水泥特性（精选7篇）
水泥特性 篇1
1 我国水泥的发展
改革开放以来, 我国国民经济的快速增长, 促使水泥工业以前所未有的速度发展, 主要表现在:水泥产量高速增长, 有力地支撑了我国经济快速发展。20世纪80年代我国水泥产量平均增长10.2%, 进入90年代增长速度依然强劲, 平均每年新增水泥产量4700万吨, 平均增长速度达到了17.5%。1997~2000年连续4年水泥年产量突破5亿吨, 占世界水泥年产量的l/3以上, 2001、2002、2003年更分别达到了6.4、7.25、8.63亿吨, 占世界水泥年产量的40%, 创造了自1985年至今连续18年我国水泥年产量居世界一首位的记录。根据产值数据查询表明, 我国2014年水泥总产量已经达到了24.1亿吨。
2 我国水泥的分类及性能
2.1 水泥按用途及性能分为:
(1) 通用水泥:一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指:GB175—1999、GB1344—1999和GB12958—1999规定的六大类水泥, 即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
(2) 专用水泥:专门用途的水泥。如:G级油井水泥, 道路硅酸盐水泥。
(3) 特性水泥:某种性能比较突出的水泥。如:快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥。
2.2 水泥按其主要水硬性物质名称分为:
(1) 硅酸盐水泥, 即国外通称的波特兰水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。
2.3 主要技术特性分为:
(1) 快硬性:分为快硬和特快硬两类;
(2) 水化热:分为中热和低热两类;
(3) 抗硫酸盐性:分中抗硫酸盐腐蚀和高抗硫酸盐腐蚀两类;
(4) 膨胀性:分为膨胀和自应力两类;
(5) 耐高温性:铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级。
2.4 水泥命名的原则:
水泥的命名按不同类别分别以水泥的主要水硬性矿物、混合材料、用途和主要特性进行, 并力求简明准确, 名称过长时, 允许有简称。通用水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以混合材料名称或其他适当名称命名。专用水泥以其专门用途命名, 并可冠以不同型号。特性水泥以水泥的主要水硬性矿物名称冠以水泥的主要特性命名, 并可冠以不同型号或混合材料名称。以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥是以主要组分的名称冠以活性材料的名称进行命名, 也可再冠以特性名称, 如石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥等。
2.5 水泥类型的定义
水泥:加水拌和成塑性浆体, 能胶结砂、石等材料既能在空气中硬化又能在水中硬化的粉末状水硬性胶凝材料。
硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、0%~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为硅酸盐水泥, 分P.I和P.II, 即国外通称的波特兰水泥。
普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、6%~15%混合材料, 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为普通硅酸盐水泥 (简称普通水泥) , 代号:P.O。
矿渣硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为矿渣硅酸盐水泥, 代号:P.S。
火山灰质硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。称为火山灰质硅酸盐水泥, 代号:P.P。
粉煤灰硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为粉煤灰硅酸盐水泥, 代号:P.F。
复合硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为复合硅酸盐水泥 (简称复合水泥) , 代号P.C。
中热硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料。
低热矿渣硅酸盐水泥:以适当成分的硅酸盐水泥熟料、加入适量石膏磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料。
快硬硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料加入适量石膏, 磨细制成早强度高的以3天抗压强度表示标号的水泥。
抗硫酸盐硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料, 加入适量石膏磨细制成的抗硫酸盐腐蚀性能良好的水泥。
白色硅酸盐水泥:由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏, 磨细制成的白色水泥。
道路硅酸盐水泥:由道路硅酸盐水泥熟练, 0%~10%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为道路硅酸盐水泥, (简称道路水泥) 。
砌筑水泥:由活性混合材料, 加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏, 磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。
油井水泥:由适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。
石膏矿渣水泥:以粒化高炉矿渣为主要组分材料, 加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。
3 各类水泥优缺点
我国通用的水泥分为:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥。工程所用水泥品质应符合现行国家标准及有关部颁标准的规定, 大型工程可根据工程特点对水泥的矿物成分等提出专门要求。为便于工程质量及施工管理, 水泥应定厂供应。
硅酸盐水泥的优点是:早期强度高、凝结硬化快、抗冻性好。其缺点是:水化热较高、耐热性较差、耐酸碱和硫酸盐类的化学侵蚀性差、抗溶出性侵蚀差。
普通硅酸盐水泥的优点是:早期强度高、凝结硬化快、抗冻性好。其缺点是:水化热较高、耐热性较差、抗溶出性侵蚀较差。
矿渣水泥的优点是:水化热低、在潮湿环境中后期强度增进率较大、耐热性好、抗硫酸盐侵蚀及抗溶出性侵蚀好。其缺点是:早期强度低, 低温时更显著、抗冻性差、干缩性大, 有泌水现象。
粉煤灰水泥的优点是:水化热较低、抗硫酸盐及抗溶出性侵蚀较好、干缩性较小、后期强度增长率较大。其缺点是:早期强度低、耐热性较差、抗冻性较差、抗碳化能力较差。
中热水泥的优点是:水化热低、抗冻性好、具有一定的抗硫酸盐性能、适用于大体积有温控要求的工程部分。其缺点是:早期强度略低、抗溶出性浸蚀差、价格较贵。
4 总结
我国水泥发展情况分析, 水泥材料在中国资源的丰富, 为水泥的发展提供着坚实的基础, 水泥作为建筑物必不可少的材料, 我国发展水泥混凝土材料仍然有着巨大潜力。研究水泥材料的特性, 大量研究工作者做出巨大贡献, 提出了适应各种环境条件下的水泥, 本文就简述了当前水泥发展成果及其水泥特性等内容。我国是发展中大国, 国家的发展, 不能依赖环境的污染作为代价, 这样将失去我们耐以生存的环境, 国家提出环境友好型社会, 所以的发展都必须考虑环境的问题。水泥的生产是一个对环境极大污染的生产过程, 从水泥生产入手, 研究水泥生产的无污染是生产设备研究的趋势,
摘要：本文简述了现阶段中国水泥的发展现状及水泥种类, 水泥的品种繁多, 本文对水泥主要种类的概念及实用性、优缺点等特性做了详细的阐述, 并在最后总结中对水泥发展趋向做出大胆猜想和展望。
关键词：水泥,种类,特性
其它品种水泥的特性及其应用 篇2
一、低热硅酸盐水泥:
C2S含量在40%以上, C3S含量在20%左右。由于C2S的发热量低, 后期强度高, 如果应用在泄洪工程中, 将能够有效的解决温度应力导致的混凝土开裂问题。
1) 地热硅酸盐水泥 (LHC) 混凝土发热缓慢平稳, 发热量低, 能够有效的减少大体积混凝土内部温度峰值和因此产生的温度应力。在闸墩这类的水工结构中同等温降条件下温度峰值能够降低3~4'℃, 温度应力峰值能够降低0.26—0.51 M Pa。
2) 地热硅酸盐水泥 (LHC) 混凝土早期干缩变形较小, 能够有效减少早期的干缩裂缝。[1]
二、磷铝酸盐水泥 (PALC)
长期处于含硫酸盐和水环境中的混凝土易被腐蚀以致最后失去强度, 尤其在恶劣的气候条件下更是如此。人们普遍认为发生上述破坏的原因在于硫酸根离子能够与混凝土中的氢氧化钙和水化铝酸钙反应, 生成具有膨胀性能的产物石膏和钙矾石[2], 在一定条件下还会生成碳硫硅钙石[3,4], 从而导致混凝土的破坏。随着水泥混凝土的广泛使用, 人们越来越关注这种材料的耐久性, 而硫酸盐侵蚀是影响水泥混凝土耐久性的重要因素之一。水泥混凝土受侵蚀破坏作用主要是水泥被侵蚀破坏, 目前, 对普通硅酸盐水泥 (portland cement.PC) 的抗硫酸盐侵蚀性能的研究较多[5,6]。磷铝酸盐水泥 (PALC) 是一种新型特种水泥[7,8,9], 具有早强、高强以及长期强度稳定增长的优点。
三、无收缩快硬硅酸盐水泥
无收缩快硬硅酸盐水泥是一种改性硅酸盐水泥, 它具有硬化速度快、早期及后期强度高、微膨胀等优良性能, 在各类建筑工程中, 有着广泛的用途。
其矿物组成以高C3S含量为宜, f-Ca O越低越好。水泥粉磨细度的控制是获得快硬高强性能的关键, 一般控制细度比粉磨普通水泥低。实际生产时, 以控制出磨水泥的比表面积为宜。为了提高粉磨效率, 根据实际条件并通过试验, 选用合适的助磨剂。
四、自应力水泥
自应力水泥是将高铝水泥或硅酸盐熟料与膨胀组分一起粉磨而成, 其膨胀组分通常为铝酸钙、二水石膏或硬石膏和游离氧化钙等混合物, 这些膨胀组分均不能单独用作水硬性胶凝材料使用。若在硅酸盐熟料中引入具有早强、高强和微膨胀性能的C4A3s-矿物, 低温煅烧易磨的阿利特—硫铝酸盐熟料, 便可集强度和膨胀性能于一体, 生产阿利特—硫铝酸盐自应力水泥, 并可节能和增产。
五、铝酸盐水泥
铝酸盐水泥的主要物相是铝酸钙、二铝酸钙;镁铝尖晶石 (MA) 的平均线膨胀系数较低, 并可固溶渣中大量的二价或三价金属氧化物, 改变渣的组成, 使渣的黏度提高, 有利于降低渣的进一步渗透、侵蚀;含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥中部分Ca O被Mg O取代, 其物相组成中除CA和CA2外, 还有MA, 这既可提高铝酸盐水泥的耐火度, 也可提高用其结合的浇注料的使用温度、抗热震性和抗侵蚀性[10]。
尽管国内外学者对含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥进行了一些试验研究, 但其原料大多采用白云石和氧化铝, 由于白云石中Ca O和Mg O的含量较为固定, 较难实现对目标产物中形成MA和CA等物相的调整。为了解决这一问题, 可采用石灰石、重烧氧化镁、铝矾土作为原料, 以不同的配比合成含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥。
总结:
由于不同品种的水泥在性能上各自有其特点, 因此在应用中, 应根据工程所处的环境条件、建筑物服役特点及混凝土所处的部位, 选用适当的水泥品种, 以满足工程的不同要求。
摘要：研究对比低热硅酸盐水泥、新型磷铝酸盐水泥、无收缩快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、含镁铝尖晶石的铝酸盐水泥等其它品种水泥各自的优良性能, 以及在各类建筑工程中广泛的用途, 以期得到更加广泛的推广与应用。
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改善熟料特性提高水泥易磨性 篇3
在水泥生产中，粉磨电耗占总电耗一半以上，长期以来人们都在探索和研究各种降低粉磨能耗的途径。我厂针对熟料特性的改善，逐步提高水泥熟料易磨性，从而达到提高粉磨效率的目的。采用提高熟料C3S、薄料快烧的操作方式，在1年多的试验、分析、实践中，有了一定的效果，现将其方法及体会简介如下。
1 方案的提出
1.1 改善熟料特性思路
影响磨机效率发挥的最主要因素是设备自身特性和被粉磨物料的特性。前者是受投入的设备本身以及操作人员水平的制约，是各厂不断改进和提高的重点，而把被粉磨物料的特性(主要指易磨性)进行改进，则很少去考虑(特别是熟料)。
针对熟料的易磨性来说，影响它的因素有很多：(1)生产方法、煅烧条件及冷却条件。(2)熟料的化学成分、率值和矿物组成。(3)液相量及熟料矿物化学特征。从这几点来看，熟料易磨性能是可以改善的，从而来达到提高粉磨效率的问题。这是我们提出改善熟料特性思路的重要原由。
1.2 实施方案的确定
熟料易磨系数的大小与物料的结构有很大关系，即使是同一种物料，它的易磨系数也不尽相同。要改善熟料易磨系数，就必须改变熟料的化学成分、矿物组成以及熟料的形成方式。
我们从相关的水泥文献中也不难看出：熟料中KH较高，硅酸三钙含量比较多，铁铝酸钙较少，冷却得快，质地较脆，易磨系数较大;反之，则易磨系数变低。在熟料中适当提高KH值，增加熟料中的硅酸三钙和铝酸三钙含量，加速冷却熟料过程，是改善熟料易磨性系数的好办法。
我们把增加熟料中的硅酸三钙，确定为实施改善熟料易磨性主要目标，进行研究。
2 方案的可行性比较
2.1 窑型对熟料易磨性影响试验
我厂现有一台!2.5×42m、一台"2.8×42m五级旋风预热器回转窑和一台#2.5×9m机立窑。为了研究不同窑型所产熟料易磨性的差异，我们在试验室小磨中用ISO标准砂磨至比表面积300±10m2/kg所需时间为t1，将不同窑型的熟料粉磨至同样比表面积所需时间为t2，二者之比t1/t2称为相对易磨系数r，本文中所列举小磨试验所做易磨系数，均采用此方法。如表1所示。从立窑和旋窑的煅烧方式比较来看，立窑熟料的易磨性好于旋窑熟料，立窑熟料的孔隙率高，熟料的结构疏松，其易磨性也好。
2.2 操作方法对熟料易磨性的影响试验
煅烧条件和操作方法对所生产出的熟料易磨性有很大影响。为了证实这一点，我们在本厂$2.5×42m回转窑上做了个实验，用同一库均化后的生料，有意识的将窑速降为0.8r/min所产熟料A和窑速为3.0r/min的熟料B进行了对比，其熟料化学成分对比如表2，其易磨性对比如表3。
采用两种不同的煅烧操作方式，物料在窑内的停留时间使熟料的矿物组成和形成方式发生了变化。快烧的熟料，A矿发育良好，尺寸适中，边棱清晰，水泥强度较高，熟料易磨性较好;随着煅烧时间的延长，相对烧成温度的提高，熟料变得结构密实，熟料的易磨性也随之降低。
3 方案的实施
3.1 煅烧方法的确定和实施
对旋窑来说，“厚料慢烧”的操作方式要求熟料中Fe2O3和Al2O3的含量要高，随着熟料中Fe2O3含量的提高，不仅烧成范围变窄，而且使得熟料在烧成过程中液相提前出现，加之“厚料慢烧”使得物料在窑内停留时间长，晶体形成时间也相应变长，晶体粗大、熟料结构致密孔隙率变小，熟料较难破坏且活性差，熟料中的f Ca O也相应的变小，这也是我们平时所说的“死烧料”。因此提高窑的快转率，缩短物料在窑内的停留时间，在操作上采用“薄料快烧”会使熟料特性发生改变，得到C3S较高的熟料。从表2、表3可看出，熟料的矿物组成向有利于易粉磨的方向发展。
在实施和调整“薄料快烧”的过程中，我们采取逐步适当提高C3S和降低Fe2O3的方法，并对其在煅烧过程进行跟踪，及时调整异常变化，以保证生料变化对煅烧和操作过程的适应性影响。
3.2 熟料矿物组成的比较
在实施的过程中，C3S逐步提高，我们取样进行熟料矿物组成比较，见表4、表5。
由此可见，增加C3S降低C2S使易磨性明显改善，主要是因为C3S低C2S高时在水泥粉磨过程中会出现吸附现象，造成糊球，使得研磨功能降低，不利于台时产量的提高。
另外从表4我们可以看到熟料的游离氧化钙随着物料在窑内停留时间缩短而变大，但在不影响熟料安定性的前提下，f Ca O的变高可在降低熟料温度并消解游离氧化钙时，熟料产生较多的微裂纹，反而改善了熟料易磨性。这样对提高水泥磨的产量无疑是有益的。
4 效果及注意事项
通过一年多的摸索和一系列实验及实际应用，熟料易磨性得到了明显改善，水泥磨机的综合效益显著提高，在我厂!2.6×13m开路水泥磨生产P·O32.5R水泥，在水泥细度目标值下调2%的情况下，台产由34 t/h上升到37t/h，电耗由29.41kWh/t下降到27.03kWh/t，细度 (0.08mm) 由≤6.0%降低到≤4.0%，熟料的3天强度也较实施前有所提高。
掺低温熟料矿物水泥的水化特性 篇4
关键词：水泥,水化,收缩,钙矾石
0 引言
以硅酸盐废渣制备低温熟料代替硅酸盐水泥熟料使用, 是水泥工业实现可持续发展的重要发展方向。低温熟料的主要矿物组分为七铝酸十二钙 (12Ca O·7Al2O3, C12A7) 和硅酸二钙 (2Ca O·Si O2, C2S) , 前者在水化初期即可生成水化铝酸钙和水化硫铝酸钙, 而后者则可使水泥后期强度稳定增长[1,2,3,4,5]。在海工环境下, 水泥铝酸盐矿物及水化铝酸钙与氯盐反应, 生成Friedel盐[4], 可固定化混凝土内部氯离子, 提高钢筋混凝土耐久性。
已有研究提出低温水泥制备技术方面集聚度高, 而关于低温矿物相对水泥水化特性、水化产物、微观结构的影响公开报道较少。本文基于工程化研究成果, 系统研究低温矿物相对水泥水化体系影响, 评价其对水泥凝结硬化、水化产物组成、胶砂体积稳定性的影响, 为工程化应用提供依据。
1 试验
1.1 原材料
水泥:中国海螺P.II52.5级硅酸盐水泥, 其主要化学成分如表1所示。
低温熟料:江苏泰兴固废建材有限公司生产, C12A7和C2S质量含量分别为8.6%和20.2%。
硬石膏:硫酸钙含量96.2%。
标准砂:符合GB/T 17671要求。
水:自来水。
1.2 试验方法
(1) 水泥性能试验:参照GB/T 1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》和GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》 (ISO法) 进行。
(2) 水泥化学收缩试验:参照ASTM C1608-2007《水硬性水泥浆化学收缩的标准试验方法》进行化学收缩试验 (水灰比为0.40) 。
(3) 限制膨胀率试验:以3.5%硬石膏等量取代粉煤灰, 参照JC 476-2001《混凝土膨胀剂》附录A混凝土膨胀剂的限制膨胀率试验方法进行试验。
(4) 红外光谱分析:采用傅里叶变换红外光谱仪进行红外表征测试。将硬化水泥浆体终止水化后于60℃烘干至恒重, 取少量试样研细后, 与KBr混合均匀, 置于模具中, 用压片机压成透明薄片, 即可进行测定。
(5) SEM分析:将试件终止水化后于60℃烘干至恒重, 取出放在干燥器内。试验前, 敲取直径约5mm试样, 放入喷金装置中进行喷金处理, 利用扫描电镜进行SEM分析。
2 结果分析与讨论
2.1 复合胶凝材料的性能
2.1.1 标准稠度用水量和凝结时间
表2是二元复合胶凝材料的标准稠度用水量和凝结时间试验结果。由表2可知, 低温矿物相使水泥标准稠度用水量略有增加, 这是因为低温水泥中含有的铝酸盐矿物具有增稠作用所致。同时, 水泥的初凝时间和终凝时间均随低温水泥掺量量的增加而缩短, 其主要机理是低温水泥中含有的C12A7与水混合后, 迅速反应生成了水化铝酸钙, 而石膏溶解速度低, 不能及时将水化铝酸钙转化为钙矾石, 导致凝结加快。
2.1.2 力学性能
如图1所示, 当低温水泥的掺量介于10%~30%时, 三元复合胶凝材料水化28 d的抗压强度在粉煤灰用量0~15%的范围内, 随粉煤灰含量增加而提高, 且在粉煤灰用量为10%~15%时达到最大值。综合考虑水泥强度、凝结时间和生产成本, 采用P.II52.5级水泥75份、低温水泥10份、粉煤灰15份配制三元胶凝材料, 性能指标示于表3, 抗压强度大于62.5 MPa, 满足P.O52.5级水泥要求。
2.2 化学收缩
掺与不掺低温水泥的浆体 (水灰比为0.40) 早期化学收缩随水化时间的变化如图2所示。根据水泥化学理论, 水泥化学收缩与水化程度呈线性关系, 即化学收缩可反映水泥的水化程度。图2结果表明, 低温矿物相可加速水化反应初期及诱导期 (初始水化期0~15 min, 诱导期15 min~4 h) 水泥的水化, 从而促进水泥凝结。含低温矿物相的水泥在水化加速期 (4~8 h) 和水化减速期 (8~24 h) 的化学收缩依然大于P.II52.5级硅酸盐水泥, 直至水化24 h, 掺与不掺低温水泥的浆体化学收缩值达到基本相同的水平。从图2还可发现, 低温水泥掺量为10%和20%时, 水泥化学收缩值变化较小, 证明此掺量范围对水泥水化的影响程度相近, 也可从图1中的强度试验结果得到验证。
2.3 微膨胀性能
以质量比3.5%的硬石膏等量取代粉煤灰配制的三元复合胶凝材料, 其胶砂限制膨胀率试验结果见表4, 表明该复合胶凝材料具有微膨胀特性, 其机理如式 (1) 所示。水泥中C3A含量通常为5%~11%, 在约24小时内钙矾石形成基本完成[5]。低温水泥中的C12A7提供了额外的铝酸盐组份, 在水泥硬化后其水化产物与溶解度较低的硬石膏缓慢生成钙矾石, 使砂浆因微膨胀而产生体积增加, 可提高材料和结构的抗裂性能。P.II52.5级硅酸盐水泥中含有的磨细石灰石在水泥水化过程中也可与铝酸盐水化产物反应, 生成具有热力学稳定的单碳型水化碳铝酸钙 (单碳型AFm) , 其水化反应如式 (2) 所示。
在外部持续供水养护条件下, 钙矾石和单碳型AFm的形成, 使砂浆、混凝土体积膨胀, 而一旦湿养护条件不足, 则可能加剧材料开裂。因此, 使用含低温矿物相的微膨胀水泥时, 必须充分保障湿养护条件。
2.4 水化产物
2.4.1 FTIR分析
掺20%低温水泥的P.II52.5水泥水化3 d和28 d的红外光谱 (FTIR) 如图3所示。从图3可以看出, 水化3 d和水化28 d的水泥石红外光谱基本相同, 表明水泥石相组成类似。通常, 可将水泥水化体系的FTIR谱图分为三个区域即水区域 (>1600 cm-1) 、硫酸盐区域 (1 100-1 200 cm-1) 和水泥基材区域 (<1 000 cm-1) [6]。图3中, 波数980 cm-1归属水化硅酸钙凝胶 (C-S-H) 。波数1 114 cm-1归属SO42-的弯曲振动, 且石膏的吸收峰随水泥水化, 由1 100 cm-1向1 200 cm-1移动, 这相当于随石膏的消耗生成了钙矾石 (波数1 640 cm-1归属石膏中结晶水的弯曲振动) , 波数1 490 cm-1表明水泥中磨细石灰石粉的存在, 波数3 640 cm-1表明CH的存在。由此可知, 水化体系的主要水化产物为水化硅酸钙、钙矾石和氢氧钙石。
2.4.2 SEM分析
图4是水灰比为0.30的P.II52.5级硅酸盐水泥浆体及以3.5%硬石膏等量取代粉煤灰制备的微膨胀水泥浆体的水化产物微观形貌图。观察发现, 掺硬石膏的水泥浆体中, 钙矾石的数量明显增多, 且随龄期增长而增加。这是由于硬石膏的溶解度低, 在硬化水泥浆体中逐步溶解, 并与水泥铝酸盐矿物及其水化产物反应, 生成钙矾石。
3 结论
根据试验结果分析与讨论, 可得出如下结论:
(1) 低温矿物相通过发挥铝酸盐矿物的早期水化反应促进水泥凝结硬化, 同时利用C2S的后期水化反应提高水泥强度。
(2) 以质量比10%的低温水泥代替P.II52.5级硅酸盐水泥, 混合15%粉煤灰配制的三元复合胶凝材料28 d胶砂抗压强度大于62.5 MPa。
(3) 掺硬石膏的三元复合胶凝材料具有微膨胀水泥的特性, 可作为微膨胀水泥使用。
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水泥特性 篇5
高炉矿渣是炼铁过程中形成的工业废渣,也是生产矿渣水泥的活性混合材料[1~2]。利用矿渣取代部分水泥来制备高性能混凝土,已成为水泥混凝土技术的重要发展方向之一,并在国内外大量工程中得到了广泛的应用。因此,研究水泥矿渣浆体中水泥和矿渣反应程度、水化产物数量及力学性能,并建立它们之间的定量关系,对确定含矿渣水泥浆体水化进程、探讨复合体系的反应动力学、评估水化浆体体系的稳定性、阐明水化机理等具有十分重要的意义。本文通过掺矿渣水泥浆体的抗压强度、非蒸发水量、矿渣反应度及XRD分析等试验手段,研究了矿渣水泥水化特性随掺量及水胶比的增长而发生的变化。
1 实验原材料与方法
1.1 原材料
采用武汉某公司生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥,其95%的颗粒粒径小于43.50μm;水泥熟料主要矿物组成及含量为C3S 54.69%、C2S 19.15%、C3A9.85%、C4AF 11.04%。选用海南某合金钢厂产矿渣,其比表面积为250m2/kg。各原材料的化学组成见表1。
%
1.2 实验方法
水泥浆体在试验中矿渣掺量及水胶比大小的变化方案如表2所示。实验所用的试件尺寸为40mm×40mm×40mm,试件成型1d后拆模,置于橡胶套中密封(隔绝水分)养护,龄期3d、7d、14d、28d、60d及90d时分别取出进行抗压强度测试,并取样进行非蒸发水量的测定、矿渣反应度测定及X射线衍射(XRD)试验分析。
非蒸发水量计算公式为:
式中,Wn为水泥胶凝物质中非蒸发水的质量分数;mn为上述非蒸发水质量,即mn=m105-m900,这其中m105为105℃真空低压环境下烘干至恒重的质量,m900为900℃高温环境下灼烧至恒重的质量;c为胶凝材料质量;若LOI为已水化胶凝体系的烧失量,而Lc为胶凝材料烧失量,则可认为
注:试验温度均为20℃。
矿渣反应度的测定及计算方法如下:由于水泥及其水化产物溶于EDTA碱溶液,矿渣不溶于EDTA碱溶液,因此,可以通过EDTA选择溶解法,将水泥及其水化产物和未水化的矿渣分离开来。EDTA分解液按GB/T12960-2007配制,用此溶液溶解水化样品,过滤后的残渣烘干至恒重。扣除矿渣中溶解于EDTA的部分和水泥中不溶于EDTA的部分,就可求出未反应矿渣的百分率,进而得到矿渣的反应程度[3~4]。
2 结果与分析
2.1 抗压强度
表3为掺矿渣水泥浆体各龄期的抗压强度试验结果。由表3可见,掺矿渣体系强度在28d前呈较大幅度的增加,在28d后强度平缓增加。说明此试验环境下,掺矿渣水泥体系中,矿渣在水化早期就很好地发挥了其活性效应。体系中,矿渣发生反应主要集中在28d以前。
MPa
图1是水胶比0.4时不同矿渣掺量的水泥浆体抗压强度的比较(表2中编号0~3)。由图1可见,随矿渣掺量的增加抗压强度下降,这主要是由于随矿渣掺入,水泥相对含量减少,从而导致水化产物减少。图2为矿渣掺量为45%时不同水胶比情况下浆体抗压强度的比较(编号3、4、5),显然,随水胶比的增加强度减小。
2.2 非蒸发水量与矿渣反应度
表4为掺矿渣水泥浆体各龄期非蒸发水量数值。由表4可见,各体系的非蒸发水量随龄期的延长而增加。掺加矿渣水泥浆体的非蒸发水量均高于纯水泥浆体系的,说明矿渣的掺入提高了水泥水化速率,主要原因在于矿渣的活性组分与水泥水化生成的Ca(OH)2不断反应,随着Ca(OH)2的消耗,加剧了水泥水化速率。由表4还可以看出,随水胶比的增大非蒸发水量呈增大趋势。
%
图3及图4则表示了掺矿渣的水泥浆体系中矿渣的反应度。
由图3可见,随矿渣掺量的增加,同龄期矿渣的反应程度呈减小趋势。这可能是由于随着矿渣掺量的增加,水泥相对含量较小,水化产生的Ca(OH)2不足以使矿渣的活性组分更多的溶出并生成水化产物。图4为不同水胶比情况下矿渣的反应度。由图4可见,随着水胶比的增加,矿渣的反应程度呈增大趋势。这可能是由于较高的水胶比可使水泥与水充分反应,从而充分提供矿渣活性组分溶出所需的Ca(OH)2,而低水胶比时反应度较低则可能是由于低水胶比限制了矿渣-水泥二元体系中水化产物的膨胀空间造成的[4]。
2.3 XRD分析
图5为不同矿渣掺量下水泥浆体试件的XRD分析。由图5可见,不同龄期及不同矿渣掺量下,都存在2θ=18.08°与34.14°处的Ca(OH)2特征峰,其峰高可在一定程度上反映水泥的水化程度[5]。不同水化龄期Ca(OH)2含量有随矿渣掺量的增加而呈减小的趋势,主要是由于矿渣掺量的增加使得水泥的相对含量减少,从而水化产物减少所致。这与抗压强度及反应度测试结果相符。
图6为不同水胶比水泥浆体试件的XRD分析。由图6可见,对于相同龄期而言,随水胶比的增加,Ca(OH)2的含量增大。这主要是由于水胶比的增大使得水泥颗粒与水充分接触,并提供足够的空间促进水泥水化反应。
3 结论
(1)在本文试验条件下,同龄期的掺矿渣水泥浆体的抗压强度随矿渣掺量和水胶比的增加呈减小趋势。矿渣在28d前的作用比较显著,28d后对强度影响较小。
(2)掺矿渣水泥浆体非蒸发水量均高于纯水泥浆体的非蒸发水量,且非蒸发水量随水胶比的增加而增大。矿渣反应度随矿渣掺量增加而减小,随水胶比增加而增大,这与XRD的测试结果一致。
参考文献
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露石水泥混凝土路面表面特性研究 篇6
露石水泥混凝土路面 (简称EACCP) , 是将粗集料露出在路表, 形成粗糙表面的水泥混凝土路面, 其基本原理是在新拌混凝土的表面喷洒露石剂, 错开路表面薄层与混凝土主体的硬化速度, 在主体混凝土具有一定的强度时, 将尚未具有初始强度的路表薄层的水泥砂浆去除, 从而实现露出路表粗糙集料表面的目的。由于露石混凝土路面去除了表层砂浆, 直接露出集料, 形成了传统的水泥混凝土路面不曾具有的丰富的表面微观、宏观构造, 因此露石混凝土路面除保持普通混凝土路面强度高、使用寿命长、养护费用低等特点外, 还具有其他一些优异的路面使用性能。露石混凝土路面在发达国家已有研究与成功应用实例, 但在中国的研究尚处于起步阶段。本文借鉴国外先进技术, 结合国内情况, 通过研究露石混凝土路面的材料选择、室内成型工艺以及路面性能检测及评价方法等关键技术, 为露石混凝土路面的应用与推广提供理论指导。
2 原材料选择
2.1 粗集料
露石混凝土用集料种类选择时, 关键在集料的磨光值指标上, 集料的这个指标直接决定了施工后路面抗滑性的寿命, 宜采用高磨光值 (PSV>50) 、带有棱角、近似立方体的粗集料。
2.2 细集料
细集料应质地坚硬、耐久、洁净、符合规定级配。从抗滑性能考虑, 砂不宜太细, 砂的细度模数不宜小于2.5, 选用中粗砂, 且砂率不宜超过35%。
2.3 水泥
露石混凝土并没有对水泥的品种提出特殊的要求, 但在考虑现代路用性能要求时, 应优先选用道路硅酸盐水泥。
2.4 减水剂
本试验采用萘系高效减水剂, 减水率可达15%~30%, 测得其各项指标符合要求。
2.5水
水为饮用水, 其水质应符合规范要求。
2.6 配合比设计
本实验采用最大粒径为15mm的集料级配进行配合比设计。最终选定实验室配合比为:C0:W0:S0:G0=360Kg/m3:155Kg/m3:649 Kg/m3:1261 Kg/m3, 粉煤灰含量为10%, 减水剂掺量为0.8%。所拌混凝土工作性良好, 制作露石混凝土试块, 露石混凝土表面颗粒大小均匀, 表面颗粒填充密实, 露石混凝土表面露石度符合规定要求, 且路面美观。其外观见图1。
3 露石混凝土路面室内制作工艺
在新拌水泥混凝土的路表面喷洒露石剂 (兰州交通大学道路工程研究所研发) , 以便在主体混凝土具有一定强度时, 除去表层还未形成强度的水泥砂浆, 从而实现露石水泥混凝土粗糙的露石表层, 露石混凝土的露石深度为1.50±0.25mm。工艺流程图参见图2。
4 露石混凝土路面表面特性研究
4.1 抗滑性能测试
对经露石工艺处理的露石混凝土试件表面及其他路面表面进行构造深度及抗滑值的测试, 其测试结果如图3所示。
路表外露集料间形成的开放空间所构成的宏观构造使得露石混凝土路面的抗滑性优于其他两种路面。沥青路面抗滑性不及EACCP, 主要是因为成型试件时沥青与沥青砂填充了部分宏观构造。刻槽混凝土路面优于成型时水泥浆的上浮导致其表面比较光, 最终无法形成良好的细观抗滑构造。因此, 露石混凝土路面较大的构造深度, 不仅能够保证车辆在高速运行时的安全性, 而且在雨天排除车轮下的路表水, 避免形成连续水膜;在实际路面上会使车辆获得较大的高速行驶安全性。
4.2 噪声测试
室内评价路面噪声采用轮胎落下法, 它是通过对路面噪声发生原理进行室内模拟从而进行噪声测试和评价的方法, 图4为所测结果。
采用露石工艺处理过后, 混凝土路面行车噪声降低明显。所制板件构造深度均值为1.2情况下, 声压水平维持在82.6d B左右, 比传统刻槽水泥混凝土路面噪声水平降低了7d B左右, 比沥青混凝土路面噪声水平降低3d B左右。露石混凝土路面具有丰富的表面纹理, 能形成连同的空气流动孔隙, 及时排除轮胎下的空气, 胎面与表面构造间的空隙可以消散空气压力, 使空气泵吸噪声降低, 因而具有低噪音的功能特性, 通过室内试验可以明显看出, 其噪音水平明显比其他路面有所降低。
5 结语
本试验通过室内制作露石混凝土试件, 考虑到特殊的表面性能及其持久性, 露石混凝土路面 (EACCP) 的材料选择比普通混凝土路面 (PCCP) 高, 主要体现在集料的压碎值、磨光值等。配合比设计时, 宜考虑集料的合理级配、颗粒形状、集料颜色、水泥用量、外加剂的使用等, 使所铺筑的露石混凝土路面露石颗粒分布均匀, 表面纹理结构获得预期的表面功能, 路面美观、色泽符合环境要求。并对其进行路用性能检测, 试验结果表明:露石混凝土路面作为新型混凝土路面, 具有抗滑、降噪、防眩等优良的路用性能。而当前我国还没有修建露石混凝土路面的一套完整的技术与设备, 对比较成熟的施工工艺与施工机械有待开发利用。
参考文献
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水泥特性 篇7
麦秸秆水泥土是指在水泥土中加入一定量的麦秸秆,充分搅拌均匀后形成的混合材料,以改善水泥土的强度; 但是,至今未见麦秸秆水泥土的研究报道。基于此,对麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度和抗折强度进行了初步试验研究,以初步掌握麦秸秆水泥土的基本特性。
1试验方案
1.1试验材料
试验选用盐城市某建筑工地基坑开挖5 m处的淤泥质粉质黏土,其物理力学性质见表1。采用江苏八菱海螺水泥有限公司生产的海螺牌P. O. 42. 5普通硅酸盐水泥,其性能符合规范要求,表2给出其物理性质指标。麦秸秆为盐城当地农村收割,试验前去除表皮,确保无破裂折断。
1.2试验研究内容
麦秸秆水泥土的力学特性试验,考虑4个龄期 ( 7 d、14 d、21 d、28 d) 、6个秸秆长度 ( 0、5 mm、 10 mm、15 mm、20 mm、25 mm ) 、6种加筋率 ( 0、 0. 1% 、0. 2% 、0. 3% 、0. 4% 、0. 5% ) 、3种秸秆形状 ( 整圆、半圆、四分之一圆) 、4种水泥掺入比( 5% 、 10% 、15% 、20% ) ,主要包括:
( 1 ) 研究定秸 秆长度 ( 10 mm) 、定加筋率 ( 0. 2% ) 、定秸秆形 状 ( 半圆 ) 、定水泥掺 入比 ( 15% ) 的麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度随龄期的变化规律;
( 2) 研究定龄期( 28 d) 、定加筋率( 0. 2% ) 、定秸秆形状( 半圆) 、定水泥掺入比( 15% ) 的麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度随秸秆长度的变化规律;
( 3) 研究定龄期( 28 d) 、定秸秆长度( 10 mm) 、 定秸秆形状( 半圆) 、定水泥掺入比( 15% ) 的麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度随加筋率的变化规律;
( 4) 研究定龄期( 28 d) 、定秸秆长度( 10 mm) 、 定加筋率( 0. 2% ) 、定水泥掺入比( 15% ) 的麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度随秸秆形状的变化规律;
( 5) 研究定龄期( 28 d) 、定秸秆长度( 10 mm) 、 定加筋率( 0. 2% ) 、定秸秆形状( 半圆) 的麦秸秆水泥土无侧限抗压强度和抗折强度随水泥掺入比的变化规律;
1.3试件制备
无侧限抗 压强度试 块尺寸为70. 7 mm × 70. 7 mm × 70. 7 mm,抗折强度的试块尺寸为40 mm × 40 mm × 160 mm。试块制作时,首先将试模装配好后在其内壁均匀涂上一层机油,再将拌和后的材料分层装入试模并振捣压实,刮平表面后盖上塑料薄膜,静置24 h后脱模编号并置于水中养护,达到既定龄期前24 h从水中取出,用湿毛巾覆盖,防止水分散失; 然后,分别完成秸秆水泥土的无侧限抗压强度和抗折强度试验( 均为三个试块的平行试验) ; 最后,计算确定不同情况下麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度和抗折强度。
2试验结果与分析
2.1龄期和水泥掺入比的影响
图1给出了麦秸秆水泥土强度与龄期的关系曲线,可以看出,与普通水泥土一样,麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度和抗折强度强度随着龄期的增大而增大; 随着水泥掺入比的提高,其强度也是呈现逐渐增大的趋势,如图2所示。
2.2麦秸秆长度的影响
图3给出了麦秸秆水泥土强度与秸秆长度的关系曲线,可以看出,与不加入麦秸秆( 麦秸秆长度为0) 相比,麦秸秆长度为5 mm时,麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度略有提高,抗折强度则有所降低,究其原因,较小长度( 如5 mm) 的秸秆对水泥土的密实程度影响不大,对无侧限抗压强度亦基本没有影响, 但由于长度较小,不能体现加筋效应,反而导致抗折强度的降低; 随着麦秸秆长度的继续增加,麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度先减小后最大再减小,总体上有减小的趋势,说明较长秸秆的存在影响了水泥土的密实性,但麦秸秆水泥土的抗折强度表现出逐渐增大的趋势,其中,秸秆长度达到20 mm后,麦秸秆水泥土的抗折强度超过不加秸秆的水泥土强度, 说明麦秸秆的加筋效应逐渐体现。
因此,只要选择合适的麦秸秆长度,就可实现在麦秸秆水泥土无侧限抗压强度降低不多的情况下, 达到提高或保持水泥土抗折强度的目的。
2.3加筋率的影响
图4给出了麦秸秆水泥土强度与加筋率的关系曲线,可以看出,随着加筋率的提高,麦秸秆水泥土强度逐渐降低,这是由于麦秸秆掺量过多,麦秸秆水泥土搅拌不够均匀,麦秸秆在水泥土中呈现束状结构,而麦秸秆的抗压抗折能力是很低的,当受到外荷载时,首先会在此部位发生破坏,另外,麦秸秆掺量过多会在水泥土中形成贯通的裂缝,从而使得麦秸秆水泥土的强度降低。但是加筋率为0. 1% 时,无论是麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度,还是麦秸秆水泥土的抗折强度,均降低甚微。因此,在条件允许下,或稍对秸秆加以改善处理,使用低加筋率的麦秸秆水泥土应该具有一定的可行性。
2.4秸秆形状的影响
为更清楚地掌握麦秸秆在水泥土中抗拉作用的发挥情况,表3给出了秸秆形状不同时麦秸秆水泥土的强度,可以看出,麦秸秆形状对水泥土的无侧限抗压强度影响极小,可忽略不计,对抗折强度的影响亦很小,但整圆的秸秆水泥土抗折强度最小,1 /4圆的秸秆水泥土抗折强度最大,仅比整圆秸秆水泥土的抗折强度增加3. 8% ,因此,秸秆形状对水泥土的抗折强度影响也是可以不予考虑的。
3麦秸秆水泥土的作用机制分析
3.1水泥土的化学作用
土体是有不同颗粒级配的土颗粒组成的混合物,其强度主要是由土颗粒之间粘结力和摩擦力所决定的。在黏土中,加入一定量的水泥后,水泥颗粒表面的矿物立即与土中水发生水解和水化反应,生产氢氧化钙、含水硅酸钙及含水铁酸钙等化合物; 同时,水泥还与土中含量较多的二氧化硅和氧化铝发生一系列的化学反应,生产大量的水化胶凝物质,将土颗粒紧密地联结成团粒结构。此外,水泥中各种高价离子与土颗粒的吸附离子相互交换,增加土颗粒的结合力和团粒化,增加了水泥土的强度和稳定性。其中,水泥的水解和水化反应生产的胶凝物质是形成水泥土强度的主要来源。
3.2水泥土中麦秸秆的作用分析
我国自古就有将收割的麦草加入黏土的传统做法,以提高其强度,在水泥土中加入麦秸秆与此原理是一致的,在某种程度上也可以提高其强度。在水泥土中加入一定量的麦秸秆后,麦秸秆均匀地分布于水泥土中,随着水泥土的凝结硬化,麦秸秆和水泥土之间会产生一定的黏结力。当水泥土受外荷载时,水泥土内的薄弱部位会产生裂缝,此时由于麦秸秆的存在会阻碍裂缝的进一步发展; 同时,水泥的凝结硬化作用也可增加麦秸秆与水泥土接触面的咬合力和黏结力,提高了水泥土的强度和稳定性。
然而,由于麦秸秆水泥土中碱集料反应的存在, 再加上麦秸秆本身不够密实,将麦秸秆加入水泥土中,经常出现强度降低的现象,但是上述试验结果表明,只要选择合适的麦秸秆长度,在低加筋率条件下,可以提高水泥土的强度。这里要注意的是,由于麦秸秆未经任何处理,长期处于潮湿环境中麦秸秆必然会腐蚀甚至腐烂,但是只要水泥土中麦秸秆在一定的时期内( 2 ~ 4个月) 发挥一定的作用,就可以将麦秸秆用于水泥土搅拌桩基坑支护中,因为这种支护形式是临时的。
4结语
将麦秸秆用于水泥土中,以改善水泥土的强度特性,并通过试验加以研究,初步取得了一些结论:
( 1) 与普通水泥土一样,随龄期的增大,麦秸秆水泥土强度逐渐增强,水泥掺入比亦是如此。
( 2) 麦秸秆长度为5 mm时,麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度略有提高,抗折强度则有所降低; 麦秸秆长度增加后,麦秸秆水泥土的无侧限抗压强度有总体减小的趋势,但抗折强度是逐渐增大的,最后甚至超过普通水泥土的抗折强度。
( 3) 加筋率为0. 1% 时,麦秸秆水泥土强度降低甚微,但随着加筋率的提高,麦秸秆水泥土强度逐渐降低。
( 4) 麦秸秆形状对水泥土强度的影响不大,可不予考虑。
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