水泥安定性对混凝土的影响.doc

水泥安定性对混凝土的影响 [摘要] 本文根据水泥的组成及其混凝土性质，从物理、化学分析入手，从微观的角度，对水泥安定性、混凝土性质进行了分析，并论述了水泥安性对混凝土的影响，从而达到判别混凝土质量的目的。[关键词] 水泥 安定性 混凝土水泥是混凝土工程的主要材料，水泥的品质直接影响混凝土质量。国标规定，凡安定性不合格的水泥为废品，不能用于水泥制品。然而，由于国家基本建设的大发展，水泥需求量急剧上升，导致小窑水泥大量进入建筑市场。由于小窑水泥的质量不稳定，安定性合格率较低，尤其是冬天，其合格率更低，给工程留下隐患，加上施工企业的管理水平及追求工程进度等原因，一些工程或多或少地使用了安定性不良的水泥，其中有的因膨胀使混凝土开裂而返工，有的当时虽未发现问题，但给工程留下隐患，使工程技术人员寝食不安。当然，解决这个问题不是没有办法，首先应严格按有关规定，安定性不合格水泥不能出厂，其次是使用了废品水泥要返工。但对已使用了安定性不良水泥的工程返工问题一刀切，会给国家带来不应有的损失，所以要用严格、慎重和科学的态度来对待。本文就是有这个前提下，从科学的角度，论述水泥安全性对混凝土的影响。一、水泥的组成硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙(CaO)、氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）和氧化铁（Fe2O3）四种氧化物组成，它们不是以单独的氧化物存在，而是经高温煅烧后，以两种或两种以上的氧化物反应生成的多种矿物集合体，其结晶细小。熟料中掺入一定量的石膏和混合材（或不含混合材）就成了的水泥。水泥熟料中主要矿物有硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）、铁相固溶体（C4AF）及游离氧化钙（f-CaO）、氧化镁（MgO）、三氧化硫（SO3）等。由于影响水泥安定性的主要因素是游离氧化钙、氧化镁、三氧化硫，所以，本文着重对以上三种物质进行分析阐述。1、游离氧化钙，也叫游离石灰。为无色圆形颗粒，是由于配料不当，生料过粗，煅烧不良时造成，此时熟料中就出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙。游离氧化钙水化生成氢氧化钙时，体积膨胀是水化前的1.98倍。在烧成温度下，死烧的游离氧化钙结构比较致密，水化很慢，通常要在加水3天以后反应才比较明显，并在硬化水泥石内部造成局部膨胀应力，随着游离氧化钙含量的增加，首先是抗拉、抗折强度降低进而3天以后强度倒缩，甚至使水泥制品变形或开裂，导致水泥浆体的破坏。与回转窑相比，正常立窑熟料中游离氧化钙虽有死烧的，但死烧程度低于回转窑，所以这部分游离氧化钙水化速度较快。游离氧化钙的水化速度随温度升高而加快，预养后的水泥净浆试件经4小时的连续沸煮，绝大部分游离氧化钙已经水化生成氢氧化钙（图1），由于游离氧化钙水化产生体积膨胀对水泥安定性的影响亦已充分体现。2、氧化镁为等轴晶系的立方体或八面体，熟料煅烧时生成少量的氧化镁有助于熟料的形成，多余的氧化镁即结晶出来呈游离状态的方镁石存在，正常含量小于5%，方镁石的水化比游离氧化钙更为缓慢，要几个月甚至几年才明显起来，水化生成氢氧化镁时，体积膨胀是水化前的2.19倍。另外方镁石的膨胀严重程度与其含量、晶体尺寸等都有关系，晶体小于1μm，含量5%只引起轻微膨胀、晶体尺寸在5-7μm、含量3%就会严重膨胀。方镁石在沸煮（100℃）的条件下水化仍无明显提高，然而在高压过热饱和水蒸汽中，其水化速度明显加快，当水泥净浆试件在20大气压、215.7℃的高压过热饱和水蒸汽中连续压蒸3小时后，绝大部分方镁石已完全水化，由于方镁石水化产生体积膨胀对安定性的影响亦已充分体现。3、三氧化硫，由石膏过量掺入而造成，当石膏过多时已硬化了的水泥石中还有较多的剩余石膏，它与铝酸盐继续发生水化反应，不适时地生成了过量的粗针状的三硫型水化硫铝酸钙。即钙矾石晶体，钙矾石晶体一般成六方棱柱状，棱面清晰，图2a为钙矾石电镜图，图2b为钙矾石结构单元图。水泥中加石膏，水化初期生成钙矾石可调节水泥的凝结时间，但过量的钙矾石会引起膨胀，其膨胀体积为反应前固相总体积2.29倍。从图2b中看出，其中结构水所占的空间达钙矾石总体积的81.2%[1]，含水率极高，所以其脱水温度也很低。图3为钙矾石在50-144℃间的脱水曲线，可见在50℃时已有少量结晶水脱出，74℃下脱水强烈，97℃时失去20摩尔的结晶水，在113-114℃后，很快成为8水钙矾石。因此，测定三氧化硫对安定性的影响不能用沸煮法，它在常温浸水条件下就能将水化产生的体积膨胀充分体现出来。 综上所述，造成水泥浆体膨胀的原因不是单一的，寻找膨胀的原因也应从多方面着手，膨胀的原因不同，膨胀程度也不同，温度不同，造成膨胀的物质不同，膨胀发生的时间也不同。二、混凝土的性质混凝土是一种多组份的复合材料，一般由水泥浆、骨料、水泥浆与骨料基体界面这三方面组成，强度是