教学材料《建筑材料》-项目一 6

任务一硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥是通用水泥中的一个基本品种,中华人民共和国国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)中规定通用硅酸盐水泥的定义为:以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料.本标准规定了通用硅酸盐水泥的定义与分类、组分与材料、强度等级、技术要求、试验方法、检验规则和包装、标志、运输与储存方法等.本标准规定的通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥.下一页返回任务一硅酸盐水泥其中,硅酸盐水泥又可分为Ⅰ型硅酸盐水泥(又称为纯硅酸盐水泥,代号P·Ⅰ)和Ⅱ型硅酸盐水泥(代号P·Ⅱ)两种.各通用硅酸盐水泥的组分应符合表２-１的规定.二、硅酸盐水泥的原料及生产工艺(一)硅酸盐水泥的原料生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料(如石灰石、白垩等,主要成分为CaCO３)、黏土质原料(如黏土、黄土和页岩等,主要成分为SiO２、Al２O３、Fe２O３),必要时掺加少量校正原料.如果选用的石灰质原料和黏土质原料按一定比例配合不能满足化学组成要求时,则要掺入相应的校正原料加以调整.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥校正原料有铁质校正原料(如铁矿粉、硫铁矿渣等)、硅质校正原料(如砂岩、河砂等)和铝质校正原料(如含铝高的黏土、铁矾土废料等),以分别补充SiO２、Al２O３或Fe２O３的不足.另外,为改善熟料煅烧条件,常常加入少量的矿化剂(如石膏、萤石、重晶石尾矿或铜矿渣等).(二)硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥的生产可概括为“两磨一烧”,如图２-３所示,展示了水泥厂的概貌以及“两磨一烧”的生产工艺.概括地讲,水泥生产工艺主要就是“两磨”(磨细生料,磨细水泥)、“一烧”(生料煅烧成熟料).上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥生产过程中的关键环节是生料的配制与煅烧,其目的是使水泥熟料中的矿物成分及含量符合要求.各种原料按比例配合,磨细成生料,生料可制备成生料浆(加水磨细)或生料球(加无烟煤磨细后成球).煅烧是水泥生产的关键环节,可在立窑或回转窑中进行.生料入窑后被加热,水分逐渐蒸发.若煅烧时达不到此温度或保持时间不够长,熟料中的硅酸三钙含量少而有较多的游离氧化钙(f-CaO),将会使水泥的强度及安定性受到影响.熟料烧成后,存放１~２周,加入２％~５％的天然石膏共同磨细,即为水泥.加石膏的目的是调节水泥的凝结时间,使水泥不致发生急凝现象.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥三、硅酸盐水泥熟料的成分生料中所含的CaO、SiO２、Al２O３及Fe２O３四种氧化物经高温煅烧后,生成硅酸盐水泥熟料中的四种主要矿物成分,它们的名称、分子式及含量以及各自不同的特性见表２-２.由于各种矿物成分性质不同,所以若改变它们在熟料中的相对含量,水泥的性质也将随之改变.如适当提高C３S及C３A的含量,水泥就具有快硬高强的性能;若控制C３A的含量,适当提高C２S及C４AF的含量,就可以得到低热水泥.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥除以上四种主要矿物成分外,水泥中还有少量其他成分:(１)游离氧化钙(f-CaO).煅烧中未能与其他氧化物结合成游离状的CaO,当含量过高时,会使水泥的体积安定性不良,危害很大.(２)游离氧化镁.若其含量高、晶粒大时,也会使水泥体积安定性不良.(３)含碱矿物以及玻璃体等.含碱分(K２O,Na２O)也是有害成分,当遇到活性集料时,易产生碱Ｇ集料反应.四、硅酸盐水泥的水化及凝结硬化硅酸盐水泥加水拌和后成为既有流动性又有可塑性的水泥浆,同时产生水化反应,随着水化反应的进行,逐步失去流动性且变稠而失去可塑性,这一过程称为凝结.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥随着水化、凝结的进一步继续,浆体逐步转变为具有一定强度的水泥石,这一过程称为水泥的硬化.水化是水泥产生凝结硬化的前提,凝结硬化是水泥水化的结果.(一)硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥遇水后,熟料中各矿物成分与水发生水化反应,生成新的水化产物,并放出热量.(１)硅酸三钙与水反应,生成水化硅酸钙并析出氢氧化钙:(２)硅酸二钙与水反应,生成水化硅酸钙并析出少量氢氧化钙:上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥(３)铝酸三钙与水反应,生成水化铝酸钙:(４)铁铝酸四钙与水反应,生成水化铝酸钙及水化铁酸钙:(５)水泥中加入的少量石膏,与水化生成的水化铝酸钙化合,生成水化硫铝酸钙(钙矾石)上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥生成的水化硫铝酸钙难溶于水,沉积在水泥颗粒表面,阻碍水泥颗粒与水接触,使水泥的水化延缓,达到调节水泥凝结的目的.钙矾石生成的柱状或针状结晶,如图２-４所示,为水泥石中钙矾石形态,钙矾石起骨架作用,对水泥的早期强度是有利的.上述反应是在饱和的石膏溶液中进行的,生成的是高硫型水化硫铝酸钙.水化后期,石膏耗尽后,水化硫铝酸钙又与铝酸三钙反应并转化为低硫型水化硫铝酸钙(C３A·CaSO４·１２H２O)晶体.综上所述,硅酸盐水泥水化后,生成的水化产物有氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥其中,氢氧化钙、水化铝酸钙及水化硫铝酸钙为晶体,而水化硅酸钙及水化铁酸钙则长期以胶体的形式存在.另外,在空气中,水泥表层的氢氧化钙还会与空气中的二氧化碳反应,生成碳酸钙,被称为碳化.(二)硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化过程,按水化反应速度和水泥浆体结构的变化特征,可分为以下四个阶段,如图２-５所示,表示了水泥的凝结硬化过程.１.初始反应期上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水泥加水拌成水泥浆.在水泥浆中,水泥颗粒与水接触,并与水发生水化反应,生成的水化产物溶于水中,水泥颗粒暴露出新的表面,使水化反应继续进行.这个时期称为“初始反应期”,即初始的溶解与水化,一般可持续５~１０min.这时生成的水化物溶于水,但溶解度很小,因而不断地沉淀析出.由于水化物生成的速度很快,来不及扩散,便附着在水泥颗粒表面,形成膜层.膜层是以水化硅酸钙凝胶为主体,其中分布着氢氧化钙等晶体,所以,通常称之为凝胶体膜层.凝胶体膜层的形成会妨碍水泥的水化.２.潜伏期上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥由于开始阶段水泥水化很快,生成的水化产物很快使水泥颗粒周围的溶液成为水化产物的饱和溶液.继续水化生成的氢氧化钙、水化铝酸钙及水化硫铝酸钙逐渐结晶,而水化硅酸钙析出,形成凝胶.水化硅酸钙凝胶中夹杂着晶体,它包在水泥颗粒表面形成半渗透的凝胶体膜.这层膜减缓了外部水分向内渗入和水化物向外扩散的速度,同时膜层不断增厚,使水泥水化速度变慢.此阶段称为“潜伏期”或“诱导期”,持续时间一般为１h.３.凝结期上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥由于水分渗入膜层内部的速度大于水化物向膜层外扩散的速度,产生的渗透压力使膜层向外胀大,并最终破裂.这样,周围饱和程度较低的溶液能与未水化的水泥颗粒内核接触,使水化反应速度加快,直至新的凝胶体重新修补破裂的膜层为止.水泥凝胶膜层向外增厚和随后的破裂伸展,使原来水泥颗粒间被水所占的空间逐渐变小,包有凝胶体膜的颗粒逐渐接近,以致相互粘结.水泥浆的黏度提高,塑性逐渐降低,直至完全失去塑性,开始产生强度,水泥凝结.这个阶段称为“凝结期”,持续时间一般为６h.４.硬化期上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥由于水泥颗粒之间的空隙逐渐缩小为毛细孔,水化生成物进一步填充毛细孔,毛细孔越来越少,使水泥浆体结构更加紧密,逐渐产生强度.在适宜的温度和湿度的条件下,水泥强度可继续增长(６h至若干年),此阶段即为硬化期.水泥与水拌和凝结硬化后生成水泥石.水泥石是由凝胶、晶体、未水化水泥颗粒、毛细孔(毛细孔水)和凝胶孔等组成的不均质结构体.(三)影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素１.水泥的熟料矿物组成硅酸盐水泥的熟料矿物组成是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程以及产生强度等的主要因素.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥硅酸盐水泥的四种熟料矿物中,C３A的水化和凝结硬化速度最快,因此,C３A是影响水泥凝结时间的决定性因素.２.水泥细度细度是指水泥颗粒的粗细程度.水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度、干缩及水化热等,这是因为水泥加水后,开始仅在水泥颗粒的表面进行水化,然后逐步向颗粒内部发展,而且是一个时间较长的过程.水泥颗粒越细,水化作用的发展就越迅速而充分,凝结硬化的速度越快,早期强度也就越高.３.养护龄期的影响上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水泥石的强度是随龄期的增长而增长的,一般在起初的３~７d内强度发展甚快,２８d后明显变慢,３个月后更慢.但在一定的温度和湿度的条件下,强度的增长可延续几年甚至几十年.４.石膏的掺量生产水泥时掺入石膏,其主要是作为缓凝剂使用,以延缓水泥的凝结硬化速度.掺入石膏后,由于钙矾石晶体的生产,还能改善水泥石的早期强度.但是,若石膏的掺量过多,不仅不能缓凝,还可能会对水泥石的后期性能造成危害.５.水胶比上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥拌和水泥浆时,水与水泥的质量比,称为水胶比.拌和水泥浆体时,为使浆体具有一定的塑性和流动性,通常所加入的水量要大大超过水泥充分水化时所需的水量.水胶比越大,水泥浆越稀,凝结硬化和强度的发展越慢,且硬化后的水泥石中毛细孔含量越多.水泥石的强度随其毛细孔孔隙率的增加呈线性关系下降.因此,在保证成型质量的前提下,应降低水胶比,以提高水泥石的硬化速度和强度.６.环境温度与湿度温度对凝结硬化的影响很大.温度高,水泥水化速度快,凝结硬化速度就快.采用蒸汽养护是加速凝结硬化的方法之一.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥温度低时,凝结硬化速度变慢.温度低于０℃时,硬化完全停止;低于－３℃时,水泥中的水冻结,会产生冻裂破坏.因此,冬期施工时要采取防冻措施;潮湿环境下的水泥石,水分不易蒸发,促进水泥的凝结硬化,若环境十分干燥,水泥的凝结硬化无法进行,水泥石的强度将停止增长.所以,水泥混凝土在浇筑后的一段时间里应注意保持在正常的温度、湿度下养护.７.外加剂由于硅酸盐水泥的水化、凝结硬化在很大程度上受到C３S与C３A的制约,因此,凡对C３S和C３A的水化能产生影响的外加剂,都能改变硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥五、硅酸盐水泥的技术要求根据国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７),硅酸盐水泥的技术要求包括化学性质和物理力学性质两个方面.(一)硅酸盐水泥的化学性质１.化学指标硅酸盐水泥的化学指标应符合表２-３中相应的各项要求.２.碱含量(选择性指标)水泥中碱含量按Na２O＋０.６５８K２O的计算值表示.若使用活性集料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中的碱含量应不大于０.６０％或由买卖双方协商确定.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥(二)硅酸盐水泥的物理力学性质１.凝结时间水泥的凝结时间可分为初凝时间与终凝时间.从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所需的时间,为水泥的初凝时间.从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间,为水泥的终凝时间.水泥的初凝时间不宜过短,以保证在初凝前完成各施工过程;水泥的终凝时间不宜过长,以保证施工完毕后能尽早凝结硬化,便于下道工序的尽早进行.水泥的凝结时间是以标准稠度水泥净浆,在规定的温度、湿度下,用水泥净浆凝结时间测定仪测定的(详见项目二).上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)规定,硅酸盐水泥的初凝时间不得小于４５min,终凝时间不得大于３９０min(６.５h).硅酸盐系其他五类水泥的初凝时间不得小于４５min,终凝时间不得大于６００min(１０h).２.安定性水泥在凝结硬化的过程中,体积均匀变化的性质称为体积安定性.当水泥浆体硬化过程中发生不均匀变化时,会导致膨胀开裂、翘曲,称为安定性不良.体积安定性不良的水泥,不得用于建筑工程.造成水泥体积安定性不良的原因是水泥中含过多的游离氧化钙(f-CaO)或游离氧化镁(f-MgO)及三氧化硫(SO３).上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水泥煅烧时,未与其他氧化物化合而单独存在的氧化钙称为游离氧化钙,它因过度燃烧而组织致密,熟化速度慢,当水泥浆已经凝结硬化后,它才熟化,体积膨胀,破坏水泥石结构.如磨细水泥时,掺入石膏过多,则三氧化硫含量过多,水泥凝结硬化后,继续与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙,体积膨胀引起水泥石开裂.水泥中氧化镁的含量不宜超过５.０％,如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化镁的含量允许放宽至６.０％;水泥中三氧化硫的含量不得超过３.５％.国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)规定,硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥沸煮法检验水泥的体积安定性时可用试饼法,也可用雷氏法,有争议时以雷氏法为准.试饼法是用标准稠度水泥净浆,按规定的方法做成试饼并养护,然后沸煮３h±５min,以加速游离氧化钙熟化.沸煮后以试饼不弯、不裂为安定性合格.另外,可用压蒸法加速氧化镁熟化来检验它对安定性的影响;用水浸法检验三氧化硫对安定性的影响.如水泥中氧化镁、三氧化硫的含量不超过规定,一般可不进行这两项检验.３.强度和强度等级水泥的强度是评定其质量的重要指标.水泥的强度是指水泥胶结能力的大小,用硬化一定龄期的水泥胶砂试件的强度表示.根据水泥胶砂的抗压、抗折强度划分水泥的强度等级.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥国家标准«水泥胶砂强度检验方法»(ISO法)(GB/T１７６７１—１９９９)规定,按质量计,将一份水泥、三份中国ISO标准砂用０.５的水胶比,按规定方法拌制成塑性水泥胶砂,制成４０mm×４０mm×１６０mm的棱柱体试件,在标准条件(２０℃±２℃水中)下养护,测其３d、２８d的抗折、抗压强度,按表２-４确定水泥的强度等级.硅酸盐水泥强度等级分为４２.５、４２.５R、５２.５、５２.５R、６２.５、６２.５R,其中R为早强型.各强度等级硅酸盐水泥的各龄期强度不得低于表２-４中的数值,要求四个数值全部满足规定,如有一项不满足,则降低强度等级.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥４.细度(选择性指标)细度是指水泥颗粒的粗细程度.水泥颗粒越细,水化作用就越迅速、越充分,水泥的早期和后期强度就越高.但磨得过细,粉磨消耗的能量大,成本高,而且在空气中硬化时干缩较大,且在空气中易吸收水分及二氧化碳而变质.硅酸盐水泥的细度用比表面积表示,国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)规定,硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以比表面积表示,不小于３００m２/kg;矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示,８０mm方孔筛筛余不大于１０％或４５mm方孔筛筛余不大于３０％(水泥颗粒粒径小于４０mm才具有较高的活性,大于９０mm几乎接近惰性).上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)规定,检验结果符合本标准化学指标、凝结时间、安定性和强度的技术要求为合格品;检验结果不符合本标准化学指标、凝结时间、安定性和强度中任何一项技术要求为不合格品.５.标准稠度用水量水泥浆的稠度对水泥某些技术性质(如凝结时间、体积安定性)的测定有较大的影响,所以必须在规定的稠度下进行测定,这个规定的稠度称为标准稠度.水泥净浆达到标准稠度时,所需的用水量占水泥质量的百分数,即标准稠度用水量.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥标准稠度用水量可用标准法维卡仪进行测定(详见项目二).硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为２４％~３０％.标准稠度用水量与水泥熟料的矿物成分及细度有关:熟料中C３A的含量多,标准稠度用水量大,磨得越细,标准稠度用水量也越大.国家相关标准中,对水泥的标准稠度用水量虽未提出具体要求,但标准稠度用水量大的水泥,拌制一定稠度的砂浆或混凝土时,需加较多的水,故硬化时收缩较大,硬化后强度及密实度也较差.因此,同样条件下,以标准稠度用水量小的水泥为好.６.水化热上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水泥在水化过程中放出的热量,称为水泥的水化热,单位为J/g.水化热的大小及放热速度与熟料的矿物成分、水泥细度有关,还与所掺混合材料及外加剂的品种、数量有关.通常水泥强度等级高,水化热也大;熟料中C３A及C３S的含量高,水化热大;水泥细,水化反应快且充分,水化热大而且放热速度快;掺入混合材料能降低水泥水化热;加入促凝的外加剂,可提高早期的水化热;加入缓凝的外加剂,可降低早期的水化热.水化热大部分是在水化初期(７d内)放出的,后期逐渐减少.尽管国家标准没有规定通用硅酸盐水泥的水化热限值,但选用水泥时应充分考虑水化热对工程的影响.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥大体积混凝土,由于水化热积聚在内部不易散出,使混凝土内外或建筑物与地基间产生较大的温差,并由此产生较大的温度应力,造成混凝土裂缝.因此,在大体积混凝土工程中,应采用水化热低的水泥;非大体积混凝土冬期施工时,水化热使混凝土温度升高,对防冻有利.六、水泥石的侵蚀与防治硅酸盐水泥硬化后,在通常情况下具有较高的耐久性,其强度在几年甚至几十年内仍在继续增长.在正常条件下具有较好的耐久性,但在受到环境中某些液体或气体的作用时,会造成强度降低,甚至结构破坏,这种现象称为水泥石的侵蚀.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥(一)侵蚀的类型１.溶出型侵蚀(软水侵蚀)硅酸盐水泥属于典型的水硬性胶凝材料,对“硬水”具有足够的抵抗能力.但是硬化浆体如果不断受到软水的浸泡时,水泥的水化产物就将按照溶解度的大小,依次逐渐被水溶解,产生溶出性侵蚀,最终导致水泥石被破坏.在静水及无水压力的情况下,由于周围的水易为溶出的氢氧化钙所饱和,使溶解逐渐停止,但如果软水是流动或者有压力的,则溶解的氢氧化钙将不断溶解流失,从而降低水泥石浓度.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥当氢氧化钙浓度下降到一定程度时,其他水化物也会分解溶蚀,如水化硅酸钙和水化铝酸钙,会分解成胶结能力较差的硅胶(SiO２·nH２O)和铝胶[Al(OH)３],使得水泥石胶结能力变差、空隙增大、强度下降、结构破坏.溶出型侵蚀的强弱,与环境水的硬度有关.当水质较硬,即水中重碳酸盐含量较高时,氢氧化钙溶解度较小.同时,重碳酸盐与水泥中的氢氧化钙反应,生成几乎不溶于水的碳酸钙.生成的碳酸钙积聚于已硬化的水泥石孔隙中,使水不易渗过水泥石,氢氧化钙不易被溶解带出,侵蚀作用变弱;反之,水质越软侵蚀作用越强.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥２.酸性侵蚀(１)碳酸性侵蚀.在工业污水、地下水中常有游离的二氧化碳,它对水泥石的侵蚀作用是通过以下方式进行的:(２)一般酸性侵蚀.有些地下水或工业废水中含有机酸或无机酸,这些酸类与水泥石中的Ca(OH)２可发生如下反应:上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥３.盐类侵蚀(１)硫酸盐侵蚀(膨胀性侵蚀).地下水、海水、盐沼水等矿化水中,常含有硫酸盐,如硫酸镁、硫酸钠、硫酸钙等,它们对水泥都会产生侵蚀.首先,硫酸盐与水泥石中的Ca(OH)２反应生成石膏,石膏结晶,体积膨胀.石膏进一步与水泥石中的水化铝酸钙反应,生成水化硫铝酸钙.其反应式如下:由于水化硫铝酸钙含大量结晶水,结晶时体积膨胀大至水化铝酸钙体积的２.５倍左右,对已硬化的水泥石起到极大的破坏作用.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水化硫铝酸钙(钙钒石)的结晶呈针状,故常称为“水泥杆菌”.(２)镁盐侵蚀(双重侵蚀).海水、地下水等矿化水中,常含有镁盐,如硫酸镁、氯化镁.这些镁盐与水泥石中的Ca(OH)２发生如下反应:４.强碱侵蚀苛性碱(NaOH)对水泥有明显的腐蚀作用,因为苛性碱能与水泥中的硅酸钙和铝酸钙作用而生成胶结力不强的氢氧化钙和易溶于碱性溶液的硅酸盐和铝酸盐;当碱性溶液浓度较低时,腐蚀性不大.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥(二)侵蚀的原因实际上,水泥石侵蚀是一个极为复杂的物理化学作用过程.水泥石在遭受侵蚀时,很少是单一的侵蚀作用,往往是几种作用同时存在并互相影响.通过上述几种腐蚀类型,可以得出水泥受腐蚀的基本原因如下:(１)水泥石中存在易被腐蚀的成分.水泥石中存在氢氧化钙、水化铝酸钙等水化产物是造成腐蚀的内在原因.(２)水泥石不密实,使腐蚀性介质易进入.水泥石本身不密实,内部有大量的毛细通道和裂隙,侵蚀性介质可以深入水泥石内部对其进行侵蚀.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥(３)环境条件.高温、高压、冲刷、干湿交替等外部条件是加速侵蚀的外在因素.(三)防止水泥石侵蚀的措施１.合理选择水泥品种水泥品种的选择必须根据侵蚀环境特点来确定.例如,水泥石受软水侵蚀时,可选用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥;水泥石处于硫酸盐腐蚀环境中,可选用铝酸三钙含量较少的抗硫酸盐水泥.另外,掺入活性混合材料,可提高硅酸盐水泥对多种介质的抗腐蚀性.２.提高水泥石的密实度上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥水泥石越密实,抗渗能力越强,侵蚀介质也越难进入.一些工程因水泥石不够密实而过早破坏.相反,水泥石密实度很高,即使所用的水泥品种不甚理想,也能减轻腐蚀.提高水泥石密实度对抵抗软水侵蚀具有更为明显的效果.在实际工程中,提高混凝土或砂浆的密实度的措施有:合理进行混凝土配合比设计、降低水胶比、选择性能良好的集料、掺加外加剂以及改善施工方法(如振动成型、真空吸水作业)等方式.３.设置保护层当腐蚀作用较强,采用上述措施也难以满足防腐要求时,可在混凝土等水泥制品的表面加做耐腐蚀性高且不透水的保护层.保护层的材料一般可选用耐酸石材、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土,还可采用聚合物混凝土.七、硅酸盐水泥的性质与应用硅酸盐水泥凝结硬化快、强度高,抗冻性、抗碳化性、耐磨性好,但水化热高,耐腐蚀性差,不耐高温.因此,硅酸盐水泥适用于高强度混凝土、预应力混凝土以及冬期施工,不适用于大体积混凝土、水利及海港工程,温度高于２５０℃的工程.１.强度等级高,强度发展快硅酸盐水泥因其C３S含量高,强度等级较高,适用于地上、地下和水中重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程.这种水泥凝结硬化较快,还适用于要求早期强度高和冬期施工的混凝土工程.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥２.抗冻性好水泥石抗冻性主要取决于孔隙率和孔隙特征.硅酸盐水泥若采用较小的水胶比,并经充分养护,可获得密实的水泥石.因此,这种水泥适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程.３.抗碳化性好水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳作用称为碳化.碳化使水泥石的碱度(即pH值)降低,引起水泥石收缩和钢筋锈蚀.硅酸盐水泥石中含有较多的氢氧化钙,碳化时碱度不易降低.这种水泥制成的混凝土抗碳化性好,适用于空气中二氧化碳浓度较高的环境,如翻砂、铸造车间.上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥４.耐磨性好硅酸盐水泥的耐磨性好,且干缩小,表面不易起粉,可用于地面和道路工程.５.水化热高硅酸盐水泥中含有大量的硅酸三钙和较多的铝酸三钙,其水化放热速度快,放热量高.对大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土,由于水化热聚集在内部不易散发,而形成温差应力,可导致混凝土产生裂纹.所以,硅酸盐水泥不得用于大体积混凝土.６.腐蚀性差上一页下一页返回任务一硅酸盐水泥硅酸盐水泥石中含有较多的易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙,不宜用于受流动的和有压力的软水作用的混凝土工程,也不宜用于受海水及其他腐蚀性介质作用的混凝土工程.７.耐热性差硅酸盐水泥石在温度为２５０℃时,水化物开始脱水,水泥石强度下降;当受热在７００℃以上时,将遭破坏.所以,硅酸盐水泥不宜单独用于耐热混凝土工程.上一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥一、混合材料在水泥厂磨制水泥或预制构件厂、混凝土工厂、工地现场拌制混凝土或砂浆时,掺入磨细的天然或人工矿物质材料,称为混合材料.(一)混合材料的种类１.活性混合材料常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应,生成水硬性水化产物,并能逐渐凝结硬化产生强度的混合材料称为活性混合材料.活性混合材料的主要作用是改善水泥的某些性能,还具有扩大水泥强度等级范围、降低水化热、增加产量和降低成本的作用.下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥活性混合材料本身没有水硬性或水硬性很弱,但在石灰或石灰与石膏共同作用下,则具有较强的水硬性.常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等.(１)粒化高炉矿渣.粒化高炉矿渣是高炉炼铁的熔融矿渣,经水或水蒸气急冷处理所得到的粒径为０.５~５mm的疏松多孔的颗粒材料,也称为水淬矿渣.急冷处理的目的是使其形成玻璃体,从而具有较高的潜在活性.如熔融矿渣任其自然冷却,凝固后呈结晶态,活性很小,属非活性混合材料.矿渣中的活性成分主要是活性氧化铝和活性氧化硅,在激发剂的作用下,它们在常温下与氢氧化钙反应产生强度.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥(２)火山灰质混合材料.泛指以活性氧化硅及活性氧化铝为主要成分的活性混合材料,是具有火山灰性的天然或人工的矿物质材料.火山灰质混合材料种类较多,天然的有火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石;人工的有煤矸石、烧页岩、烧黏土、煤渣、硅质渣等.火山灰质混合材料结构上的特点是疏松多孔,内比表面积大,易反应.(３)粉煤灰.粉煤灰是燃煤电厂煤粉炉烟道中收集的灰分,以二氧化硅和氧化铝为主要成分,含少量氧化钙,具有火山灰性.实际上它也属于火山灰质混合材料,故其水硬性原理与火山灰质混合材料相同.一般而言,煤粉的含碳量越低,细颗粒含量越多,其质量越好.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥粉煤灰是一种优良的活性混合材料,可不经磨细,直接掺入水泥或混凝土,而且它的综合利用又有重要的技术经济意义.２.非活性混合材料常温下不能与氢氧化钙和水发生水化反应或反应很小,也不能产生凝结硬化的混合材料称为非活性混合材料.它在水泥中主要起填充作用,如扩大水泥强度等级范围、降低水化热、增加产量、降低成本等.常用的非活性混合材料主要有质地坚实的石灰岩、石英岩、砂岩等磨成的细粉,质地松软的黏土,自然冷却的矿渣等.另外,凡不符合技术要求的粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料及粉煤灰等均可作为非活性混合材料使用.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥(二)活性混合材料的水化磨细的活性混合材料与水拌和后,不会产生水化及凝结硬化(仅某些粒化高炉矿渣有微弱的反应).但活性混合材料在石灰饱和溶液中,在常温下就会产生明显的水化反应,生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的水化物.当有石膏存在时,水化铝酸钙还可以和石膏进一步反应生成水硬性产物,即水化硫铝酸钙.当活性混合材料掺入硅酸盐水泥中与水拌和后,首先的反应是硅酸盐水泥熟料水化,生成氢氧化钙.然后,它与掺入的石膏作为活性混合材料的激发剂,产生前述的反应(称为二次反应).上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥二次反应的速度较慢,对温度影响敏感.温度高,水化加快,强度增长迅速;反之,水化减慢,强度增长缓慢.二、普通硅酸盐水泥(P·O)普通硅酸盐水泥简称为普通水泥,代号为P·O,与硅酸盐水泥的性能、应用范围基本相同.普通水泥中掺活性混合材料时,掺量应大于５％且小于或等于２０％,其中允许用不超过水泥质量５％的窑灰或不超过水泥质量８％的非活性混合材料来替代.(一)普通硅酸盐水泥的技术要求上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥根据国家标准«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)的规定,普通硅酸盐水泥的技术要求包括以下几个方面.１.化学指标普通硅酸盐水泥的化学指标应符合表２-３中相应的各项要求.２.碱含量(选择性指标)水泥中的碱含量按Na２O＋０.６５８K２O计算值表示.若使用活性集料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中的碱含量应不大于０.６０％或由买卖双方协商确定.３.凝结时间上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥初凝时间不得小于４５min,终凝时间不得大于６００min(１０h).４.强度普通硅酸盐水泥强度等级分为４２.５、４２.５R、５２.５、５２.５R,其中R为早强型.各强度等级普通硅酸盐水泥的各龄期强度不得低于表２-５中的数值,要求四个数值应全部满足规定,如有一项不满足,则降低强度等级.５.细度(选择性指标)以比表面积表示,不小于３００m２/kg.(二)普通硅酸盐水泥的性质与应用上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥中掺入少量混合材料的主要作用是扩大强度的等级范围,以利于合理选用.由于混合材料掺量较少,其矿物组成的比例仍在硅酸盐水泥的范围内,所以,其性能、应用范围与同强度等级的硅酸盐水泥相近.与硅酸盐水泥比较,早期硬化速度稍慢,强度略低;抗冻性、耐磨性及抗碳化性稍差;而耐腐蚀性稍好,水化热略有降低.三、其他四种通用硅酸盐水泥(P·S、P·P、P·F、P·C)(一)其他四种通用硅酸盐水泥的代号及组分上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥１.矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥,代号为P·S,有两种型号分别为P·S·A和P·S·B.其中,P·S·A型水泥中粒化高炉矿渣的掺量应大于水泥质量的２０％且小于或等于水泥质量的５０％;P·S·B型水泥中粒化高炉矿渣的掺量应大于水泥质量的５０％且小于或等于水泥质量的７０％.矿渣水泥中粒化高炉矿渣允许为符合«用于水泥中的粒化高炉矿渣»(GB/T２０３—２００８)或«用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉»(GB/T１８０４６—２００８)的活性混合材料、符合«通用硅酸盐水泥»(GB１７５—２００７)非活性混合材料或符合«掺入水泥中的回转窑窑灰»(JC/T７４２—２００９)的窑灰中任何一种代替,但其替代数量应不超过水泥质量的８％.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥２.火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥,代号为P·P.火山灰水泥中火山灰质混合材料允许为符合«用于水泥中的火山灰质混合材料»(GB/T２８４７—２００５)的活性混合材料,掺入量应大于水泥质量的２０％且小于或等于水泥质量的４０％.３.粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥,代号为P·F.粉煤灰水泥中粉煤灰允许为符合«用于水泥和混凝土中的粉煤灰»(GB/T１５９６—２００５)的活性混合材料,掺入量应大于水泥质量的２０％且小于或等于水泥质量的４０％.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥４.复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥简称复合水泥,代号为P·C.复合水泥中混合材料总掺量应小于水泥质量的２０％且小于或等于水泥质量的５０％.复合水泥中允许用不超过８％的窑灰代替部分混合材料;掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复.(二)四种水泥的技术要求１.化学指标四种水泥的化学指标应符合表２-３中相应的各项要求.２.碱含量(选择性指标)上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥水泥中的碱含量按Na２O＋０.６５８K２O计算值表示.若使用活性集料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中的碱含量应不大于０.６０％或由买卖双方协商确定.３.凝结时间初凝时间不得小于４５min,终凝时间不得大于６００min(１０h).４.强度四种水泥的强度等级分为３２.５、３２.５R、４２.５、４２.５R、５２.５、５２.５R,其中R为早强型.各强度等级四种水泥的各龄期强度不得低于表２-６中的数值,要求四个数值全部满足规定,如有一项不满足,则降低强度等级.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥５.细度(选择性指标)矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以筛余表示,８０mm方孔筛筛余不大于１０％或４５mm方孔筛筛余不大于３０％.(三)四种水泥特性及应用四种水泥中掺入大量混合材料,所以这几种水泥有许多共同特性;又由于掺入的混合材料品种不同,所以各品种水泥性质也有一定的差异.１.共同特性(１)早期强度低,后期强度高.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥掺大量混合材料的水泥凝结硬化慢,故早期强度低,但硬化后期可以赶上甚至超过同强度等级的硅酸盐水泥.因早期强度较低,故不宜用于早期强度要求高的工程,如现浇混凝土工程、冬期施工等.(２)水化热低.由于熟料含量少,水化时发热量高的C３S、C３A含量相对较少,且二次反应速度慢,所以水化热低.这些水泥不宜用于冬期施工.但水化热低不至于引起混凝土内外温差过大,所以此类水泥适用于大体积混凝土工程.(３)耐腐蚀性好.这些水泥中熟料数量相对较少,水化生成的氢氧化钙数量也较少,而且还要与活性混合材料进行二次反应,使水泥石中易受腐蚀的氢氧化钙含量大为降低.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥同时,由于熟料数量较少,水泥石中易受硫酸盐腐蚀的水化铝酸三钙含量也相对降低,因而它们的耐腐蚀性较好.适用于受溶出性侵蚀以及硫酸盐、镁盐腐蚀的水工建筑工程、海港工程、地下工程.(４)蒸汽养护效果好.在蒸汽养护的高温高湿环境中,活性混合材料参与的二次反应会加速进行,强度提高幅度较大,效果好.此类水泥适用于蒸汽养护的构件.(５)抗冻性及耐磨性差.此类水泥硬化后,水泥石的密实性不如硅酸盐水泥和普通水泥,因此,其抗冻性和抗磨性较差.不宜用于严寒地区水位升降范围内的混凝土工程,也不宜用于受反复冻融作用的工程和有耐磨性要求的工程.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥(６)抗碳化性差.此类水泥硬化后水泥石中氢氧化钙含量少,所以抗碳化性差,表层的碳化作用进行得较快,碳化深度也较大,对防止钢筋锈蚀不利,不宜用于重要钢筋混凝土结构工程和预应力混凝土工程中.２.各自特性(１)矿渣水泥.耐热性好(３００℃~４００℃),总的来说,矿渣水泥适用于水工及海工建筑、大体积混凝土、蒸汽养护生产构件、高温车间构件,不适用于低温施工、干湿交替受冻建筑、有早强要求的工程.(２)火山灰质水泥.保水性、抗渗性好,但耐热性差、干缩大.因此,火山灰质水泥适用于地下、水工及海工建筑,大体积混凝土,蒸汽养护生产构件,不适用于低温施工、干湿交替受冻建筑、有早强要求的工程、干燥地区、高温车间.上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥(３)粉煤灰水泥.需水量小,抗裂性好,干缩小.因此,粉煤灰水泥适用于水工及海工建筑,大体积混凝土,蒸汽养护生产构件,不适用于低温施工、干湿交替受冻建筑、有早强要求的工程.(４)复合水泥.复掺混合材料可以明显改善水泥的性能.复合硅酸盐水泥的特性与所掺的混合材料种类有关,复合硅酸盐水泥可用于一般混凝土工程及大体积混凝土工程,也可用于拌制砂浆.四、通用硅酸盐水泥品种的选择上一页下一页返回任务二掺混合材料的硅酸盐水泥水泥是一种重要的建筑材料,它的用途主要有:拌制混凝土;拌制水泥砂浆或混合砂浆;用作灌浆材料,进行地基或建筑物灌浆;配制水泥土,用于地基处理或防渗.使用通用硅酸盐水泥时,应根据建筑物的特点及所处部位、建筑物周围的环境条件选择合适的品种,以满足不同的需要.常用通用硅酸盐水泥的选用可参考表２-７.上一页返回任务三其他水泥一、铝酸盐水泥铝酸盐水泥也称为高铝水泥原名矾土水泥,代号C·A,是铝酸盐水泥的主要品种,呈黄褐色,是一种快硬、高强、耐热、耐腐蚀的水硬性胶凝材料,其熟料主要矿物为铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA２).根据«铝酸盐水泥»(GB２０１—２０００)的规定,凡以铝酸钙为主,含铝量在５０％~６０％的熟料磨制的水硬性材料,称为铝酸盐水泥,根据含量不同,可分为CA－５０、CA－６０、CA－７０、CA－８０四个等级.铝酸盐水泥具有早强、耐高温等特性,现主要用于耐高温浇筑材料,但在建筑上,由于其后期强度倒缩而很少使用.铝酸盐水泥与硅酸盐水泥不能良好粘结,更不能混用.下一页返回任务三其他水泥高铝水泥是早强型水泥,１d强度可达最高强度的８０％,３d强度可达最高强度的９０％以上,但后期强度会明显下降(５年后强度比初期最高强度降低４０％~６０％,达到最低稳定值后就不再下降),故宜用于抢修工程、冬期施工,不宜用于预应力混凝土、长期承载结构、湿热环境;水化热与硅酸盐水泥相近,但放热速度很快(１天放出总水化热的７０％~８０％),故不宜用于大体积混凝土;硬化温度宜为１５℃,不得超过２５℃,故不宜用于高温施工、蒸汽养护;干燥条件下耐高温性好(７００℃以上发生固相烧结反应,即瓷性胶结代替了水硬胶结),可配制耐热混凝土,用作高温窑炉炉衬;耐酸、硫酸盐腐蚀性能好,但耐碱性很差;上一页下一页返回任务三其他水泥高铝水泥不得与硅酸盐水泥、石灰等能析出氢氧化钙的胶凝材料混用,以免产生闪凝现象;高铝水泥与石膏等可配制成不同类型的膨胀水泥(自应力水泥、膨胀水泥、无收缩水泥)。铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比较有如下特点:１.早期强度增长快,属快硬型水泥２.水化热大３.抗硫酸盐腐蚀性强４.耐热性高二、硫铝酸盐水泥上一页下一页返回任务三其他水泥２０世纪７０年代,我国发明了硫铝酸盐水泥,８０年代又首创铁铝酸盐水泥.其熟料主要矿物均为无水硫铝酸钙(C４A３S)、硅酸二钙(C２S).硫铝酸盐水泥有快硬硫铝酸盐水泥、高强硫铝酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱硫铝酸盐水泥５个品种.根据«硫铝酸盐水泥»(GB２０４７２—２００６)规定,按照要求,强度等级按照抗压强度及抗折强度,分为４２.５、５２.５、６２.５、７２.５四个等级.其初凝时间不大于２５min,终凝时间不小于１８０min.上一页下一页返回任务三其他水泥特性:高早强(１天达７０％,３天达１００％)且后期强度不断增长,微膨胀、低干缩(干缩率为普通水泥的１/４),抗冻性、抗腐蚀性、抗渗性很好,水化热大,耐热性差(不宜长期处于１００℃以上环境温度).硫铝酸盐水泥水化液相碱度较低(pH值为９.８~１０.２),最适于生产玻璃纤维增强水泥(GRC)制品.总的来说,硫铝酸盐水泥具有早期强度高、凝结时间短、抗腐蚀性好、抗冻融性好、液相碱度低、自由膨胀率低等优点,主要应用于工业与民用建筑的现浇和预制构件、高强度混凝土、负温施工、抗渗防水工程、海港工程、喷射混凝土、自应力输水管道、桥梁道路等.上一页下一页返回任务三其他水泥三、快硬高强水泥快硬水泥是初期强度增加速率较快的水硬性胶凝材料,其C３S和C３A的含量高于普通水泥,具有硬化快、初期强度高等特性.快硬水泥初凝时间不得小于１５min,终凝时间不得大于１０h,主要用于紧急抢修工程、军事工程、预应力钢筋混凝土构件、配制干硬性混凝土等.高强、早强混凝土在土木工程中的应用日益增加,高强、早强水泥的品种与产量也随之增多.目前,我国快硬、高强水泥已有多个品种,是世界上少有的品种齐全的国家之一.(一)快硬硅酸盐水泥上一页下一页返回任务三其他水泥凡以适当成分的生料烧至部分熔融,所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏磨细制成的早强较高的水硬性胶凝材料,称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥).根据«快凝快硬硅酸盐水泥»(JC３１４—１９９６)的规定,可分为双快１５０和双快２００两个强度等级(按４h强度).快硬水泥熟料的矿物成分与硅酸盐水泥相同,但各种矿物成分间的比例与硅酸盐水泥有较大的差别.快硬水泥熟料中硬化较快的硅酸三钙、铝酸三钙含量较高,通常,在快硬水泥熟料中硅酸三钙的含量为５０％~６０％,铝酸三钙的含量为８％~１４％,硅酸三钙和铝酸三钙的总量应不少于６０％~６５％.上一页下一页返回任务三其他水泥为加快硬化速度,可适当增加石膏掺量(达８％)和提高水泥的细度.快硬硅酸盐水泥的早期、后期强度均较高,抗渗性和抗冻性也较好,水化热大,耐腐蚀性差,适用于早强、高强度的混凝土工程,以及紧急抢修工程和冬期施工等工程.快硬硅酸盐水泥不得用于大体积混凝土工程和与腐蚀介质接触的混凝土工程.由于快硬硅酸盐水泥易吸收空气中的水蒸气,因此存放时应特别注意防潮,且存放期一般不得超过一个月.(二)