1.2.3 特性水泥
1.2.3.1 抗硫酸盐硅酸盐水泥
以适当成分的硅酸盐水泥熟料,加入适量石膏,磨细制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料,称为抗硫酸盐硅酸盐水泥。抗硫酸盐硅酸盐水泥又根据抵抗硫酸盐浓度的不同分为中抗硫酸盐硅酸盐水泥(简称中抗硫水泥,代号P.MSR)和高抗硫酸盐硅酸盐水泥(简称高抗硫水泥,代号P.HSR)。
中抗硫水泥和高抗硫水泥按其强度分为425、525两个标号。抗硫水泥一般能抵抗浓度不超过2500mg/L的纯硫酸盐的腐蚀,而高抗硫水泥一般可抵抗浓度不超过8000mg/L的纯硫酸盐的腐蚀。它们主要用于受到硫酸盐侵蚀的海港、水利、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程部位。
1.2.3.2 白色及彩色硅酸盐水泥
1. 白色硅酸盐水泥
由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏,经磨细制成的水硬性胶凝材料,称为白色硅酸盐水泥(简称白水泥),见图1.17。磨细时可加入5%以内的石灰石或窑灰。
图1.17 袋装白色水泥
白水泥系采用含极少量着色物质的原料,如纯净的高岭土、纯石英砂、纯石灰石或白垩等,在较高温度(1500～1600℃)烧成以硅酸盐为主要成分的熟料。为了保持其白度,在煅烧、粉磨和运输时均应防止着色物质混入,常采用天然气、煤气或重油作燃料,在球磨机中用硅质石材或坚硬的白色陶瓷作为衬板及研磨体。白水泥用于外墙装饰见图1.18。
图1.18 白色水泥用于外墙装饰
白水泥的很多技术性质与普通水泥相同,按照《通用硅酸盐水泥》 (GB175—2007)规定：氧化镁含量不得超过4.5%。而对三氧化硫含量、细度、安定性要求与普通硅酸盐水泥相同。初凝不得早于45min,终凝不得迟于12h。白水泥按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分为32.5、42.5、52.5、62.5四个强度等级。
2. 彩色硅酸盐水泥
彩色硅酸盐水泥,简称彩色水泥。按其生产方法可分为两类：一类是在白水泥的生料中加入少量金属氧化物,直接烧成彩色水泥熟料,然后再加入适量石膏磨细制成。另一类是采用白色硅酸盐水泥熟料、适量石膏和耐碱矿物颜料共同磨细而制成。
耐碱矿物颜料对水泥不起有害作用,常用的有：氧化铁(红、黄、褐、黑色)、氧化锰(褐、黑色)、氧化铬(绿色)、赭石(赭色)、群青(蓝色)以及普鲁士红等。
白色和彩色硅酸盐水泥,主要用于建筑物内外的表面装饰工程中,如地面、楼面、楼梯、墙、柱及台阶等,可做成水泥拉毛、彩色砂浆、水磨石、水刷石、斩假石等饰面,也可用于雕塑及装饰部件或制品见图1.19和图1.20。使用白色或彩色硅酸盐水泥时,应以彩色大理石、石灰石、白云石等彩色石子或石屑和石英砂作粗细骨料。制作方法可以在工地现场浇制,也可在工厂预制。
图1.19 彩色水泥的用途——地面装饰
图1.20 彩色水泥的用途——彩色混凝土
1.2.3.3 道路硅酸盐水泥
由道路水泥熟料,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(以下简称道路水泥)。
道路水泥的技术性质应符合国家标准《道路硅酸盐水泥》 (GB13693—2005)的规定：道路水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于5.0%,铁铝酸四钙的含量不得小于16.0%。初凝不得早于1h,终凝不得迟于10h。28d的干缩率不得大于0.10%。其耐磨性以磨损量表示,不得大于3.60kg/m2。其他技术性质如细度、氧化镁、三氧化硫含量、体积安定性的要求同普通水泥。道路水泥分为42.5、52.5、62.5三个强度等级。
道路水泥早期强度较高,干缩值小,耐磨性好,适用于修筑道路路面和飞机场地面,也可用于一般土建类工程中。
1.2.3.4 快硬高强型水泥
随着建筑业的发展,高强、早强类混凝土的应用量日益增加,快硬高强型水泥的品种与产量也随之增多,这类水泥最大的特点就是凝结硬化速度快,早期强度高,有些品种还具有一定的抗渗和抗硫酸盐腐蚀的能力。在工程中主要应用于有快硬、早强、高强、抗渗和抗硫酸盐腐蚀要求的工程部位。目前,我国快硬、高强水泥已有5个系列,近10个品种,是世界上少有的品种齐全的国家之一。下面介绍几种典型的快硬高强水泥。
1. 快硬硅酸盐水泥
以硅酸钙为主要成分的水泥熟料,加入适量石膏,经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料,均称为快硬硅酸盐水泥,简称快硬水泥。熟料中硬化最快的矿物成分是铝酸三钙和硅酸三钙。制造快硬水泥时,应适当提高它们的含量,通常硅酸三钙为50%～60%,铝酸三钙为8%～14%,铝酸三钙和硅酸三钙的总量应不少于60%～65%。为加快硬化速度,可适当提高水泥的粉磨细度。快硬水泥以3d强度确定其强度等级。
快硬水泥主要用于配制早强混凝土,适用于紧急抢修工程和低温施工工程。
2. 快硬高强铝酸盐水泥
以铝酸钙为主要成分的熟料,加入适量的硬石膏,磨细制成的具有快硬高强性能的水硬性胶凝材料,均称为快硬高强铝酸盐水泥。其强度增进率较快,早期(1d)的强度就达到很高的水平。
快硬高强铝酸盐水泥适用于早强、高强、抗渗、抗腐蚀及抢修等特殊工程。为了发挥该水泥的快硬高强的特性,在配制混凝土时,每1m3混凝土的水泥用量不小于300kg,砂率控制在30%～34%,坍落度以20～40mm 为宜。
3. 快硬硫铝酸盐水泥
以适当成分的生料,烧成以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料,加入适量石膏和0～10%的石灰石,磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料,称为快硬硫铝酸盐水泥,代号R.SAC。
快硬硫铝酸盐水泥具有快凝、早强、不收缩的特点,可用于配制早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀的混凝土,适用于负温施工(冬季施工),浆锚、喷锚支护、抢修、堵漏工程及一般建筑工程。由于这种水泥的碱度低,适用于玻璃纤维增强水泥制品,但碱度低易使钢筋锈蚀,使用时应予注意。
4. 快硬铁铝酸盐水泥
以适当成分的生料,经煅烧所得以无水硫铝酸钙、铁相和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料,加入适量石膏和0～10%的石灰石,磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料,称为快硬铁铝酸盐水泥,代号R.FAC。
快硬铁铝酸盐水泥适用于要求快硬、早强、耐腐蚀、负温施工的海工、道路等工程。
1.2.3.5 砌筑水泥
凡由一种或一种以上的水泥混合材料,加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏,经磨细制成的和易性较好的水硬性胶凝材料,称为砌筑水泥,代号M。水泥中混合材料掺加量按重量百分比计应大于50%,允许掺入适量的石灰石或窑灰。水泥中混合材料掺加量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。根据国家标准《砌筑水泥》 (GB/T3183—2003),砌筑水泥分为12.5、17.5及22.5三个强度等级,其中7d抗压强度分别不低于7.0MPa及10.0MPa,28d抗压强度分别不低于12.5MPa及22.5MPa。
砌筑水泥的主要特点是凝结硬化慢、强度低,它是一种低强度水泥,但具有良好的和易性和保水性。主要用于配制建筑用的砌筑砂浆和内墙抹面砂浆,不能用于钢筋混凝土中,做其他用途时必须通过试验来决定。
1.2.3.6 大坝水泥
大坝水泥有硅酸盐大坝水泥(俗称纯大坝水泥)、普通硅酸盐大坝水泥(简称普通大坝水泥)和矿渣硅酸盐大坝水泥(简称矿渣大坝水泥)三种。这三种水泥最大的特点就是水化热低,适用于要求水化热较低的大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土工程中。对于大体积混凝土构件,由于其体积较大,混凝土浇筑后所产生的水化热易积聚在内部,导致内部温度很快上升,使得构件内外部产生较大的温差,引起温度应力,最终可导致混凝土产生温度裂缝,因此水化热对大体积混凝土是一个非常有害的因素。在大体积混凝土工程中,不宜采用水化热较高的水泥品种。
1.2.3.7 膨胀型水泥
一般的水泥品种,在凝结硬化后体积都有一定程度的收缩,很容易在水泥石中产生收缩裂缝,而膨胀型水泥在凝结硬化后会产生体积膨胀,这种特性可减少和防止混凝土的收缩裂缝,增加密实度,也可用于生产自应力水泥砂浆或混凝土。
膨胀型水泥适用于补偿收缩混凝土结构工程,防渗抗裂混凝土工程,补强和防渗抹面工程,大口径混凝土管及其接缝,梁柱和管道接头,固接机器底座和地脚螺栓,见图1.21。
图1.21 膨胀水泥
1.2.3.8 铝酸盐水泥
铝酸盐水泥是以铝矾土和石灰石为原料,经煅烧制得的以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料,再磨制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥常为黄或褐色,也有呈灰色的。铝酸盐水泥的主要矿物成分为铝酸一钙(CaO·Al2O3,CA)及其他的铝酸盐,以及少量的硅酸二钙(2CaO·SiO2)等。
根据国家标准《铝酸盐水泥》(GB201—2000)的规定：铝酸盐水泥的密度和堆积密度与普通硅酸盐水泥相近。其细度为比表面积≥300m2/kg或45μm 筛筛余≤20%。铝酸盐水泥分为CA-50、CA-60、CA-70、CA-80四个类型,各类型水泥的凝结时间和各龄期强度不得低于标准的规定。
铝酸盐水泥凝结硬化速度快。1d强度可达最高强度的80%以上,主要用于工期紧急的工程,如国防、道路和特殊抢修工程等。
铝酸盐水泥水化热大,且放热量集中。1d内放出的水化热为总量的70%～80%,使混凝土内部温度上升较高,即使在-10℃下施工,铝酸盐水泥也能很快凝结硬化,可用于冬季施工的工程。
铝酸盐水泥在普通硬化条件下,由于水泥石中不含铝酸三钙和氢氧化钙,且密实度较大,因此具有很强的抗硫酸盐腐蚀作用。
铝酸盐水泥具有较高的耐热性。如采用耐火粗细骨料(如铬铁矿等)可制成使用温度达1300～1400℃的耐热混凝土。
但铝酸盐水泥的长期强度及其他性能有降低的趋势,长期强度约降低40%～50%,因此铝酸盐水泥不宜用于长期承重的结构及处在高温高湿环境的工程中,它只适用于紧急军事工程(筑路、桥)、抢修工程(堵漏等)、临时性工程,以及配制耐热混凝土等。
另外,铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝,而且由于生成高碱性的水化铝酸钙,使混凝土开裂,甚至破坏。因此施工时除不得与石灰或硅酸盐水泥混合外,也不得与未硬化的硅酸盐水泥接触使用。