白色硅酸鹽水泥的為典型特點就是具有較高的白度,通??梢杂米鞲黝惤ㄖ镅b飾裝修材料,比如粉刷墻體、白色地面、雕塑造型、白混凝土水磨石制品等,白色硅酸鹽水泥還經常被用來生產白色或者彩色的混凝土制品。白色硅酸鹽水泥是生產規模和產量較大的裝飾裝修水泥種類,是裝飾水泥中的核心產品。為促進國內白色硅酸鹽水泥行業的有序發展,提高白色硅酸鹽水泥的質量,有關部門制定了相關的國家標準,作為白色硅酸鹽水泥質量控制的規范。1980年,制訂了di一個白色硅酸鹽水泥的國家標準《白色硅酸鹽水泥》GB/T 2015-80,對國內白色硅酸鹽水泥行業的規范發展起到了很重要的作用,此后隨著技術水平的發展,對白色硅酸鹽水泥的國家標準持續的進行修訂和完善,分別在1991年、2005年和2017年進行了國家標準的修訂工作,對國內的白色硅酸鹽水泥質量提升以及與國際標準接軌起到了重要的促進作用。
一、白色硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥的對比
白水泥與普通硅酸鹽水泥主要差異是水泥中的氧化鐵含量的不同,白水泥中氧化鐵含量非常少,而普通硅酸鹽水泥熟料氧化鐵含量較高,其硬化后的顏色,主要是由Fe2O3引起的,隨著Fe2O3含量的變化,水泥熟料的顏色就不同。當Fe2O3含量在3%~5%時,熟料顏色呈暗灰色(常用的硅酸鹽水泥顏色);當Fe2O3含量在0.45%~0.7%時,熟料顏色為淡綠色;而當Fe2O3含量降至0.35%~0.4%時,熟料顏色為白色(略帶淡綠色)。
兩種水泥的技術指標對比情況見表1,其中三氧化硫含量、氧化鎂含量、氯離子含量、抗壓強度、抗折強度和凝結時間,兩種水泥的標準規定都是為一樣的;白色硅酸鹽水泥規定了白度要求、水溶性六價鉻含量,普通硅酸鹽水泥比白色硅酸鹽水泥多規定了不溶物含量、游離氧化鈣含量和燒失量;白色硅酸鹽水泥的細度是采用45μm方孔篩余規定,為篩余不得不大于30%,而普通硅酸鹽水泥的細度是采用比表面積規定的,要求比表面積不小于300m2/kg。
二、白色硅酸鹽水泥的生產
白色硅酸鹽水泥為達到國家標準要求,主要生產質量控制技術措施有:
(1)有害成分的控制,白水泥生產除了控制常見的堿、氯、硫等有害成分之外,著色物質也是白水泥中的有害成分。白水泥中的著色物質主要是指具有染色作用的物質,主要包括Fe2O3和過渡金屬氧化物,染色物質會很大程度的影響白水泥熟料的白度,而染色物質之中影響較大的是Fe2O3,在實際生產中白水泥熟料中的Fe2O3含量一般控制在0.2%~0.5%。
(2)率值的控制,在白色硅酸鹽水泥生產中,為提高水泥的白度,水泥配料率值呈現典型的“三高”特點,即高飽和比、高硅率、高鋁率。常見的小型中空干法窯飽和比一般在0.88-0.97,硅率一般在3.5~5.0,鋁率一般不作控制指標(Fe2O3含量低導致鋁率高,波動范圍也大);國外正在推廣的白水泥預分解窖工藝,控制率值相比小型干法中空窯高,硅率達到了5以上。
目前國內主要的白色硅酸鹽水泥生產企業有:江西銀杉白水泥公司、焦作市賽白雪白水泥有限公司、蘇州光華水泥廠有限公司、阿爾博波特蘭水泥有限公司、拉法基瑞安水泥公司、新疆天山水泥股份有限公司、河北乾寶特種水泥有限公司、東源輝科建材發展有限公司、葛洲壩石門特種水泥有限公司等。
三、白色硅酸鹽水泥在建筑工程的應用
彩色混凝土在建筑工程中設計使用是北京的某使館工程,2004年上半年開工,2005年首期工程竣工結束。第一期工程由3個單體建筑物構成,建筑面積達到3萬m2。其建筑外檐和部分內檐工程采用了彩色混凝土施工,彩色混凝土總方量約為4萬m3。該建筑外觀設計形式多樣,彩色混凝土采用的顏色主要為米黃色,圖案和造型主要有清水鏡面效果、木紋裝飾效果及條紋裝飾效果等幾種不同的形式。
科特迪瓦亞穆蘇克羅和平圣母大教堂大殿采用白水泥混凝土,圖1為施工過程照片及30年后外觀效果如下圖,施工采用的是科特迪瓦當地水泥生產的白色硅酸鹽水泥,該水泥水化較快,凝結時間短;使用30年后,白色硅酸鹽水泥混凝土表面略泛黃,有小黑點,不過整體裝飾效果較好。
四、白色硅酸鹽水泥在路面工程的應用
白水泥在道路工程中的應用主要是單獨使用或者與普通硅酸鹽水泥復合使用配制彩色混凝土路面,國外將白色硅酸鹽水泥混凝土做成混凝土制品用于美化人居環境或者功能化使用,如市內道路、小區停車場道路、旅游觀光區道路、an全或導行標志設施等,也可用作隧道內部路面、橋面鋪裝、機場路面、港口碼頭路面等交通設施建設,設計可以采用多種色彩拼成圖案用,達到美化城市和環境的目的,隨著城市化進程的發展,白色硅酸鹽水泥生產彩色混凝土在道路工程中發展前景廣闊。
深圳寶安國際機場綜合服務區庫區場地就是采用彩色混凝土路面磚來鋪設地面。該路面磚顏色豐富多彩,可以配制色彩斑斕的圖案。而且抗壓強度高;抗滑性能、抗滲性能好;經濟效益高、施工難道小、維護成本低。還有重要的是不污染環境,利于環保。
五、白色硅酸鹽水泥在透水混凝土的應用
透水混凝土是一種符合低影響開發LID(Low Impact Development)理念的綠色鋪裝材料,具有透氣透水、吸聲降噪、凈化水體和調節徑流等優點。目前,在國家大力推廣的海綿城市建設中得到了大量推廣和應用,其中彩色透水混凝土由于可以美化景觀,滿足各種設計要求,得到迅速發展。實際工程經驗表明,生產淺色系彩色透水混凝土須采用白色硅酸鹽水泥進行顏色的調整,并且采用白色硅酸鹽水泥能夠減少顏料的使用量,降低材料成本,也是這個原因使得白色硅酸鹽水泥在彩色透水混凝土中得到大量應用。
肖厝南路位于廈門市翔安新城,該新城是海綿城市試點區域。肖厝南路是交通和生活功能一體化的綜合性城市主干路。該道路在非機動車道上鋪筑彩色透水混凝土,并結合其他技術措施,達到小雨迅速減排雨水不積水,而雨較大時能夠蓄水滯留,能夠實現徑流雨水源頭減排的目的,既能夠綜合利用雨水資源又不增加徑流量沖擊,同時契合了“尊重自然、順應自然、保護自然”的海綿城市建設理念,取得了良好的社會經濟效益。
六、白色硅酸鹽水泥在橋梁工程的應用
池州長江大橋,主塔采用白色“皮膚”混凝土,混凝土分兩層施工,外層30cm采用白色纖維高性能混凝土,內層采用普通混凝土。該橋跨江主橋橋跨為(3×48+96+828+280+100)m=1448m,為等高塔不對稱混合梁雙塔斜拉橋,北岸輔助跨采用混凝土梁(147m),其余為鋼箱梁(總長1301m)。橋主塔設計為花瓶型鋼筋混凝土結構。
根據橋梁主塔混凝土結構力學性能、耐久性能、美觀和成本的綜合考慮,白色“皮膚”混凝土應滿足的技術指標如下:
(1)水膠比≤0.35;砂率綜合考慮混凝土抗裂及泵送要求選取為39%~42%,混凝土工作性能差異不大時,砂率宜取小值,以減小混凝土的收縮;
(2)初始坍落度大于200mm,擴展度大于500mm,坍落度2小時經時變化量≤20mm,初凝時間≤12h;含氣量≤3%,壓力泌水率≤30mL;
(3)28d抗壓強度≥60MPa,28d電通≤1000C,RCM氯離子擴散系數≤5.0×1012m2/s。
通過試驗,選定的混凝土配合比見表2。配合攪拌后的梯度功能混凝土具備良好的工作性能及澆筑后成品的美觀性能。
七、結語
白色硅酸鹽水泥目前主要用于建筑裝飾材料,如粉刷、雕塑、地面、水磨石制品等,在結構工程混凝土的研究和應用相對較少,主要存在問題如下:
(1)成本較高,以42.5級水泥為例,目前國內42.5普通硅酸鹽水泥(P·O 42.5)價格在400元/t左右,而42.5級白色硅酸鹽水泥(P·W 42.5)價格往往在800元/t以上,如配制C30混凝土,水泥用量在300kg/m3左右,每方混凝土成本增加大約為120元,較大的制約了白色硅酸鹽水泥的工程應用。
(2)凝結時間問題,雖然白色硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥在標準中對凝結時間要求一致,但是由于白水泥礦物成分的不同,其凝結時間往往比普通硅酸鹽水泥要長,在用于配制混凝土時,需要通過混凝土配合比技術和外加劑技術結合來調整控制。
(3)強度問題,白色硅酸鹽水泥在抗壓強度通常低于普通硅酸鹽水泥,如果采用白水泥生產結構工程混凝土,應在配合比參數上開展系統試驗研究,包括膠凝材料用量、礦物摻合料選擇、水膠比、砂率等。
(4)收縮和徐變問題,由于白色硅酸鹽水泥配制混凝土用于結構工程經驗較少,缺乏數據支撐,在混凝土收縮和徐變問題上應特別注意,防止因混凝土收縮過大造成結構開裂。
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