知识资料土木工程材料(六)(新版)知识资料

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页需要课件请或4.细度水泥的细度对水泥安全性、需水量、凝结时光及强度有较大的影响。水泥颗粒粒径愈细,与水起反应的表面积愈大,水化较快,其早期强度和后期强度都较高,但粉磨能耗增大,因此应控制水泥在合理的细度范围。国标规定:硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验,要求其比表面积>300m2/kg;其他五类水泥细度用筛析法检验,要求在80μm标准筛上筛余量不得超过10%筛析法有水筛、干筛和负压筛法,当三种主意结果有争议时,以负压筛为准。5.水化热水泥的水化反应是放热反应,其水化过程放出的热称为水泥的水化热。水泥的水化热对混凝土工艺有多方面的意义。水化热对大体积混凝土是有害的因素,大体积混凝土因为水化热积蓄在内部,造成内外温差,形成不匀称应力导致开裂,但水化热对冬季混凝土施工则是有益的,水化热可促进水泥水化进程。水泥的水化放热量与放热速率与水泥的矿物组成有关,因为水泥的水化热具有加和性,所以可按照水泥矿物组成含量,估算水泥水化热。对于硅酸盐水泥,在水化3d龄期内水化放热量大致为总放热量的50%,7d龄期为75%,而3个月可达90%。由此可见,水泥的水化放热量大部分在3~7d内放出,以后逐渐减少。各水泥矿物的水化热及放热速比较如下:C3A>C3S>C4AF>C2水泥水化放热量和放热速率还与水泥细度、混合材种类和数量有关。水泥细度愈细,水化反应加速,水化放热速率亦增大。掺混合材可降低水泥水化热和放热速率,因此大体积混凝土应选用掺混合材量较大的水泥。6.水泥化学品质指标(1)不溶物水泥中的不溶物来自熟料中未参加矿物形成反应的粘土和结晶SiO2,是锻烧不匀称，化学反应不彻低的标志。普通回转窑熟料不溶物小于0.5%,立窑熟料小于1.0%,国家规定I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%,II型不得超过1.5%。(2)烧失量水泥中烧失量的大小,一定程度上反映熟料烧成质量,同时也反映了混合材掺量是否适当,以及水泥风化的情况。国标对烧失量规定如下:I型硅酸盐水泥烧失量不得大于3.0%,II型硅酸盐水泥烧失量不得大于5.0%。因为矿渣水泥中的烧失量不能反应上情况,因此,不予规定。(3)氧化镁熟料中氧化镁含量偏高是导致水泥持久安定性不良的因素之一。熟料中部分氧化镁固溶于各种熟料矿物的玻璃体中,这部分氧化续并不引起安定性不良。真正造成安定性不良的是熟料中粗壮的方续石晶体。同理,矿渣等混合材料中的氧化镁若不以方镁石结晶形式存在,对安定性也是无害的。因此国际上有的国家水泥标准规定用压蒸安定性实验合格来限制氧化镁的危害作用是合理的。但我国目前尚不普遍具备作压蒸安定性的实验条件,故用规定氧化续含量作为技术要求。国标规定:硅酸盐水泥中MgO含量<5.0%,若水压蒸安定性合格允许MgO<6.0%;矿渣水泥熟料中的MgO<5.0%0若水泥压蒸安定性合格允许放宽到<7.0%;火山灰质水泥、粉煤灰水泥和复合水泥其熟料中MgO必须小于5.0%,若水泥压蒸安定性合格允许MgO放宽至U<6.0%。(4)SO3水泥中的SO3主要来自石膏。SO3过量将造成水泥体积安定性不良,国标中是通过水泥SO3含量限定来控制石膏的参量,规定矿渣水泥中SO3不得超过4.0%,其他五类水泥中SO3不得超过3.5%。(5)碱含量若水泥中碱含量高,当选用含有活性SiO2的骨料配制混凝土时,会产生碱骨料反应严重时会导致混凝土不匀称膨胀破坏。由此而造成的危害,越来越引起人们的重视,因国标将碱含量亦列入技术要求。按照我国的实际情况,国标规定:水泥中碱含量按Na2O＋0.658K2O计算值来表示,若使用活性骨料,用户要求提供低碱水泥时,则水泥中的碱含量不大于0.60%或由双方约定。7.抗蚀性对于水泥石耐久性有害的环境介质主要为:淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。(1)淡水硅酸盐水泥属于水硬性胶凝材料,理应有充足的抗水能力。但是硬化浆体如不断受淡水的浸析时,其中一些组成如Ca(OH)2等将按照溶解度的大小,依次逐渐被水溶解，产生溶出性侵蚀,总算会导致破坏。在各种水化产物中,Ca(OH)2的溶解度最大(20t约为1.2gCaO/L),所以首先被溶解。如水量不多,水中的Ca(OH)2的浓度很快就达到饱和程度,溶出也就停止。但在流动水中，异常在有水压作用且混凝土的渗透性又较大的情况下,水流就不断将Ca(OH)2溶出并带走,不仅增强了孔隙率,使水更易渗透,而且因为液相中Ca(OH)2浓度降低,还会使其他水化产物发生分解。泥的水化产物都必须在一定浓度的CaO液相中才干稳定存在,各主要水化产物的CaO极限浓度如下:2CaO·SiO2·aq临近Ca(OH)2饱和浓度3CaO·SiO2·aq临近Ca(OH)2饱和浓度CaO·SiO2·aq0.031~0.52gCaO/L4CaO·Al2O3·12HzO1.06~1.08gCaOIL3CaO·Al2O3·6HzO0.415~0.56gCaOIL4CaO·Fe2O3·aq1.06 gCaO/L3CaO·Al2O3·3Ca(SO)4.32HzO0.045g CaOIL可见随着CaO的溶出,首先是Ca(OH)z晶体被溶解,第二高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐分解而成为低碱性的水化产物。倘若不断浸析,最后会变成硅酸盐凝胶、氢氧化铝等无胶结能力的产物。对于抗渗性良好的混凝土、水泥浆体、淡水溶出过程普通发展很慢,几乎可以忽略不计。（2)酸与酸性水当水中溶有一些无机酸或有机酸时,硬化水泥浆体就受到溶析和化学溶解双重作用,浆体组成被改变为易溶盐类,侵蚀显然加速,酸类离解出来的H+和酸根R一,分离与浆体所含Ca(OH)2、OH-和Caz+组合生成水和钙盐:H++OH－=HzOCaz++2R－＝CaR2所以.酸'性水侵蚀作用的强弱,决定于水中氢离子浓度。倘若pH值小于6,硬化浆体就能受到侵蚀。pH值越小,H－离子越多,侵蚀就越强烈,当H+离子达到充足浓度时，还能直接与水化硅酸钙、水化铝酸钙甚至未水化的硅酸钙、铝酸钙等起作用,使浆体结构遭到严重破坏。上述的无机酸与有机酸无数是在化工厂或工业废水中碰到的。化工防腐已是一个重要的专业课题,而天然界中对水泥有侵蚀作用的酸类并不多见。不过,在多数的天然水中多少总存在碳酸,大气中的COz溶于水中能使其具有显然的酸性(pH＝5.72),再加上生物化学作用所形成的COz,常会产生碳酸侵蚀。碳酸与水泥混凝土相遇时,首先与Ca(OH)z作用,生成不溶于水的碳酸钙。但是水中的碳酸还要进一步与碳酸钙作用,生成易溶于水的碳酸氢钙:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2使氢氧化钙不断溶失,从而引起水泥石的解体。（3）硫酸盐绝大部分硫酸盐对水泥浆体都有显著的侵蚀作用,惟独硫酸钡除外。在普通的河水和湖水中，硫酸盐含量不多,但海水中SO42－离子的含量常达8500mgIL~2700mgIL。硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与浆体所含的氢氧化钙作用生成硫酸钙,再和水化铝酸钙反应生成钙钒石,从而使固相体积增强无数,分离为124%和94%,产生相、Il晶压力,造成膨胀开裂以至毁坏。以硫酸纳为例,其作用如下式:（见教材）在海水和地下水中常含有大量的硫酸镁,Mg2+离子还会进入水化硅酸钙凝胶,使其胶结性能变差。而且反应生成的氢氧化镁饱和溶液其pH值低,会导致水化产物不稳定而离解。因此硫酸镁溶液除产生硫酸盐侵蚀外,还有Mg2+离子严重危害,常称为"侵蚀"。(4)含碱溶液普通情况下,水泥混凝土能够抵御碱类的侵蚀。但倘若持久处于较高浓度(>10％)的含碱溶液中,也会发生缓慢的破坏。温度升高时,侵蚀作用会加速。碱溶液侵蚀主要包括化学侵蚀反应和结晶侵蚀两方面作用。化学侵蚀是碱溶液与硬化水泥浆组分之间产生化学反应,生成胶结力弱、易为碱溶液析出的产物,如:而结晶侵蚀则是因碱液渗入浆体孔隙,然后蒸发呈结晶析出,产生结晶应力引起胀裂。又如NaOH渗入后,再在空气中二氧化碳作用下形成含大量结晶水的破(Na2CO3·10H2O),在结晶时也会造成浆体结构胀裂。例：1体积安定性不合格的水泥,应该(B)。(A)降级使用;(B)视为废品;(C)应用于非结构部位;(D)与合格水泥混合使用。2国家标准规定,硅酸盐水泥的初凝时光不得(A)。(A)早于45分钟;(B)迟于45分钟;(C)早于12小时;(D)迟于12小时。3细度是影响水泥性能的重要物理指标,以下各项中(C)不准确。(A)颗粒越细,水泥早期强度越高;(B)颗粒越细,水泥凝结硬化速度越快;(C)颗粒越细,水泥越不易受潮;(D)颗粒越细,水泥成本越高。(四)常用水泥的基本特性与用途1.硅酸盐水泥与普通水泥硅酸盐水泥与普通水泥标号较高,主要用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。因为水泥凝结硬化较快,抗冻性好,适用于要求早期强度高、凝结快的工程,以及有抗冻融要求和冬季施工的工程。其水泥石中Ca(OH)2含量较高,因此抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力差。硅酸盐水泥水化热量大,不宜用于大体积混凝土工程。2.矿渣水泥矿渣水泥中熟料含量比硅酸盐水泥少,而且混合材在常温下水化反应比较缓慢。因此凝结硬化较慢。早期(3天、7天)强度低,但在硬化后期(28天以后)因为水化产物增多,使水泥石强度不断增长,最后甚至超过同标号普通水泥。矿渣水泥水化硬化过程对环境的温湿度条件较为敏感。为保证矿渣水泥强度稳步增长,需要较长时光的养护。采用蒸汽或压蒸养护等湿热处理主意,可显著加速硬化速度，且不影响后期强度的增长。矿渣水泥石中氢氧化钙较少,水化产物碱度低,抗碳化能力较差,但抗淡水、海水和硫酸盐侵蚀能力较强,宜用于水工和海港工程。矿渣水泥具有一定的耐热性,可用于混凝土工程。矿渣水泥中混合材掺量较多,其标准稠度用水量较大,但保护水分的能力较差,泌水性较大,且干缩性较大,容易使水泥石内部形成毛细管通道或粗壮孔隙,且养护不当易产生裂纹。因此矿渣水泥的抗冻性、抗渗性和抵御干湿交替循环性能均不及硅酸盐水泥和普通水泥。3.火山灰水泥火山灰水泥强度发展与矿渣水泥相似,早期发展慢,后期发展较快,后期强度增长是因为混合材中的活性SiO与Ca(OH)2作用形成比硅酸盐水泥更多的水化硅酸钙凝胶所致。养护温度对其强度发展影响显著,环境温度低,硬化显著变慢,所以不宜冬季施工,蒸汽养护或湿热处理时,硬化加速。火山灰水泥水化热低,但与所掺混合材的品种、数量有关,水化热降低幅度并不与混合材惨量成直线比例。与矿渣水泥相似,火山灰水泥石Ca(OH)2含量低,也具有较高的抗硫酸盐侵蚀的性能，在酸性水中,异常是碳酸水中,火山灰水泥的抗蚀性较差,在大气中的CO2持久作用下水化产物会分解,而使水泥石结构遭到破坏,因而这种水泥的抗大气稳定性较差。火山灰水泥的需水量和泌水性与所掺混合材的种类关系甚大,如采用混合材是硬质混合材如凝灰岩,则需水量与硅酸盐水泥相近,而采用软质混合材如硅藻土等时,则需水量增大泌水性降低,但收缩变形增大。按照火山灰水泥特性,主要应用于:(1)最相宜用于地下或水下工程,异常是需要抗渗、抗淡水或抗硫酸盐侵蚀工程更具优越性,因为抗冻性较差,不宜用于受冻部位。(2)与普通水泥一样,也适用于地面工程,但掺软质混合材的火山灰水泥因为干缩较大，不宜用于干燥地区。(3)宜蒸汽养护,不宜低温施工。(4)宜用于浇筑大体积混凝土工程。4.粉煤灰水泥粉煤灰球形玻璃体颗粒表面比较致密且活性较低,不易水化,故粉煤灰水泥水化硬化较慢，早期强度较低,但后期强度可以赶上甚至超过普通水泥。对于承受荷载较迟的工程，使用粉煤灰水泥很合适。与火山灰水泥相似,其水化热较小,适用于大体积混凝土工程。与大多数火山灰质混合材相比,因为粉煤灰颗粒的结构比较致密,内比表面积小,而且含有球状玻璃体颗粒,所以粉煤灰水泥的需水量小,配制成的混凝土和易性好。因此该水泥干缩性小,抗裂性较好。粉煤灰水泥抗硫酸盐侵蚀能力较强,但次于矿渣水泥,适用于水工和海港工程。粉煤灰水泥抗碳化能力差,抗冻性较差。5.复合水泥复合水泥的特性取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对照例,其特性与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似之处,其适用范围可按照其掺入的混合材种类。'参照其他混合材水泥适用范围选用。例：1．配制防水混凝土不宜使用的水泥是(B)。(A)火山灰水泥;(B)矿渣水泥;(C)硅酸盐水泥;(D)粉煤灰水泥。2.