硅酸盐水泥的耐久性
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二.酸和酸性水侵蚀
1.侵蚀机理
物理溶析 化学溶解 2.影响酸性水侵蚀作用的因素 ⑴水中 H+ 离子的浓度 ⑵酸中阴离子的种类
无机酸：盐酸、硝酸等：形成可溶性钙盐，侵蚀性强。 磷酸：形成不溶性的钙盐，侵蚀慢。
有机酸：整体侵蚀程度不如无机酸强烈。 醋酸、蚁酸、乳酸：形成易溶钙盐， 草酸：形成不溶性钙盐。
渗透系数随龄期越小。
三.提高抗渗性的措施
1.适当降低水灰比 2.选用适当的骨料 3.施工中加强振捣，采用适宜的养护制度 4.外加剂（减水剂，引气剂）
§9.2 抗冻性 一.抗冻性的定义： 1.定义：硬化水泥浆体抵抗冻融循环的能力。
2.危害：冻融循环是寒冷地区混凝土，尤其是港口混凝土破坏 的主要原因之一。
三.碱集料反应的影响因素及防止措施
1.碱集料反应的影响因素
⑴ 水泥中的碱含量； ⑵ 活性集料含量及粒径； ⑶ 水含量。
2.防止碱集料反应的措施
⑴ 尽量降低水泥中碱含量； ⑵ 采取适当粒径的集料； ⑶ 降低活性集料含量； ⑷ 根据实际掺加适量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等。
§9.5 耐久性的改善途径 1.选择适当组成的水泥； 2.掺适量混合材料； 3.提高施工质量； 4.进行表面处理；
第九章 硅酸盐水泥的耐久性
本章主要内容 1.抗渗性
2.抗冻性 3.环境介质的侵蚀 4.碱-集料反应 5.耐久性的改善途径
耐久性: 硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳定质量和使用功能的性 质称为耐久性。
耐久性的因素: 抗渗性 抗冻性 对环境介质的抗蚀性 碱集料反应等。
§9.1抗渗性
一.定义：硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质进入内部的能力。
有害介质主要有： 流动水、溶液、气体等
渗透系数：
dq dt
=
kA
Δh l
式中
ε --总孔隙率；
γ --孔的水力半径； η --流体的粘度；
c --常数。
二. 影响抗渗性因素：
1.孔径尺寸 2.空隙率
可见，渗透系数主要决定于毛细孔率的大小，尤其是大毛细孔。 3.水灰比
水灰比越大，孔隙率越大，孔径尺寸越大，渗透系数越大。 一般认为，水灰比在 0.5 以下时，硬化水泥浆体的抗渗性较好。 4.水化龄期：
3.抗冻性的表示方法 以试块能经受-15℃和20℃的循环冻融而抗压强度降低不超过25%时的 最高次数来表示，如200次或300次冻融循环等。次数越多说明抗冻性越 好。
二.结冰的破坏机理
1.静水压理论
水结冰时体积增加，未冻水被迫向外流动，从而产生危害性静水 压力。
2.渗透压理论 凝胶水渗透入正在结冰的毛细孔内是引起冻融破坏的原因。
本章小节 通过本章学习，应理解并掌握确定凝结时间的意义和影响凝结时间的因 素；掌握水泥强度的产生、发展和影响因素；理解体积变化与水化热在 工程中所产生影响；了解抗渗性、抗冻性及环境介质对水泥耐久性的影 响机理。
Mg2+还会进入水化硅酸钙凝胶，使其胶结性能变差。
四.含碱溶液 1.化学侵蚀： 碱溶液与水泥石的组分起化学反应，生成胶结力不强、易为碱溶液溶析 的产物，代替了水泥石原有的结构组成。
2CaO·SiO2·nH2O +2NaoH→ 2Ca(OH)2+Na2SiO3+ (n-1) H2O 3CaO·AlO3·6H2O +2NaoH→ 3Ca(OH)2+Na2O·AlO3+ 4H2O
4CaO.Al2O3.19H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 8H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + Ca(OH )2
生成钙矾石体积增加 94%——硫铝酸盐侵蚀
• 镁盐腐蚀－双重腐蚀
MgSO4+Ca(OH)2+2H2O —— CaSO4.2H2O+Mg(OH)2
3CaO·2SiO2+3MgSO4+nH2O → 3[CaS04·2H2O]+ 3Mg(OH)2+2SiO2
Baidu Nhomakorabea
3.自然界中酸性水的侵蚀 ——碳酸侵蚀
侵蚀机理： Ca(OH)2+CO2
CaCO3+H2O
CaCO3+CO2+H2O
Ca(HCO3)2
水中的碳酸
平衡碳酸 结合碳酸 侵蚀性碳酸：超过了平衡碳酸量的部分
三.硫酸盐侵蚀（又称膨胀侵蚀）
1.侵蚀机理 Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaS04·2H20+2NaOH+8H2O 石膏析晶，体积增大 124%——石膏侵蚀）
淡水包括：雨水、雪水、内陆河水、湖水
腐蚀机理： Ca(OH)2 溶解度 1.2g/L 不饱水－水泥石中Ca(OH)2晶体逐渐溶出； 在静水、无水压下－溶液饱和－溶解作用停止； 在有压、流动的水下－ Ca(OH)2不断溶出并带走－并引起在一定碱度 下稳定的C-S-H的分解溶出－水泥石崩溃；
对抗渗性较好的水泥石溶出侵蚀很慢，可忽略。
2.结晶侵蚀： 由于孔隙中的碱液，因蒸发析晶产生结晶压力引起水泥石膨胀破坏。
• §9.4 碱集料反应
一. 定义及类型
1.碱集料反应：是指当水泥碱含量高时，在有水存在的条件下，水泥中 的碱与集料中的某些活性物质发生化学反应，从而导致水泥石产生膨胀 开裂而破坏的现象。
2.碱集料反应的类型 碱——氧化硅反应 碱——碳酸盐反应 碱——硅酸盐反应
三.影响抗冻性的因素 1.水泥品种与矿物组成 2.水灰比 3.养护龄期 4.孔结构 5.硬化浆体的充水程度
§9.3环境介质的侵蚀
对水泥耐久性有害的环境介质主要有： 淡水 酸和酸性水 硫酸盐溶液和碱溶液
一.淡水侵蚀（又称溶出性侵蚀）
淡水侵蚀是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水 流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。
二.碱集料反应的机理
碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高（R2O>0.6%），而同时集料中 含有活性SiO2时，碱就会与集料中的活性SiO2反应，形成碱性硅酸盐凝 胶。反应式如下：
活性SiO2+ 2mNaOH → mNaO¡¤SiO2¡¤nH2O
上式反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水性能，在积聚水分的过 程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。
1.侵蚀机理
物理溶析 化学溶解 2.影响酸性水侵蚀作用的因素 ⑴水中 H+ 离子的浓度 ⑵酸中阴离子的种类
无机酸：盐酸、硝酸等：形成可溶性钙盐，侵蚀性强。 磷酸：形成不溶性的钙盐，侵蚀慢。
有机酸：整体侵蚀程度不如无机酸强烈。 醋酸、蚁酸、乳酸：形成易溶钙盐， 草酸：形成不溶性钙盐。
渗透系数随龄期越小。
三.提高抗渗性的措施
1.适当降低水灰比 2.选用适当的骨料 3.施工中加强振捣，采用适宜的养护制度 4.外加剂（减水剂，引气剂）
§9.2 抗冻性 一.抗冻性的定义： 1.定义：硬化水泥浆体抵抗冻融循环的能力。
2.危害：冻融循环是寒冷地区混凝土，尤其是港口混凝土破坏 的主要原因之一。
三.碱集料反应的影响因素及防止措施
1.碱集料反应的影响因素
⑴ 水泥中的碱含量； ⑵ 活性集料含量及粒径； ⑶ 水含量。
2.防止碱集料反应的措施
⑴ 尽量降低水泥中碱含量； ⑵ 采取适当粒径的集料； ⑶ 降低活性集料含量； ⑷ 根据实际掺加适量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等。
§9.5 耐久性的改善途径 1.选择适当组成的水泥； 2.掺适量混合材料； 3.提高施工质量； 4.进行表面处理；
第九章 硅酸盐水泥的耐久性
本章主要内容 1.抗渗性
2.抗冻性 3.环境介质的侵蚀 4.碱-集料反应 5.耐久性的改善途径
耐久性: 硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳定质量和使用功能的性 质称为耐久性。
耐久性的因素: 抗渗性 抗冻性 对环境介质的抗蚀性 碱集料反应等。
§9.1抗渗性
一.定义：硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质进入内部的能力。
有害介质主要有： 流动水、溶液、气体等
渗透系数：
dq dt
=
kA
Δh l
式中
ε --总孔隙率；
γ --孔的水力半径； η --流体的粘度；
c --常数。
二. 影响抗渗性因素：
1.孔径尺寸 2.空隙率
可见，渗透系数主要决定于毛细孔率的大小，尤其是大毛细孔。 3.水灰比
水灰比越大，孔隙率越大，孔径尺寸越大，渗透系数越大。 一般认为，水灰比在 0.5 以下时，硬化水泥浆体的抗渗性较好。 4.水化龄期：
3.抗冻性的表示方法 以试块能经受-15℃和20℃的循环冻融而抗压强度降低不超过25%时的 最高次数来表示，如200次或300次冻融循环等。次数越多说明抗冻性越 好。
二.结冰的破坏机理
1.静水压理论
水结冰时体积增加，未冻水被迫向外流动，从而产生危害性静水 压力。
2.渗透压理论 凝胶水渗透入正在结冰的毛细孔内是引起冻融破坏的原因。
本章小节 通过本章学习，应理解并掌握确定凝结时间的意义和影响凝结时间的因 素；掌握水泥强度的产生、发展和影响因素；理解体积变化与水化热在 工程中所产生影响；了解抗渗性、抗冻性及环境介质对水泥耐久性的影 响机理。
Mg2+还会进入水化硅酸钙凝胶，使其胶结性能变差。
四.含碱溶液 1.化学侵蚀： 碱溶液与水泥石的组分起化学反应，生成胶结力不强、易为碱溶液溶析 的产物，代替了水泥石原有的结构组成。
2CaO·SiO2·nH2O +2NaoH→ 2Ca(OH)2+Na2SiO3+ (n-1) H2O 3CaO·AlO3·6H2O +2NaoH→ 3Ca(OH)2+Na2O·AlO3+ 4H2O
4CaO.Al2O3.19H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 8H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O + Ca(OH )2
生成钙矾石体积增加 94%——硫铝酸盐侵蚀
• 镁盐腐蚀－双重腐蚀
MgSO4+Ca(OH)2+2H2O —— CaSO4.2H2O+Mg(OH)2
3CaO·2SiO2+3MgSO4+nH2O → 3[CaS04·2H2O]+ 3Mg(OH)2+2SiO2
Baidu Nhomakorabea
3.自然界中酸性水的侵蚀 ——碳酸侵蚀
侵蚀机理： Ca(OH)2+CO2
CaCO3+H2O
CaCO3+CO2+H2O
Ca(HCO3)2
水中的碳酸
平衡碳酸 结合碳酸 侵蚀性碳酸：超过了平衡碳酸量的部分
三.硫酸盐侵蚀（又称膨胀侵蚀）
1.侵蚀机理 Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaS04·2H20+2NaOH+8H2O 石膏析晶，体积增大 124%——石膏侵蚀）
淡水包括：雨水、雪水、内陆河水、湖水
腐蚀机理： Ca(OH)2 溶解度 1.2g/L 不饱水－水泥石中Ca(OH)2晶体逐渐溶出； 在静水、无水压下－溶液饱和－溶解作用停止； 在有压、流动的水下－ Ca(OH)2不断溶出并带走－并引起在一定碱度 下稳定的C-S-H的分解溶出－水泥石崩溃；
对抗渗性较好的水泥石溶出侵蚀很慢，可忽略。
2.结晶侵蚀： 由于孔隙中的碱液，因蒸发析晶产生结晶压力引起水泥石膨胀破坏。
• §9.4 碱集料反应
一. 定义及类型
1.碱集料反应：是指当水泥碱含量高时，在有水存在的条件下，水泥中 的碱与集料中的某些活性物质发生化学反应，从而导致水泥石产生膨胀 开裂而破坏的现象。
2.碱集料反应的类型 碱——氧化硅反应 碱——碳酸盐反应 碱——硅酸盐反应
三.影响抗冻性的因素 1.水泥品种与矿物组成 2.水灰比 3.养护龄期 4.孔结构 5.硬化浆体的充水程度
§9.3环境介质的侵蚀
对水泥耐久性有害的环境介质主要有： 淡水 酸和酸性水 硫酸盐溶液和碱溶液
一.淡水侵蚀（又称溶出性侵蚀）
淡水侵蚀是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水 流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。
二.碱集料反应的机理
碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高（R2O>0.6%），而同时集料中 含有活性SiO2时，碱就会与集料中的活性SiO2反应，形成碱性硅酸盐凝 胶。反应式如下：
活性SiO2+ 2mNaOH → mNaO¡¤SiO2¡¤nH2O
上式反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水性能，在积聚水分的过 程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。