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硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的对比研究

2020-07-29 09:38 作者:大发888黄金版app下载 点击:

  水泥是加水能搅拌和成塑性浆体,可胶结砂石等材料,并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料,是基建工程的主要原材料之一,具有原材料广泛、防火、适应性强和应用方便等优点[1],广泛应用于工农业、国防、交通、城市建设等工程,在代钢代木等方面具有技术经济上的优越性,对保证国家建设和提高人民生活水平具有重要意义。水泥种类繁多,根据国家标准的命名原则,按其主要水硬性矿物名称可分为硅酸盐系、铝酸盐系、硫铝酸盐系等系列品种,也可按其用途和性能分为通用水泥、专用水泥以及特性水泥三大类,不同的水泥具有其特有的用途。本文主要对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的组成、性能特点、水化机理和应用进行了较为详细的对比研究,对二者在工程的选用具有一定得指导意义。

  在目前已投入应用的百余种水泥中,应用最广泛的是硅酸盐系水泥和铝酸盐系水泥,其中又以硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的应用最为普遍。由于组成成分和水化机理的不同,这两种水泥具有截然不同的特性,其应用范围也大不相同。

  在水泥诸品种中,硅酸盐水泥是应用最广和研究最多的。按国家标准《GB175-2008》规定:凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%的石灰石或粒化矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料为硅酸盐水泥。其矿物组成主要是:硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)。其中硅酸三钙和硅酸二钙是主要的,占70%以上[2]。上述几种矿物主要是依靠原料中提供的CaO(62-68%)、SiO2(20-24%)、Al2O3(4-7%)和Fe2O3(2.5-6.5%)等在高温下互相作用而形成的。

  硅酸盐水泥分为二类:不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥,代号为P·Ⅰ;在熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥,代号为P·Ⅱ,其主要技术要求如表1所示[3]。

  当水泥加水拌和后,在水泥颗粒表面立即发生水化反应,水化产物溶于水中,接着,水泥颗粒又重新暴露出新的表面,继续与水反应,如此不断,使水泥颗粒周围的溶液很快成为水化产物的饱和溶液,见图1(a)。在溶液达到饱和后,水泥继续水化生成的产物就不能再溶解,就有许多细小分散状态的颗粒析出,形成凝胶体,见图1(b)。随着水化的继续进行,新生胶粒不断增加,凝胶体逐渐变浓,水泥浆逐渐凝结,凝胶体中的氢氧化钙将逐渐转变为结晶,见图1(c)。结晶贯穿于凝胶体中,形成具有一定强度的水泥石,见图1(d)。随着硬化时间的延续,水泥颗粒内部未能水化部分将继续水化,使晶体逐渐增多,凝胶体逐渐密实,水泥石就具有越来越高的胶结力和强度。另外,当水泥在空气中凝结硬化时,其表面水化形成的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳作用,生成碳酸钙薄层。

  通过上述过程可以看出,硅酸盐水泥的水化反应是从颗粒表面逐渐深入到内层的,开始进行较快,随后由于水泥颗粒表层生成了凝胶膜,其水分的渗入也就越来越困难,水化作用也就越来越慢。一般水泥在开始的3-7天内,水化、水解速度快,强度增长亦较快,大致在28天内可以完成这个过程的基本部分,以后则显着减慢,强度增长亦极为缓慢。实践证实若完成水泥的水化和水解全过程,需要几年、几十年的时间[4]。

  在常用的水泥品种中,硅酸盐水泥标号较高,常用于重要结构中的高强度混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土工程;抗冻性好,适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程;干缩性好,耐磨性好,不易产生裂缝,可用于干燥环境下的地面及路面工程。

  但同时硅酸盐水泥也存在一定的不足:(1)硬化后含有较多的氢氧化钙,抗软水侵蚀和抗化学侵蚀性差,不适用于空气中CO2含量较高的环境,不宜用于受流动的软水和有水压作用的工程,也不宜用于受海水和矿物水作用的工程;(2)水化过程中放出大量的热,不宜用于大体积混凝土工程;(3)耐腐蚀性差,不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀性介质接触的工程;(4)耐热性差,不宜用于有耐热要求的工程[5]。

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