏和混合材料中的杂质 以保证水泥质量 三氧化硫 水泥中三氧化硫过量 危害安定性 氧化镁 水泥中氧化镁过量 危害安定性 氯离子 氯离子腐蚀钢筋 故需加以限制 二 碱含量 选择性指标 碱含量是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量 以Na2O 0 658K2O计算值表示 高碱水泥 通常将碱含量 0 6 的水泥称为高碱水泥 若使用活性骨料 高碱水泥就有可能引起碱骨料反应 影响工程质量 国家标准中 对碱含量没有明确的质量指标要求 但用户要求提供低碱水泥时 水泥中的碱含量不得大于0 6 或由供需双方商定 三 物理指标 凝结时间 安定性 强度 细度 1 凝结时间1 定义 凝结时间 是水泥从加水开始 到水泥浆失去可塑性所需的时间 分初凝时间和终凝时间 初凝时间 从水泥加水拌和起 至标准稠度的净浆开始失去可塑性所需的时间 终凝时间 从水泥加水拌和起 至标准稠度的净浆完全失去可塑性所需的时间 所谓标准稠度 是人为规定的水泥浆达到的某一稀稠程度 因为水泥浆的稀稠对水泥的技术性质影响较大 为了使水泥的技术性质具有准确的可比性 必须规定统一的稀稠程度作为试验的标准条件 2 检验方法 维卡仪法试验设备 水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪 维卡仪 分两步试验 测定水泥净浆的 标准稠度 采用维卡仪 试杆法 以试杆沉入净浆距底板6 1mm时的稠度为 标准稠度 用标准稠度的水泥净浆 测定凝结时间 在规定实验温度及湿度环境条件下 测定凝结时间 横截面积1mm2的标准试针 沉入标准稠度的水泥净浆中 距底板4 mm 称初凝 距表面 0 5mm 称终凝 水泥净浆搅拌机 维卡仪 3 GB规定 通用水泥的凝结时间 初凝时间 45min终凝时间 390min 普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 初凝时间 45min终凝时间 600min 硅酸盐水泥 水泥凝结时间的工程意义 水泥初凝时间不能过短 以保证施工时有足够的时间在水泥初凝之前完成砼各施工工序的操作 终凝时间不能太长 是为了使砼在浇筑完毕后能尽早完成凝结硬化 以利于下道工序的及早进行 4 影响因素 水泥凝结时间的影响因素很多 如 矿物成分熟料中C3A含量高 石膏掺量不足 使水泥快凝 细度水泥的细度愈细 水化作用愈快 凝结愈快 水灰比水灰比愈小 凝结时的温度愈高 凝结愈快 混合材料掺量混合材料掺量大 水泥过粗等都会使水泥凝结缓慢 2 安定性1 定义 安定性 水泥的安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 安定性合格 水泥在凝结硬化过程中 产生均匀的体积变化 则其安定性合格 安定性不良 水泥在凝结硬化过程中 产生不均匀的体积变化 即所谓安定性不良 水泥安定性不良 会使水泥制品 砼构件产生膨胀性裂缝 影响工程质量 甚至引起严重的工程事故 GB规定 体积安定性不良的水泥应作废品处理 不能应用于工程 2 熟料中游离氧化钙过多 水泥熟料中含有游离氧化钙 呈过烧状态组织致密 熟化速度很慢 当水泥已经硬化后才进行熟化 体积膨胀 使水泥石发生不均匀体积变化 熟料中游离氧化镁过多 游离氧化镁熟化速度比游离氧化钙还慢 当水泥已经硬化后才进行熟化 体积膨胀 使水泥石发生不均匀体积变化 熟料中石膏掺量过多 当石膏掺量过多 水泥硬化后 在有水存在的情况下 石膏会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙 体积增大 使水泥石开裂 引起水泥安定性不良的原因 熟料中游离氧化钙过多熟料中游离氧化镁过多熟料中石膏掺量过多 3 检验方法 沸煮法 GB规定 用沸煮法检验水泥的体积安定性且必须合格 具体方法有试饼法 代用法 雷氏夹法 标准法 试饼法 用肉眼观察无裂纹 用直尺检查无弯曲 则称为安定性合格 雷氏夹法 指针膨胀值 5mm 称为安定性合格 反之 为不合格 试饼法 雷氏法二者检验结果不一致时 以雷氏法为准 沸煮法 检验游离氧化钙的危害 压蒸法 检验游离氧化镁的危害 长期水浸法 检验多余石膏的危害 由于游离氧化镁 石膏对水泥体积安定性的影响均不便于快速检验 所以 国家标准对水泥中游离氧化镁 三氧化硫作定量限制 以此控制水泥的体积安定性 故生产应用一般不做此两项试验 水泥安定性试验用压蒸釜 水泥安定性试验用沸煮箱 3 强度1 水泥强度 水泥强度是指水泥胶结能力的大小 是用标准试验方法制作的 硬化至一定龄期的水泥胶砂试件的强度表示 2 水泥胶砂试件的强度 根据国家标准的规定 水泥和标准砂按1 3混合 用0 5的水灰比 按规定的方法制成40 40 160mm标准试件 在标准温度 20 1 的水中养护 测定3d和28d的强度 即为水泥胶砂试件的强度 JJ 5型水泥胶砂搅拌机 ZS 15型水泥胶砂振实台 水泥胶砂强度试模 水泥胶砂抗折试验机 压力试验机 水泥胶砂抗压夹具 3 强度等级 根据水泥胶砂试件的强度 将水泥分为若干等级 各强度等级 各龄期的强度值不得低于国标规定数值 标准值 硅酸盐水泥分6个强度等级 42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R 其中代号R表示早强型水泥 普通硅酸盐水泥分4个强度等级 42 5 42 5R 52 5 52 5R 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥分6个强度等级 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 由表2 8分析知 表中强度标准值为下限值 水泥产品实测强度值均应 标准值方为合格 硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥强度等级相同 对应龄期的强度标准值相等 混合材料掺量较多的四种通用水泥各龄期强度标准值要求相同 同品种水泥 强度等级越高 早期强度及后期强度越高 强度等级相同时 混合材料掺量较少的水泥 早期强度较高 但28d强度标准值相同 4 细度 选择性指标 1 定义 水泥细度是指水泥颗粒的粗细程度 水泥细度对水泥性质有很大影响 颗粒愈细 与水接触面积愈大 水化愈充分 水化速度愈快 因而早期强度和后期强度都较高 颗粒过细 在空气中易吸收水分及CO2而变质 且在空气中硬化时 收缩性较大 砼发生裂缝的可能性增加 且成本也较高 颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥 从技术 经济两方面综合考虑 水泥细度要适当 既不能过粗 亦不宜过细 2 细度指标 GB规定 通用水泥的细度用比表面积或筛余表示 比表面积 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示 要求比表面积 300m2 Kg 筛余 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示 要求80um方孔筛筛余 10 或45um方孔筛筛余 30 数显勃氏透气比表面积测定仪 电动勃氏透气比表面积测定仪 3 检验方法 比表面积法和筛析法比表面积法 是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时 所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积 单位质量的粉末所具有的总表面积 以m2 Kg表示 水泥负压筛析仪 筛析法 采用边长为80um或45um的方孔筛对水泥试样进行筛析试验 用筛余百分数表示水泥的细度 以负压法作为标准方法 水泥水筛仪 5 水化热 水化热 水泥与水接触发生水化反应时所放出的热量 称为水泥的水化热 影响水化热大小及放热速度的因素有 矿物成分 C3A C3S含量高 水化热大 细度 水泥颗粒愈细 水化速度愈快 水化放热量愈大 混合材料品种及掺量 混合材料能降低水泥水化热 掺量多 水化热小 外加剂品种及掺量 促凝剂能增大水化热及放热速度 缓凝剂能减小水化热及放热速度 养护条件 砼环境温度高 湿度大 水化速度快 水化放热量大 水化热大 对一般建筑物的冬季施工有利 防止砼产生冻害 水化热大 对于大体积砼工程有害 可能导致砼产生温度裂缝 硅酸盐水泥的水化热较大 对于大体积砼工程 不宜采用硅酸盐水泥 而应采用水化热低的水泥如矿渣水泥等 水泥水化热试验装置 6 密度 堆积密度水泥密度 堆积密度在实际工程中亦经常用到 硅酸盐水泥的密度为3 1 3 2g cm3 堆积密度按松紧程度在900 1600Kg m3之间 四 通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能 水泥与水发生反应 水化 水解 称为水泥的水化 水泥水化 生成水化产物 并放出一定热量 一 硅酸盐水泥的水化四种熟料矿物水化速度 C3A水化速度最快 C3S和C4AF的水化速度较快 C2S水化速度最慢 C3S水化 C2S水化 C3A水化 铁铝酸四钙水化铝酸钙水化铁酸钙 C4AF水化 铝酸三钙水化铝酸钙 硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙 硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙 纯C3A与水反应很强烈 导致水泥速凝 为避免水泥速凝 水泥中常加入适量石膏 以调节水泥的凝结时间 故石膏亦称为水泥缓凝剂 机理如下 在有石膏存在时 水化铝酸钙与石膏反应 生成难溶于水的高硫型水化硫铝酸钙针状晶体 也称钙矾石 钙矾石沉积在水泥颗粒表面 阻碍水泥颗粒与水接触 使水泥水化延缓 达到调节水泥凝结时间的目的 如不掺入石膏或石膏掺量不足时 水泥会发生瞬凝 水化后期 石膏耗尽后 部分钙矾石又与C3A反应 转化为单硫型水化硫铝酸钙晶体 硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性表2 9 水泥是几种熟料矿物的混合物 且各种矿物成分各具特性 故改变熟料矿物组成的相对含量 水泥性质即发生变化 例如 提高C3S含量 可以制得高强水泥 降低C3A和C3S含量 提高C2S含量 可制得低热水泥 如大坝水泥 不同品种的水泥正是通过改变水泥熟料矿物组成的相对含量而制成的 硅酸盐水泥充分水化后的主要水化产物 二 硅酸盐水泥的凝结硬化过程 凝结 水泥加水拌和后 最初形成具有可塑性的浆体 随着时间的延长 水泥浆逐渐变稠失去塑性 但尚不具有强度的过程 称为水泥的 凝结 硬化 随着水化作用的深入 产生明显的强度并逐渐发展成为坚强的人造石 水泥石 这一过程称为水泥的 硬化 水泥浆体的凝结硬化过程 从物态变化划分为4个阶段 1 初始反应期 初始溶解水化 持续时间5 10min2 潜伏期 水化物膜层围绕水泥颗粒增厚 水化变慢 持续时间约1h3 凝结期 膜层破裂 增厚 水泥颗粒进一步水化 持续时间约3 6h4 硬化期 凝胶体填充毛细孔 持续时间约6h至若干年 幻灯片1 图a 初始反应期 水泥颗粒分散在水中 幻灯片2 图b 潜伏期 水化物膜层增厚 但包有水化物膜层的水泥颗粒相互分离 幻灯片3 图c 凝结期 初凝 凝聚结构形成 开始失去塑性 幻灯片4 图d 凝结期 终凝 完全失去塑性 开始产生强度 幻灯片5 凝结期 终凝 硬化期 水泥石的结构 C S H凝胶 对水泥石起支配作用凝胶体Ca OH 2晶体水化硫铝酸钙晶体 起骨架作用未水化的水泥颗粒内核水孔隙 水泥石结构组成 三 影响水泥凝结硬化的主要因素 1 水泥矿物成分2 水泥细度3 石膏掺量4 养护条件 温度和湿度5 养护龄期6 拌和用水量 W C 7 外加剂 1 矿物成分 熟料中C3S C3A含量高 水泥快硬 早强 混合材料掺量多 将使水泥的抗侵蚀性提高 水化热低 早期强度低 2 颗粒细度 水泥颗粒愈细 水化反应愈快 愈彻底 最终强度亦愈高 3 石膏掺量 水泥中不掺加石膏或石膏掺量不足时 水泥会发生瞬凝现象 掺加适量石膏缓凝机理 加入石膏后 石膏与水化铝酸钙作用 生成钙矾石 难溶于水 沉淀在水泥颗粒表面形成保护膜 降低了溶液中的Al3 的浓度 并阻碍了C3A的水化 延缓了水泥的凝结 如果石膏掺量过多 亦会促使水泥凝结加快 引起水泥强度降低 严重时引起水泥体积安定性不良 使水泥石产生膨胀性破坏 因此 石膏掺量应适当 4 养护条件 温度和湿度温度 在有水的情况下 温度高 水化反应快 水泥强度增长也较快 湿度 潮湿环境 能保持有足够的水分进行水化和凝结硬化 保持环境的温度和湿度 使水泥石强度不断增长的措施 称为养护 5 养护龄期 水泥石强度随着养护龄期的增长而增大 工程上通常以28d龄期的强度值作为质量评定依据 6 用水量 水灰比 加水量太多 水泥浆太稀 凝结硬化速度慢 且水分蒸发后 孔隙多 强度低 故工程上严格控制水灰比 7 外加剂 加入适量促凝剂能促进水泥的水化 凝结硬化 提高早期强度 掺加缓凝剂就会延缓水泥的水化 凝结硬化 影响水泥早期强度的发展 四 硅酸盐水泥的特性及应用 1 凝结硬化快 强度高由于硅酸盐水泥熟料C3S C3A含量较高 所以硅酸盐水泥凝结硬化快 早期及后期强度均高 主要用于重要结构的高强砼 预应力砼和有早强要求的砼工程 2 抗冻性好由于硅酸盐水泥凝结硬化快 早期强度高 因此适用于抗冻性要求高的工程 3 耐磨性能好由于硅酸盐水泥熟料C3S含量较高 砼强度高 因此耐磨性好 可应用于路面和机场跑道等砼工程 4 抗碳化性能好硅酸盐水泥石的碱度较高 对钢筋的保护作用强 砼表面密实 能有效地阻止碳化深入 因此 硅酸盐水泥抗碳化性能好 适用于空气中二氧化碳浓度高的环境 可用于有碳化要求的砼工程 5 耐腐蚀性差硅酸盐水泥水化产物中易腐蚀的成分多 耐腐蚀性差 故不宜长期用于含有侵蚀性介质 如软水 酸 盐 的环境中 6 水化热高硅酸盐水泥熟料C3A C3S含量较高 水化热高 且释放集中 故不宜用于大体积砼工程 但有利于低温季节蓄热法施工 7 耐热性较差硅酸盐水泥水化后氢氧化钙含量高 故耐热性差 硅酸盐水泥不宜用于有耐热要求的砼工程 8 干缩较小 五 其它品种通用水泥的性能及应用硅酸盐水泥水化硬化是硅酸盐水泥熟料及少量石膏与水发生水化反应 普通硅酸盐水泥混合材料掺量较少 性能与硅酸盐水泥相近 矿渣水泥等通用水泥混合材料掺量较大 水化反应为 硅酸盐水泥熟料先水化 生成水化产物水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙 氢氧化钙再与混合材料中的活性SiO2及Al2O3发生水化反应 称之 二次水化反应 一般来说 掺入较多的混合材料会使水化速度减慢 故对早期强度有所影响 另一方面 又降低了水泥石中氢氧化钙的含量 对水泥性能有较大影响 几种通用水泥特性及使用范围见表2 10 1 普通硅酸盐水泥的性能特点及应用1 特性 与硅酸盐水泥相比 水化热略低 早期强度略低 耐腐蚀性稍好 抗冻性略差 耐磨性略差 抗碳化性略差2 用途 与硅酸盐水泥相同 广泛应用于各种砼或钢筋砼工程 2 矿渣硅酸盐水泥的性能特点及应用 特性及应用 与硅酸盐水泥 普通水泥比较 发生二次水化反应 早期强度低 后期强度增长较快 不适于早强砼工程 水化热较低 适用于大体积砼工程 耐热性较好 可用于耐热砼工程 耐腐蚀性较强 抵抗软水 海水和硫酸盐腐蚀的能力较强 宜用于水工和海港工程 保水性较差 泌水性较大 干缩性较大 抗渗性 抗冻性 耐磨性和抵抗干湿交替循环的性能均较差 不宜用于承受冻融交替部位及受高速水流或挟砂水流冲刷部位 湿 热敏感性强 适于蒸汽养护 蒸压养护的预制构件 抗碳化能力差 发生二次水化反应 水泥熟料矿物水化后的产物在激发剂的作用下又与混合材料中的活性氧化物进行反应 生成新的水化产物 称二次水化反应 早期强度低 后期强度增长较快 早期 3d 7d 强度低 后期 28d以后 强度增长较快 甚至超过同强度等级普通硅酸盐水泥 不适于早强砼工程 水化热较低 适用于大体积砼工程 熟料少 水化慢 水化热低 耐热性较好 可用于耐热砼工程 当受到高温 不大于200 作用 强度不显著降低 耐热性较好 可用于高温车间和有耐热耐火要求的砼结构 耐腐蚀性较强 抵抗软水 海水和硫酸盐腐蚀的能力较强 宜用于水工和海港工程 保水性较差 泌水性较大 干缩性较大 矿渣水泥的标准稠度用水量较大 但保持水分的能力较差 泌水性较大 故矿渣水泥的干缩性较大 如养护不当 就容易产生裂纹 抗渗性 抗冻性 耐磨性和抵抗干湿交替循环的性能均较差 不宜用于承受冻融交替部位及受高速水流或挟砂水流冲刷部位 且使用时要注意加强早期养护 湿 热敏感性强 适于蒸汽养护 蒸压养护的预制构件 在常温下二次水化反应较慢 若采用蒸汽养护或蒸压养护等湿热处理方法 则能显著加快硬化速度 抗碳化能力差 矿渣水泥水化 硬化以后碱度较低 3 火山灰质硅酸盐水泥的性能特点及应用 特性及应用 与矿渣水泥相近 主要差别 抗渗性好 适用于抗渗要求较高的工程 火山灰水泥的干燥收缩性比矿渣水泥还大 在干热环境中容易产生裂缝 不宜用于干热环境的工程 应加强养护 并适当延长养护时间 抗冻性 耐磨性比矿渣水泥还差 不宜用于有抗冻 耐磨要求的工程 4 粉煤灰硅酸盐水泥的性能特点及应用 特性及应用 与矿渣水泥 火山灰水泥比较 性质相似 主要区别 干缩性较小 抗裂性好 适于抗裂要求较高的构件 砼拌和物的和易性好 特别适用于大体积砼结构 高流动性泵送砼 早期强度更低 比矿渣水泥 火山灰水泥还要低 适于承受荷载较迟的砼工程 5 复合硅酸盐水泥的性能特点及应用 特性及应用 特性 复合硅酸盐水泥的特性取决于所掺两种混合材料的种类 掺量及相对比例 与矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥有不同程度的相似或略有改善 用途 与矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥相似 五 通用硅酸盐水泥的选用六大通用水泥 广泛应用于砼工程 实际工程应用时 应考虑具体工程的结构特点及所处的环境条件 在满足性能要求的前提下尽量降低成本 具体选用可参照表2 11 六 水泥石的腐蚀与防止 一 水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀类型主要有 1 软水侵蚀 溶出性侵蚀 2 酸性腐蚀 1 一般酸的腐蚀 2 碳酸腐蚀3 强碱腐蚀4 盐类腐蚀 1 硫酸盐的腐蚀 2 镁盐的腐蚀 水泥砼路桥腐蚀病害 1 软水侵蚀 溶出性侵蚀 1 何谓软水侵蚀 当水泥石处在软水环境中 软水能使水泥石中的水化产物氢氧化钙溶解 进而促使其它水化产物分解 称之为软水侵蚀或溶出性侵蚀 2 侵蚀机理 水泥石中的水化产物必须在一定碱性浓度的液相中才能稳定存在 否则易被分解 当水泥石长期与软水接触时 Ca OH 2最先被溶出 在静水及无压水的情况下 由于周围的水易为溶出的Ca OH 2所饱和 溶解作用很快中止 Ca OH 2溶出仅限于表层 影响不大 当水泥石在流动水及压力水作用下 Ca OH 2不断溶解 流失 而且由于石灰浓度的继续降低 还会引起其它水化物的分解溶蚀 使水泥石的结构遭受进一步的破坏 这种现象称为 溶析 溶出性侵蚀的强弱程度 与水质的暂时硬度有关 当水质较硬 侵蚀作用较弱 2 酸类腐蚀 1 碳酸腐蚀当水中CO2浓度较高时 CO2与水泥石中的Ca OH 2发生反应 生成易溶的重碳酸钙而溶失 Ca OH 2浓度降低 还会导致水泥石中的其它水化物分解 腐蚀加剧 2 一般酸的腐蚀各种酸对水泥石都有不同程度的腐蚀 酸与水泥石中的Ca OH 2作用后的生成物 或者易溶于水 或者体积膨胀 导致水泥石破坏 且由于Ca OH 2被大量消耗 引起水泥石碱度降低 促使其它水化物大量分解 从而引起水泥石强度的急剧下降 3 强碱腐蚀碱类溶液如浓度不大时一般是无害的 但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱 如NaOH 作用后也会破坏 氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用 生成易溶的铝酸钠 3C3A 6NaOH 3Na2O Al2O3 3Ca OH 2 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥 与空气中的CO2作用而生成碳酸钠 NaOH CO2 Na2CO3 H2O碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积 使水泥石胀裂 4 盐类腐蚀1 硫酸盐的腐蚀硫酸盐对水泥石产生膨胀性化学腐蚀 硫酸盐与水泥石中的Ca OH 2起置换反应 生成硫酸钙 硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙 体积增大 对水泥石起极大的破坏作用 高硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体 通常称为 水泥杆菌 在水中硫酸盐浓度较高时 CaSO4将在孔隙中直接结晶成二水石膏 体积膨胀 从而导致水泥石破坏 2 镁盐的腐蚀镁盐与水泥石中的Ca OH 2起复分解反应 如 MgSO4 Ca OH 2 2H2O CaSO4 2H2O Mg OH 2MgCl2 Ca OH 2 CaCl2 Mg OH 2因此 MgSO4对水泥石起镁盐及硫酸盐的双重腐蚀作用 Mg OH 2松软无胶凝能力CaCl2易溶于水二水石膏则引起水泥石的硫酸盐破坏 生成物 产生水泥石腐蚀的基本原因 外因 存在腐蚀性介质 内因 水泥石中存在易被腐蚀的组分 主要是氢氧化钙和水化铝酸钙 水泥石本身不密实 有很多毛细孔通道 腐蚀性介质易于进入其内部 二 水泥石腐蚀的防止 根据侵蚀环境特点 合理选用水泥品种 选用混合材料掺量多的水泥 可提高对软水侵蚀的抵抗力 采用C3A含量低的水泥 可抵抗硫酸盐的腐蚀 提高水泥石的密实度 改善孔结构 砼密实度提高 抗侵蚀能力相应提高 提高砼表面的密实度 也可减少侵蚀性介质渗入内部 从而提高砼的抗侵蚀性 表面加做保护层 在砼或砂浆表面加做耐腐蚀性高而且不透水的保护层 对于具有特殊要求的抗侵蚀砼 采用聚合物砼 2 4水泥的应用 一 水泥品种的选用水泥品种应根据砼工程特点 所处的环境条件和施工条件等进行选择 水泥性能必须符合国家标准规定 二 水泥强度等级的选择水泥强度等级应与砼的设计强度等级相适应 原则上 配制高强度等级的砼 应选用高强度等级的水泥 配制低强度等级的砼 应选用低强度等级的水泥 三 水泥的运输和储存 水泥在运输和储存过程中不得混入杂物 应按不同品种 强度等级 出厂日期分别运输 分别存放 并加以明确标示 散装水泥分库存放 袋装水泥堆放高度一般不超过10袋 并先存先用 不同品种 不同生产厂家的水泥不得混用 防潮 对于结块水泥的处理方法 仅有轻微结块 可压碎后按实测强度等级使用 对于部分结成硬块 可筛除或压碎硬块后 用于次要部位 对于大部分结块的 不能使用 水泥储存时间不宜过长 一般不超过3个月 铝