硅酸鹽水泥的性能及應(yīng)用

1、第第8 8章章 硅酸鹽水泥的性能硅酸鹽水泥的性能 本章學習要點本章學習要點 凝結(jié)時間 強度 體積變化及水化熱 耐久性 8.1 8.1 凝結(jié)時間凝結(jié)時間復習相關(guān)知識復習相關(guān)知識水泥是一種什么材料？水泥是一種什么材料？ 無機水硬性膠凝材料無機水硬性膠凝材料水泥的水化、凝結(jié)和硬化？水泥的水化、凝結(jié)和硬化？ 水泥加水拌和水泥加水拌和, , 發(fā)生水化反應(yīng)，漿體逐漸失發(fā)生水化反應(yīng)，漿體逐漸失去流動性和可塑性。去流動性和可塑性。 首先形成粘結(jié)砂石的可塑性漿體。首先形成粘結(jié)砂石的可塑性漿體。 最終形成具有機械強度的石狀體。最終形成具有機械強度的石狀體。8.1.1 8.1.1 基本概念基本概念凝結(jié)時間的定義凝結(jié)

2、時間的定義 凝結(jié)過程凝結(jié)過程 水泥加水拌和成水泥漿體，逐漸失去流動性、可塑性，形成具有一定強度的硬化漿體的過程。加水加水開始失去可塑性開始失去可塑性完全失去可塑性完全失去可塑性凝結(jié)過程凝結(jié)過程初初凝凝終終凝凝初初凝凝終終凝凝 凝結(jié)時間凝結(jié)時間 水泥從拌水開始到失去流動性，即從可塑性狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間。 初凝時間：初凝時間：從加水拌和起，到水泥漿體開始失去可塑性所需時間。 終凝時間：終凝時間：從加水拌和起，到水泥漿體完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需時間。凝結(jié)時間的測定凝結(jié)時間的測定 水泥加水制成標準稠度凈漿裝模養(yǎng)護用符合GB3350.6規(guī)定的儀器進行測定。測定前的準備工作測定前的準備

3、工作0點點試試模模試針試針凈漿凈漿 調(diào)整凝結(jié)時間測定儀的試針，當接觸玻璃板時，指針應(yīng)對準標尺零點。 凝結(jié)時間的測定凝結(jié)時間的測定23mm初凝狀態(tài)初凝狀態(tài) 由開始加水至初凝狀態(tài)時的時間為該水泥的初凝時間，用小時（h）或分（min）來表示。 凝結(jié)時間的測定凝結(jié)時間的測定3939.5mm終凝狀態(tài)終凝狀態(tài) 由開始加水至終凝狀態(tài)時的時間為該水泥的終凝時間，用小時（h）或分（min）來表示。 凝結(jié)時間的重要意義凝結(jié)時間的重要意義 水泥漿體的凝結(jié)時間，對于建筑工程的施工具有十分重要的意義。 若初凝時間太短，往往來不及進行施工，水泥漿體就已變硬。若終凝時間太長，未產(chǎn)生足夠大的強度，則影響施工的速度。 因此，應(yīng)

4、有足夠長的時間來保證混凝土的攪拌、輸送、澆注、成型等操作的順利完成；同時還應(yīng)盡可能短的時間加快脫模及施工進度，以保證工程的進展。 凝結(jié)時間的標準規(guī)定凝結(jié)時間的標準規(guī)定 我國硅酸鹽水泥國家標準GB17599規(guī)定： 初凝不得早于初凝不得早于45min45min（45min45min） 終凝不的遲于終凝不的遲于390min390min（6.5h6.5h） 8.1.2 8.1.2 影響凝結(jié)時間的因素影響凝結(jié)時間的因素 水泥凝結(jié)時間的長短取決于其凝結(jié)速度的快慢，兩者成反比關(guān)系。 凡是影響水化速度的各種因素，基本上也同樣影響水泥的凝結(jié)速度。但水化和凝結(jié)又有一定的差異。 影響水泥凝結(jié)速度的主要因素，有熟料礦

5、物組成、水泥細度、水灰比、溫度和外加劑等。 礦物組成礦物組成 熟料礦物28天的水化速度大小順序為：C3AC3SC4AFC2S 水泥的凝結(jié)速度既與熟料礦物水化難易有關(guān)，又與各礦物的含量有關(guān)。 決定凝結(jié)速度的主要礦物為C3A和C3S，快凝是由C3A造成的，而正常凝結(jié)則是受C3S制約的。 水泥細度水泥細度 水泥粉磨越細，其比表面積就越大，晶體產(chǎn)生扭曲、錯位等缺陷越多，水化速度越快，凝結(jié)越迅速；反之凝結(jié)越慢。 硅酸鹽水泥國家標準規(guī)定： 80m方孔篩篩余不超過（）10% 比表面積不小于（）300m2/kg水灰比（水灰比（W/CW/C） 水灰比越大，水化越快，凝結(jié)反而變慢。 這是因為加水量過多，顆粒間距增

6、大，水泥漿體結(jié)構(gòu)不易緊密，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以形成的緣故。 水灰比過大時，會使水泥石結(jié)構(gòu)中孔隙太多，降低其強度，故水灰比不宜太大。 適宜的用水量應(yīng)滿足兩方面的要求： 水泥水化反應(yīng) 水泥漿體稠度養(yǎng)護條件養(yǎng)護條件 溫度升高，水化加快，凝結(jié)時間縮短，反之則凝結(jié)時間會延長。 夏季（高溫）和冬季（低溫）施工時，注意采取適當?shù)拇胧员ＷC正常的凝結(jié)時間。 保溫 增濕 外加劑外加劑 緩凝劑：延長凝結(jié)時間 促凝劑：縮短凝結(jié)時間 影響水泥的凝結(jié)快慢因素是多方面的，最主要是C3A，因此在水泥生產(chǎn)中通常是摻入適量外加劑來控制水泥的凝結(jié)時間。 石膏是常用的一種緩凝劑。有時，根據(jù)需要也摻入其他調(diào)凝外加劑。8.1.3 8.1.3

7、 石膏的作用及其適宜摻量的確定石膏的作用及其適宜摻量的確定 石膏的作用石膏的作用 可以控制水泥的水化速度、調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間。 改善水泥的性能。如提高早期強度，降低干縮變形，改善耐久性等。 主要作用是調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間快凝現(xiàn)象快凝現(xiàn)象 在C3A含量較高，或石膏等緩凝劑摻量過少時，硅酸鹽水泥加水拌和后，C3A迅速反應(yīng)，很快生成大量片狀的水化鋁酸鈣（C4AH13），并相互連接形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)不可逆的固化現(xiàn)象，又稱為“速凝”或“閃凝” 。產(chǎn)生這種不正?？炷龝r，漿體迅速放出大量熱，溫度急劇上升。 石膏的緩凝機理石膏的緩凝機理 水泥中摻加適宜石膏時，3在石膏-石灰的飽和溶液中，生成溶解度極低的三

8、硫型水化硫鋁酸鈣（AFt），又稱鈣礬石。棱柱狀的小晶體生長在水泥顆粒表面，形成覆蓋層或薄膜，阻滯了水分子及離子的擴散，降低了水化速度，延長了凝結(jié)時間，防止了快凝現(xiàn)象發(fā)生。 由圖可知，石膏摻量過多或過少都會導致不正常凝結(jié)。石膏的適宜摻量？ 影響石膏摻量的因素影響石膏摻量的因素 石膏的種類石膏的種類 各種石膏的溶解度、溶解速度與緩凝作用 石膏種類石膏種類化學式化學式溶解溶解度度(g/L)(g/L)相對相對溶解溶解速度速度相對緩凝相對緩凝作用作用半水石膏半水石膏CaSOCaSO4 40.5H0.5H2 2O O6 6快快很強烈很強烈二水石膏二水石膏CaSOCaSO4 42H2H2 2O O2.42.

9、4慢慢較強烈較強烈可溶性無水可溶性無水石膏石膏CaSOCaSO4 4 0.000.001 10.5H0.5H2 2O O6 6快快很強烈很強烈天然無水石天然無水石膏膏CaSOCaSO4 42.12.1最慢最慢弱弱熟料中熟料中C C3 3A A含量含量 快凝是由C3A造成的，C3A含量是石膏摻量最主要的影響因素。C3A含量高，石膏摻量應(yīng)相應(yīng)增加，反之則減少。水泥中水泥中SOSO3 3含量含量 當水泥中SO3含量較高時，則要相應(yīng)減少石膏摻量。 水泥細度水泥細度 相同C3A含量下，當水泥粉磨得較細時，其比表面積增大，水化加快，則應(yīng)適當增加石膏摻量。混合材的品種和數(shù)量混合材的品種和數(shù)量 采用?；郀t礦

10、渣，且含量較多時，應(yīng)適當多摻入些石膏。石膏除了起緩凝劑作用外，還對礦渣活性起到硫酸鹽激發(fā)劑的作用。水泥中堿含量水泥中堿含量 堿含量較高時，其凝結(jié)速度加快，石膏摻量也應(yīng)適當增加。 石膏最佳摻量的確定石膏最佳摻量的確定 經(jīng)驗公式計算經(jīng)驗公式計算 石膏摻量可以根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗公式計算?？紤]影響石膏摻量的主要因素為水泥中C3A ，當水泥細度在5%7%，使用二水石膏作為緩凝劑時，水泥中最佳石膏（以SO3計）摻量計算公式：OR614. 0AC0925. 0181. 1S23c式中 Sc水泥中最佳SO3摻量，%； C3A水泥中C3A含量，%； R2O水泥中R2O，%。 用公式計算最佳石膏（以SO3計）摻量，方法

11、簡便、迅速，結(jié)果比較可靠；但計算公式是僅考慮主要影響因素的統(tǒng)計經(jīng)驗公式，計算結(jié)果存在一定的誤差；因此，在使用公式計算時，要注意公式的適用范圍和條件。 例：已知某廠水泥中C3A含量11（%），R2O含量0.6（%），試計算水泥中最佳石膏（以SO3計）摻量？解：OR614. 0AC0925. 0181. 1S23c=2.20=2.20（% %）石膏最佳摻量的確定石膏最佳摻量的確定 實驗確定法實驗確定法 公式計算法有時存在較大誤差，用實驗確定水泥中最佳石膏（以SO3計）摻量是工廠常用的方法。 具體步驟如下：具體步驟如下： 取工廠熟料平均樣若干，破碎至1cm，充分混合后分成46等份； 分別加入不等量的

12、石膏，折合成SO3為13.5%，摻入等量混合材； 把各組試樣粉磨至同一細度，分組做凝結(jié)時間、抗壓強度等實驗，繪制曲線。正常區(qū)域正常區(qū)域石膏摻量（石膏摻量（SOSO3 3計）與凝結(jié)時間計）與凝結(jié)時間 由圖可知：當SO3摻量小于1.3%時，石膏摻量過小，水泥會產(chǎn)生快凝，進一步增加SO3含量時，石膏才出現(xiàn)明顯的緩凝作用，但SO3摻量超過2.5%以后時，凝結(jié)時間增長很少。 一般硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥中石膏摻量(以SO3計)在1.5%2.5%之間，屬于凝結(jié)時間正常區(qū)域。 強度最高值強度最高值石膏摻量（石膏摻量（SOSO3 3計）與抗壓強度計）與抗壓強度 由圖可知：最初，水泥各齡期的抗壓強度是隨著SO

13、3摻量的增加而增長，早期強度（3天）最為明顯；當SO3摻量超過2.5%以后，強度開始下降。 石膏摻量（SO3計）并不與凝結(jié)時間、抗壓強度成線性關(guān)系，石膏摻量在適當范圍內(nèi)時，具有顯著的緩凝效果，且存在抗壓強度最高值。 實驗確定水泥中最佳石膏（SO3）摻量，結(jié)果準確、可靠，一般水泥廠都可采用；盡管方法稍復雜，但仍是一種行之有效的方法。應(yīng)注意幾點： 根據(jù)生產(chǎn)的水泥品種要求，做出石膏摻量與水泥其他性能之間的關(guān)系曲線。 當熟料礦物C3A、水泥細度、水灰比、混合材變化較大時，應(yīng)重新實驗。石膏最佳摻量的確定石膏最佳摻量的確定 水泥中最佳SO3摻量是指在凝結(jié)時間正常區(qū)域內(nèi)，各齡期抗壓強度為最高值，其他性能也為

14、良好時的SO3摻量。 水泥中最佳石膏摻量G（%）：（石膏配比）100SSGgc式中 Sc水泥中最佳SO3摻量，%； Sg石膏中SO3含量，%。 例：已知某廠水泥中最佳SO3摻量2.2（%），石膏中SO3含量48（%），試計算水泥中最佳石膏摻量？解：100SSGgc=4.6=4.6（% %）100SSGgc=4.6=4.6（% %）100SSGgc8.1.4 8.1.4 假凝現(xiàn)象假凝現(xiàn)象 假凝及其特征假凝及其特征 假凝是指水泥加水拌和后，在幾分鐘內(nèi)即迅速凝結(jié)變硬，經(jīng)劇烈攪拌后，又重新恢復塑性的現(xiàn)象。 不正常的早期快速固化現(xiàn)象比較比較項目比較項目假凝假凝快凝快凝凝結(jié)時間凝結(jié)時間幾分鐘幾分鐘幾分鐘幾

15、分鐘放熱量放熱量小小大大重新攪拌重新攪拌正常凝結(jié)正常凝結(jié)不能恢復塑性不能恢復塑性強度大小強度大小沒有不利影響沒有不利影響產(chǎn)生一定強度產(chǎn)生一定強度施工操作施工操作難度增大難度增大不可逆固化不可逆固化假凝的原因及預防措施假凝的原因及預防措施 造成假凝的主要原因是水泥在粉磨時受到高溫，其中二水石膏脫水形成半水石膏甚至可溶性無水石膏。 在生產(chǎn)中，為了防止假凝，采用措施： 使用無水硫酸鈣含量較高的石膏，以避免粉磨時石膏脫水； 在水泥粉磨時采取一定的措施降溫，也可避免石膏脫水。 在建筑施工中，可以延長攪拌時間來消除假凝現(xiàn)象的產(chǎn)生。 8.1.5 8.1.5 其他調(diào)凝外加劑其他調(diào)凝外加劑 緩凝劑緩凝劑 緩凝劑

16、是用來延長凝結(jié)時間，使新拌混凝土漿體較長時間保持塑性，滿足較長時間運輸?shù)男枰岣呤┕ば省?有機緩凝劑：有機緩凝劑：木質(zhì)素磺酸鹽，羥基羥酸及其鹽，多元醇及其衍生物，糖類及碳水化合物，胺鹽和胺酸等。 無機緩凝劑：無機緩凝劑：硼砂，氯化鋅，碳酸鋅，鐵、銅、鋅和鎘的硫酸鹽、磷酸鹽和偏磷酸鹽等。 幾種緩凝劑對水泥漿體凝結(jié)時間影響幾種緩凝劑對水泥漿體凝結(jié)時間影響（1 1） 摻摻 量量空空白白水楊水楊酸酸檸檬酸檸檬酸蔗糖蔗糖0 00.050.050.05 0.100.100.05 0.01初凝（初凝（h h：minmin）125125170170170170295295255255465465終凝（終凝

17、（h h：minmin）190190218218265265475475288288520520幾種緩凝劑對水泥漿體凝結(jié)時間影響幾種緩凝劑對水泥漿體凝結(jié)時間影響（2 2） 摻量摻量空空白白三乙醇胺三乙醇胺甲基纖維素甲基纖維素磷酸磷酸0 00.050.050.050.050.100.100.050.050.100.10初凝（初凝（h h：minmin）125125205205145145170170262262350350終凝（終凝（h h：minmin）190190260260240240350350298298430430促凝劑促凝劑 除氟化物、磷酸鹽及Zn、Sn、Pb鹽外，大多數(shù)可溶性無機

18、鹽都能縮短水泥的凝結(jié)時間。其中，使用最多的是CaCl2。 我國常用的是分別以鋁酸鈉（NaAlO2）、鋁酸鈣（C12A7,C11A7CaF2）及硅酸鹽（Na2SiO3）為主要的速凝劑。 8.2 8.2 強度強度 水泥的強度是評比水泥質(zhì)量重要的指標，是劃分強度等級的依據(jù)。通常按齡期將28d以前的強度稱為早期強度，如1d、3d強度，28d及以后的強度稱為后期強度。 8.2.1 8.2.1 強度的產(chǎn)生和發(fā)展強度的產(chǎn)生和發(fā)展 水泥加水拌和后，熟料礦物迅速水化，生成大量的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠，并生成Ca(OH)2 及鈣釩石(AFt)晶體；經(jīng)過一定時間以后，C-S-H也以長纖維晶體從熟料顆粒上長出，同時鈣

19、釩石晶體逐漸長大，在水泥漿體中相互交織聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強度。隨著水化進行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增加，晶體尺寸不斷長大，從而使硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密，強度逐漸提高。 8.2.2 8.2.2 影響水泥強度的因素影響水泥強度的因素 熟料的礦物組成熟料的礦物組成 礦物名稱礦物名稱3d3d7d7d28d28d90d90d180d180dC C3 3S S24.2224.2230.9830.9842.1642.1657.6557.6557.8457.84C C2 2S S1.731.732.162.164.514.5119.0219.0228.0428.04C C3 3A A7.557.558.14

20、8.148.048.049.419.416.476.47C C4 4AFAF15.1015.1016.4716.4718.2418.2416.2716.2719.2219.228.2.2 8.2.2 影響水泥強度的因素影響水泥強度的因素 水泥細度水泥細度 水泥越細，顆粒分布范圍越窄越均勻，其水化速度越快，而且水化更為完全，水泥的強度，尤其是早強越高，適當增大水泥細度，還能改善漿體泌水性，和易性和粘結(jié)力等。 但是水泥太細，標準稠度需水量越大，增大了硬化漿體結(jié)構(gòu)的孔隙率，從而引起強度下降。 8.2.2 8.2.2 影響水泥強度的因素影響水泥強度的因素 施工條件施工條件 在施工過程中，水灰比，骨料級

21、配，攪拌振搗的程度，養(yǎng)護溫度及是否采用外加劑等對強度有很大影響。 水灰比及密實程度養(yǎng)護溫度 外加劑 8.3 8.3 體積變化與水化熱體積變化與水化熱 8.3.1 體積變化體積變化 硬化水泥漿體的體積變化也是一項非常重要的性能指標。由于漿體中生成了各種水化產(chǎn)物以及反應(yīng)前后濕度，溫度等外界條件的改變，硬化水泥漿體必然會發(fā)生一系列的體積變化。如化學減縮，濕脹干縮和碳化收縮等。 8.3.1 8.3.1 體積變化體積變化 硬化水泥漿體的體積變化也是一項非常硬化水泥漿體的體積變化也是一項非常重要的性能指標。由于漿體中生成了各種水重要的性能指標。由于漿體中生成了各種水化產(chǎn)物以及反應(yīng)前后濕度，溫度等外界條件化

22、產(chǎn)物以及反應(yīng)前后濕度，溫度等外界條件的改變，硬化水泥漿體必然會發(fā)生一系列的的改變，硬化水泥漿體必然會發(fā)生一系列的體積變化。如化學減縮，濕脹干縮和碳化收體積變化。如化學減縮，濕脹干縮和碳化收縮等?？s等。 8.3.1 8.3.1 體積變化體積變化 化學減縮化學減縮水泥在水化硬化過程中，無水的熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)物，固相體積大大增加，而水泥漿體的總體積卻在不斷縮小，由于這種體積減縮是化學反應(yīng)所致,故稱化學減縮。 8.3.1 8.3.1 體積變化體積變化 濕脹干縮濕脹干縮硬化水泥漿體的體積隨其含水量而變化。漿體結(jié)構(gòu)含水量增加時，其中凝膠粒子由于分子吸附作用而分開，導致體積膨脹，如果含水量減少，則會使體

23、積收縮。濕脹和干縮大部分是可逆的。干燥與失水有關(guān)，但二者沒有線性關(guān)系。 8.3.1 8.3.1 體積變化體積變化 碳化收縮碳化收縮 在一定的相對濕度下，硬化水泥漿體中的水化產(chǎn)物如Ca(OH)2、C-S-H等會與空氣中的CO2作用，生成CaCO3和H2O，造成硬化漿體的體積減少，出現(xiàn)不可塑的收縮現(xiàn)象，成為碳化收縮。 8.3.2 8.3.2 水化熱水化熱 水泥的水化熱是由各種熟料礦物與水作用時產(chǎn)生的。在冬季施工中，水化放熱能提高水泥漿體的溫度，有利于水泥正常凝結(jié)。但在大體積混凝土工程中，水化放出的熱量聚集在混凝土內(nèi)部不易散失，導致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生應(yīng)力，致使混凝土不均勻膨脹而產(chǎn)生裂縫，給

24、工程帶來嚴重的危害。 8.3.2 8.3.2 水化熱水化熱 大量實驗表明，水泥的水化熱與礦物組成有關(guān)。四種單礦物28d以前的水化速度為：C3AC4AFC3SC2S。因此，要降低水泥的水化熱，應(yīng)該增大熟料中C2S和C4AF，相應(yīng)降低C3A和C3S的含量。 8.3.2 8.3.2 水化熱水化熱 名名 稱稱水化熱水化熱(J/g)(J/g)名名 稱稱水化熱水化熱(J/g)(J/g)C C3 3S S500500f-MgOf-MgO840840C C2 2S S250250普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥375375525525C C3 3A A13401340抗硫酸鹽水泥與礦渣水泥抗硫酸鹽水泥與礦渣水泥3

25、55355440440C C4 4AFAF420420火山灰水泥火山灰水泥315315420420f-CaOf-CaO11501150高鋁水泥高鋁水泥5455455855858.4 8.4 硅酸鹽水泥的耐久性硅酸鹽水泥的耐久性 硬化水泥石結(jié)構(gòu)在一定環(huán)境條件下長期保持穩(wěn)定質(zhì)量和使用功能的性質(zhì)稱為耐久性。 影響耐久性的因素有很多，主要有抗?jié)B性、抗凍性，以及對環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性和堿集料反應(yīng)等。 8.4.1 8.4.1 抗?jié)B性抗?jié)B性 抗?jié)B性抗?jié)B性是指硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)滲透的能力。硬化水泥漿體的抗?jié)B性一般用滲透系數(shù)k來表示。根據(jù)水對硬化水泥漿體的滲透試驗可知，當水滲入水泥水泥石時，其滲水速

26、率可用下式表示： dq/dt=kAh/L式中：dq/dt滲水速率（cm3/s）； A試件的橫截面面積（cm2）； h作用于試件兩側(cè)的水壓差（cm水柱）； L試件厚度（cm）； k滲透系數(shù)（cm/s）。由上式可知，當試件尺寸和兩側(cè)水壓由上式可知，當試件尺寸和兩側(cè)水壓差一定時，滲水速率和滲透系數(shù)成正差一定時，滲水速率和滲透系數(shù)成正比，所以，常用滲透系數(shù)比，所以，常用滲透系數(shù)k k表示抗?jié)B表示抗?jié)B性的高低。性的高低。 8.4.2 8.4.2 抗凍性抗凍性抗凍性抗凍性也是硬化水泥漿體的一項重要使用性能。硅酸鹽水泥在寒冷的地區(qū)使用時，其耐久性主要取決于抵抗凍融循環(huán)的能力。據(jù)研究，寒冷地區(qū)的凍融循環(huán)對混凝

27、土尤其是港口混凝土的破壞作用是相當嚴重的。水泥的抗凍性一般是以試塊能經(jīng)受-15和20的循環(huán)凍融而抗壓強度損失率小于25%時的最高凍融循環(huán)次數(shù)來表示，如200次或300次凍融循環(huán)等。次數(shù)越多說明抗凍性越好。 8.4.3 8.4.3 環(huán)境介質(zhì)的侵蝕環(huán)境介質(zhì)的侵蝕 硬化的水泥漿體與環(huán)境接觸時，通常會受到環(huán)境介質(zhì)的影響。對于水泥耐久性有害的環(huán)境介質(zhì)主要有淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液等。在環(huán)境介質(zhì)的侵蝕作用下，硬化的水泥石結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列物理化學變化，降低強度，甚至潰裂破壞。8.4.3 8.4.3 環(huán)境介質(zhì)的侵蝕環(huán)境介質(zhì)的侵蝕 環(huán)境介質(zhì)對水泥石的侵蝕作用可分為以下環(huán)境介質(zhì)對水泥石的侵蝕作用可分為

28、以下三類：三類： 淡水侵蝕淡水侵蝕 又稱溶出侵蝕，它是指硬化水泥漿體受淡水浸析時，其組成逐漸被水溶解并在水流動時被帶走，最終導致水泥石結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。 在各種水化產(chǎn)物中，Ca(OH)2溶解度最大，因而最先被溶解。由于水泥中的水化產(chǎn)物都必須在一定濃度的Ca(OH)2溶液中才能穩(wěn)定存在，當Ca(OH)2被溶出后，若水量不多，且處于靜止狀態(tài)，則溶液會很快飽和，溶出即停止。但在流動水中，水流就會將Ca(OH)2不斷溶出并帶走，從而促使其他水化產(chǎn)物分解，特別在有水壓作用而混凝土的滲透性又較好的情況下，將會進一步增大孔隙率，使水更易滲透，使溶出侵蝕加快。 酸和酸性水侵蝕酸和酸性水侵蝕 又稱溶析和化學溶解雙

29、重侵蝕。這是指硬化水泥漿體與酸性溶液接觸時，其化學組分就會直接溶析或與酸發(fā)生化學反應(yīng)形成易溶物質(zhì)被水帶走，從而導致結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。 酸和酸性水侵蝕酸和酸性水侵蝕 酸和酸性水對水泥結(jié)構(gòu)的侵蝕反應(yīng)式如下： H+OH- =H2O Ca2+2R- = CaR2 硫酸鹽侵蝕硫酸鹽侵蝕 又稱膨脹侵蝕。它是指介質(zhì)溶液中的硫酸鹽與水泥石組分反應(yīng)形成鈣礬石而產(chǎn)生結(jié)晶壓力，造成膨脹開裂，破壞硬化漿體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。 硫酸鹽對水泥石結(jié)構(gòu)的侵蝕主要是由于硫酸鈉、硫酸鉀等能與硬化漿體中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaSO42H2O，使固相體積增大了114%，在水泥石內(nèi)產(chǎn)生很大的結(jié)晶壓力，從而引起水泥石開裂以至毀壞。8.4.4

30、8.4.4 堿集料反應(yīng)堿集料反應(yīng) 水泥屬堿性物質(zhì),一般能夠抵抗堿類的侵蝕，但當水泥結(jié)構(gòu)中堿含量較高，而配制混凝土的集料中含有活性物質(zhì)時，水泥結(jié)構(gòu)經(jīng)過一定時間后會出現(xiàn)明顯的膨脹開裂，甚至剝落潰散等現(xiàn)象，稱為堿集料反應(yīng)。 堿集料反應(yīng)主要是由于水泥中堿含量較高（R2O0.6%），而同時集料中由含有活性SiO2時，堿就會與集料中的活性SiO2反應(yīng)，形成堿性硅酸鹽凝膠。反應(yīng)式如下：活性SiO 2+ 2mNaOH mNaOSiOnH2O 上式反應(yīng)生成的堿性硅酸鹽凝膠有相當強的吸水性能，在積聚水分的過程中產(chǎn)生膨脹而將硬化漿體結(jié)構(gòu)脹裂破壞。 一般情況下，堿集料反應(yīng)通常很慢，要經(jīng)過相當長的時間后才會明顯出現(xiàn)。據(jù)

31、斯坦頓研究，影響堿集料反應(yīng)因素很多，主要與水泥中堿含量、活性集料含量及粒徑、水含量等有關(guān)。 要提高混凝土質(zhì)量，防止堿集料反應(yīng)，可采取如下措施：盡量降低水泥中堿含量，采取適當粒徑的集料、降低活性集料含量、或根據(jù)實際摻加適量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等。 8.4.5 8.4.5 耐久性的改善途徑耐久性的改善途徑 影響水泥混凝土耐久性的因素有很多方面，為了提高混凝土的耐久性，在使用水泥時，首先要考慮使用的環(huán)境條件，采用適當組成的水泥，量材為用，從根本上提高混凝土的耐久性，配制混凝土時，要精心設(shè)計，采取合理的配比，盡量降低水灰比，并考慮適宜的施工方案，加強攪拌、振搗、養(yǎng)護等，提高混凝土的致密度，以提高

32、其強度尤其是早強。改善混凝土的性能，在特殊情況下，還可利用其他材料，進行表面處理以彌補水泥混凝土本身的不足。 選擇適當組成的水泥選擇適當組成的水泥 水泥質(zhì)量的好壞，是關(guān)系硬化水泥漿體耐久性的首要問題。只有提高水泥質(zhì)量，才能從根本上提高其耐久性。在使用水泥時，就根據(jù)環(huán)境的不同來選擇不同熟料礦物組成部分的水泥。 摻適量混合材料摻適量混合材料 一般說來，硅酸鹽水泥中摻加火山灰質(zhì)混合材料和?；郀t礦渣可以提高其抗蝕能力。另外，摻加混合材料后，熟料所占的比例減少，C3A和C3S的含量相應(yīng)降低，也會改善其抗蝕性，而且由于生成較多的凝膠，提高了硬化水泥漿體的密實性，阻止侵蝕介質(zhì)的溶入，從而增強了其抗蝕能力。

33、所以說，火山灰水泥和礦渣水泥的抗蝕性又與其礦渣摻量、A l2O3含量有關(guān)。 提高施工質(zhì)量提高施工質(zhì)量 施工質(zhì)量的好壞，也是關(guān)系到混凝土耐久性的關(guān)鍵。在施工中，應(yīng)加強攪拌，防止各組分產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象，提高混凝土的均勻性和流動性，使拌合物很好地充滿模板，減少其內(nèi)部空隙，并且強化振搗，增大混凝土的密實度，盡可能排出其內(nèi)部氣泡，減少顯孔、大孔，尤其是連通孔，提高其強度，從而提高其抗?jié)B能力，最終達到改善其耐久性的目的。進行表面處理進行表面處理 在特殊情況下，對水泥結(jié)構(gòu)進行表面處理，可以避免水泥結(jié)構(gòu)與侵蝕介質(zhì)直接接觸，從而保障其耐久性。 表面處理通常有表面化學處理和涂覆貼面處理兩種。 8.5 8.5 硅酸

34、鹽水泥的應(yīng)用硅酸鹽水泥的應(yīng)用 8.5.1 8.5.1 普通混凝土普通混凝土 通常所稱的混凝土(即普通混凝土)是指由水泥，砂(細集料)，石子(粗集料)和水按一定的配比拌和均勻，經(jīng)成形和硬化而成的人造石材。硬化前的混凝土常被稱為混凝土拌和物；如果在混凝土中配有鋼筋，則稱之為鋼筋混凝土；如果混凝土組成中沒有粗集料則為砂漿；而由水泥和水拌和所得到的是水泥漿。 8.5 8.5 硅酸鹽水泥的應(yīng)用硅酸鹽水泥的應(yīng)用 混凝土的組成材料混凝土的組成材料 混凝土的主要組成材料為水泥、砂、石、水以及改變混凝土性能的外加劑。水泥水泥 在混凝土中，水和水泥拌成的水泥漿是起膠結(jié)作用的組成部分。在硬化前的混凝土即混凝土拌和物

35、中，水泥漿填充砂石空隙，包裹砂，石表面并起潤滑作用，使混凝土獲得必要的和易性；在硬化后，則將砂、石牢固地膠結(jié)成整體。 集料集料 砂、石是混凝土中起骨架及填充作用的粒狀材料，稱之為集料或骨料。集料有粗細之分。常用的粗細集料有卵石與碎石兩種；細集料是天然砂，按產(chǎn)地不同有河砂，山砂和海砂，通常多采用河砂。 水水 凡是可以飲用的水，無論自來水或潔凈的天然水，都可以用來拌制混凝土。水的pH值要求不低于4，硫酸鹽含量按SO2-離子計算不得超過水量的1%。含有油類、糖、酸或其他污濁物質(zhì)的水，會影響水泥的正常凝結(jié)與硬化，甚至造成質(zhì)量事故，均不得使用。海水對鋼筋有促進銹蝕作用，不能用來拌制配筋結(jié)構(gòu)的混凝土。 混

36、凝土外加劑混凝土外加劑 改善新拌混凝土流變性的外加劑，如各種減水劑、流化劑、泵送劑、引氣劑等。調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間及硬化時間的外加劑，如外加劑、緩凝劑、早強劑、速凝劑等。調(diào)節(jié)混凝土空氣含量的外加劑，如引氣劑、消泡劑、發(fā)泡劑等。改善混凝土力學性能和耐久性的外加劑，如引氣劑、減水劑、防凍劑、減縮劑、阻銹劑等。賦予混凝土特殊性能的外加劑，如著色劑、泡沫劑、膨脹劑等。 8.5.2 8.5.2 高強混凝土及其應(yīng)用高強混凝土及其應(yīng)用 配制出滿足工作性和強度發(fā)展要求的高強混凝土，其材料的選擇要比普通混凝土嚴格。要求高質(zhì)量材料及更嚴格的標準。在試拌的基礎(chǔ)上，應(yīng)用廣泛的高質(zhì)量材料配制出高強混凝土。 在性能上，按混凝土齡期發(fā)展三階段而在性能上，按混凝土齡期發(fā)展三階段而具有這樣一些特點：具有這樣一些特點：新版混凝土有良好的流變學特性不泌水，不離析甚至能達到自流密