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混凝土耐久性提升中水泥工藝的優化分析
添加時間:2019-08-19

化工工程師論文(精選范文10篇)之第六篇

  摘要:近年來, 隨著我國建筑行業的高速發展, 各類建筑工程的施工質量都有著顯著提升, 并為社會整體經濟與各行業領域的發展提供了堅實基礎。與此同時, 作為建筑工程最為主要與最為常見的施工材料, 混凝土的耐久性問題一直是制約建筑工程施工質量提升與縮減工程造價成本的主要因素。因此為完善這一問題, 從水泥工藝方向著手, 探討水泥工藝對混凝土耐久性的具體影響, 以及針對性提出水泥工藝的優化策略建議。

  關鍵詞:水泥工藝; 混凝土; 耐久性; 影響分析;

  在建筑工程的施工階段以及竣工交付使用期間內,混凝土往往受到周邊氣候因素、人為因素等諸多因素影響干擾,不但時常出現混凝土結構性解封、伸縮性裂縫等問題,并且混凝土的耐久性也會隨著建筑工程的應用時間推移而不斷縮短。這一問題一定程度上降低了建筑工程的整體使用壽命與工程性價比,還增加了安全風險系數,威脅到了建筑業主的人身健康與財產安全,此外,在一些較為特殊的建筑工程項目中,對混凝土的耐久性要求也逐漸提升,例如地鐵站等城市軌道交通系統建筑物等。因此對混凝土耐久性的優化提升刻不容緩。本文從水泥工藝對混凝土耐久性的影響為切入點開展研究。

  1、研究水泥工藝對混凝土耐久性影響的必要性

  1。1 對混凝土多元化發展的推進作用

  近年來,隨著建筑工程的多元化發展,不同建筑工程的使用用途都存有較強差異性,且對特定方向的施工質量提出了更高的、具有針對性的要求,而混凝土作為建筑工程建設過程中最為常用的施工材料,可以說混凝土的材質性能在一定程度上影響到建筑工程整體施工質量。近年來,混凝土在建筑行業都取得了一定的發展,例如混凝土抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽結晶破壞性能及抗碳化性能要求高的高性能混凝土、密實度極高的重混凝土、抗折性能出眾的纖維混凝土、具有較強美觀性的清水混凝土等。

  然而在混凝土的耐久性層面上,在現階段建筑工程常用的水泥混凝土中,各類混凝土的耐久性普遍較低,這也制約了在建筑工程整體施工質量與實際使用周期的進一步提升。因此,通過分析水泥工藝對混凝土耐久性的影響,可以從中針對性制定出混凝土耐久性的優化提升策略,從而促進混凝土的多元化發展,并實現對建筑工程施工質量與性價比的提升。

  1.2 對建筑工程安全性的提升

  在建筑工程竣工后交付使用期間,混凝土耐久性的下降往往伴隨著一系列的問題出現,如結構混凝土碳化、保護層剝落、裂縫發展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞以及鋼筋混凝土之間粘結錨固作用削弱等。從短期效果而言,這些問題直接影響結構的外觀和使用功能;從長遠看則為降低結構的安全度,成為發生事故的隱患,影響結構使用壽命。裂縫的出現還會造成結構內部的鋼筋會提前銹蝕,影響結構安全且這一類風險概率會隨著建筑使用壽命的接近而直線提升。根據分析水泥工藝對混凝土耐久性的影響,通過改善水泥工藝可以從根源上完善這一問題,降低建筑使用期間內由混凝土為誘因所引發各類安全事故的潛在風險系數。

  2、混凝土耐久性降低的主要影響因素分析

  混凝土在攪拌、澆筑施工、凝固與使用期間內,其耐久性降低的主要影響因素可分為兩個層面加以闡述,分別為物理層面與化學層面。

  2。1 混凝土耐久性降低的物理層面影響因素

  ⑴混凝土耐久性降低的磨損因素。這一類因素對于民用類建筑墻體所澆筑的混凝土影響系數較低,主要對城市道路、公路路面、工業廠房上所澆筑的混凝土的耐久性影響干擾系數較高。例如在公路運行過程中,過往車輛對混凝土的機械磨損、工業廠房中機械設備的振動、摩擦所造成的機械磨損。其次,氣蝕磨損也是混凝土耐久性降低的主要因素之一。而根據相關檢測試驗數據信息所顯示,C3S混凝土的抗磨損性能最為出眾,其次便是C2A混凝土。而降低混凝土受磨損影響干擾系數的主要途徑為對混凝土密實度的提升。其次施工水平對混凝土的密實度也有一定的影響,在澆筑過程中應避免漏振或過振,避免人為因素造成混凝土結構不密實。

  ⑵周邊氣候溫濕度對混凝土耐久性的影響。在混凝土周邊自然氣候的空氣濕度、溫度出現較大程度波動時,也會對混凝土的耐久性造成一定程度的影響,例如在氣候溫度過高時,混凝土容易出現伸縮性裂縫等問題,為避免這一問題對混凝土耐久性的影響應提高混凝土結構的前期養護。此外,在室外氣候溫度較低,且空氣濕度較高的自然環境下,混凝土表層會凝結出水霧、水珠,而所凝結的水分也會對混凝土造成一定程度的滲透、腐蝕問題,進一步降低混凝土的耐久性。

  2。2 混凝土耐久性降低的化學層面影響因素

  ⑴在混凝土中C3A含量過高時,會降低混凝土的抗腐蝕性與抗鹽酸性,從而導致混凝土耐久性的降低,針對這一問題,ASTM波蘭特水泥便明確規定了,C3A+C4AF的含量便需要≤20%.此外,相較而言,向水泥中適當添加煤粉灰等材料可以適當提高水泥混凝土的抗腐蝕性與抗鹽酸性,其主要原理在于,在火山灰反應過程中,水泥中氫氧化鈣的含量有著大幅度降低,從而實現對混凝土抗腐蝕性與抗鹽酸性的提升,但是值得注意的是,火山灰的反應時間較長,因此在水泥混凝土的攪拌過程中,相關人員應注重這一點。其次,向水泥中加入磨細礦渣粉,會產生與上述相同的化學反應,同樣可以實現對水泥混凝土抗腐蝕性與抗鹽酸性的提升,不過值得注意的是,向水泥中加入磨細礦渣,不但可以提高混凝土的抗腐蝕性,也提升了混凝土的密實性。

  ⑵混凝土結構內部鋼筋腐蝕因素對混凝土耐久性的影響。在水泥混凝土的攪拌過程中,混凝土中具有較高含量的氫氧化鈉,而氫氧化鈉是一種二元中強堿,因此水泥混凝土中的堿性值較高,而在長時間的使用過程中,混凝土結構中的鋼筋會受到堿性腐蝕,從而在鋼筋表層產生銹蝕現象,形成一層較為薄弱的鈍化膜。而由于鋼筋表層所形成的這一層鈍化膜較為薄弱,極易受到混凝土碳化因素影響而出現鈍化膜破裂問題,因此在鈍化膜破裂后,鋼筋表層會持續出現簡化銹蝕現象,從而降低了混凝土的耐久性。針對這一問題,建議應提高水泥混凝土中的氧化鈣含量,這樣就可以通過氧化鈣與二氧化碳產生化學反應,從而降低混凝土中的二氧化碳含量,延緩混凝土碳化現象的出現。

水泥工藝優化

  3、水泥生產工藝對混凝土耐久性影響分析

  3.1 水泥礦物構成成分對混凝土耐久性的具體影響分析

  首先,以硅酸鹽水泥為例,硅酸鹽水泥中主要含有的礦物成分為四類,其分比為硅酸三鈣3CaO·SiO2、硅酸二鈣2CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3及鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3.其中,在硅酸鹽水泥中硅酸三鈣的含量有著明顯提升時,硅酸鹽水泥在早期階段中的強度系數有著顯著的提升,但在水泥混凝土的長期角度來看,后續的強度系數與其耐久性都有著明顯的下滑,會造成混凝土實際使用壽命的降低,也極易導致如混凝土裂縫問題的出現。而在硅酸二鈣在硅酸鹽水泥中的含量有著明顯提升時,硅酸鹽水泥的早期強度系數雖然沒有明顯的提升,但是在中后期水泥混凝土的結構性強度系數與耐久性都呈現出穩步提升態勢。

  其次,在硅酸鹽水泥中提高鋁酸三鈣時,硅酸鹽水泥的水化反應速度會提升,并且與硅酸鹽水泥與減水劑所產生的反應出現一定程度的沖突,會嚴重降低水泥混凝土的耐久性與整體性能,例如降低了混凝土的抗凍性能,以及在水泥混凝土的凝固過程以及早期階段中極易出現混凝土密集性開裂現象。而在硅酸鹽水泥中鐵鋁酸四鈣的含量提高時,雖然顯著提升了水泥混凝土的抗拉抗彎性等性能,但在水泥混凝土的攪拌過程中,也使得水泥混凝土的攪拌溫度上升。

  通過對上述硅酸鹽水泥中硅酸三鈣3CaO·SiO2、硅酸二鈣2CaO·SiO2鋁酸三鈣3CaO·Al2O3及鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3四類主要構成的礦物成分提高添加含量時,水泥混凝土耐久性所出現的變化得出以下結論:在硅酸鹽水泥的制備環節中,應適當提高C3S與C2S的含量,且需要C2S的添加含量適當高于C3S的添加含量,從而實現對水泥混凝土耐久性以及結構強度系數等諸多性能的提升。

  3.2 水泥細度工藝對混凝土耐久性的影響分析

  首先,水泥細度指水泥顆粒總體的粗細程度。水泥顆粒越細,與水發生反應的表面積越大,因而水化反應速度較快,而且較完全,早期強度也越高,但在空氣中硬化收縮性較大,成本也較高。如水泥顆粒過粗則不利于水泥活性的發揮。例如,在水泥顆粒較粗時,在水泥混凝土的攪拌過程中,混凝土的內部結構中孔隙面積較大,而在水泥顆粒較細時,在水泥混凝土的攪拌過程中,混凝土的內部結構不會形成大范圍的孔隙,反而會形成數量極多、面積較小的毛細孔隙。相較而言,混凝土內部結構中大面積的孔隙并不會顯著提高混凝土的吸濕效率,而大量密布的毛細孔隙則會顯著提升混凝土的吸濕效率。而在混凝土內部濕氣含量過高時,會造成混凝土的開裂現象,且由于混凝土的吸濕周期相比較長,因此在建筑工程的施工階段中,對于工程施工質量的檢測也很難檢測出混凝土吸濕效率過高、內部毛細孔隙過多的施工質量問題,從而極大提升了建筑工程在竣工交付施工期間的潛在風險系數,并在整體層面上降低了建筑工程的施工質量。

  其次,水泥細度工藝對混凝土常壓滲透性所造成的影響。首先,對水泥細度工藝對混凝土滲透性所造成的影響,應先對混凝土常壓滲透性的含義加以闡述:混凝土常壓滲透性主要指,在室外恒溫前提下,混凝土受到內部不合理性結構因素干擾影響,所出現的混凝土開裂、滲透性能降低等問題,而這一問題也是現階段我國水泥混凝土質量問題頻發的主要影響因素之一。混凝土常壓滲透性問題的出現,其根源在于水泥顆粒粗細程度的不一致,例如在水泥顆粒較細時,在水泥混凝土的攪拌過程中,混凝土內部結構中的攪拌材料顆粒之間的空隙距離、空間較小。水泥顆粒細度越細、吸水效率越高,因此在雨水的侵蝕下,混凝土的內部孔隙會吸入大量的水分,從而在常壓環境下,混凝土的滲透性較強,防滲性能較低,這也是混凝土耐久性降低的主要表現形式與內在影響因素之一。在我國近年來的建筑行業發展過程中,一味追求更高的水泥強度,施工企業與施工人員往往通過提高水泥顆粒磨粉細度來實現,卻沒有根據實際施工狀況來針對性開展水泥磨粉作業,這也是現階段我國建筑工程混凝土材質質量耐久性不足的主要影響因素之一。

  最后,水泥細度工藝對混凝土壓力水滲透性所造成的影響。在水泥粉磨細度提升時,會提升水泥混凝土的結構強度系數,但也會造成混凝土吸水效率的提升以及耐久性的降低,具體表現為混凝土內部結構中毛細孔隙的增多。而在混凝土結構強度系數較高,但內部大面積的孔隙數量過少時,混凝土內部會產生向內伸縮的作用力,這一作用力也造成了混凝土表層結構出現大面積的龜裂、結構性裂縫以及細密性裂縫,從而導致混凝土耐久性的降低。綜上所述,水泥細度工藝對混凝土耐久性的干擾影響,根源在于水泥粉磨細度與混凝土強度系數的不匹配。

  4、優化水泥工藝、提高混凝土耐久性策略建議

  首先,水泥混凝土后期耐久性與結構強度系數逐漸降低、抗凍性能的降低、水泥混凝土攪拌溫度上升等問題的主要影響因素在于硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣四類主要水泥礦物成分的配置比例存在優化空間,因此提出以下針對性優化建議:一方面,上述水泥礦物成分的添加比重應為,C2S>C3S>C4AF>C3A,這才可以在適當保障水泥混凝土結構強度系數、抗凍性等性能的前提基礎上,適當的提升水泥混凝土的耐久性;另一方面,施工人員與技術管理人員應根據建筑工程的實際施工情況與建筑主要用途,來適當調整上述四類水泥主要礦物成分的添加比重。

  其次,針對上述第二個問題,提出以下兩方面針對性優化策略建議:一方面,在水泥粉磨細度工藝應用環節中,工作人員注重于提高對水泥均勻性系數的控制力度,例如通過控制水泥顆粒細度的分布間距來加以優化;另一方面,施工人員與技術管理人員應注重于控制水泥特征顆粒的粉磨細度、更細致的了解水泥顆粒的粉磨細度、粉磨狀況,以及對比表面積進行控制,通過對水泥粉磨微觀程度來加以分析檢測。

  5、總結

  為進一步提高混凝土的耐久性,從而實現在整體層面上對建筑工程的施工質量、建筑使用安全系數進行提升,因此以水泥工藝對混凝土耐久性的影響為本文切入點,深入分析了混凝土耐久性降低的主要影響因素以及水泥工藝對混凝土耐久性的主要影響,并針對性提出上述優化措施建議。

  參考文獻

  [1] 張軍。水泥工藝對混凝土耐久性的影響分析[J].水泥生產, 2017 (02) :3-5.
  [2]馬磊, 張文靜, 李笑盈。投科攪拌工藝對嵌鎖密實水泥混凝土性能的影響分析[J].武漢理工大學學報 (交通科學與工程版) , 2015 (02) :233-237.

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