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正文內(nèi)容

土木工程材料(編輯修改稿)

2025-01-15 21:33 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 品。 凡細度和終凝時間中的任一項不符合標準規(guī)定或混合材料摻加量超過最大限量和強度低于商品強度等級的指標時為不合格品。水泥包裝標志中水泥品種、強度等級、生產(chǎn)者名稱和出廠編號不全的也屬于不合格品。 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。它對水泥耐久性影響較大,必須采取有效措施予以防止。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 1. 水泥石的主要腐蝕類型 1) 軟水腐蝕 (溶出性腐蝕 ) Ca(OH)2晶體是水泥的主要水化產(chǎn)物之一,水泥的其他水化產(chǎn)物也須在一定濃度的Ca(OH)2溶液中才能穩(wěn)定存在,而 Ca(OH)2又是易溶于水的。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。所以軟水腐蝕是一種溶出性的腐蝕。 雨水、雪水、蒸餾水、冷凝水、含碳酸鹽較少的河水和湖水等都是軟水,當(dāng)水泥石長期與這些水接觸時, Ca(OH)2會被溶出,每升水中可溶解 Ca(OH)。在靜水無壓或水量不多情況下,由于 Ca(OH)2的溶解度較小,溶液易達到飽和,故溶出作用僅限于表面,并很快停止,其影響不大。但在流水、壓力水或大量水的情況下, Ca(OH)2會不斷地被溶解流失。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。 軟水腐蝕的程度與水的暫時硬度 (水中重碳酸鹽即碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的含量 )有關(guān),碳酸氫鈣和碳酸氫鎂能與水泥石中的 Ca(OH)2反應(yīng)生成不溶于水的碳酸鈣,其反應(yīng)式如下: Ca(OH)2+ Ca(HCO3)2=2CaCO3↓+ 2H2O 生成的碳酸鈣沉淀在水泥石的孔隙內(nèi)而提高其密實度,并在水泥石表面形成緊密不透水層,從而可以阻止外界水的侵入和內(nèi)部 Ca(OH)2的擴散析出。所以,水的暫時硬度越高,腐蝕作用越小。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。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 2) 鹽類腐蝕 (1) 硫酸鹽腐蝕 (膨脹腐蝕 )是指在海水、湖水、鹽沼水、地下水、某些工業(yè)污水、流經(jīng)高爐礦渣或煤渣的水中,常含鉀、鈉和氨等的硫酸鹽。它們與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生置換反應(yīng),生成硫酸鈣。硫酸鈣與水泥石中的水化鋁酸鈣作用會生成高硫型水化硫鋁酸鈣 (鈣礬石 ),其反應(yīng)式為: Ca(OH)2+ Na2SO4+ 2H2O=CaSO4?2H2O+ 2NaOH 4CaO?Al2O3?19H2O+ 3(CaSO4?2H2O)+ 7H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+ Ca(OH)2 3CaO?Al2O3?6H2O+ 3(CaSO4?2H2O)+19H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O 生成的高硫型水化硫鋁酸鈣晶體比原有水化鋁酸鈣體積增大 1倍~ ,硫酸鹽濃度高時還會在孔隙中直接結(jié)晶成二水石膏,比 Ca(OH)2的體積增大 。由此引起水泥石內(nèi)部膨脹,致使結(jié)構(gòu)脹裂、強度下降而遭到破壞。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 。 圖 水化硫鋁酸鈣晶體 —— 水泥桿菌 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 (2) 鎂鹽腐蝕是指在海水及地下水中,常含有大量的鎂鹽。主要是硫酸鎂和氯化鎂,它們可與水泥石中的 Ca(OH)2發(fā)生如下反應(yīng)。 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。所以硫酸鎂對水泥起硫酸鹽和鎂鹽的雙重腐蝕作用,危害更嚴重。 3) 酸類腐蝕 (1) 碳酸腐蝕是指在工業(yè)污水、地下水中常溶解有較多的二氧化碳,形成碳酸水,這種水對水泥石有較強的腐蝕作用。 首先,二氧化碳與水泥石中的 Ca(OH)2反應(yīng),生成碳酸鈣。 Ca(OH)2+ CO2+ H2O=CaCO3+ 2H2O 生成的碳酸鈣是固體,但它在含碳酸的水中是不穩(wěn)定的,會發(fā)生可逆反應(yīng),轉(zhuǎn)變成重碳酸鈣,反應(yīng)式如下: CaCO3+ CO2+ H2O Ca(HCO3)2 所生成的重碳酸鈣易溶于水。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。當(dāng)水的暫時硬度較大時,所含重碳酸鹽較多,上式平衡所需的碳酸就要越多,因而,可以減輕腐蝕的影響。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 (2) 一般酸的腐蝕是指水泥水化生成大量 Ca(OH)2,因而呈堿性,一般酸都會對它有不同的腐蝕作用。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。一般來說,有機酸的腐蝕作用較無機酸弱;酸的濃度越大,腐蝕作用越強。例如: Ca(OH)2+ 2HCl=CaCl2+ 2H2O Ca(OH)2+ 2H2SO4=CaSO4?2H2O 2CaO?SiO2+ 4HCl=2CaCl2+ SiO2?2H2O 3CaO?Al2O3+ 6HCl=3CaCl2+ Al2O3?3H2O 腐蝕作用較強的是無機酸中的鹽酸 (HCl)、氫氟酸 (HF)、硝酸 (HNO3)、硫酸 (H2SO4)和有機酸中的醋酸 (即乙酸 CH3COOH)、蟻酸 (即甲酸 HCOOH)和乳酸[ CH3CH(OH)COOH]等。氫氟酸能侵蝕水泥石中的硅酸鹽和硅質(zhì)骨料,腐蝕作用非常強烈;而草酸 (即乙二酸 HOOCCOOH?2H2O)與 Ca(OH)2反應(yīng)生成的草酸鈣為不溶性鹽,可在水泥石表面形成保護層,所以腐蝕作用很小。 3) 強堿的腐蝕 濃度不高的堿類溶液,一般對水泥石無害。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 化學(xué)腐蝕:如氫氧化鈉與水化產(chǎn)物反應(yīng),生成膠結(jié)力不強,易溶析的產(chǎn)物。 2CaO?SiO2?nH2O+ 2NaOH=2Ca(OH)2+ Na2O?SiO2+ (n―1)H2O 3CaO?Al2O3?6H2O+ 2NaOH=3Ca(OH)2+ Na2O?Al2O3+ 4H2O 結(jié)晶腐蝕:如氫氧化鈉滲入水泥石后,與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成含結(jié)晶水的碳酸鈉,碳酸鈉在毛細孔中結(jié)晶體積膨脹,而使水泥石開裂破壞。 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。它們或是影響水泥的水化、或是影響水泥的凝結(jié)、或是體積變化引起開裂、或是影響水泥的強度,從不同的方面造成水泥石的性能下降甚至破壞。 實際工程中水泥石的腐蝕是一個復(fù)雜的物理化學(xué)作用過程,腐蝕的作用往往不是單一的,而是幾種同時存在,相互影響的。 2. 腐蝕的防止 水泥石腐蝕的產(chǎn)生,主要有三個基本原因:一是水泥石中存在易被腐蝕的組分,主要是 Ca(OH)2和水化鋁酸鈣;二是有能產(chǎn)生腐蝕的介質(zhì)和環(huán)境條件;三是水泥石本身不密實,有許多毛細孔,使侵蝕介質(zhì)能進入其內(nèi)部。防止水泥石的腐蝕,一般可采取以下措施。 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。水泥品種不同,其礦物組成也不同,對腐蝕的抵抗能力不同。水泥生產(chǎn)時,調(diào)整礦物的組成,摻加相應(yīng)耐腐蝕性強的混合材料,就可制成具有相應(yīng)耐腐蝕性能的特性水泥。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。如硅酸鹽水泥水化時產(chǎn)生大量 Ca(OH)2,易受各種腐蝕的作用,抵抗腐蝕能力較差;而摻加活性混合材料的水泥,其熟料比例降低,水化時 Ca(OH)2較少,抵抗各種腐蝕的能力較強;鋁酸鈣含量低的水泥,其抗硫酸鹽、抗堿腐蝕性能較強。 (2) 提高水泥石的密實度,改善孔隙結(jié)構(gòu)。水泥石的構(gòu)造是一個多孔體系,因多余水分蒸發(fā)形成的毛細孔隙,是連通的孔隙,介質(zhì)能滲入其內(nèi)部,造成腐蝕。提高水泥石的密實度,減少孔隙,能有效地阻止或減少腐蝕介質(zhì)的侵入,提高耐腐蝕能力;改善水泥石的孔隙結(jié)構(gòu),引入密閉孔隙,減少毛細孔連通孔,可提高抗?jié)B性,是提高耐腐蝕能力的有效措施。 (3) 通過表面處理,形成保護層。當(dāng)腐蝕作用較強時,應(yīng)在水泥石表面加做不透水的保護層,隔斷腐蝕介質(zhì)的接觸,保護層材料選用耐腐蝕性強的石料、陶瓷、玻璃、塑料、瀝青和涂料等。也可用化學(xué)方法進行表面處理,形成保護層,如表面碳化形成致密的碳酸鈣、表面涂刷草酸形成不溶的草酸鈣等。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。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 五、 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用與存儲 硅酸鹽水泥和普通水泥是混合材料不摻或摻量較少的水泥品種,熟料占主要部分。它們的主要性質(zhì)和應(yīng)用特點是相同或相似的。 1. 特性 凝結(jié)硬化快,強度高,尤其是早期強度高,水泥強度等級高;抗凍性好、耐磨性好,且硅酸鹽水泥優(yōu)于普通水泥;所含 C3S和 C3A較高,其水泥放熱大,放熱速率快;水泥水化產(chǎn)生較多 Ca(OH)2和水化鋁酸鈣,其耐軟水、酸、堿、鹽等腐蝕的能力較差;由于含有較多的 Ca(OH)2,使其碳化后內(nèi)部堿度下降不明顯,故其抗碳化性較好;由于水化中形成較多的 CSH凝膠體,使水泥石密實,游離水分較少,硬化時不易產(chǎn)生干縮裂紋,其干縮值較?。徊荒透邷?,雖然水泥石在短時受熱時不會破壞,但在高溫或長時受熱情況下,水泥石中的一些重要組分,在高溫下發(fā)生脫水或分解,使強度下降甚至破壞。一般當(dāng)受熱達到 300℃ 時,水化產(chǎn)物開始脫水,體積收縮強度下降,溫度達 700℃ ~ 1 000℃ 時,強度下降很大,甚至完全破壞。 普通硅酸鹽水泥相對于硅酸鹽水泥,由于摻入了少量混合材料,其早期強度、水化熱、抗凍性、耐磨性和抗碳化性略有降低,耐腐蝕性和耐熱性略有提高。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 2. 應(yīng)用 適用于配制重要結(jié)構(gòu)用的高強度混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土;適用于有高早期強度要求的工程及冬季施工的工程;適用于嚴寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程及干濕交替的部位;適用于一般地上工程和不受侵蝕的地下工程、無腐蝕性水中的受凍工程;不宜用于海水和有腐蝕介質(zhì)存在的工程、大體積工程和高溫環(huán)境工程。 3. 存儲 為了便于識別,避免錯用,國家標準對水泥的包裝標識作了詳細規(guī)定。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。摻火山灰質(zhì)混合材料的普通水泥還要標明“摻火山灰”字樣。包裝袋兩側(cè)應(yīng)印有水泥名稱和強度等級。包裝不合格的水泥是不合格水泥。 水泥在運輸和儲存過程中,應(yīng)按不同品種、強度等級及出廠日期分別貯運,不得混雜,并注意防水防潮。袋裝水泥的堆放高度不得超過 10袋。工地存儲水泥應(yīng)有專用倉庫,庫房要干燥。存放袋裝水泥時,地面墊板要離地 30cm,四周離墻30cm。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。一般水泥的儲存期為三個月,使用存放三個月以上的水泥,必須重新檢驗其強度,否則不得使用。 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥 第 4章 水 泥 一、混合材料 在磨制水泥時加入的天然或人工礦物材料稱為混合材料?;旌喜牧系募尤肟梢愿纳扑嗟哪承┬阅?,拓寬水泥強度等級,擴大應(yīng)用范圍,并能降低水泥生產(chǎn)成本;摻加工業(yè)廢料作為混合材料,能有效減少污染,有利于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展。水泥混合材料包括非活性混合材料、活性混合材料和窯灰,其中活性混合材料的應(yīng)用量最大。為確保工程質(zhì)量,凡國家標準中沒有規(guī)定的混合材料品種,嚴格禁止使用。 1. 非活性混合材料 在常溫下,加水拌合后不能與水泥、石灰或石膏發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合材料稱為非活性混合材料,又稱填充性混合材料。非活性混合材料加入水泥中的作用是提高水泥產(chǎn)量,降低生產(chǎn)成本,降低強度等級,減
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