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[资料] 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

本主题由 TCD 于 2008-5-11 01:09 关闭

硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

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  硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥
  三、硅酸盐水泥的技术性质

  根据国家标准GB175-1999,对硅酸盐水泥的主要技术性质作出下列规定:

  (一)细度

  细度是指水泥颗粒的粗细程度,是鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥细度通常采用筛析法或比表面积法测定。国家标准规定,硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg。

  (二)凝结时间

  凝结时间是指水泥从加水开始,到水泥浆失去塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间,初凝时间是指从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间,终凝时间是指从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。国家标准规定,硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h。凡初凝时间不符合规定者为废品,终凝时间不符合规定者为不合格品。

  水泥凝结时间的测定,是以标准稠度的水泥净浆,在规定温度和湿度条件下,用凝结时间测定仪测定。所谓标准稠度用水量是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合用水量,以占水泥重量的百分率表示,硅酸盐水泥的标准稠度用水量,一般为24%~30%。

  水泥的凝结时间对水泥混凝土和砂浆的施工有重要的意义。初凝时间不宜过短,以便施工时有足够的时间来完成混凝土和砂浆拌合物的运输、浇捣或砌筑等操作;终凝时间不宜过长,是为了使混凝土和砂浆在浇捣或砌筑完毕后能尽快凝结硬化,以利于下一道工序的及早进行。

  (三)安定性

  安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。若水泥硬化后体积变化不稳定、均匀,即所谓的安定性不良,会导致混凝土产生膨胀破坏,造成严重的工程质量事故。因此,国家标准规定:水泥安定性不合格应作废品处理,不得用于任何工程中。

  在水泥中,由于熟料煅烧不完全而存在游离CaO与MgO(f-CaO、f-MgO),由于是高温生成,因此水化活性小,在水泥硬化后水化,产生体积膨胀;生产水泥时加入过多的石膏,在水泥硬化后还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙,产生体积膨胀。这三种物质造成的膨胀均会导致水泥安定性不良,即使得硬化水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏。沸煮能加速f-CaO的水化,国家标准规定通用水泥用沸煮法检验安定性;f-MgO的水化比f-CaO更缓慢,沸煮法已不能检验,国家标准规定通用水泥MgO含量不得超过5%,若水泥经压蒸法检验合格,则MgO含量可放宽到6%;由石膏造成的安定性不良,需经长期浸在常温水中才能发现,不便于检验,所以国家标准规定硅酸盐水泥中的SO3含量不得超过3.5%。

  (四)强度

  水泥的强度是评定其质量的重要指标,也是划分水泥强度等级的依据。水泥的强度包括抗压强度与抗折强度,必须同时满足标准要求,缺一不可。
表3-3 硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值(GB175-1999)强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0
  (五)碱含量

  水泥中的碱含量是按Na2O+0.658K2O计算的重量百分率来表示。水泥中的碱会和集料中的活性物质如活性SiO2反应,生成膨胀性的碱硅酸盐凝胶,导致混凝土开裂破坏。这种反应和水泥的碱含量、集料的活性物质含量及混凝土的使用环境有关。为防止碱集料反应,即使在使用相同活性集料的情况下,不同的混凝土配合比、使用环境对水泥的碱含量要求也不一样,因此,标准中将碱含量定为任选要求,当用户要求时,由供需双方协商,但指定低碱水泥时,标准规定碱含量不得大于0.6%。

  (六)水化热

  水泥在凝结硬化过程中因水化反应所放出的热量,称为水泥的水化热,通常以KJ/kg表示。大部分水化热是伴随着强度的增长在水化初期放出的。水泥的水化热大小和释放速率主要与水泥熟料的矿物组成、混合材料的品种与数量、水泥的细度及养护条件等有关,另外,加入外加剂可改变水泥的释热速率。大型基础、水坝、桥墩、厚大构件等大体积混凝土构筑物,由于水化热聚集在内部不易散发,内部温升可达50~60℃甚至更高,内外温差产生的应力和温降收缩产生的应力常使混凝土产生裂缝,因此,大体积混凝土工程不宜采用水化热较大、放热较快的水泥,如硅酸盐水泥,因为它含熟料最多。但国家标准未就该项指标作具体的规定。

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硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥

硅酸盐水泥和普 通硅酸盐水泥
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  四、水泥石的腐蚀与防止

  硅酸盐水泥硬化后,在通常使用条件下具有优良的耐久性。但在某些侵蚀性液体或气体等介质的作用下,水泥石结构会逐渐遭到破坏,这种现象称为水泥石的腐蚀。

  (一)水泥石的几种主要侵蚀类型

  导致水泥石腐蚀的因素很多,作用过程亦甚为复杂,仅介绍几种典型介质对水泥石的侵蚀作用。

  1.软水侵蚀(溶出性侵蚀)。不含或仅含少量重碳酸盐(含HCO3-的盐)的水称为软水,如雨水、蒸馏水、冷凝水及部分江水、湖水等。当水泥石长期与软水相接触时,水化产物将按其稳定存在所必需的平衡氢氧化钙(钙离子)浓度的大小,依次逐渐溶解或分解,从而造成水泥石的破坏,这就是溶出性侵蚀。

  在各种水化产物中,Ca(OH)2的溶解最大(25℃约1.3gCaO/l),因此首先溶出,这样不仅增加了水泥石的孔隙率,使水更容易渗入,而且由于Ca(OH)2浓度降低,还会使水化产物依次发生分解,如高碱性的水化硅酸钙、水化铝酸钙等分解成为低碱性的水化产物,并最终变成硅酸凝胶、氢氧化铝等无胶凝能力的物质。在静水及无压力水的情况下,由于周围的软水易为溶出的氢氧化钙所饱和,使溶出作用停止,所以对水泥石的影响不大;但在流水及压力水的作用下,水化产物的溶出将会不断地进行下去,水泥石结构的破坏将由表及里地不断进行下去。当水泥石与环境中的硬水接触时,水泥石中的氢氧化钙与重碳酸盐发生反应:
  生成的几乎不溶于水的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内,形成致密的保护层,可阻止外界水的继续侵入,从而可阻止水化产物的溶出。

  2.盐类侵蚀。在水中通常溶有大量的盐类,某些溶解于水中的盐类会与水泥石相互作用产生置换反应,生成一些易溶或无胶结能力或产生膨胀的物质,从而使水泥石结构破坏。最常见的盐类侵蚀是硫酸盐侵蚀与镁盐侵蚀。

  硫酸盐侵蚀是由于水中溶有一些易溶的硫酸盐,它们与水泥石中的氢氧化钙反应生成硫酸钙,硫酸钙再与水泥石中的固态水化铝酸钙反应生成钙矾石,体积急剧膨胀(约1.5倍),使水泥石结构破坏,其反应式是:
  钙矾石呈针状晶体,常称其为“水泥杆菌”。若硫酸钙浓度过高,则直接在孔隙中生成二水石膏结晶,产生体积膨胀而导致水泥石结构破坏。

  镁盐锓蚀主要是氯化镁和硫酸镁与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应,生成无胶结能力的氢氧化镁及易溶于水的氯化镁或生成石膏导致水泥石结构破坏,其反应式为:
  可见,硫酸镁对水泥石起镁盐与硫酸盐双重侵蚀作用。

  在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中常含钾、钠、铵等硫酸盐;在海水及地下水中常含有大量的镁盐,主要是硫酸镁和氯化镁。

  3.酸类侵蚀。

  (1)碳酸侵蚀:在某些工业污水和地下水中常溶解有较多的二氧化碳,这种水分对水泥石的侵蚀作用称为碳酸侵蚀。首先,水泥石中的Ca(OH)2与溶有CO2的水反应,生成不溶于水的碳酸钙;接着碳酸钙又再与碳酸水反应生成易于水的碳酸氢钙。反应式为:
  当水中含有较多的碳酸,上述反应向右进行,从而导致水泥石中的Ca(OH)2不断地转变为易溶的Ca(HCO3)2而流失,进一步导致其他水化产物的分解,使水泥石结构遭到破坏。

  (2)一般酸侵蚀:水泥的水化产物呈碱性,因此酸类对水泥石一般都会有不同程度的侵蚀作用,其中侵蚀作用最强的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸及有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等,它们与水泥石中的Ca(OH)2反应后的生成物,或者易溶于水,或者体积膨胀,都对水泥石结构产生破坏作用。例如盐酸和硫酸分别与水泥石中的Ca(OH)2作用:
  反应生成的氯化钙易溶于水,生成的石膏继而又产生硫酸盐侵蚀作用。

  4.强碱侵蚀。水泥石本身具有相当高的碱度,因此弱碱溶液一般不会侵蚀水泥石,但是,当铝酸盐含量较高的水泥石遇到强碱(如氢氧化钠)作用后出会被腐蚀破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸三钙作用,生成易溶的铝酸钠:3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2
  当水泥石被氢氧化钠浸润后又在空气中干燥,与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠,它在水泥石毛细孔中结晶沉积,会使水泥石胀裂。

  除了上述4种典型的侵蚀类型外,糖、氨、盐、动物脂肪、纯酒精、含环浣酸的石油产品等对水泥石也有一定的侵蚀作用。

  在实际工程中,水泥石的腐蚀常常是几种侵蚀介质同时存在、共同作用所产生的;但干的固体化合物不会对水泥石产生侵蚀,侵蚀性介质必须呈溶液状且浓度大于某一临界值。

  水泥的耐蚀性可用耐蚀系数定量表示。耐蚀系数是以同一龄期下,水泥试体在侵蚀性溶液中养护的强度与在淡水中养护的强度之比,比值越大,耐蚀性越好。

  (二)水泥石腐蚀的防止

  从以上对侵蚀作用的分析可以看出,水泥石被腐蚀的基本内因为:一是水泥石中存在有易被腐蚀的组分,如Ca(OH)2与水化铝酸钙;二是水泥石本身不致密,有很多毛细孔通道,侵蚀性介质易于进入其内部。因此,针对具体情况可采取下列措施防止水泥石的腐蚀。

  1.根据侵蚀介质的类型,合理选用水泥品种。如采用水化产物中Ca(OH)2含量较少的水泥,可提高对多种侵蚀作用的抵抗能力;采用铝酸三钙含量低于5%的水泥,可有效抵抗硫酸盐的侵蚀;掺入活性混合材料,可提高硅酸盐水泥抵抗多种介质的侵蚀作用。

  2.提高水泥石的密实度。水泥石(或混凝土)的孔隙率越小,抗渗能力越强,侵蚀介质也越难进入,侵蚀作用越轻。在实际工程中,可采用多种措施提高混凝土与砂浆的密实度。

  3.设置隔离层或保护层。当侵蚀作用较强或上述措施不能满足要求时,可在水泥制品(混凝土、砂浆等)表面设置耐腐蚀性高且不透水的隔离层或保护层。

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