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華南理工大學水泥工藝學第13章(編輯修改稿)

2026-03-20 00:09 本頁面

　

【文章內容簡介】和毛細孔道中的水結冰時產生體積膨脹（9％）和冷水遷移，產生一定的應力，當這種應力超過混凝土的抗拉強度時，則使混凝土產生微細裂縫。微細裂縫為不可逆的結構變化，在冰融化后不能完全復原，所產生的膨脹仍有部分殘留，再次凍融時，原先形成的裂縫又由于結冰而擴大。在反復受凍融作用下，微細裂縫逐漸增多和擴大，混凝土強度降低直至破壞。,?,結冰特點,水泥漿體中的結合水是不會結冰的；由于凝膠孔極為窄小，凝膠水只能在極低的溫度（－78℃）下才能結冰；一般自然條件的低溫下，只有毛細孔中的水和自由水才會結冰；漿體中的水并非純水，而是含有Ca(OH)2和堿類的鹽溶液，故冰點非0℃而是在－1℃以下；毛細孔中的水還受到表面力的作用，毛細孔越細，冰點越低。,?,破壞機理－應力的產生,靜水壓理論：毛細孔內水結冰并不直接使漿體脹壞，而是由于水結冰體積增加時，未凍水被迫向外流動，從而產生危害性的靜水壓力。與靜水壓力獲得解除前的最短流程密切相關：結冰點到“出口處”的距離，氣孔的存在可以為靜水壓的解除提供“出口”。,?,滲透壓理論：當毛細孔水部分結冰時，水中所含的堿以及其它物質等溶質的濃度增大；但在凝膠孔內的水由于定向排列的緣故在此時尚未結冰，溶液濃度不變。因而產生濃度差，促使凝膠孔的水向毛細孔擴散，形成滲透壓，造成一定的膨脹應力。,?,影響因素,水泥品種：硅酸鹽水泥比摻混合材水泥的抗凍性好；水泥強度等級越高，抗凍性越好。熟料礦物組成：增加熟料中C3S含量，抗凍性可以改善。因為：影響早期水化程度，從而影響強度（抵抗膨脹應力的抗拉強度低）和可結冰水的數量。,?,水灰比：水灰比提高，可結冰的水量增加；毛細孔增多且尺寸變大，更易結冰（冰點提高）。齡期：除對孔結構影響外，可結冰的水量減少；水中溶解的鹽類濃度提高，冰點下降。漿體的充水程度：充水孔隙占總孔隙率的百分比低，可結冰的水量減少；氣孔相對多，靜水壓力能夠就近有“出口”而解除。,?,三、環境介質的侵蝕,抗蝕性：是指混凝土抵抗環境有害介質侵蝕，能保持強度和外觀完整性的能力。 CSH、CH、AFt、AFm等比較難溶的含鈣水化產物，一般與高pH值的孔液處于穩定的平衡狀態。由于孔液中的Na＋、K＋和OH－離子濃度甚高，其pH值可高達12.5～13.5。從理論上說，任何pH值在12.5以下的環境介質都可作為侵蝕性介質看待。淡水（軟水）、酸性水、酸、SO4Cl；侵蝕速度決定于侵蝕介質的pH值以及混凝土的抗滲能力。,?,組分的溶解和浸析,混凝土受到淡水（軟水）的作用，其中一些組成如Ca(OH)2等將按照溶解度的大小，依次逐漸被水溶解，產生溶出性侵蝕，最終導致破壞。在各種水化產物中， Ca(OH)2的溶解度最大，首先被溶解。如水量不多，水中的Ca(OH)2濃度很快就達到飽和程度，溶出作用就停止。在流動水中，特別在有水壓作用且混凝土的滲透性又較大的情況下，水流就不斷將Ca(OH)2溶出并帶走，不僅增加了孔隙率，使水更易滲透；而且由于液相中Ca(OH)2濃度降低，還會使其它水化產物發生分解。,?,水化產物穩定存在的液相CaO濃度,2CaO ? SiO2(aq)：接近Ca(OH)2飽和濃度(1.2g/L CaO) 3CaO ? 2SiO2(aq)：接近Ca(OH)2飽和濃度(1.2g/L CaO) CaO ? SiO2(aq)：0.031～0.52g/L CaO 4CaO ? Al2O3 ? 13H2O：1.06～1.08g/L CaO 3CaO ? Al2O3 ? 6H2O：0.415～0.56g/L CaO 4CaO ? Fe2O3 (aq) ：1.06g/L CaO 3CaO ? Al2O3 ? 3CaSO4 ? 32H2O：0.045g/L CaO,?,隨著液相中CaO濃度的降低，首先是晶體被溶解，其次是高堿性的水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽等分解而成為低堿性的水化產物。如果不斷浸析，最后會變成硅酸凝膠、氫氧化鋁等無膠結能力的產物。,?,離子交換反應,形成可溶性鈣鹽：酸性溶液與硬化漿體的組成生成可溶性的鈣鹽，隨而被水帶走。化工廠含鹽酸、硫酸或硝酸的廢水；食品廠含醋酸、蟻酸或乳酸的廢水；軟飲料中的碳酸；農業化肥廠含氯化銨和硫酸銨的溶液。,?,大氣中的CO2溶于水天然水中的碳酸,CO2+H2O+Ca(OH)2 = CaCO3 (不溶于水) CaCO3+ CO2+H2O = Ca(HCO3)2 (易溶于水) 使Ca(OH)2不斷溶失，進而引起水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣的分解。平衡的碳酸：天然水本身含有少量碳酸氫鈣，必須有一定量的碳酸與之平衡；結合的碳酸：與氫氧化鈣結合成碳酸鈣；侵蝕的碳酸：當水中含有的碳酸超過平衡碳酸量時，其中部分剩余碳酸與碳酸鈣反應。,——碳化,?,水的暫時硬度越大，水中所含的碳酸氫鈣越多：所需的平衡碳酸量越多；所含的碳酸氫鈣與漿體中的Ca(OH)2反應，生成碳酸鈣，堵塞表面的毛細孔，提高致密度。,?,形成不溶性鈣鹽：草酸、鞣酸、酒石酸、氫氟酸以及磷酸與漿體中的Ca(OH)2反應生成不溶性鈣鹽，隨而被水帶走。 CSH中的Ca2+被置換：如鎂鹽侵蝕 ① MgSO4+Ca(OH)2+2H2O CaSO4 ? 2H2O+Mg(OH)2 ②水化硅酸鈣分解 MgSO4+ 3CaO ? 2SiO2(aq) +nH2O 3[CaSO4 ? 2H2O]+3Mg(OH)2 + 2SiO2(aq) ③在長期接觸的條件下，未分解的水化硅酸鈣中的Ca2+離子也要逐漸被Mg2+離子所置換，轉化為水化硅酸鎂。,?,形成膨脹性產物,硫酸鹽侵蝕： Ca(OH)2+Na2SO4 ? 10H2O=CaSO4 ? 2H2O+2NaOH+8H2O 固相體積增加124％ C4AH19+3(CaSO4 ? 2H2O)+ 8H2O= 3CaO ? Al2O

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