【正文】 收縮使水泥石內(nèi)部產(chǎn)生細微裂縫，導(dǎo)致其強度、抗?jié)B性、抗凍性下降；用于裝配式構(gòu)件接頭、建筑連接部位和堵漏補縫時，水泥收縮會使結(jié)合不牢，達不到預(yù)期效果。道路水泥中氧化鎂含量不得超過 %，三氧化硫不得超過 %，燒失量不得大于 %，堿含量不得大于 %或供需雙方協(xié)商；比表面積為 300m2/kg～ 450m2/kg，初凝不早于 h，終凝不遲于 10 h，沸煮法安定性必須合格， 28 d干縮率不大于 %， 28d磨耗量應(yīng)不大于 。道路水泥的上述特性，主要依靠改變水泥熟料的礦物組成、粉磨細度、石膏加入量及外加劑來達到。 快硬硅酸鹽水泥和無收縮快硬硅酸鹽水泥的主要技術(shù)要求見表 410。目前彩色水泥以染色法較常用。 硅酸鹽系特種水泥 第 4章 水 泥 白水泥的強度分為 、 、 ，各齡期的強度不得低于表 49的規(guī)定。 一、白色與彩色硅酸鹽水泥 1. 白色硅酸鹽水泥 白色硅酸鹽水泥熟料是以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分、氧化鐵含量少的熟料。C P 表 44 復(fù)合硅酸鹽水泥各齡期的強度值 摻混合材料的硅酸鹽系水泥 強度等級 抗壓強度 (MPa) 抗折強度 (MPa) 3d 28d 3d 28d 第 4章 水 泥 復(fù)合水泥的早期強度接近于普通水泥，性能略優(yōu)于其他摻混合材料的水泥，適用范圍較廣。因為，粉煤灰顆粒呈球形，較為致密，吸水性差，加水拌合時的內(nèi)摩擦阻力小，需水性小，所以其干縮小，抗裂性好，同時配制的混凝土、砂漿和易性好。 ?；郀t礦渣玻璃體對水的吸附力差，導(dǎo)致礦渣水泥的保水性差，易泌水產(chǎn)生較多的連通孔隙，水分的蒸發(fā)增加，使礦渣水泥的抗?jié)B性差，干燥收縮較大，易在表面產(chǎn)生較多的細微裂縫，影響其強度和耐久性。因此，不宜用于嚴寒地區(qū)水位升降范圍內(nèi)的混凝土工程和有耐磨性要求的工程。 摻混合材料的硅酸鹽系水泥 (a) 硅酸鹽水泥 (b) 礦渣水泥 圖 養(yǎng)護溫度對摻混合材料水泥和硅酸鹽水泥的強度增長比較 第 4章 水 泥 (3) 水化熱低，適合大體積混凝土工程。 1) 三種水泥的共性特點與應(yīng)用 (1) 凝結(jié)硬化慢、早期強度低和后期強度增長快。熟料中氧化鎂的含量為 %～ %時，如礦渣水泥中混合材料總摻量大于40%或火山灰水泥和粉煤灰水泥中混合材料摻加量大于 30%，制成的水泥可不做壓蒸試驗。允許用石灰石、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種材料代替礦渣，代替數(shù)量不得超過水泥質(zhì)量的 8%，替代后水泥中?；郀t礦渣不得少于 20%。 摻混合材料硅酸鹽水泥的早期強度主要由水泥熟料提供。但在 Ca(OH)2溶液中，會發(fā)生顯著的水化作用，在Ca(OH)2飽和溶液中反應(yīng)更快。急冷的礦渣結(jié)構(gòu)為不穩(wěn)定的玻璃體，具有較大的化學(xué)潛能，其主要活性成分是活性 SiO2和活性 Al2O3。這類材料有磨細的石灰石、石英砂、慢冷礦渣、粘土和各種符合要求的工業(yè)廢渣等。水泥的儲存應(yīng)按照到貨先后依次堆放，盡量作到先到先用，防止存放過久。包裝水泥袋上應(yīng)清楚標明產(chǎn)品名稱、代號、凈含量、強度等級、生產(chǎn)許可證編號、生產(chǎn)者名稱、產(chǎn)地、出廠編號、執(zhí)行標準和包裝時間等。對于特殊抗腐蝕的要求，則可采用抗蝕性強的聚合物混凝土。水泥使用時必須根據(jù)腐蝕環(huán)境的特點，合理地選擇品種。 4) 其他腐蝕 除了上述四種主要的腐蝕類型外，一些其他物質(zhì)也對水泥石有腐蝕作用，如糖、氨鹽、酒精、動物脂肪、含環(huán)烷酸的石油產(chǎn)品及堿－骨料反應(yīng)等。主要原因是一般酸都會與 Ca(OH)2發(fā)生中和反應(yīng)，其反應(yīng)的產(chǎn)物或者易溶于水，或者體積膨脹，使水泥石性能下降，甚至導(dǎo)致破壞；無機強酸還會與水泥石中的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物反應(yīng)，使之分解，而導(dǎo)致腐蝕破壞。 MgSO4＋ Ca(OH)2＋ 2H2O=CaSO4?2H2O＋ Mg(OH)2 MgCl2＋ Ca(OH)2=CaCl2＋ Mg(OH)2 所生成的 Mg(OH)2松軟而無膠凝性， CaCl2易溶于水，會引起溶出性腐蝕，二水石膏又會引起膨脹腐蝕。應(yīng)用這一性質(zhì)，對須與軟水接觸的混凝土制品或構(gòu)件，可先在空氣中硬化，再進行表面碳化，形成碳酸鈣外殼，可起到一定的保護作用。若水泥石中的 Ca(OH)2被溶解流失，其濃度低于水化產(chǎn)物所需要的最低要求時，水泥的水化產(chǎn)物就會被溶解或分解，從而造成水泥石的破壞。堿－骨料反應(yīng)與混凝土中的總堿量、骨料及使用環(huán)境等有關(guān)。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 8. 強度 水泥強度是水泥的主要技術(shù)性質(zhì)，是評定其質(zhì)量的主要指標。引起水泥安定性不良主要是由于水泥熟料中游離氧化鈣、游離氧化鎂過多或是石膏摻量過多等因素造成的三氧化硫過多造成的，其原因如下： 水泥熟料中的氧化鈣是在約 900℃ 時石灰石分解產(chǎn)生，大部分結(jié)合成熟料礦物，未形成熟料礦物的游離部分成為過燒的 CaO，在水泥凝結(jié)硬化后，會緩慢與水生成 Ca(OH)2。 為使水泥混凝土和砂漿有充分的時間進行攪拌、運輸、澆搗和砌筑，水泥初凝時間不能過短。 4. 燒失量 Ⅰ 型硅酸鹽水泥中燒失量不得超過 %， Ⅱ 型硅酸鹽水泥中燒失量不得超過 %。 不溶物是指經(jīng)鹽酸處理后的不溶殘渣，再以氫氧化鈉溶液處理，經(jīng)鹽酸中和、過濾后所得的殘渣，再經(jīng)高溫灼燒所剩的物質(zhì)。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 6) 儲存條件的影響 水泥應(yīng)該儲存在干燥的環(huán)境里。原因是在較低溫度 (20℃ 以下 )下雖水化硬化較慢，但生成的水化產(chǎn)物更加致密，可獲得更高的后期強度。但水泥顆粒過細時，在磨細時消耗的能量和成本會顯著提高且水泥易與空氣中的水分和二氧化碳反應(yīng)，使之不易久存；另外，過細的水泥，達到相同稠度時的用水量增加，硬化時會產(chǎn)生較大的體積收縮，同時水分蒸發(fā)產(chǎn)生較多的孔隙，會使水泥石強度下降。大體積混凝土工程如大型基礎(chǔ)、水庫大壩和橋墩等，結(jié)構(gòu)中的水泥水化熱不易散發(fā)，積蓄在內(nèi)部，可使內(nèi)外溫差達到60℃ 以上，引起較大的溫度應(yīng)力，產(chǎn)生溫度裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂，甚至引起嚴重的破壞。所以，硬化后的水泥漿體是由凝膠體、晶體、未水化的水泥顆粒內(nèi)核、毛細孔及孔隙中的水與空氣組成，是固－液－氣三相多孔體系，具有一定的機械強度和孔隙率，外觀和性能與天然石材相似，因而稱之為水泥石。 (a) 分散在水中的水泥顆粒 (b) 在水泥顆粒表面 (c) 膜層長大并互相 (d) 水泥產(chǎn)物進一步發(fā)展， 形成水化物膜層 連接 (凝結(jié) ) 填充毛細孔 (硬化 ) 圖 水泥凝結(jié)硬化過程示意圖 1. 水泥顆粒； 2. 水； 3. 凝膠； 4. 晶體； 5. 未水化水泥內(nèi)核； 6. 毛細孔 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 在水化中期，約有 30%的水泥已經(jīng)水化，以 CSH、 CH和鈣礬石的快速形成為特征，由于顆粒間間隙較大， CSH呈長纖維狀。水化是凝結(jié)硬化的前提，凝結(jié)硬化是水化的結(jié)果。 水泥加水拌合后， C3A、 C4AF、 C3S與水快速反應(yīng)，石膏也迅速溶解于水；在石膏存在的條件下， C3A不再生成水化鋁酸鈣，而是與石膏反應(yīng)生成為針狀晶體的三硫型水化硫鋁酸鈣 (又稱鈣礬石 )，其反應(yīng)式為： 3CaO?Al2O3＋ 3(CaSO4?2H2O)＋ 24H2O～ 26H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?30H2O～ 32H2O 簡寫為 圖 各礦物強度增長曲線 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 333 2 3 30 32C A + S H 24 H 26 H = C A S H?第 4章 水 泥 若石膏消耗完畢而還有 C3A時，則鈣礬石會與 C3A繼續(xù)作用轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣，其反應(yīng)式為： 3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O＋ 2(3CaO?Al2O3)＋ 4H2O=3(3CaO?Al2O3)?CaSO4?12H2O 簡寫為 水化硫鋁酸鈣具有正常的凝結(jié)時間，而且其強度高于水化鋁酸鈣。由于 C3AH6為立方體晶體，是水化鋁酸鈣中結(jié)合強度最低的產(chǎn)物，它甚至?xí)顾嗪笃趶姸认陆怠? 硅酸三鈣水化速率很快，水化放熱量大。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 二、硅酸鹽水泥的水化與硬化 1. 硅酸鹽水泥熟料礦物的水化 硅酸鹽水泥熟料由四種主要礦物組成，這些礦物的水化硬化性質(zhì)決定了水泥的性質(zhì)。石灰石主要提供 CaO，粘土主要提供 SiO Al2O3和 Fe2O3，鐵礦石粉主要是補充 Fe2O3的不足。摻非活性混合材料時最大摻量不得超過水泥質(zhì)量的10%。水泥漿體不僅能在空氣中凝結(jié)硬化，更能在水中凝結(jié)硬化，是一種水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥分兩類：不摻加混合材料的稱 Ⅰ 型硅酸鹽水泥，代號 P?Ⅰ ；在水泥粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量 5%的石灰石或?；郀t礦渣的稱 Ⅱ 型硅酸鹽水泥，代號 P?Ⅱ 。這幾種氧化物經(jīng)過高溫煅燒后，反應(yīng)生成多種具有水硬性的礦物，成為水泥熟料。目前，我國水泥熟料的煅燒主要有以懸浮預(yù)熱和窯外分解技術(shù)為核心的新型干法生產(chǎn)工藝、回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝和立窯生產(chǎn)工藝等幾種。在常溫下硅酸三鈣的水化反應(yīng)如下： 3CaO?SiO2+nH2O=xCaO?SiO2?yH2O+(3x)Ca(OH)2 簡寫為 C3S＋ nH=CSH＋ (3x)CH 其水化產(chǎn)物為水化硅酸鈣和氫氧化鈣。 3) 鋁酸三鈣的水化 鋁酸三鈣水化產(chǎn)物通稱為水化鋁酸鈣，其組成和結(jié)構(gòu)受液相中 CaO濃度和溫度的影響較大，在常溫下生成介穩(wěn)狀態(tài)的水化鋁酸鈣，常溫下典型的水化反應(yīng)為： 2(3CaO?Al2O3)+27H2O=4CaO?Al2O3?19H2O+ 2CaO?Al2O3?8H2O 簡寫為 2C3A＋ 27H=C4AH19＋ C2AH8 這些水化鋁酸鈣為片狀晶體，最終會轉(zhuǎn)化為等軸晶的水化鋁酸三鈣 3CaO?Al2O3?6H2O (簡寫為 C3AH6)。提高 C4AF的含量，可降低水泥的脆性，有利于道路等有振動交變荷載作用的應(yīng)用場合。凝結(jié)時間分為“初凝”和“終凝”，它直接影響工程的施工。 水泥加水后，水泥顆粒迅速分散于水中 (如圖 (a))。 水化后期大約是 1d以后直到水化結(jié)束，水泥水化反應(yīng)漸趨減緩，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來由水占據(jù)的空間，由于顆粒間間隙較小， CSH呈短纖維狀。一般認為范德華力、氫鍵、離子引力和表面能是產(chǎn)生粘結(jié)力的主要原因，也有認為存在化學(xué)鍵力的作用。熟料礦物對水泥性質(zhì)的影響是各礦物的綜合作用，不是簡單疊加，其組成比例是影響水泥性質(zhì)的根本因素，調(diào)整比例結(jié)構(gòu)可以改善水泥性質(zhì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。因此，水泥加水拌合后，必須保持濕潤狀態(tài)，以保證水化進行和獲得強度增長。 5) 養(yǎng)護齡期的影響 水泥的水化硬化是一個長期不斷進行的過程。所以，水泥的儲存期一般規(guī)定不超過三個月。需以壓蒸的方法加快其水化，方可判斷其安定性。普通水泥初凝不得早于 45min，終凝時間不得遲于 10h。 安定性是指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。該反應(yīng)比過燒的氧化鈣與水的反應(yīng)更加緩慢，且體積膨脹，會在水泥硬化幾個月后導(dǎo)致水泥石開裂。若使用活性骨料，要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不得大于 %或由供需雙方商定。 四、水泥石的腐蝕與防止 硬化水泥石在通常條件下具有較好的耐久性，但在流動的淡水和某些侵蝕介質(zhì)存在的環(huán)境中，其結(jié)構(gòu)會受到侵蝕，直至破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。一方面使水泥石孔隙率增大，密實度和強度下降，水更易向內(nèi)部滲透；另一方面，水泥石的堿度不斷降低，引起水化產(chǎn)物分解，最終變成膠結(jié)能力很差的產(chǎn)物，使水泥石結(jié)構(gòu)受到破壞。因為，生成的高硫型水化硫鋁酸鈣晶體呈針狀，又形象地稱為“水泥桿菌”，如圖 。當(dāng)水中含有較多的碳酸，且超過平衡濃度時，上式反應(yīng)就向右進行，將導(dǎo)致水泥石中的 Ca(OH)2轉(zhuǎn)變成為重碳酸鹽而溶失，發(fā)生溶出性的腐蝕。但若長期處于較高濃度 (大于 10%)的含堿溶液中也能發(fā)性緩慢腐蝕，主要是化學(xué)腐蝕和結(jié)晶腐蝕。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 (1) 合理選用水泥品種。 (3) 通過表面處理，形成保護層。 普通硅酸鹽水