水泥生产工艺与混凝土耐久性的关系VIP专享VIP免费

水泥生产工艺与混凝土耐久性的关系作者:喇华璞单位:同济大学材料学院[2005-3-23]关键字:工艺-混凝土-耐久性摘要:1影响混凝土耐久性的因素水泥是混凝土的一种重要原料，它的性能对混凝土性能有十分重要的影响。混凝土诸多性能中耐久性非常重要，如果混凝土结构物没有达到预期使用年限而过早地被破坏，不但经济损失巨大而且危及人们的安全。黄士元等[1]将混凝土破坏的原因分为四大类：①磨损；②物理因素的破坏；③化学作用的破坏；④钢筋锈蚀造成的破坏。1．1磨损磨损分机械磨损(路面、厂房地坪的磨损)和冲刷及气蚀的作用造成的磨损(水工结构的被破坏)。路面磨损的速率，主要取决于混凝土面层的强度和硬度，因此使用水泥的泌水性和离析性至关重要，而并不是非用道路水泥不可。矿渣或粉煤灰的掺入，如混合材比表面积较低，泌水性较差，当然不耐磨。但如掺入比表面积很高的磨细矿渣或粉煤灰，在精心施工的条件下也不是不可用于道路工程。水泥的保水性愈好，泌水性愈少，水泥比表面积愈高，其耐磨性愈佳，反之水泥中混合材愈粗，保水性愈差。冲刷和气蚀是水工混凝土磨损的主要原因。试验证明水泥中C3S的抗冲磨能力最强，C3A次之，C2S最差。然而对冲刷磨损而言，对水泥化学成分的控制远不及提高混凝土的密实性重要。提高水泥中C3S含量对提高混凝土的密实性倒是一致的。1．2物理因素的破坏破坏混凝土的物理因素包括：·干湿交替·水的渗透·冻融交替和盐的结晶除机械磨损的破坏外，水的渗透是所有破坏的根源，而干湿交替作用是各种破坏的促进因素，因此混凝土的抗渗性对耐久性十分重要。仅就水泥本身而言，水泥的需水量和密实性(基本上可视作强度)，与混凝土的抗渗性有较大关联。当需要水泥强度较高时，一般将水泥磨得更细一点，虽然对混凝土的密实性有利，但需水量却提高了，这是相互矛盾的。解决这个矛盾的办法是在水泥中掺入相当数量的高比表面积的磨细矿渣或粉煤灰，使之与熟料水化后生成的Ca(OH)2起火山灰反应而生成新的C—S—H凝胶，有助于孔的细化并增加了孔的曲折度，从而增大了混凝土的抗渗能力。另一方面，磨细混合材的加入可以增强集料和水泥浆体的界面，有助于抗渗。但是混合材比表面积太低，将影响抗冻融性能和抗盐剥蚀能力，特别是掺石灰石作混合材尤差(可能是石灰石存在时水泥水化生成碳铝酸盐的缘故)。1．3化学侵蚀水泥工作者大都很清楚水泥中C3A含量高对混凝土抗硫酸盐侵蚀不利，所以ASTM—V型水泥规定2C3A+C4AF含量不得大于20％。掺有磨细矿渣或粉煤灰的水泥较有利于抗硫酸盐的侵蚀，这是由于火山灰反应可减少水化物中Ca(OH)2的含量。但火山灰反应需要较长时间，所以在制备混凝土时应采取措施使混凝土在足够的龄期后才受到硫酸盐的侵蚀。另一方面，掺有磨细矿渣等混合材的水泥，在相同的条件下，对混凝土的抗大气中酸的侵蚀也是有利的，理由同上。不过，对抗酸性而言，混凝土的密实性(强度)的影响比水泥化学成分和混合材的影响更大。碱—骨料反应对混凝土产生的破坏也是众所周知的事实，水泥碱含量对自身的28d和以后的强度的影响也是十分严重的。但是碱—骨料反应的必要条件是水的存在，所以使用含碱量较高的水泥制备混凝土，提高其密实性有利于减少破坏反应，而且在地面以上的构件受破坏的风险也少得多。在原料条件不利时，多掺磨细矿渣并保持较高强度，是抑制碱—骨料反应的有效措施。1．4钢筋锈蚀钢筋锈蚀是混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。一般在混凝土中孔隙内有很高浓度的Ca(OH)2，故其pH值均在12．4以上。在此条件下钢筋表面(2～6)×10-3μm的氧化膜使钢筋处于钝化状态。但如一旦钝化膜遭破坏，钢筋就会继续被腐蚀。混凝土的碳化或受酸的侵蚀是钢筋继续被腐蚀的重要因素。影响混凝土碳化的主要因素是CO2在混凝土内的扩散速度。当水泥中CaO含量愈高，则可吸收CO2的量愈多，失钝所需时间就愈长，碳化速率愈慢。所以高硅酸盐含量的水泥抗碳化能力最强。不过，尽管混磨而且较粗的矿渣水泥抗碳化能力很差，分别粉磨高细度的矿渣掺入时，即使掺量高达50％，碳化速率的增加不多(约10％左右)，而且使用这种水泥制备的混凝土，其后期强度增长率的提高，对减缓碳化速...