談硅酸鹽水泥的強(qiáng)度

2012-08-15 00:51牛崇霞

山西建筑 2012年12期

牛崇霞

(晉城市城區(qū)建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西晉城 048000)

水泥的強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水泥質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，28 d的強(qiáng)度是劃分硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)的依據(jù)。通常按齡期28 d以前的強(qiáng)度為早期強(qiáng)度，28 d以后的強(qiáng)度為后期強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度及其發(fā)展與熟料的礦物組成、水泥細(xì)度、水灰比、養(yǎng)護(hù)溫度、石膏摻量以及外加劑等因素有關(guān)。

1 水泥強(qiáng)度的產(chǎn)生和發(fā)展

在硅酸鹽水泥熟料中，其主要化學(xué)成分有CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，這四種氧化物不是單獨(dú)存在的，而是經(jīng)過(guò)高溫煅燒后，由兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的集合體。即硅酸鹽水泥熟料中主要有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣四種礦物，這些熟料礦物結(jié)晶非常細(xì)小，由上可見(jiàn)硅酸鹽水泥熟料是一種由多礦物組成并且結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。這四種主要礦物對(duì)硅酸鹽水泥的強(qiáng)度有著非常重要的影響。

有關(guān)硬化水泥漿體強(qiáng)度的產(chǎn)生，存在著不同的說(shuō)法，一種說(shuō)法認(rèn)為，水泥加水拌和后，熟料礦物迅速水化，生成大量的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠，并生成Ca(OH)2及鈣礬石晶體。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間以后C-S-H也以長(zhǎng)纖維晶體從熟料顆粒上長(zhǎng)出，同時(shí)鈣礬石晶體逐漸長(zhǎng)大，它們?cè)谒酀{體中相互交織聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強(qiáng)度。隨著水化的進(jìn)一步進(jìn)行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增多，晶體尺寸不斷長(zhǎng)大，從而使硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密，強(qiáng)度逐漸提高。另一種看法認(rèn)為，硬化水泥漿體強(qiáng)度的產(chǎn)生，是由于水化產(chǎn)物尤其是C-S-H凝膠所具有的巨大表面能，導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生范德華力或化學(xué)鍵力，吸引其他離子形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有強(qiáng)度。

2 影響水泥強(qiáng)度的因素

影響水泥強(qiáng)度的因素相當(dāng)復(fù)雜，而且涉及面廣，有些機(jī)理目前還缺乏確切的結(jié)論，仍有待進(jìn)一步的研究。下面從以下幾方面來(lái)論述。

2.1 熟料的礦物組成

在硅酸鹽水泥熟料中的四種主要礦物都分別以單獨(dú)的相存在，它們?cè)谒磻?yīng)中顯示出各自不同的水化特性。因此，礦物組成及其含量對(duì)水泥的水化速度、水化物的形態(tài)和尺寸有直接的影響，也直接影響著水泥強(qiáng)度的形成和發(fā)展?？梢哉f(shuō)，影響水泥早期強(qiáng)度、強(qiáng)度增長(zhǎng)速度和后期強(qiáng)度高低最為重要的原因就是硅酸鹽礦物的含量。根據(jù)大量的試驗(yàn)表明，硅酸鹽礦物的含量決定著水泥強(qiáng)度的高低。其中若硅酸三鈣的含量大約占到50%，它的早期強(qiáng)度最大，28 d強(qiáng)度也基本依賴于硅酸三鈣的含量，所以其含量高，水泥的早期強(qiáng)度就高，但以后強(qiáng)度增長(zhǎng)不大。而硅酸二鈣含量高的水泥雖然早期強(qiáng)度的提高比不上硅酸三鈣，但以后強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，到一年以后可以趕上硅酸三鈣高的水泥。

鋁酸三鈣的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)很快，一般認(rèn)為，鋁酸三鈣主要對(duì)早期強(qiáng)度有利，但強(qiáng)度絕對(duì)值不高，而且后期強(qiáng)度增長(zhǎng)隨齡期延長(zhǎng)逐漸減少，甚至有倒縮現(xiàn)象。

關(guān)于鐵鋁酸四鈣的強(qiáng)度，目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)試驗(yàn)表明，鐵鋁酸四鈣不僅對(duì)早期強(qiáng)度有利，而且也有利于后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，其3 d，28 d抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)比硅酸二鈣和鋁酸三鈣高，其一年強(qiáng)度甚至還能超過(guò)硅酸三鈣。

作為調(diào)凝劑加入的石膏，也能改變水泥的強(qiáng)度。石膏對(duì)強(qiáng)度的影響受細(xì)度、鋁酸三鈣含量和堿含量等因素控制。當(dāng)加入適量的石膏時(shí)，有利于提高水泥的強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度，但石膏加入過(guò)多時(shí)，則會(huì)使水泥制品產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2.2 水泥細(xì)度

水泥的細(xì)度即水泥的粗細(xì)程度，水泥強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度和水泥的粗細(xì)程度有著十分密切的關(guān)系。如果水泥越細(xì)，顆粒分布范圍就越窄越均勻，其水化速度越快，而且水化反應(yīng)完全，水泥的強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度會(huì)越高。因此，應(yīng)適當(dāng)增大水泥細(xì)度，并且還能改善漿體泌水性、和易性和粘結(jié)力等施工性能。當(dāng)然也不是說(shuō)水泥越細(xì)就越好，如果水泥過(guò)細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越大，增大了硬化漿體結(jié)構(gòu)的孔隙率，從而引起強(qiáng)度下降。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)水泥細(xì)度的控制也是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。

2.3 施工條件

水泥石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與其施工過(guò)程密切相關(guān)。在施工過(guò)程中，水灰比、骨料級(jí)配、攪拌振搗的程度、養(yǎng)護(hù)溫度及是否用外加劑等對(duì)強(qiáng)度都有很大影響。

1)水灰比及密實(shí)程度。水泥的水化程度越高，單位體積內(nèi)水化產(chǎn)物就越多，水泥漿體內(nèi)毛細(xì)孔被水化產(chǎn)物填充的程度就高，水泥漿體的密實(shí)程度也就高些。許多研究表明，水泥石結(jié)構(gòu)中總孔隙率和大毛細(xì)孔減少時(shí)，其強(qiáng)度能得到較大程度的提高。

施工中攪拌與振搗是否充分，對(duì)漿體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度尤其是抗折強(qiáng)度有很大的影響。攪拌不充分，漿體內(nèi)組分產(chǎn)生所謂離析現(xiàn)象，導(dǎo)致水泥漿分布不均，從而降低了強(qiáng)度。而施工中振搗不夠充分，使?jié){體不夠致密而產(chǎn)生氣泡孔、微裂縫，對(duì)強(qiáng)度影響更大。減少微裂縫的數(shù)量和尺寸，增大水泥石的致密程度，使強(qiáng)度特別是抗折強(qiáng)度有較大的提高。

2)養(yǎng)護(hù)溫度。在水泥水化過(guò)程中，提高養(yǎng)護(hù)溫度，可以使早期強(qiáng)度得到較快發(fā)展，但后期強(qiáng)度，特別是抗折強(qiáng)度反而會(huì)降低。一些研究表明，高溫下水化造成強(qiáng)度降低的主要原因是由于在高溫下水化迅速，生成的凝膠等水化產(chǎn)物得不到充分的擴(kuò)散而均勻地沉析到水泥顆粒之間的空間中。這樣，凝膠分布稀疏的部位就成了結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)，從而影響強(qiáng)度的增強(qiáng)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在提高養(yǎng)護(hù)溫度的同時(shí)，必須使?jié){體保持濕潤(rùn)，否則水化將可能停止。一般宜用飽和或高壓飽和蒸汽養(yǎng)護(hù)。

3)外加劑。在現(xiàn)代建筑工程中，幾乎絕大部分混凝土及其制品中都采用外加劑。根據(jù)需要采用適當(dāng)?shù)耐饧觿?duì)水泥石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會(huì)有一定影響。如采用摻入適當(dāng)品種與摻量的減水劑，可使水灰比大幅度減小到0.25，穩(wěn)定地促進(jìn)強(qiáng)度的增長(zhǎng);采用早強(qiáng)劑可大幅度提高早期強(qiáng)度;而采用另外一些外加劑如引氣劑、膨脹劑、速凝劑等則可能會(huì)引起后期強(qiáng)度降低，故在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其摻加量。無(wú)論在水泥的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還是在施工中，我們都應(yīng)該注意影響水泥強(qiáng)度的這一系列因素，只有嚴(yán)格控制這些因素，才能保證水泥強(qiáng)度這項(xiàng)指標(biāo)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。