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硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的对比研究

2020-03-12 12:50 作者:pokerking club 点击:

  硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的对比研究硅酸盐水泥与铝酸盐水泥的对比研究 对硅酸盐水泥和铝酸盐水泥的组成、性能指标和水化机理进行了分析,对比二者性能差异对其应用范围进行了区别。 关键词: 硅酸盐水泥;铝酸盐水泥;组成;性能;水化机理;应用 前言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。 硅酸盐水泥与铝酸盐水泥对比研究 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。 2.1 硅酸盐水泥 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《GB175-201X》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(3CaOSiO2)、硅酸二钙 (2CaOSiO2)、铝酸三钙(3CaOAl2O3)和铁铝酸四钙 (4CaOAl2O3Fe2O3)。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 掺加混合材料的称型硅酸盐水泥,代号为P;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型硅 酸盐水泥,代号为P,其主要技术要求如表1 所示 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,以后则显著减慢,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 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。 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 2.2铝酸盐水泥 铝酸盐水泥是以矾土或含铝废渣为主要原料、烧 制成以铝酸盐矿物或铝酸盐复合矿物为基本组成的水泥,代号为CA, 主要矿物组成为铝酸一钙(CaOAl2O3)和二铝酸一钙 (CaO2Al2O3),主要化学成分为CaO、SiO 2、Al2O 3、Fe2O3 和少量的MgO、TiO2 铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数可以分为四类:CA-50、 CA-60、CA-70 和CA-80。其化学成分及主要物理性能指标如表 铝酸盐水泥的化学成分(GB201-201X)当用户需要时,生产厂应提供结果和测定方法 铝酸盐水泥物理性能指标 当用户需要时,生产厂应提供结果 铝酸盐水泥的水化作用主要 是铝酸一钙的水化过程,其水化反应随温度而不同:当温度 20时, 其主要水化产物为CaOAl2O310H2O;当温度在20-30时,主要 水化产物为2CaOAl2O38H2O;当温度 30时,主要水化产物为 3CaOAl2O36H2O。CA2 的水化与CA 基本相同,但水化速率较慢。 另外,C12A7 的水化反应很快,也生成C2AH8,C2AS 与水作用则极为 微弱,可视为惰性矿物,少量的C2S 则生成水化硅酸钙凝胶。 水化 物CAH10 或C2AH8 为针状或片状晶体,互相结成坚固的结晶连生体, 形成晶体骨架。同时所生成的氢氧化铝凝胶填塞于骨架空间,结构致 密,使水泥初期强度能得到迅速增长,而以后强度增长不显著。CAH10 和C2AH8 随着时间延长逐渐转化为较稳定的C3AH6,此过程随着环境 温度的上升而加速,其结果游离水从水泥石内析出,孔隙增大,同时 C3AH6 本身强度较低,晶体间结合差,因而使水泥石的强度大为下降, 引起长期强度下降,特别在湿热环境中,强度降低显著(后期强度可 比最高强度值降低40%以上)。 由于其特有的水化机理,铝酸盐水 泥具有与硅酸盐水泥不同的特点,在应用范围上也存在一定区别: (1)水化热大,与一般高强度硅酸盐水泥大致相同,但放热速率 特别快,且放热集中,1d 内即可放出水化热总量的70-80%; (2)耐高温性好,可用于1000以下的耐热构筑物; (3)耐硫酸腐蚀性强,抗腐蚀性高于抗硫酸盐水泥; (4)硬化后不含铝酸三钙,不析出游离的氢氧化钙,且硬化后结 构致密,对矿物水的侵蚀作用有很高的抵抗性; (5)属早强型水泥,其1d 强度可达3d 强度的80%以上,3d 强度 便可达到普通硅酸盐水泥28d 的水平,后期强度增长不显著,主要用 于工期紧急的工程和抢修工程。 结论硅酸盐水泥和铝酸盐水 泥作为应用最为普遍的水泥品种,其重要性不言而喻。但是由于其成 分、水化机理不同,使他们的性能存在较大差异,进而导致应用范围 的不同。硅酸盐水泥标号高、抗冻性好、干缩性好、耐磨性好、不易 产生裂缝,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,且适用于冬季施工、严寒地区遭受反复冻融的工程和干 燥环境下的地面工程。铝酸盐水泥放热速率特别快、耐高温性好、耐 硫酸腐蚀性强、不析出游离的氢氧化钙、早期强度高,可用于耐热构 筑物、腐蚀性环境、矿物水侵蚀环境、工期紧急的工程和抢修工程等。 不同的水泥优缺点也不同,适用范围不同,因此在工程施工过程中, 明确水泥应用范围,正确合理的选用水泥品种对保证工程质量具有十 分重要的作用。 参考文献 高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版 社,1999. [2]张亚苗.对硅酸盐水泥技术指标的几点分析[J]. 山西建筑, 201X, 12(35):169-170. 胶凝材料学(第二版)[M].武汉:武汉理工大学 出版社,199 聚合物水泥防水涂料[M].北京:化学工业出版社, 201X. 硅酸盐水泥的主要性能和应用[J].应用 能源技术,201X (4):10-1 [6]张宇震.中国铝酸盐水泥的生产与发展[J]. 水泥, 201X(7):42-4

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