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水泥 常見問題解答(1)

樓主:混凝土第一視頻網 時間:2020-02-23 16:59:33



1.簡述硅酸鹽水泥的生產過程。
答:生產硅酸鹽水泥時,第一步先生產出水泥熟料。將石灰石、粘土和校正原料(常為鐵礦石粉)按比例混合磨細,再煅燒而形成水泥熟料。然后將水泥熟料與適量石膏、混合材料按比例混合磨細而制成水泥成品。
硅酸鹽水泥的生產過程可簡稱為“兩磨一燒”。
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2.國家標準對硅酸鹽水泥定義是什么?硅酸鹽水泥分為哪兩種類型?

答:國家標準對硅酸鹽水泥定義為:凡由硅酸鹽水泥熟料、0~5%石灰石或?;郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料,稱為硅酸鹽水泥(即國外通稱的波特蘭水泥)。
硅酸鹽水泥分為兩種類型,不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥,其代號為P·Ⅰ。在硅酸鹽水泥粉磨時摻加不超過水泥質量5%的石灰石或?;郀t礦渣混合料的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥,其代號為P·Ⅱ。
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3.水泥熟料的礦物組成有哪些?各種礦物單獨與水作用時,表現出哪些不同的性能?
答:水泥熟料的礦物組成有:硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣。
各種礦物單獨與水作用時,表現出不同的性能,見下才表。
????????????水泥熟料礦物的組成、含量及特性能????????????
礦物名稱????????硅酸三鈣?C3S????????硅酸二鈣C2S????????鋁酸三鈣C3A????????鐵鋁酸四鈣C4AF
礦物含量????????37%~60%?????? ? ? ? ? ??15%~37%???? ? ?? ??7%~15%?????? ????10%~18%
水化速度?? ? ? ? ? ? ?? ????快???? ? ? ? ?? ? ? ??慢????? ? ? ? ? ? ? ??最快??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???快
??水化熱?????? ? ??大??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???小???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ??最大? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????中
??硬化速度早期強度后期強度抗干縮性耐腐蝕性??????
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??快高高中差????????慢低高良好????????最快低低差最差????????快中低優中
水泥中各熟料礦物的含量,決定著水泥某一方面的性能。
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4.經水化反應后生成的主要水化產物有哪些?
答:經水化反應后生成的主要水化產物有:水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣為凝膠體(它是水泥具有膠結性能的主要物質),氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣為晶體。在完全水化的水泥石中,凝膠體約為70%,氫氧化鈣約占20%?。
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5.影響硅酸鹽系水泥凝結硬化的主要因素有哪些?
答:影響硅酸鹽系水泥凝結硬化的主要因素
???(1)水泥的熟料礦物組成及細度
水?泥熟料中各種礦物的凝結硬化特點是不同的,不同種類的硅酸鹽水泥中各礦物的相對含量不同,上述兩方面的原因決定了不同種類的硅酸鹽水泥硬化特點差異很大。?水泥磨得越細,水泥顆粒平均粒徑小,比表面積大,更多的水泥熟料礦物暴露在外,水化時水泥熟料礦物與水的接觸面大,水化速度快,結果水泥凝結硬化速度也隨?之加快。
(2)水灰比
水灰比是指水泥漿中水與水泥的質量比。當水泥漿中加水較多時,水灰比變大,此時水泥的初期水化反應得以充分進行;但是水泥顆粒間由于被水隔開的距離較大,顆粒間相互連接形成骨架結構所需的凝結時間長,所以水泥凝結較慢。
(3)石膏的摻量
生產水泥時摻入石膏,主要是作為緩凝劑使用,以延緩水泥的凝結硬化速度。此外,摻入石膏后,由于鈣礬石晶體生成,還能改善水泥石的早期強度。但是石膏摻量過多時,不僅不能緩凝,反而對水泥石的后期性能造成危害。
(4)環境溫度和濕度
水?泥水化反應的速度與環境的溫度有關,只有在適當的溫度范圍內,水泥的水化、凝結和硬化才能進行。通常,溫度較高時,水泥的水化、凝結和硬化速度就快;溫度?降低,則水化、凝結和硬化速度延緩;當溫度低于0℃,水化反應停止。更有甚者,由于水分結冰,會導致水泥石凍裂。溫度的影響主要表現在水泥水化的早期階?段,對水泥水化后期影響不大。
水泥水化是水泥與水之間的反應,只有在水泥顆粒表面保持有足夠的水分時,水泥的水化、凝結硬化才能得以充分進行。環?境濕度大,水泥漿中水分不易蒸發,就能夠保持足夠的水泥水化及凝結硬化所需的化學用水。如果環境干燥,水泥漿中的水分蒸發過快,當水分蒸發完畢后,水化作?用將無法繼續進行,硬化過程即行停止。水泥漿中的水分蒸發過快時,還會引起水泥制品表面的收縮開裂。因此,使用水泥時必須注意灑水養護,使水泥在適宜的溫?度和濕度環境中完成硬化。
(5)齡期
水泥的水化硬化是一個長期的不斷進行的過程,隨著水泥顆粒內各熟料礦物水化程度的加深,凝膠體不斷增加,毛細孔不斷減少。水泥的水化硬化一般在28d內發展速度較快,28d后發展速度較慢。
(6)外加劑的影響
硅?酸鹽水泥的水化、凝結和硬化速度受硅酸三鈣、鋁酸三鈣含量多少的制約,凡對硅酸三鈣和鋁酸三鈣的水化能產生影響的外加劑,都能改變硅酸鹽水泥的水化、凝結?硬化性能。如加入促凝劑(CaCl2、Na2SO4等)就能促進水泥水化硬化過程。相反摻加緩凝劑(木鈣糖類)就會延緩水泥的水化、硬化過程。

6.硅酸鹽水泥的水化速度有何特點?硬化后的水泥漿體由哪些成分組成?
答:硅酸鹽水泥的水化速度表現為早期快后期慢,特別是最初的3~7d內,水泥的水化速度最快,所以硅酸鹽水泥的早期強度發展最快。
硬化后的水泥漿體稱為水泥石,主要是由凝膠體(膠體與晶體)、未水化的水泥熟料顆粒、毛細孔及游離水分等組成。


7.根據標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175─1999)規定,對硅酸鹽水泥的技術性質有哪些要求?
答:根據標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》(GB175─1999)規定,對硅酸鹽水泥的技術性質要求有:
(1)密度與堆積密度
硅酸鹽水泥的密度與其礦物組成、儲存時間和條件以及熟料的煅燒程度有關。在進行混凝土配合比計算時通常采用3.10g/cm3。
硅酸鹽水泥的堆積密度,除與礦物組成及細度有關外,主要取決于存放時的緊密程度。計算時通常采用1300 kg/m3。
(2)細度
水泥細度是指水泥顆粒粗細的程度。通常水泥越細,凝結硬化速度越快,強度(特別是早期強度)越高,收縮也增大。但水泥越細,越易吸收空氣中水分而受潮形成絮團,反而會使水泥活性降低。此外,提高水泥的細度要增加粉磨時的能耗,降低粉磨設備的生產率,增加成本。
(3)標準稠度用水量
水泥標準稠度用水量是指水泥凈漿達到標準稠度時所需要的水量。通常用水與水泥質量的比(百分數)來表示。硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般在21%~28%之間。水泥的標準稠度用水量主要與水泥的細度及其礦物成分有關。
(4)凝結時間
水泥從加水開始到失去流動性,即從可塑狀態發展到固體狀態所需要的時間稱為凝結時間。凝結時間又分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是指從水泥加水拌和時起到水泥漿開始失去塑性所需要的時間;終凝時間是指從水泥加水拌合時起到水泥漿完全失去可塑性,并開始具有強度的時間。
水泥凝結時間的測定是以標準稠度的水泥凈漿,在規定的溫度、濕度條件下,用凝結測定儀來測定。
(5)體積安定性
水泥凝結硬化過程中,體積變化是否均勻適當的性質稱為水泥體積安定性。水泥體積安定性不良,一般是由于熟料中所含游離氧化鈣、游離氧化鎂過多或摻入的石膏過多等原因造成的。
(6)強度
水?泥強度一般是指水泥膠砂試件單位面積上所能承受的最大外力。根據外力作用形式的不同,把水泥強度分為抗壓強度、抗折強度、抗拉強度等,這些強度之間既有內?在聯系又有很大區別。水泥的抗壓強度較高,一般是抗拉強度的10~20倍,實際建筑結構中主要是利用水泥的抗壓強度較高的特點。
硅酸鹽水泥的強度主要取決于4種熟料礦物的比例和水泥的細度,此外還與試驗方法、試驗條件、養護齡期有關。
(7)水化熱
水泥在水化過程中放出的熱量,亦稱為水泥的水化熱。水泥放熱量大小及速度與水泥熟料的礦物組成和細度有關。
硅酸鹽水泥水化熱很大,冬期施工時,水化熱有利于水泥的正常凝結、硬化。但對于大體積混凝土工程,如大型基礎、大壩、橋墩等,水化熱是有害因素,可使大體積混凝土產生開裂。因此,大體積混凝土中一般要嚴格控制水泥的水化熱。
(8)不溶物和燒失量
不溶物是指水泥經酸和堿處理后,不能被溶解的殘余物。它是水泥中非活性組分的反映,主要由生料、混合料和石膏中的雜質產生。
燒失量是指水泥經高溫灼燒處理后的質量損失率。它主要由水泥中未煅燒組分產生,如未燒透的生料、石膏帶入的雜質、摻合料及存放過程中的風化等。當樣品在高溫下灼燒時,會發生氧化、還原、分解及化合等一系列反應并放出氣體。
凡不溶物和燒失量任一項不符合標準規定的水泥均為不合格品水泥。
(9)堿含量。
硅酸鹽水泥中除主要礦物成分以外,還含有少量其它化學成分,如鈉和鉀的氧化物─堿。堿含量按Na2O+0.658K2O計算值來表示。當用于混凝土中的水泥其堿含量過高,骨料又具有一定的活性時,會在潮濕環境或有水環境中發生有害的堿集料反應。

8.常見的水泥石腐蝕有哪幾種情況,腐蝕原因(損害機理)如何?
答:常見的水泥石腐蝕有:軟水侵蝕(溶出性侵蝕)、酸類侵蝕(溶解性侵蝕)、鹽類腐蝕、強堿腐蝕等。除上述四種侵蝕類型外,對水泥石有腐蝕作用的還有糖類、酒精、脂肪、氨鹽和含環烷酸的石油產品等。
(1)軟水侵蝕(溶出性侵蝕)
軟水是不含或僅含少量鈣、鎂等可溶性鹽的水。雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水以及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水均屬軟水。軟水能使水泥水化產物中的Ca(OH)2溶解,并促使水泥石中其他水化產物發生分解,強度下降。故軟水侵蝕稱為“溶出性侵蝕”。
各?種水化產物與水作用時,因為Ca(OH)2溶解度最大,所以首先被溶出。在水量不多或無水壓的情況下,由于周圍的水迅速被溶出的Ca(OH)2所飽和,溶?出作用很快即中止,破壞僅發生于水泥石的表面部位,危害不大。但在大量水或流動水中,Ca(OH)2會不斷溶出,特別是當水泥石滲透性較大而又受壓力水作?用時,水不僅能滲入內部,而且還能產生滲透作用,將Ca(OH)2溶解并滲濾出來,因此不僅減小了水泥石的密實度,影響其強度,而且由于液相中?Ca(OH)2的濃度降低,還會破壞原來水化物間的平衡堿度,而引起其他水化產物如水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣的溶解或分解。最后變成一些無膠凝能力的硅酸凝?膠、氫氧化鋁、氫氧化鐵等,水泥石結構徹底遭受破壞。
軟水腐蝕的輕重程度與水泥石所承受的水壓及與水中有無其他離子存在等因素有關。當水泥石結構承受水壓時,受穿流水作用,水壓越大,水泥石透水性越大,腐蝕越嚴重;水泥中含有少量的SO42-、Cl-、Na+、K+等離子時,能提高氫氧化鈣的溶解度,使溶出性腐蝕加重。
溶出性侵蝕的速度還與環境水中重碳酸鹽的含量有很大關系。
(2)酸類侵蝕(溶解性侵蝕)???????
硅酸鹽水泥水化產物呈堿性,其中含有較多的Ca(OH)2,當遇到酸類或酸性水時則會發生中和反應,生成比Ca(OH)2溶解度大的鹽類,導致水泥石受損破壞。
碳酸的侵蝕:這種反應長期進行會導致水泥石結構疏松,密度下降,強度降低。另外水泥石中Ca(OH)2濃度的降低又會導致其他水化產物的分解。進一步加劇了水泥石的腐蝕。
一?般酸的腐蝕:各種酸類都會對水泥石造成不同程度的損害。其損害機理是酸類與水泥石中的Ca(OH)2發生化學反應,生成物或者易溶于水,或者體積膨脹導致?水泥石中產生內應力而引起水泥石破壞。無機酸中的鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸和有機酸中的醋酸、蟻酸、乳酸的腐蝕作用尤為嚴重。
(3)鹽類腐蝕
1)硫酸鹽及氯鹽腐蝕(膨脹型腐蝕)
在?一些湖水、海水、沼澤水、地下水以及某些工業污水中常含有鈉、鉀、銨等的硫酸鹽,它們會先與硬化的水泥石結構中的氫氧化鈣起置換反應,生成硫酸鈣。硫酸鈣?再與水泥石中的水化硫鋁酸鈣起反應,生成高硫型水化硫鋁酸鈣,高硫型水化硫鋁酸鈣含有大量結晶水,其體積較原體積膨脹2.22倍,產生巨大的膨脹應力,因?此對水泥石的破壞很大,高硫型水化硫鋁酸鈣呈針狀晶體,俗稱“水泥桿菌”。
當水中硫酸鹽濃度較高時,硫酸鈣會在孔隙中直接結晶成二水石膏,造成膨脹壓力,引起水泥石的破壞。
2)鎂鹽的的腐蝕(雙重腐蝕)
在海水及地下水中,常含有大量的鎂鹽,主要是硫酸鎂和氯化鎂。它們與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用,生成的氫氧化鎂松軟無膠凝能力,氯化鈣易溶于水,二水石膏則引起硫酸鹽的破壞。由此可見鎂鹽腐蝕屬于雙重腐蝕,鎂鹽對水泥石的破壞特別嚴重。
(4)強堿腐蝕
硅?酸鹽水泥水化產物呈堿性,一般堿類溶液濃度不大時不會對水泥石造成明顯損害。但鋁酸鹽(C3A)含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿(如NaOH)會發生反應,?生成的鋁酸鈉溶于水。當水泥石被氫氧化鈉浸透后又在空氣中干燥,則溶于水的鋁酸鈉會與空氣中的CO2反應生成碳酸鈉。由于水分失去,碳酸鈉在水泥石毛細管?中結晶膨脹,引起水泥石疏松、開裂。
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9.影響水泥石腐蝕的因素有哪些?
答:引起水泥石腐蝕的外部因素是侵蝕介質。
引起水?泥石腐蝕的內在因素:一是水泥石中含有易引起腐蝕的組分,即Ca(OH)2和水化鋁酸鈣(3CaO·Al2O3·6H2O);二是水泥石不密實。水泥水化?反應時理論需水量僅為水泥質量的23%,而實際應用時拌合用水量多為40%~70%,多余水分會形成毛細管和孔隙存在于水泥石中,侵蝕性介質不僅在水泥石?表面起作用,而且易于通過毛細管和孔隙進入水泥石內部引起嚴重破壞。
摻混合材料的水泥水化反應生成物中Ca(OH)2明顯減少,其耐侵蝕性比硅酸鹽水泥明顯改善。

10.防止水泥石腐蝕的措施有哪些?
答:防止水泥石腐蝕的措施
(1)根據環境侵蝕特點,合理選用水泥品種
水?泥石中引起腐蝕的組分主要是氫氧化鈣和水化鋁酸鈣。當水泥石遭受軟水侵蝕時,可選用水化產物中氫氧化鈣含量少的水泥。水泥石如處在硫酸鹽的腐蝕環境中,可?采用鋁酸三鈣含較低的抗硫酸鹽水泥。在硅酸水泥熟料中摻入某些人工或天然礦物材料(混合材料)可提高水泥的抗腐蝕能力。
(2)提高水泥石的密實度
水泥石中的毛細管、孔隙是引起水泥石腐蝕加劇的內在原因之一。因此,采取適當技術措施,如強制攪拌、振動成型、真空吸水、摻外加劑等,在滿足施工操作的前提下,努力降低水灰比,提高水泥石的密實度,都將使水泥石的耐侵蝕性得到改善。
(3)表面加作保護層
?????當侵蝕作用比較強烈時,而在水泥制品表面加做保護層。保護層的材料常采用耐酸石料(石英巖、輝綠巖)、耐酸陶瓷、玻璃、塑料、瀝青等。(未完待續……)



信息來源:豆丁網

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