水泥基材料的收缩及防止措施

硅酸盐水泥的耐久性

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。

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

渗水速率：

式中： ——渗水速率（mm3/s ）；

A ——试件的横截面面积（mm2）；

⊿h ——作用于试件两侧的水压差（mm 水柱）；

L ——试件厚度（ mm ）；

k ——渗透系数（ mm/s ）。

由上式可知，当试件尺寸和两侧水压差一定时，渗水速率和渗透系数成正比，所以，常用渗透系数k 表示抗渗性的高低。

渗透系数：

式中 --总孔隙率；

--孔的水力半径；

--流体的粘度；

--常数。

三.提高抗渗性的措施

¡¤适当降低水灰比 dq dt h kA l ∆=2

k c εγη=

¡¤选用适当的骨料

¡¤施工中加强振捣，采用适宜的养护制度。

¡¤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。

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。

什么样的情况才会发生冻融破坏？

•抗冻性取决于孔隙率、孔隙特征及充水程度。

水

粗大孔隙

闭口孔隙

毛细管孔隙

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。

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

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

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。

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。

二.酸和酸性水侵蚀

1.侵蚀机理

物理溶析

化学溶解

硬化浆体易溶盐类水+钙盐

2.影响酸性水侵蚀作用的因素

¡¤水中H+ 离子的浓度

¡¤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。

3.自然界中酸性水的侵蚀¡ª碳酸侵蚀

侵蚀机理

Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O

CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2

平衡碳酸

水中的碳酸结合碳酸

侵蚀性碳酸：超过了平衡碳酸量的部分

•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

•Mg2+还会进入水化硅酸钙凝胶，使其胶结性能变差。

四.含碱溶液化学腐蚀

物理析晶

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

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

•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。

·碱集料反应的类型

•碱¡ª氧化硅反应

•碱¡ª碳酸盐反应

•碱¡ª硅酸盐反应

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（R

O>0.6%），而同时集料中含有活性SiO2时，碱

2

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：