【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 硅酸鹽。水玻璃為青灰色或淡黃色粘稠狀液體。（2）鈉水玻璃：建筑常用的為硅酸鈉的水溶液。（3）鉀水玻璃：硅酸鉀的水溶液。（4）模數(shù)：二氧化硅與氧化鈉的摩爾數(shù)的比值n。模數(shù)越高，越難溶于水，水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力與強(qiáng)度、耐熱性與耐酸性越高。（5）濃度：濃度越高，則水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的粘接力與強(qiáng)度、耐熱性與耐酸性越高。但濃度太高，則黏度太大不利于施工操作，難以保證質(zhì)量。2．水玻璃的硬化加入氟硅酸鈉作為促硬劑，加速二氧化硅凝膠的析出。3．水玻璃的性質(zhì)（1）粘結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度較高：水玻璃在硬化后，其主要成分為二氧化硅凝膠和氧化硅，因而具有較高的粘結(jié)力和強(qiáng)度。用水玻璃配制的混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)15～40Mpa。（2）耐酸性好：由于水玻璃硬化后的主要成分為二氧化硅，其可以抵抗除氫氟酸、過熱磷酸以外的幾乎所有的無機(jī)和有機(jī)酸。用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂漿、耐酸膠泥等。（3）耐熱性好：硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降不大。用于配制水玻璃耐熱混凝土、耐熱砂漿、耐熱膠泥。（4）耐堿性和耐水性差：水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃由于可溶于堿，且可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐堿、不耐水。為提高耐水性，常采用中等濃度的酸對(duì)已硬化的水玻璃進(jìn)行酸洗處理。4．水玻璃的應(yīng)用（1）涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力：可提高材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性及耐水性等。但不能用以涂刷或浸澤石膏制品，因?yàn)楣杷徕c會(huì)與硫酸鈣反應(yīng)生成硫酸鈉，在制品孔隙中結(jié)晶，體積顯著膨脹，從而導(dǎo)致制品破壞。（2）配制速凝防水劑：水玻璃加兩、三種或四種礬，即可配制成所謂的二礬、三礬、四礬速凝防水劑。（3）修補(bǔ)磚墻裂縫：將水玻璃、?；郀t礦渣粉、砂及氟硅酸鈉按適當(dāng)比例拌合后，直接壓入磚墻裂縫，可起到粘接和補(bǔ)強(qiáng)作用。（4）加固土：將水玻璃和氯化鈣溶液交替壓注到土中，生成的硅酸 凝膠和硅酸鈣凝膠可使土固結(jié)，從而避免了由于地下水滲透引起的土下沉。（5）存放：密閉存放，長(zhǎng)期存放會(huì)有沉淀，使用時(shí)攪拌均勻。第三章水泥硅酸鹽類水泥硅酸鹽水泥是以硅酸鈣為主要成分的各種水泥的總稱。硅酸鹽水泥通用水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥專用水泥砌筑水泥道路水泥油井水泥特性水泥快硬硅酸鹽水泥白色硅酸鹽水泥硅酸鹽膨脹水泥中熱、低熱礦渣硅酸鹽水泥1．硅酸鹽水泥的生產(chǎn)和組成硅酸鹽水泥是硅酸鹽類水泥品種中最重要的一種。由水泥熟料和適量石膏共同粉磨制成。工藝流程如下。（1）硅酸鹽水泥熟料① 硅酸鹽水泥熟料的生產(chǎn)以適當(dāng)比例的石灰質(zhì)原料（如石灰?guī)r）、黏土質(zhì)原料（如黏土、黏土質(zhì)頁巖）和少量校正原料（如鐵礦粉）共同磨細(xì)制成生料，將生料送入水泥窯（立窯或回轉(zhuǎn)窯）中進(jìn)行高溫煅燒（約1450℃），生料經(jīng)燒結(jié)成為熟料。礦物成分是：硅酸三鈣（3CaO﹒SiO，簡(jiǎn)式C3S）、硅酸二鈣（2CaO﹒SiO2，簡(jiǎn)式C2S）、鋁酸三鈣（3CaO﹒Al2O3，簡(jiǎn)式C3A）、鐵鋁酸四鈣（4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3，簡(jiǎn)式C4AF）。② 酸鹽水泥熟料的礦物組成及特性硅酸鹽水泥熟料礦物的特性礦物成分含量（%）密度（g/cm3）水化反應(yīng)速度水化放熱量強(qiáng)度3CaO﹒SiO2 C3S37～60快大高2CaO﹒SiO2 C2S15～37慢小早期低，后期低3CaO﹒Al2O3 C3A7～15最快最大低4CaO﹒Al2O3﹒Fe2O3 C4AF10～18快中低可以通過調(diào)整配料比例和生產(chǎn)工藝，改變熟料礦物的含量比例，制的性能不同的水泥。如提高C3S含量，可制成高強(qiáng)水泥；提高C3S C3A含量，可制得快硬水泥；降低C3S C3A含量，提高C2S含量，可制得中、低熱水泥；提高C4AF含量，降低C3A含量，可制得道路水泥。（2）石膏緩凝劑石膏的加入可以使水泥凝結(jié)速度減慢，使之便于施工操作。作為緩凝劑的石膏可采用天然二水石膏、半水石膏、硬石膏或工業(yè)副產(chǎn)品石膏（磷石膏、鹽石膏）。石膏摻加量一般為水泥質(zhì)量的3%～5%。（3）水泥混合材料① 活性混合材料具有火山灰性或潛在水硬性的礦物材料?；鹕交倚裕耗コ杉?xì)粉與消石灰和水拌合后，在濕空氣中能夠凝結(jié)硬化，并在水中繼續(xù)硬化的性能。潛在水硬性：磨成細(xì)粉與石膏粉和水拌合后，在濕空氣中能夠凝結(jié)硬化，并在水中繼續(xù)硬化的性能?；钚曰旌喜牧虾谢钚匝趸?、活性氧化鋁。常用的性混合材料主要包括：?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)材料、煤灰等、?；郀t礦渣：高爐冶煉生鐵時(shí)，浮在鐵水表面的熔融物經(jīng)極冷處理成疏松顆粒狀材料。主要成分是Al2O3 CaO SiO2。火山灰質(zhì)混合材料：火山灰、凝灰?guī)r、浮石、沸石、硅藻土、自然煤矸石、煅燒煤矸石、煤渣、燒頁巖、燒黏土、硅灰等。粉煤灰：由煤粉燃燒爐煙道氣體中搜集的粉末。② 非活性混合材料摻入水泥中主要起填充作用而又不損害水泥性能的礦物材料稱為非活性混合材料，又稱惰性混合材料。常用的有：石灰石、石英石、粘土、慢冷礦渣以及不符合質(zhì)量要求的活性混合材料。2．硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化水泥的凝結(jié)：水泥加水拌合后成為可塑性的水泥漿，水泥顆粒表面的礦物開始在水中溶解并與水發(fā)生水化反應(yīng)，隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿體逐漸變稠失去可塑性。水泥的硬化：隨著水泥水化的進(jìn)一步進(jìn)行，凝結(jié)了的水泥漿開始產(chǎn)生強(qiáng)度并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的水泥石。水泥的凝結(jié)、硬化是水泥水化的外在反映，它是一個(gè)連續(xù)的、復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程（1）熟料礦物的水化反應(yīng)水泥熟料化學(xué)成分與礦物成分的簡(jiǎn)寫形式氧化物簡(jiǎn)寫礦物分子式礦物名稱簡(jiǎn)寫CaOC3 CaO﹒SiO硅酸三鈣CSSiOS2 CaO﹒SiO硅酸二鈣CSAlOA3 CaO﹒AlO鋁酸三鈣CAFeOF4 CaO﹒AlO﹒FeO鐵鋁酸四鈣CAFH2 CS + 6H = CSH+ 3Ca (OH)2 CS + 4H = CSH+ Ca (OH)CA + 6H = CAHCAF + 7H = CAH+ CFH熟料礦物反應(yīng)的基本特性礦物反應(yīng)速度強(qiáng)度水化熱耐化學(xué)侵蝕性干縮早期后期CS快高高中中中CS慢低高小良小CA極快高低大差大CAF快低低小優(yōu)小綜上所述，忽略一些次要、少量成分，則硅酸鹽水泥熟料礦物與水反應(yīng)后，生成是主要水化產(chǎn)物為：水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。在完全水化的水泥石中，凝膠體約占70%，氫氧化鈣約占20%。（2）石膏的緩凝作用石膏在水泥水化過程初期參與水化反應(yīng)，與最初生成的水化鋁酸鈣反應(yīng)。在上述反應(yīng)生成的水化鋁酸鈣不溶于水，呈針狀晶體沉積在水泥顆粒表面，抑制了水化速度極快的鋁酸三鈣與水的反應(yīng)，使水泥凝結(jié)速度減慢，起可靠的緩凝作用。水化硫鋁酸鈣晶體也稱為鈣礬石晶體，水泥完全硬化后，鈣礬石晶體約占7%，它不僅在水泥水化初期起緩凝作用，而且會(huì)提高水泥的早期強(qiáng)度。（3）碳酸鹽水泥凝結(jié)硬化硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程一般按水化反應(yīng)速率和水泥漿體結(jié)構(gòu)特征分為：初始反應(yīng)期、潛伏期、凝結(jié)期和硬化期四個(gè)階段。水泥凝結(jié)硬化時(shí)的幾個(gè)劃分階段凝結(jié)硬化階段一般的放熱反應(yīng)速度一般的持續(xù)時(shí)間主要的物理化學(xué)變化初始反應(yīng)期168J/gh5～10min初始溶解和水化潛伏期 J/gh1h凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長(zhǎng)凝結(jié)期在6h內(nèi)逐漸增加到21 J/gh6h膜層破裂，水泥顆粒進(jìn)一步水化硬化期 J/gh6h至若干年凝膠體填充毛細(xì)孔① 初始反應(yīng)期水泥與水接觸立即發(fā)生水化反應(yīng)，C3S水化生成Ca(OH)2溶于水中，溶液pH值迅速增大至13，當(dāng)溶液達(dá)到過飽和后，Ca(OH)2開始結(jié)晶析出。同時(shí)暴露在顆粒表面的C3A溶于水，并與溶于水的石膏反應(yīng)，生成的鈣礬石晶體析出，附著在水泥顆粒表面。這一階段大約經(jīng)過10min，約有1%的水泥發(fā)生水化② 潛伏期在初始反應(yīng)期之后，約有1～2h的時(shí)間，由于水泥顆粒表面形成水化硅酸鈣溶膠和鈣礬石晶體構(gòu)成的膜層，阻止了與水的接觸使水化反應(yīng)速度很慢，這一階段水化放熱量小，水化產(chǎn)物增加不多，水泥漿體仍保持塑性。③ 凝結(jié)期在潛伏期中，由于水緩慢穿透水泥顆粒表面的包裹膜，與礦物成分發(fā)生水化反應(yīng)，而水化生成物穿透膜層的速度小于水分滲入膜層的速度，形成滲透壓，導(dǎo)致水泥顆粒表面膜層破裂，使暴露出來的礦物進(jìn)一步水化。結(jié)束了潛伏期。，生成的大量的水化產(chǎn)物填充在水泥顆粒之間的空間，水的消耗與水化產(chǎn)物的填充使水泥漿體逐漸變稠失去可塑性而凝結(jié)。④ 硬化期在凝結(jié)期以后，進(jìn)入硬化期。水泥水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行使結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，但放熱速度逐漸下降，水泥水化反應(yīng)越來越困難，一般認(rèn)為以后的水化反應(yīng)是以固相反應(yīng)的形式進(jìn)行的。在適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度條件下，水泥的硬化過程可持續(xù)若干年。水泥漿體硬化后形成堅(jiān)硬的水泥石，水泥石是由膠凝體、晶體、未水化完的水泥顆粒以及固體顆粒間的毛細(xì)孔所組成的不勻質(zhì)結(jié)構(gòu)體。水泥硬化過程中，最初的3天強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度大，3天到7天強(qiáng)度增長(zhǎng)率有所下降，7天到28天強(qiáng)度增長(zhǎng)率進(jìn)一步下降，28天強(qiáng)度已達(dá)到較高水平，28天以后強(qiáng)度雖然還會(huì)繼續(xù)發(fā)展，但強(qiáng)度增長(zhǎng)率卻越來越小。 （4）摻混合材料的硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化① 活性混合材料在水泥中的作用 ：摻混合材料的硅酸鹽類水泥的水化，首先是熟料礦物的水化，熟料礦物水化生成的Ca (OH)再與活性混合材料發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣；當(dāng)有石膏存在時(shí)，還會(huì)進(jìn)一步反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣。② 活性混合材料對(duì)水泥性質(zhì)的影響a. 摻入大量熟料數(shù)量相當(dāng)減少，水泥中水化快的CS、 CA相對(duì)減少，二次反應(yīng)速度會(huì)更慢。所有此類水泥凝結(jié)硬化過程緩慢，強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度較低，早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度會(huì)趕上甚至超過同強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥。由于CS、 CA相對(duì)減少，二次反應(yīng)水化放熱較低。b. 二次反應(yīng)消耗了水化產(chǎn)物中的大部分Ca (OH)，此類水泥硬化后堿度較低。耐腐蝕性好，耐水侵蝕性好。堿度低的水泥對(duì)鋼筋的保護(hù)作用差，所有摻大量活性混合材料的水泥一般不宜于較強(qiáng)腐蝕條件下的重要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。3. 水泥石的腐蝕與防止（1）主要的侵蝕類型① 軟水侵蝕（溶出性侵蝕）硅酸鹽水泥屬于典型的水硬性膠凝材料，在遇到“硬水”時(shí)，有足夠的抵抗能力。但是，當(dāng)水泥石受到冷凝水、雪水、冰川水等比較純凈的“軟水”，尤其是流動(dòng)的“軟水”作用時(shí)，水泥石中的Ca(OH)2首先溶解，并被流水帶走。Ca(OH)2的溶失，又會(huì)引起水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽的分解，最后變成無膠結(jié)能力的低堿性硅酸凝膠、氫氧化鋁。這種侵蝕首先源于Ca(OH)2的溶解失去，稱為析出性侵蝕。摻混合材料的水泥耐軟水侵蝕性有一定程度的提高。② 酸類侵蝕（溶解性侵蝕）硅酸鹽水泥水化生成物顯堿性，當(dāng)遇到酸或酸性水時(shí)即發(fā)生中和反應(yīng)，生成溶入水的鹽類，導(dǎo)致水泥石受損壞。a 碳酸的侵蝕工業(yè)污水、地下水中常溶解有較多的二氧化碳：Ca(OH)2 + CO+ HO = CaCO+ 2 HO最初生成的CaCO溶解度不大，但繼續(xù)處于濃度較高的碳酸水中，則碳酸鈣與碳酸水進(jìn)一步反應(yīng)。CaCO+ CO+ HO = Ca(HC O)Ca(OH)2 的濃度的降低會(huì)導(dǎo)致其他水化產(chǎn)物的分解，腐蝕作用加劇。b 一般酸的腐蝕工業(yè)廢水、地下水、沼澤水中常含有多種無機(jī)酸、有機(jī)酸。工業(yè)窯爐是煙氣中常含有二氧化硫，遇水后生成亞硫酸。以鹽酸，硫酸與水中是Ca(OH)2作用為例：Ca(OH)2 + 2HCl = + HOCa(OH)2 + HSO= Ca SO. HO反應(yīng)生成的CaCl易溶于水，Ca SO. HO結(jié)晶膨脹，還會(huì)進(jìn)一步引起硫酸鹽的腐蝕作用。③ 鹽類的侵蝕a 硫酸鹽的侵蝕（膨脹性侵蝕）在海水、湖水、鹽沼水、地下水和某些工業(yè)污水中，常含有鉀、鈉、氨的硫酸鹽，它們與水泥石中的Ca(OH)2起置換反應(yīng)生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中固態(tài)水化鋁酸鈣作用生成高硫型水化硫鋁酸鈣。生成的高硫型水化硫鋁酸鈣含大量的結(jié)晶水，在水泥石中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成極大的膨脹破壞作用。高硫型水化硫鋁酸鈣晶體呈針狀，對(duì)水泥石危害嚴(yán)重，所以稱其為“水泥桿菌”。b 鎂鹽腐蝕（雙重腐蝕）在海水、鹽沼水、地下水中，常含有大量的鎂鹽，如硫酸鎂、氯化鎂。它們會(huì)與水泥石中的Ca(OH)2起復(fù)分解反應(yīng)。反應(yīng)生成的二水石膏會(huì)進(jìn)一步引起硫酸鹽膨脹性破壞，氯化鈣易溶于水，而氫氧化鎂疏松無膠凝作用。因此鎂鹽的侵蝕又稱雙重侵蝕。④ 強(qiáng)堿的腐蝕當(dāng)水泥石被氫氧化鈉浸透后又在空氣中干燥，則溶于水的鋁酸鈉會(huì)與空氣中的CO反應(yīng)生成碳酸鈉，由于水分失去，碳酸鈉在水泥石毛細(xì)管中的結(jié)晶膨脹，引起水泥石疏松、開裂。除上述四種侵蝕類型外，對(duì)水泥石有腐蝕作用的還有糖、酒精、脂肪、銨鹽和含環(huán)烷酸的石油產(chǎn)品等。水泥石的腐蝕往往是多種腐蝕介質(zhì)同時(shí)存在的一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)作用過程。外部因素:侵蝕介質(zhì)。內(nèi)在因素：一是石中含有腐蝕的成分，即Ca(OH)2和水化鋁酸鈣；二是水泥石不密實(shí)。水泥水化反應(yīng)理論需水量?jī)H為水泥質(zhì)量的23%，而實(shí)際應(yīng)用時(shí)拌合用水量多為40%～70%，多余水分會(huì)毛細(xì)管和孔隙存在于水泥石中，侵蝕介質(zhì)不僅在水泥石表面起作用，而且易于進(jìn)入水泥石內(nèi)部引起嚴(yán)重破壞。由于硅酸鹽水泥水化生成物中，Ca(OH)2和水化鋁酸鈣含量較多，所以其耐侵蝕性較其他品種水泥差。摻混合材料的水泥水化反應(yīng)生成物中Ca(OH)2明顯減少，其耐侵蝕性比硅酸鹽水泥顯著改善。（2）防止水泥石腐蝕的措施① 合理選擇水泥品種軟水或濃度很小的一般酸條件下，宜選用Ca(OH)2較少的水泥。硫酸鹽侵蝕的工程，宜用鋁酸鈣含量低于5%的抗硫酸鹽水泥。② 提高水泥石密實(shí)度措施：強(qiáng)制攪拌、振動(dòng)成型、真空吸水、摻加外加劑等，或在滿足施工操作前提下，努力減少水灰比，提高水泥石密實(shí)度。③