【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 硅酸三鈣水化很快，生成的水化硅酸鈣幾乎不溶于水，而立即以膠體微粒析出，并逐漸凝聚成為凝膠。水化生成的氫氧化鈣在溶液中的濃度很快達(dá)到過(guò)飽和，呈六方晶體析出。水化鋁酸三鈣為立方晶體，在氫氧化鈣飽和溶液中能與氫氧化鈣繼續(xù)反應(yīng)，生成六方晶體的水化鋁酸四鈣。 ? 為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，水泥中摻入占全部熟料成分 2~4％的石膏，已生成的水化鋁酸鈣又與石膏反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣。其反應(yīng)情況如下： ? 4Ca0A12O36H20+3(CaS042H20)+19H2O＝ 3CaOA12033CaSO431H2O ? 水化鋁酸三鈣 二水硫酸鈣 水化硫鋁酸鈣 ? 水化硫鋁酸鈣是難溶于水的針狀晶體。 ? 綜上所述，硅酸鹽水泥與水作用后，生成的主要水化物有，水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣、水化硫鋁酸鈣及氫氧化鈣。不完全水化的水泥石中，水化硅酸鈣占 50％，氫氧化鈣占 25％左右。 ? 水泥在空氣中硬化時(shí)，表層的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣 (石灰石 )。 ? (2)硬化過(guò)程 ? 水泥加水拌和后，水化作用首先在顆粒表面發(fā)生，生成的水化物溶解解于水，露出新的顆粒表面使水化作用繼續(xù)進(jìn)行。在初始階段，水化作用進(jìn)行很快，但是，由于各種水化物的溶解度很小，水化物的生成速度大于溶解于水的速度。因此，在顆粒表面的水化物愈積愈多，達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，析出水化硅酸鈣凝膠，包在水泥顆粒表面，形成半滲透膜，使水向內(nèi)滲入和水化物向外擴(kuò)散的速度減慢；但水化作用繼續(xù)進(jìn)行，使半滲透膜增厚。這種以水化硅酸鈣凝膠為主，并有氫氧化鈣分布的水化物結(jié)構(gòu)，稱水泥凝膠體。由于水分滲入膜層內(nèi)的速度大于水化物透過(guò)膜層向外擴(kuò)散的速度，產(chǎn)生滲透壓力，使膜層破裂，水化速度重新加快，直至新的凝膠體 ? 修補(bǔ)了破裂的膜層。由于膜層的不斷破裂和增厚，使水泥顆粒之間的被水充滿的空隙逐漸縮小，以致膜層增厚致使顆粒間的相互接觸、粘結(jié)、水泥漿逐漸失去塑性，形成水泥凝結(jié)階段。當(dāng)形成的凝膠體繼續(xù)增加進(jìn)而填充水泥顆粒之間的空隙，使?jié){體逐漸產(chǎn)生了強(qiáng)度，即水泥的硬化階段。 ? 將上述過(guò)程的特點(diǎn)歸納如下： ? ? (1)細(xì)度 ? 水泥顆粒的粗細(xì)對(duì)水泥的性質(zhì)有很大影響。顆粒愈細(xì)，與水起化學(xué)反應(yīng)的表面積愈大，因而，水化速度較快且較完全，早期和后期強(qiáng)度均較高，故水泥顆粒小于40?m時(shí)，才具有較高的活性。 ? 水泥的細(xì)度用篩析法檢驗(yàn)。即在 上的篩余量不得超過(guò) 15％為合格。 ? (2)凝結(jié)時(shí)間 ? 凝結(jié)時(shí)間包括初凝和終凝兩個(gè)概念，初凝為水泥從加水拌和至水泥漿開始失去可塑性的時(shí)間；終凝為水泥從加水拌和時(shí)至水泥漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間。 ? 為了便于混凝土的攪拌、運(yùn)輸和澆筑，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：初疑時(shí)間不得少于 45min。終凝時(shí)間不得超過(guò) l2h為合格。 ? 凝結(jié)時(shí)間的檢驗(yàn)方法是以標(biāo)推稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫、濕度環(huán)境下，用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀測(cè)定。見圖426所示。 ? (3)體積安定性 ? 水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化即為體積安定性不合格，就會(huì)使混凝土產(chǎn)生膨脹性裂縫，影響構(gòu)筑物的質(zhì)量。 ? 產(chǎn)生體積安定性不良的原因是熟料中所含游離氧化鎂或摻人石膏過(guò)多所致。所以，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；游離氧化鎂含量應(yīng)小于 5％，三氧化硫含量不得超過(guò) 3． 5％。 ? 檢驗(yàn)方法是將標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿所制成的試餅沸煮 4h后，用眼視察以來(lái)發(fā)現(xiàn)裂紋、用直尺檢查沒有彎曲現(xiàn)象為合格。 ? (4)強(qiáng)度及標(biāo)號(hào) ? 硅酸鹽水泥的強(qiáng)度取決于熟料的礦物成分和細(xì)度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂按 1： ，加入規(guī)定數(shù)量的水，按規(guī)定的方法制成尺寸為 4 4 16cm的試件，在標(biāo)聯(lián)溫度 (20177。 3?C)的水中養(yǎng)護(hù)，測(cè)其 28天的抗折及抗壓的強(qiáng)度值。按照測(cè)定的結(jié)果，將硅酸鹽水泥分為 42 52 625三種標(biāo)號(hào)。見表 413所列。 ? (5)水化熱 ? 水泥水化過(guò)程中釋放的熱量稱水化熱。水化熱量及放熱速度與水泥的礦物成分、細(xì)皮、摻入的混合材料等因素有關(guān)。放熱量愈大，放熱速度亦愈快?？嗤ü杷猁}水泥三天內(nèi)的放熱量是總放熱量的 50％，七天為 75％，六個(gè)月為 83~91％。 ? 根據(jù)試驗(yàn)： 1克水泥的水化熱量 ? (J)＝ 568(C3S)+259(C2S)+830(C3A)+l25(C4AF)。 ? 放熱量大的水泥對(duì)小體積混凝土及冷天施工有利，對(duì)大型基礎(chǔ)，混凝土壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)不利，因內(nèi)外溫度差引起的應(yīng)力，可使混凝土產(chǎn)生裂縫。 ? 此外，在進(jìn)行水泥檢驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量做為試驗(yàn)項(xiàng)目，以其值為凝結(jié)時(shí)間和體積安定性檢驗(yàn)的依據(jù)。在混凝土配合比設(shè)計(jì)和儲(chǔ)運(yùn)時(shí)，仍需知道水泥的密度和相對(duì)密度，硅酸鹽水泥的相對(duì)密度為30~，重力密度為 10~16kN/m3。 ? ? 硅酸鹽水泥硬化后，在正常條件下，具有較高的耐久性。但在某些腐蝕性的液體或氣體中，有會(huì)被腐蝕的可能。引起水泥石腐蝕的因素很多，以下為幾種典型介質(zhì)的腐蝕。 ? (1)軟水侵蝕 ? 雨水、雪水、蒸餾水、冷凝水及合重碳酸鹽甚少的河水、湖水等均屬于軟水。當(dāng)水泥石長(zhǎng)期與這些介質(zhì)接觸時(shí)，氫氧化鈣即可溶于介質(zhì)中，在有壓水作用下，會(huì)使氫氧化鈣不斷地溶解流失，此種侵蝕亦稱溶出性侵蝕。此外，由于石灰濃度的降低，仍可 引起其他水化物的分解溶蝕，致使水泥石遭受破壞。 ? 反之，若環(huán)境中含重碳酸鹽時(shí)，它與氫氧化鈣作用，生成不溶于水的碳酸鈣： ? Ca(0H)2十 Ca(HC03)2＝ 2CaCO3+2H20 ? 生成的碳酸鈣積聚在已硬化的水泥石孔隙內(nèi)，形成保護(hù)層，阻止了外界水的侵入和氫氧化鈣的溶出。 ? (2)一般酸類腐蝕 ? 在某些工業(yè)廢水、地下水、沼澤水中常合有無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸，這些酸對(duì)水泥石都有腐蝕作用。例如： ? 鹽酸與氫氧化鈣作用，生成易溶于水的氯化鈣。 ? 2HCl+Ca(OH)2＝ CaCl2+2H20 ? 硫酸與氫氧化鈣作用，生成硫酸鈣，它可直接在水泥石中結(jié)晶，使體積膨脹；也可再和水泥石中的水化鋁酸鈣作用，生成三硫型水化硫鋁酸鈣，破壞性更甚。 ? H2S04+Ca(OH)2＝ CaS042H20 ? 碳酸水的腐蝕情況是：在工業(yè)廢水、地下水中常有較多的二氧化碳，這種水與水泥石作用，最終可生成易溶于水的重碳酸鈣 ? 初期： Ca(0H)2+C02+H2O?CaCO3+2H20 ? 后期： CaCO3+C02+H2O?Ca(HC03)2 ? 由于氫氧化鈣的濃度的降低，進(jìn)而導(dǎo)致其他水化物的分解。 ? (3)鹽類腐蝕 ? 在海水、湖水、地下水以及某些工業(yè)廢水中，常含有大量的硫酸鎂、氯化鎂等鹽類以及含有鉀、鈉等硫酸鹽，它們分別與氫氧化鈣、水化鋁酸鈣起置換反應(yīng)對(duì)水泥石產(chǎn)生腐蝕作用。例如： ? MgS04+Ca(0H)2+2H20＝ CaS042H20+Mg(0H)2 ? MgC12+Ca(OH)2＝ CaCl2+Mg(0H)2 ? 以上生成的氫氧化鎂是松軟而無(wú)膠結(jié)力的物質(zhì)；二水石膏會(huì)引起水泥石的膨脹。 ? 4CaOAl20312H20+3CaSO4+20H2O＝ ? 3CaOA12033CaS0431H20+Ca(OH)2 ? 經(jīng)過(guò)再次反應(yīng)，生成的三硫型水化硫鋁酸鈣含有大量的結(jié)晶水，比原有體積可增大 ~2倍，對(duì)水泥石起 ? 極大的破壞作用，三硫型水化硫鋁酸鈣呈針狀晶體，稱為 “ 水泥桿菌 “ 。 ? 堿類溶液在濃度不大時(shí)，一般是無(wú)害的，但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥與強(qiáng)堿作用，也會(huì)破壞水泥石。 ? 3CaOAl203+6Na0H＝ 3Na20A12O3+3Ca(OH)2 ? 以上生成的鋁酸鈉易溶于水中。 ? 針對(duì)上述腐蝕的原因，可采取以下措施防止腐蝕。 ? (1)根據(jù)環(huán)境水的特點(diǎn)合理地選用水泥。例如采用含熟料成分少的水泥，當(dāng)氫氧化鈣及鋁酸鈣減少到一定程度后，即可減輕腐蝕的程度。 ? (2)提高水泥石的密實(shí)度。在配制混凝土?xí)r，盡量減少拌和水，以減少水泥石中的孔隙。 ? (3)當(dāng)侵蝕作用較強(qiáng)時(shí)，可在結(jié)構(gòu)表面加上不透水的保護(hù)層。如鋪貼耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、涂刷瀝青等。 ? (二 )普通硅酸鹽水泥 ? 凡由硅酸鹽水泥熟料、少量混合材料、適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥 (簡(jiǎn)稱普通水泥 )。 ? 水泥中混合材料摻量按重量百分比計(jì)，摻活性混合材料時(shí)，不得超過(guò) 15％；摻非活性混合材料時(shí)，不得超過(guò) 10％；兩種同時(shí)摻入時(shí)，總量不得超過(guò) 15％，其中非活性混合材料不得超過(guò) l0％。 ? 因普通硅酸鹽水泥中的混合材料較少，故其組成特性和使用范圍，基本上與硅酸鹽水泥相同。但標(biāo)號(hào)范圍較寬，有 27 32 42 52 625五種。其各齡期的強(qiáng)度值見友 413所列。 ? (三 )礦渣硅酸鹽水泥 ? 凡由硅酸鹽水泥熟料和?；郀t礦渣，加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材，稱礦渣硅酸鹽水泥 (簡(jiǎn)稱礦渣水泥 )。 ? 水泥中摻的?；郀t礦渣為活性混合材料，與水化合后能有較弱的水硬性，其摻量為 20~70％。 ? 按照國(guó)家的規(guī)定：礦渣水泥的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間及體積安全性的要求均與硅酸敖水泥相同，只招標(biāo)號(hào)劃為 4個(gè)等級(jí)，如 27 32 42 525四種。其各齡期的強(qiáng)度值見表 414所列。 ? 礦渣水泥的特點(diǎn)是具有較強(qiáng)的耐腐蝕及耐熱性能，適用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土。但抗?jié)B、抗凍性均差，干縮率和泌水性也較大。 ? (四 )火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 ? 凡由硅酸鹽水泥熟料和火山灰混合材料，加入適量的石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱火山灰硅酸鹽水泥 (簡(jiǎn)稱火山灰水泥 )。 ? 水泥中的火山灰質(zhì)混合材料是活性的，其摻量為20~50％。 ? 火山灰水泥的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間及體積安定性的要求與硅酸鹽水泥相同。標(biāo)號(hào)及不同年齡期的強(qiáng)度指標(biāo)與礦渣水泥相同。 ? 火山灰水泥的抗腐蝕性及抗?jié)B性強(qiáng)，但干縮大，養(yǎng)護(hù)不良極易裂縫。 ? (五 )粉煤灰硅酸鹽水泥 ? 凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱粉煤灰硅酸鹽水泥 (簡(jiǎn)稱粉煤灰水泥 )。 ? 水泥中滲入的粉煤灰也是活性混合材料。其摻量為20~40％。 ? 粉煤灰水泥的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間及體積安定性指標(biāo)與硅酸鹽水泥相同；標(biāo)號(hào)及不同齡期的強(qiáng)度值與礦渣水泥相同。 ? 粉煤灰水泥的耐腐蝕性強(qiáng)，干縮小，由于水化熱低，適用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。但是，粉煤灰水泥石中堿性較低，抗碳化性能差。 ? 二、其他品種水泥 ? (一 )快硬水泥 ? 凡以適當(dāng)成分的生料，燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的熟料，加以適量石膏，磨成細(xì)粉，制成一種早期強(qiáng)度增進(jìn)率較快的水硬性膠凝材料，稱為快硬水泥。 ? 熟料中硅酸三鈣占 50~60%，鋁酸三鈣為 8~14％，為加快硬化速度，可適量增加石膏的摻量 (8%)，和提高粉磨細(xì)度。 ? 根據(jù)國(guó)家規(guī)定：細(xì)度用 4900孔 /cm2的標(biāo)準(zhǔn)篩，篩余量不得超過(guò) 10％；凝結(jié)時(shí)間指標(biāo)中的初凝不得早于45min；終凝不得遲于 1h，體積安定性的要求與硅酸鹽水泥相同，強(qiáng)度中各齡期的硬練標(biāo)號(hào)不得超過(guò)表 415中的規(guī)定。 ? (二 )膨脹水泥 ? 膨脹水泥是以適當(dāng)成分的硅酸鹽水泥熟料、膨脹劑稱石膏，按一定比例混合，粉磨而制得的水硬性膠凝材料。 ? 膨脹劑系固相的高堿性水化鋁酸鈣 4CaOA12O3遇水與石膏作用形成三硫型水比硫鋁酸鈣的晶體，晶體長(zhǎng)大而使水泥體積膨脹。 ? 膨脹水泥的品質(zhì)變求是：細(xì)度用 4900孔 /cm2標(biāo)準(zhǔn)篩篩余量不大于 10%；初凝時(shí)間不早于 20min、終凝時(shí)間不遲于 10h，體積安定性系蒸煮試驗(yàn)和浸水 28d后體積變化均勻；硬練強(qiáng)度值見表 416所示。 ? 膨脹率是膨脹水泥的重要指標(biāo)，國(guó)家規(guī)定：水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，一天的膨脹率不得小于 ％， 28天的膨脹率不得大于 1％。濕氣養(yǎng)護(hù)時(shí)