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試論膨脹水泥膨脹過程假說

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  由于水泥水化產(chǎn)物的密度總是小于反應(yīng)物,因此按照計(jì)算,無論是膨脹水泥還是硅酸鹽水泥,水泥+水系統(tǒng)的體積總是減縮的,但固相體積卻是增大的,如表1所列的含鋁相形成AFt后的容積變化率和固相體積增加率,以及氧化鈣和氧化鎂水化前后的體積變化率,還有硅酸鹽水泥中的主要礦物C3S和C2S,水化形成C-S-H凝膠時(shí),固相體積也分別增加90.12%和95.85%。但是,為什么膨脹水泥在凝結(jié)硬化后會(huì)發(fā)生有別與普通水泥的顯著的體積膨脹呢?膨脹的過程是怎樣的?膨脹的實(shí)質(zhì)是什么呢?影響膨脹有哪些因素?

  目前常見的膨脹源是鈣礬石、氫氧化鈣和氫氧化鎂。雖然不同學(xué)者對于膨脹機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚存差異,但是對于鈣礬石、氫氧化鈣和氫氧化鎂是膨脹的根本原因則無異議。一般認(rèn)為,膨脹能的大小與膨脹源的形態(tài)、形成時(shí)間、數(shù)量及限制條件有關(guān);其膨脹特性也與膨脹源的形態(tài)及同時(shí)形成的凝膠相的形成特點(diǎn)、時(shí)間、形態(tài)以及膨脹相與凝膠相的晶膠比有關(guān),通俗地說,就是膨脹與強(qiáng)度的協(xié)調(diào)關(guān)系,這是膨脹的一般規(guī)律。

  1以往的膨脹過程假說

  有關(guān)膨脹過程的描述,目前尚屬假設(shè)。比較流行的是Aroni基于鈣礬石膨脹現(xiàn)象提出的循環(huán)膨脹過程的假說。該假說認(rèn)為,鈣礬石形成過程中的固相體積增加導(dǎo)致的結(jié)晶壓力引起表觀體積膨脹。與此同時(shí),膨脹會(huì)使水泥石內(nèi)部已經(jīng)形成的接點(diǎn)斷裂破壞,產(chǎn)生新的裂縫,降低強(qiáng)度。繼續(xù)吸水,新的裂縫被增生的鈣礬石和凝膠填充,增加了新的接點(diǎn),此時(shí)表觀體積不膨脹,但增加了強(qiáng)度。如此循環(huán)進(jìn)行下去,直到鈣礬石停止生成為止。支持者認(rèn)為,該假說能夠解釋膨脹和強(qiáng)度之間的矛盾,以及自愈、強(qiáng)度和抗?jié)B能力的再次恢復(fù)等現(xiàn)象。吳中偉院士認(rèn)為,該假說還應(yīng)補(bǔ)充以下兩點(diǎn):

  膨脹水泥石中其他水化產(chǎn)物,尤其是數(shù)量較大的凝膠相的作用,這些“微介質(zhì)”的生長,既填充裂縫,又增加接點(diǎn)間的粘結(jié)力,對提高強(qiáng)度起著重要作用;

  由于不同部位有著不同的限制程度以及其他條件,因此膨脹和強(qiáng)度的發(fā)展并不呈階梯形式。整體來講,隨著水化程度的增加,基本上保持著總的增長趨勢。

  另外,Qgewa和Roy于1982年研究K型膨脹水泥的水化時(shí),把膨脹從開始到結(jié)束的過程描述為五個(gè)時(shí)期:

  無水硫鋁酸鈣水化早期,在粒子周圍生成很小的形貌和排列不規(guī)則的鈣礬石;

  隨后,AFt轉(zhuǎn)變?yōu)獒槧罱Y(jié)晶,圍繞在未水化部分的周圍,排列成向外放射的取向性較好的AFt;

  AFt增生,在各個(gè)未水化物粒子周圍擴(kuò)大到相鄰粒子周圍,互相接觸,此時(shí)體積還未開始膨脹;

  繼續(xù)增生,接觸部分增加,結(jié)晶壓力引起體積膨脹;

  繼續(xù)增生,直到填滿各粒子之間的空間,膨脹停止,但體系中仍有孔存在。

  他們提出表2的示意圖來說明其觀點(diǎn)。

  筆者認(rèn)為,Aroni的假說將連續(xù)的水化反應(yīng)分割成間斷的階梯形式,與我們看到的一些膨脹現(xiàn)象有差異,如在一些膨脹水泥的膨脹過程中,強(qiáng)度并沒有降低,而是與膨脹一樣持續(xù)增長,并最終趨于穩(wěn)定;另外,用循環(huán)膨脹過程假說解釋膨脹和強(qiáng)度之間的矛盾,以及自愈、強(qiáng)度和抗?jié)B能力的再次恢復(fù)等現(xiàn)象也比較牽強(qiáng),因?yàn)樵谄胀ㄋ嘀校捎跐衩浐统掷m(xù)水化,也會(huì)發(fā)生自愈等現(xiàn)象。Qgewa和Roy從無水硫鋁酸鈣礦物單獨(dú)水化解釋膨脹過程,忽略了膨脹水泥石中其他的水化產(chǎn)物,尤其是大量的凝膠體,只是描述了K型水泥中AFt的生長過程,以此來解釋復(fù)雜的膨脹過程似有偏頗。再者,如CaO或MgO的膨脹,其在水泥混凝土中產(chǎn)生的膨脹和干燥收縮現(xiàn)象也與AFt膨脹大致相同,顯然無法用同樣的假說解釋。

  如果我們撇開膨脹水泥中膨脹源種類及其形成的方式,抓住膨脹和強(qiáng)度兩個(gè)主要組分的水化行為特征,則可以把膨脹過程描述為:膨脹組分和強(qiáng)度組分始終是連續(xù)、同步進(jìn)行著水化反應(yīng),直至其中一個(gè)組分消耗完畢;膨脹的大小和膨脹速率主要取決于膨脹組分的數(shù)量以及膨脹水化產(chǎn)物和強(qiáng)度水化產(chǎn)物的反應(yīng)速率差。該假說包含以下內(nèi)容:

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發(fā)布:2007-08-12 12:02    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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