1、第第11 11章章 硅酸鹽水泥的耐久性硅酸鹽水泥的耐久性耐久性：耐久性：硬化水泥漿體結構在一定環境條件下長期保持穩定質量和使用功能的性質。影響耐久性的因素影響耐久性的因素 抗滲性 抗凍性 抗蝕性 堿集料反應11.1 11.1 抗滲性抗滲性 1 1、定義、定義 硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質滲透的能力。 有害介質有害介質 流動水、溶液、氣體等孔隙和裂縫（連通）連通）LhKAdtdq2rCKdq/dt滲水速率；A試件橫截面積；h作用于試件兩側的壓力差；L試件厚度；K滲透系數總孔隙率；r孔的水力半徑；流體粘度；C常數 抗滲性的大小以滲透系數K表示抗滲性的高低，K值越小越好。 （1）孔隙大小： K

2、 r2 （2）空隙率： K 小于1微米的孔隙、凝膠孔對抗滲透性幾乎沒有影響 滲透系數主要決定于毛細毛細孔率孔率的大小，尤其是大毛細孔。 1 1）水灰比）水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，毛細孔尺寸越大，而且基本聯通，滲透系數越大。 2 2）水泥水化程度）水泥水化程度 齡期越長，水化產物增多，毛細管變得細小，互不連通，滲透系數越小。2 2、影響因素、影響因素3、提高抗滲性的措施 1）適當降低水灰比 2）細化骨料過渡區 3）施工中加強振搗，采用適宜的養護制度。 4）外加劑（減水劑，引氣劑）11.2 抗凍性抗凍性 1 1、定義、定義 硬化水泥漿體抵抗凍融循環的能力。 2 2、危害、危害 凍融循環是寒冷

3、地區混凝土，尤其是港口混凝土破壞的主要原因之一。 3 3、原理、原理 材料有孔且孔隙含水 水冰體積膨脹9，結冰壓力高達100MPa，當結冰壓力超過材料的抗拉強度時，材料開裂。裂縫的增加進一步增加了材料的飽水程度，飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞。反復凍融循環最終材料崩潰 化合水不結冰化合水不結冰 吸附水吸附水 結冰，影響抗凍性結冰，影響抗凍性 自由水自由水凝膠水毛細水-78-78才結冰才結冰硬化水泥漿體中水的冰點受水成分和孔徑大小的硬化水泥漿體中水的冰點受水成分和孔徑大小的影響，孔徑越小，冰點越低。影響，孔徑越小，冰點越低。 結晶壓力理論 凈水壓理論 水結冰體積增加，未凍水被迫流動產生靜水壓

4、。氣孔存在可緩解。 滲透壓理論 毛細孔中水部分結冰，未凍水溶液濃度增大，膠凝孔中水溶液濃度不變；濃度差引起滲透壓，造成膨脹。4 4、抗凍性表示方法、抗凍性表示方法 以試塊能經受-15和20的循環凍融而抗壓強度損失率小于25%時的最高凍融循環次數表示。次數越多，抗凍性越好。5 5、影響抗凍性的因素、影響抗凍性的因素 1 1）礦物組成）礦物組成 增加C3S含量，適當增加水泥中石膏摻入量，可以改善抗凍性。（實際上水泥組成與抗凍性關系較少） 2 2）水泥強度）水泥強度 其他條件相同時，水泥的強度越高，漿體抵抗結冰時膨脹應力的能力就越強，其抗凍性越好。 3 3）水灰比）水灰比 水灰比越小，硬化水泥漿體中

5、毛細孔率越小，孔徑尺寸越小，抗凍性越好。 4 4）防止過早受凍）防止過早受凍 5 5）外加劑）外加劑 引氣劑，減水劑、防凍劑 11.3 11.3 環境介質的侵蝕環境介質的侵蝕 對水泥耐久性有害的環境介質1 ）淡水2 ）酸和酸性水3 ）硫酸鹽溶液和堿溶液 （漿體組分的溶解和浸析；離子交換反映；形成膨脹性產物）（漿體組分的溶解和浸析；離子交換反映；形成膨脹性產物）侵蝕機理侵蝕機理 雨水、雪水、冰川水（軟水） 水泥石中Ca(OH)2溶出； 水量不多溶液飽和溶解作用停止； 流動的水 Ca(OH)2不斷溶出并帶走水化硅酸鹽、水化硫酸鹽分解形成低堿性水化產物轉化為無膠結能力的硅膠、鋁膠等。 對抗滲性較好的

6、水泥石溶出侵蝕很慢，可忽略。一、漿體組分的溶解和浸析 1、形成可溶性鈣鹽 鹽酸、硫酸、硝酸、醋酸、蟻酸、乳酸、氯化銨和硫酸銨等與氫氧化鈣反應，形成可溶性鈣鹽，侵蝕性較強。 碳酸 Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2 結合的碳酸、平衡的碳酸、侵蝕的碳酸 水的暫時硬度越大，平衡碳酸較多，侵蝕性小；暫時硬度大水中所含Ca(HCO3)2會同Ca(OH)2反應形成碳酸鈣堵塞毛細孔。二、離子交換反應二、離子交換反應 2、形成不溶性鈣鹽 草酸、酒石酸、氫氟酸及磷酸等于氫氧化鈣反應形成不溶又不膨脹的鈣鹽，危害不大。 3、鎂鹽侵蝕 氯化鎂、硫酸鎂或碳酸

7、氫鎂與氫氧化鈣反應形成可溶性鈣鹽。水化硅酸鈣不斷析出Ca(OH)2。2222224224Mg(OH)CaClCa(OH)MgClMg(OH)O2HCaSOO2HCa(OH)MgSOaq2SiOMg(OH)3O)2HCaSO( 3OH3MgSOaq2SiO3CaO2224242n三、形成膨脹性產物 22432224232Ca(OH)O32H3CaSOOAl3CaOO8HO)2H3(CaSOO19HOAl4CaO1、硫酸鹽侵蝕 Ca(OH)2+Na2SO410H2OCaSO42H2O+2NaOH+8H2O析晶，體積增大124%，（石膏侵蝕）。如果不析晶，發生如下反應（硫鋁酸鹽侵蝕），體積膨脹94%

8、。硫酸鎂硫酸鎂腐蝕雙重腐蝕 MgSO4+Ca(OH)2CaSO4.2H2O+Mg(OH)2 Mg2+還會進入水化硅酸鈣凝膠，使其膠結性能變差。 2、鹽類結晶膨脹 水泥石孔中鹽類結晶 強堿侵蝕(同時結晶膨脹)O1)H-(nNaSiO(OH)22NaOHOHSiO2CaO23222CanO4HOAlONa(OH)32NaOHOH6OAl3CaO23222232Ca生成膠結力弱易為堿溶液析出的產物，同時產生結晶膨脹11.4 11.4 堿集料反應堿集料反應 堿集料反應是指當水泥堿含量高時，在有水存在的條件下，水泥中的堿與集料中的某些活性物質發生化學反應，從而導致水泥石產生膨脹開裂而破壞的現象。 堿氧化

9、硅反應 堿碳酸鹽反應一、堿-氧化硅反應 水泥中堿含量較高，且集料中又含有活性SiO2時，堿會與活性SiO2反應，形成堿性硅酸鹽凝膠。 反應式如下 活性活性SiOSiO2 2+2mNaOHmNa+2mNaOHmNa2 2OOSiOSiO2 2nHnH2 2OO 反應生成的堿性硅酸鹽凝膠堿性硅酸鹽凝膠有相當強的吸水能力，在積聚水分的過程中產生膨脹而將硬化漿體結構脹裂破壞。 上述反應通常很慢，要經過相當長的時間后才明顯出現。 膨脹壓理論 滲透壓理論 1）水泥中堿含量，0.6%以下安全； 2）活性集料的顆粒粒徑，中間粒徑膨脹最大； 3）活性骨料含量（最危險含量）；摻適量活性材料可抑制堿集料反應； 3）

10、水的存在是發生堿骨料反應的必要條件。影響因素影響因素二、堿-碳酸鹽反應 細粒狀泥質白云石巖 含4060%白云石、520%包括伊利石及其類似粘土等酸不溶物。 CaMg(CO3)2+2ROHCaCO3+Mg(OH)2+R2CO3 R2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3+2ROH 粘土質礦物暴露，吸水膨脹或通過粘土膜產生滲透壓，造粘土質礦物暴露，吸水膨脹或通過粘土膜產生滲透壓，造成破壞成破壞11.5 改善水泥石耐久性的途徑改善水泥石耐久性的途徑 1、提高密實性、改善孔結構 抗滲性強，外部介質（硫酸鹽、淡水）不易進入 1）正確設計混凝土配合比，保證足夠水泥用量，適當降低水灰比，仔細選擇集料級配，講

11、究施工質量 2）加入適量引氣劑，形成相互分離的微氣孔，提高抗凍性2 改變熟料礦物組成1）降C3A，增C4AF；提高抗硫酸鹽性能 水化硫鐵鋁酸鈣或其與硫鋁酸鈣的固溶體為隱晶質成凝膠狀析出，且分布均勻，膨脹性遠較鈣礬石小 水化鐵酸鈣還會在水化鋁酸鈣周圍形成保護膜 低C3A含量水泥不存在AFm（石膏充足時），因而不會由AFm與硫酸鹽作用形成AFt而造成膨脹2）減少C3S，提高抗水性3）高鋁熟料應急冷；高鐵熟料急冷時，抗硫酸鹽性能反而變差。 由玻璃體水化所得水化鋁酸鈣與水化鐵酸鈣的固溶體C3(A,F)H6以及水化石榴石抗硫酸鹽性能好 鐵鋁酸鹽的晶體更加耐硫酸鹽4）C3S含量不能太低，否則早期強度過低3 摻加混合材料 1）形成低鈣硅比C-S-H，與其平衡石灰濃度低，抗淡水溶析性好； 2）水化鋁酸