3.体积安定性
体积安定性不良是指己硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象。它会使构件产生膨胀 ,降低建筑物质量。
引起体积安定性不良的原因有以下几方面。
(1) f-CaO过量:由于熟料烧成工艺上的原因,使熟料中含有较多的过烧f-CaO, 其水化活性低,在水泥硬化后才进行下述反应:
CaO+ H2O= Ca(OH)2
该反应固相体积膨胀97% ,引起不均匀的体积变化会导致水泥石开裂。国家规定用沸煮法检验水泥体积安定性。其方法是将水泥净浆试饼或雷氏夹试件沸煮3h,用肉眼观察试饼未发现裂纹,用直尺检查没有弯曲,或测得雷氏夹试件膨胀量在规定值内,则该水泥体积安定性合格,反之为不合格。沸煮法的原理是通过沸煮加速f-CaO水化,检验其体积变化现象。当试饼法与雷氏夹法结果有争议时,以雷氏夹法为准。
(2) f-MgO过量:水泥中的f-MgO形成结晶方续石时,其晶体结构致密,水化比f-CaO更为缓慢,要几个月甚至几年才明显水化,形成氢氧化续时体积膨胀将导致水泥石安定性不良。
(3)石膏掺量过多:水泥中掺有石膏作为调凝剂或作为混合材的活性激发剂,当石膏掺量过多时,在水泥硬化后还会继续与固态水化铝酸钙反应生成高硫型硫铝酸钙,体积约增大1.5倍,也会引起体积安定性不良。
4.细度
水泥的细度对水泥安全性、需水量、凝结时间及强度有较大的影响。水泥颗粒粒径愈细,与水起反应的表面积愈大,水化较快,其早期强度和后期强度都较高,但粉磨能耗增大,因此应控制水泥在合理的细度范围。
国标规定:硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验,要求其比表面积>300m2/kg;其他五类水泥细度用筛析法检验,要求在80μm标准筛上筛余量不得超过 10%筛析法有水筛、干筛和负压筛法,当三种方法结果有争议时,以负压筛为准。
5.水化热
水泥的水化反应是放热反应,其水化过程放出的热称为水泥的水化热。水泥的水化热对混凝土工艺有多方面的意义。水化热对大体积混凝土是有害的因素,大体积混凝土由于水化热积蓄在内部,造成内外温差,形成不均匀应力导致开裂,但水化热对冬季混凝土施工则是有益的,水化热可促进水泥水化进程。
水泥的水化放热量与放热速率与水泥的矿物组成有关,由于水泥的水化热具有加和性,所以可根据水泥矿物组成含量,估算水泥水化热。对于硅酸盐水泥,在水化3d龄期内水化放热量大致为总放热量的50%, 7d龄期为75% ,而3个月可达90%。由此可见,水泥的水化放热量大部分在3~7d内放出,以后逐渐减少。各水泥矿物的水化热及放热速 比较如下:
C3A> C3S > C4AF > C2S
水泥水化放热量和放热速率还与水泥细度、混合材种类和数量有关。水泥细度愈细,水化反应加速,水化放热速率亦增大。掺混合材可降低水泥水化热和放热速率,因此大体积混凝土应选用掺混合材量较大的水泥。
6.水泥化学品质指标
(1)不溶物
水泥中的不溶物来自熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiO2,是锻烧不均匀，化学反应不完全的标志。一般回转窑熟料不溶物小于0.5%,立窑熟料小于1.0%,国家规定I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%, II型不得超过1.5%。
(2)烧失量
水泥中烧失量的大小,一定程度上反映熟料烧成质量,同时也反映了混合材掺量是否适当,以及水泥风化的情况。国标对烧失量规定如下: I型硅酸盐水泥烧失量不得大于 3.0%, II型硅酸盐水泥烧失量不得大于5.0%。由于矿渣水泥中的烧失量不能反应上情况,因此,不予规定。
(3)氧化镁
熟料中氧化镁含量偏高是导致水泥长期安定性不良的因素之一。熟料中部分氧化镁固溶于各种熟料矿物的玻璃体中,这部分氧化续并不引起安定性不良。真正造成安定性不良的是熟料中粗大的方续石晶体。同理,矿渣等混合材料中的氧化镁若不以方镁石结晶形式存在,对安定性也是无害的。因此国际上有的国家水泥标准规定用压蒸安定性试验合格来限制氧化镁的危害作用是合理的。但我国目前尚不普遍具备作压蒸安定性的试验条件,故用规定氧化续含量作为技术要求。国标规定:硅酸盐水泥中MgO含量<5.0%,若水 压蒸安定性合格允许MgO<6.0% ;矿渣水泥熟料中的MgO<5.0%0若水泥压蒸安定性合格允许放宽到<7.0%;火山灰质水泥、粉煤灰水泥和复合水泥其熟料中MgO必须小于5.0% ,若水泥压蒸安定性合格允许MgO放宽至U<6.0%。
(4) SO3
水泥中的SO3主要来自石膏。SO3过量将造成水泥体积安定性不良,国标中是通过水泥SO3含量限定来控制石膏的参量,规定矿渣水泥中SO3不得超过4.0%,其他五类水 泥中SO3不得超过3.5%。
(5)碱含量
若水泥中碱含量高,当选用含有活性SiO2的骨料配制混凝土时,会产生碱骨料反应 严重时会导致混凝土不均匀膨胀破坏。由此而造成的危害,越来越引起人们的重视,因 国标将碱含量亦列入技术要求。根据我国的实际情况,国标规定:水泥中碱含量按Na2O＋0.658K2O计算值来表示,若使用活性骨料,用户要求提供低碱水泥时,则水泥中的碱含量不大于0.60%或由双方商定。
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