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特种水泥的开发和应用研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2018/9/13 8:42:24  

摘要:水泥是一种良好的胶凝材料,广泛应用于道路、水利水电、市政、港口、岩土、桥梁、军事、国防等工程当中,并具有强度高、抗冻性好、耐久性强的特点。未来,建筑业不仅需要大量的高强度水泥,还需要大量具有各种特殊功能的水泥材料。

关键词:土木工程;特性水泥;混凝土;

1特性水泥开发的重要性

水泥的种类多种多样。依照水泥的组成成分分类,可将水泥分为硅酸盐水泥、铁铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥和铝酸盐类水泥四类。水泥根据其用途和功能可分为三种类型:通用水泥、特性水泥及专用水泥三类。普通硅酸盐水泥是土木工程中最常见的水泥类型,也被称为波特兰水泥。水泥是国民经济中最基本的原材料,经济建设与水泥工业的发展密不可分。从长远来看,人类文明中最重要的建筑材料仍将是水泥。水泥是混凝土的重要组成部分之一,其基本性能对混凝土的性能有重要影响。混凝土的设计强度等级应与水泥强度等级的选择相一致。随着土木工程技术和标准的提高,对特性水泥的需求也在不断增加。

2特性水泥的类型

2.1快硬水泥

目前,中国主要生产和使用的快硬水泥包括快硬硅酸盐水泥,氟铝酸盐快硬水泥和硫铝酸盐快硬水泥。。快硬水泥的凝固时间与普通水泥相仿,然而,初始冷凝和最终冷凝具有较短的时间间隔,并且快硬水泥的早期强度增加的较快,后期强度将随时间的推移而继续增加。近些年来,水泥在高强度和快硬度的发展方面取得了重大进展和突破。

随着现代建筑工程的发展,在低温建筑工程、应急修复工程等许多特殊情况下,水泥往往要求具有较高的早期强度、快速硬化、凝结时间可任意调整等特性。此外,在高标号混凝土预制件的生产中,使用快速硬化水泥,能够消除蒸汽养护过程的工艺流程,能够大大缩短脱模所花费的时间,具有良好社会经济效益。高强度混凝土也可以用快硬水泥作为原料配置。但是,由于高强度水泥在水化阶段水化热较大,因此并不适合大型混凝土工程,如大坝、大型构筑物等。

2.2抗硫酸盐硅酸盐水泥

由国家标准GB748定义。根据水泥抵抗硫酸盐侵蚀的程度,可将耐硫酸盐硅酸盐水泥可分为两种类型:高抗硫酸盐硅酸盐水泥和中等抗硫酸盐硅酸盐水泥。“使用合适的波特兰水泥熟料,由适量石膏制成,并具有耐中等浓度硫酸根离子腐蚀的水硬性水泥质材料,称为中阻硫酸盐水泥。由适量石膏制成,并具有耐高浓度硫酸根离子腐蚀的水硬性水泥质材料,称为高抗硫酸盐水泥”。

在技术要求方面,高抗硫水泥和中抗硫水泥基本上与普通水泥相同,但在矿物成分方面却有不同的要求。在中抗硫类型的水泥中,C3S和C3A的质量分数分别不该超过55.0%和5.0%;在高抗硫水泥中,C3S和C3A的质量分数分别不应超过50.0%和3.0%。高抗硫水泥和中抗硫水泥的烧矢量应小于3.0%,水泥中的含量应小于2.5%。水泥的比表面积不应小于285/kg。抗硫酸盐水泥的各个龄期的强度也应符合国家规定的标准要求。

抗硫酸盐水泥通常适用于各种工程设施,如涵洞、地下空间、港口、桥梁道路和被硫酸盐侵蚀的水利设施等。

2.3土聚水泥

近年来,土聚水泥成为国际社会上着手研究并发展的重点对象,土聚水泥是一种新型的无极胶凝材料,与传统的波特兰水泥不同,它是一种高性能的碱活化水泥。其原料是含高岭石的粘土,经低温工艺煅烧后最终转化为变高岭石,具有无定形结构和高火山灰活性。经过水泥中添加的促进剂和碱性活化剂的相互作用,硅-铝氧化物经历了从解聚到再聚合的过程,逐渐形成了铝硅酸盐网络结构,和地壳中某些天然矿物的结构相近。

经实验表明,土聚水泥的物理性能要远远强于水泥和玻璃,与陶瓷、钢材等金属材料的优良性能相仿,具有良好的耐久性和耐磨性。与传统水泥相比,其耐火性更胜一筹,隔热效果更好。随着时代的发展和技术的提高,由于在耐磨性、耐久性及强度方面的诸多优点,土聚水泥逐渐受到世界各个国家的应用和推广,土聚水泥越来越得到建筑行业的关注。它为人们提供了新的灵感,即新的生产方法和新材料可用于获得所需的水泥材料。让人扼腕的是,土聚水泥刚刚在中国开始起步,国内几乎没有相关的研究。因此,我们必须加大对这一领域的研究和投入,加大对这类新型胶凝材料的重视力度,努力赶超国内研发水平,赶上国际水平,进一步发挥土聚水泥的优良性能,实现弯道超车,将土聚水泥发展成为国内广泛使用的水泥,应用于新世纪国家的各种工程之中。

2.4中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥

中热硅酸盐水泥是一种水硬性胶结材料,具有中等的水化热,与适量的研磨石膏和波特兰水泥熟料的适当组分混合,称为中热水泥。其中,铝酸三钙的含量在中热硅酸盐水泥中应低于6.0%,硅酸三钙的含量在中热硅酸盐水泥中应低于55.0%,氧化钙的含量应低于1.0%。

低热硅酸盐水泥是水化胶凝材料中的一种,具有低水化热,是适量的研磨石膏和波特兰水泥熟料掺混而成的混合物。其中,铝酸三钙在低热硅酸盐水泥中的含量应低于6.0%,硅酸二钙的含量在低热硅酸盐水泥中应低于40.0%,氧化钙的含量应低于1.0%。

低热渣硅酸盐水泥是水化胶结材料类型之一,具有低水化热是细磨石膏,波特兰水泥熟料和矿渣的混合物,被称为低热矿渣水泥。其中,铝酸三钙的含量在低热渣硅酸盐水泥中应低于8.0%,游离氧化钙的含量在低热渣硅酸盐水泥中不应低于1.2%,氧化镁的质量分数在低热渣硅酸盐水泥中应低于5.0%,矿渣的混合质量为水泥质量的20%~30%左右,并且容许用粉煤灰和粒化电炉磷渣替代高炉矿渣,但不应超过混合材料总体质量的50%。

在实际中,减缓水泥放热速率和降低水化热的方法有许多,应用最为广泛的是选择合适的研磨细度和熟料矿物的适当组成比,亦或者在水泥中再掺入其他适量的混合材料。决定水合热和热释放速率的主要因素是熟料的矿物组成。

三种类型的水泥都是低水化热的水泥类型,适用于浇筑大型混凝土工程,如水坝和大型结构。因此,合理控制水泥低热和中热水泥的比例在建筑中变得越来越重要。

2.5低热微膨胀水泥

以颗粒状高炉矿渣为主要成分,加入适量的磨料石膏和波特兰水泥熟料,研磨成具有微膨胀性和低水化热的水硬性胶凝材料,称为低热微膨胀水泥。由国家标准GB2938-2008《低热微膨胀水泥》定义,其强度等级为32.5级;水化热三天不应大于185kJ/kg,七天不应大于220kJ/kg;低热微膨胀水泥的一天线膨胀率不应小于0.06%,七天的线膨胀率不应小于0.12%,二十八天线膨胀率不应大于0.60%。

水化热较低是低热微膨胀水泥的特性之一,并且具备较好的抗渗性和微膨胀性,因此可应用于水利大坝等大型混凝土工程中。

主要有三种制备膨胀水泥的方法:

一是在水泥中加入适量的氧化钙(生石灰),氧化钙必须在特定温度下锻烧制得,水化过程中,氧化钙的体积会产生一定膨胀。锻烧时,通常将CaO的温度控制在1150℃~1250℃左右。

二是在水泥中掺入适量的氧化镁(菱苦土),氧化镁必须在特定温度下缎烧制成,,水化过程中,氧化镁的体积会有一定的膨胀。锻烧时,通常将MgO的温度控制在900℃~9500℃左右。

三是在水泥浆的水合和硬化过程中,在一定时间内形成钙矾石,使浆料具有一定的体积膨胀。

在实际生产中,钙矾石作为膨胀源广泛应用于各种膨胀水泥。

2.6油井水泥

油井水泥是特种水泥种类之一,被广泛应用于天然气井和油井等固井工程当中。其主要功能是密封套管和周围岩层,防止分离层中的天然气、油层和水层相互串联,从而在井里形成从油层到地面的良好绝缘的油流通道。水硬硅酸钙熟料、适量的石膏和适当的助磨剂是组成油井水泥的主要成分。油井水泥在使用过程中具有一定的特殊要求:在注入水泥浆期间,应保持水泥浆具有良好的密度,一定的流动性也是水泥浆必须具备的。

在将水泥浆注入井中后,应当尽快控制水泥浆冷凝,并在较短的时间里达到较高的强度水平。水泥浆经过硬化后,具有良好的物理和力学性能,在抗腐蚀性,抗渗透性和稳定性方面大大提高。

3结语

水泥是最重要和最广泛使用的水泥材料之一,并且具有十分重要的地位。它是土木工程主要原材料的基础。近些年来,随着中国建筑材料技术不断提升,将继续发展特种水泥的各种特性和适合各种特殊项目的专用水泥,逐步克服传统普通水泥在使用中的各种缺点,丰富特种水泥新的特性,扩展特种水泥的使用领域,将中国水泥行业水平和建材行业跃上一个新台阶。

参考文献

[1]陈东.环保且耐用的新型水泥问世[J].功能材料信息,2010(Z1).

[2]陈瑞,余慧平.浅析新型水泥的开发与应用[J].科技与企业.2012(11).

[3]韩仲琦.水泥和粉体—制备、改性与应用[M].北京:化学工业出版社,2006:217-251.

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