水泥技术|高贝利特水泥及混凝土耐久性的研究

   日期:2016-05-28     来源:建材之家    作者:防水之家    浏览:20    评论:0    
核心提示:一、前言 高贝利特水泥(简称HBC)是中国建筑材料科学研究院开发出的一种新型低热硅酸盐水泥。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系,即熟料矿物也是由C3S、C2S、C3A和C4AF组成,两者不同之处主要是高贝利特水泥是以贝利特矿物(C2S)为主,其含量在50%左右,为此赋予高贝利特水泥及混凝土具有水化热低、最终强度高、耐久性好等一系列优异性能。 二、试验用原材料 1. 水泥 高贝利特水泥(HB
防水之家讯:一、前言

高贝利特水泥(简称HBC)是中国建筑材料科学研究院开发出的一种新型低热硅酸盐水泥。该水泥与通用硅酸盐水泥同属硅酸盐水泥体系,即熟料矿物也是由C3S、C2S、C3A和C4AF组成,两者不同之处主要是高贝利特水泥是以贝利特矿物(C2S)为主,其含量在50%左右,为此赋予高贝利特水泥及混凝土具有水化热低、最终强度高、耐久性好等一系列优异性能。

二、试验用原材料

1.水泥高贝利特水泥(HBC),对比试验采用硅酸盐水泥(PC)和通用硅酸盐水泥(OPC)。

表1试验用原材料的化学组成

2.粉煤灰选用内蒙元宝山一级粉煤灰FA,其性能指标如下:细度为9%;烧失量为0.5%;SO3含量为0.35%;需水量比为86%。

3.高效减水剂
⑴FDN-Ⅱ高效减水剂,北京市化工建材厂,萘磺酸钠甲醛缩合物;
⑵BW高效减水剂,萘系;
⑶三聚氰胺(SM)高效减水剂。

4.粗骨料碎石,粒径5mm~20mm。

5.细骨料河砂,细度模数2.7,级配合格。

6.水自来水。

三、高贝利特水泥的物理性能

1.常规性能

从表2可明显看出,通用硅酸盐水泥早期水化速度快,7d强度即能达到其28d强度的60~80%,而高贝利特水泥由于以贝利特矿物为主,早期水化活性相对较低,7d强度约为其28d强度的40~60%,7d以后的强度增进率明显高于通用硅酸盐水泥,至28d龄期时强度与通用硅酸盐水泥相当,3m~6m龄期时,高贝利特水泥强度超出硅酸盐水泥约5~10.0MPa,表现出良好的长期强度性能。

表2高贝利特水泥强度试验结果

2.水泥特性

2.1不同养护温度下高贝利特水泥的强度发展规律

从表3和图1可以看出,通用硅酸盐水泥在养护温度从20℃提高到70℃时,1d强度增加1倍以上,3d强度略有增加,7d强度变化不大,而28d强度呈下降趋势。而高贝利特水泥的强度发展规律则不同,各龄期强度随养护温度的增加呈提高。70℃养护与20℃养护相比,高贝利特水泥3d强度由20.6MPa提高至54.5MPa,7d由27.9MPa提高至67.5MPa,28d强度也相应提高10MPa以上;50℃养护与20℃养护相比,高贝利特水泥3d强度提高87.9%,7d提高96%,28d提高约20%。

与通用硅酸盐水泥相比,高贝利特水泥具有更为优越的高温强度稳定性能。如在50℃养护条件下,高贝利特水泥3d强度与通用硅酸盐水泥基本相当,28d强度比通用硅酸盐水泥提高约30%;在70℃水浴养护下,高贝利特水泥3d强度比通用硅酸盐水泥提高20~30%,28d强度提高约40~50%。

表3不同养护温度条件下的水泥强度(MPa)

2.2水化热

试验结果见表4,高贝利特水泥在不同水化龄期的水化放热比中热硅酸盐水泥(MHC)低约15%,比PC水化热低20~25%,是一种低热、高强的高性能水泥。

表4不同龄期的水化放热实测值

2.3耐侵蚀性能

试验按GB749-65《水泥抗硫酸盐试验方法》进行,试验结果见表5。从耐蚀性能看,在不同试验龄期、不同侵蚀介质中,高贝利特水泥的耐蚀系数均高于通用硅酸盐水泥,特别是高贝利特水泥的抗硫酸盐侵蚀系数比硅酸盐水泥高近一倍,这说明高贝利特水泥与通用硅酸盐水泥相比,具有良好的耐蚀性能,尤以抗硫酸盐侵蚀为佳。

表5耐蚀试验结果(抗折强度MPa/耐蚀系数)

2.4干缩性能

试验方法按GB751-81《水泥胶砂干缩试验方法》进行,试验结果见表6。高贝利特水泥的干缩率低于通用硅酸盐水泥,各龄期的干缩率为通用硅酸盐水泥的50%~70%。而且高贝利特水泥的干缩稳定期较短,28d后的干缩率基本无变化。这表明高贝利特水泥具有优于通用硅酸盐水泥的抗干缩性能。

表6水泥胶砂干缩率试验结果

2.5耐磨性能

耐磨性是道路水泥的重要性能指标,《道路水泥》国家标准规定以磨损量表示要求道路水泥不得大于3.60kg/m2。高贝利特水泥的耐磨试验按JC/T421-91《水泥胶砂耐磨性试验方法》进行。经测定高贝利特水泥的磨损量仅为1.33kg/m2,具有良好的耐磨性能。

四、高贝利特水泥混凝土的性能

1.高贝利特水泥混凝土的力学性能

图1HBC和PC28d强度随养护温度的变化规律

图2是C50~C80不同等级的HBC混凝土和OPC混凝土的强度对比,各强度等级下,HBC混凝土3d、7d强度低于OPC混凝土,但28d强度基本与OPC混凝土持平,90d则超过OPC混凝土近10MPa,说明HBC混凝土具有优异的后期强度增进率。

图2不同等级的HBC混凝土和OPC混凝土各龄期的强度对比

2.高贝利特水泥混凝土的耐久性能

2.1抗冻性能

试验方法采用“水工混凝土试验规程SD105-82”快冻法,试验结果见表7。HBC和OPC混凝土其相对耐久性指数DF均大于90%,重量损失率几乎为0,且抗冻标号远大于D300,能很好地满足高抗冻要求。HBC混凝土的抗冻性能稍优于OPC混凝土。随着混凝土强度等级的提高,混凝土的抗冻性能还可以进一步提高和改善。

表7HBC和OPC混凝土的抗冻融性能

注:Pn—相对动弹性模量;Wn—质量损失率;“-”表示质量增加。

2.2抗渗性能

试验采用顶面直径为175mm,底面直径为185mm,高度为150mm的圆台体抗渗试件,标养28d进行试验。试验从水压0.1MPa开始,以后每隔8小时增加水压0.1MPa,加压至2.8MPa并保持8小时后,试件均无透水现象,劈开试件测量渗透高度。试验结果见表8。HBC混凝土和OPC混凝土抗渗等级均大于P25,表现出优异的抗渗性能。从6个试件加压至2.8MPa并保持8小时后的平均渗水高度来看,HBC混凝土为19.1mm,而OPC混凝土为27.7mm,这说明HBC混凝土的抗渗性能优于OPC混凝土。

表8国标抗渗试验结果

2.3碳化性能

采用100mm×100mm×100mm的立方体试件进行试验,每组15块。标准养护至26d取出,然后在60℃温度下烘干48h。碳化箱内CO2浓度为(20±3)%,湿度为(70±5)%,温度为(20±5)%。试验结果见表9,和OPC混凝土相比,HBC混凝土的平均碳化深度略大一些,28d平均碳化强度稍低一些,但两者碳化系数都较高,均为0.96。这说明HBC和OPC混凝土均具有优良的抗碳化性能,且两者抗碳化性能总体上大致相当。

表9混凝土碳化试验结果

2.4干缩性能

本试验采用100mm×100mm×515mm的棱柱体标准试件。试件在3d龄期(从搅拌混凝土加水时算起)从标准养护室取出并立即移入恒温室(温度20±2℃,相对湿度60±2%)测定初始长度,然后测量其各龄期的变形读数,试验结果见表10。HBC混凝土其各龄期收缩值均明显小于OPC混凝土,这说明HBC混凝土具有较好的体积稳定性。

表10HBC混凝土干缩试验结果

五、结论

1.与通用硅酸盐水泥相比,高贝利特水泥具有标准稠度需水量低,工作性、流动性好的特点,其早期强度(3d、7d)偏低,但28d强度与之相当,后期强度增进率高,3m~6m龄期时高贝利特水泥强度超出PC约5~10MPa,表现出良好的长期强度性能。

2.随养护温度的提高,高贝利特水泥早期强度明显提高,其1d强度提高200~500%,3d强度提高50~250%,7d强度提高50~150%,28d强度仍呈增长趋势,而通用硅酸盐水泥除1d强度大幅度提高外,3d、7d强度增长不明显,28d强度呈下降趋势。

3.与通用硅酸盐水泥相比,高贝利特水泥水化热低,不同龄期时的水化热比通用硅酸盐水泥低20~25%,比中热硅酸盐水泥低15%左右。

4.与通用硅酸盐水泥相比,高贝利特水泥具有优异的抗侵蚀性能,并且具有干缩小,耐磨性好等特点。

5.和通用硅酸盐水泥混凝土相比,HBC混凝土早期抗压、抗折和劈拉强度偏低,但28天基本与之持平,90天则超过通用硅酸盐水泥混凝土,表现出较好的后期强度增进率和优异的抗折、抗拉性能。

6.HBC混凝土具有良好的抗渗、抗冻、抗碳化性能,且干缩较小,表现出优异的耐久性能。

参考文献:
[1]SUITongbo,GUOSuihua,LIUKezhong,etal,ResearchonHighBeliteCement,PartⅠ,4th,BeijingInternationalSymposiumonCementandConcrete,October26-29,1998

[2]SUITongbo,LIUKezhong,WANGJing,etal,ResearchonHighBeliteCement,PartⅡ,ibid,October26-29,1998

[3]隋同波,刘克忠,王晶等,高性能新型胶凝材料——高贝利特水泥的性能研究,中国硅酸盐学报,1999年第4期,488-492

[4]SUITongbo,WENZhaijun,WANGJing,etal,Strengthandporestructureofhighbelitecement”,5thShanghaiInternationalSymposiumonCementandConcreteShanghaiOct.2002

[5]文寨军、隋同波、范磊等,高贝利特水泥高性能混凝土力学性能的研究,《混凝土》,2002年第12期

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