胶凝材料学-水泥4

胶凝材料学 主讲：李子成第四章 硅酸盐水泥第一节 生产过程与方法第二节 熟料矿物形成的物理化学过程第三节 硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系第四节 硅酸盐水泥的水化反应及机理第五节 水泥浆结构的形成过程与特性第六节 水泥石的结构第七节 水泥的工程性质内容回顾o硅酸三钙在常温下水化反应产物 ?o硅酸三钙水化的五个阶段？o为什么出现诱导期？（诱导期的起止原因）o保护膜假说o半渗透膜假说o延迟成核假说 (重点 )第 五 节 （自学）水泥浆结构的形成过程与特性第六节水泥石的结构一、 水泥石的结构（多相多孔体系）A 未水化的水泥颗粒B 凝胶体 (结晶度较差 )（ C S H凝胶，水化硅酸钙凝胶）；C 晶体 (结晶度好 ) （氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；E 凝胶孔D 毛细孔、气孔 水（蒸 发 水和非蒸 发 水）水泥石的孔 结 构p 按孔径大小分类1. 凝胶孔， 1.2-3.2nm2. 过渡孔， 10-100nm3. 毛细孔， 100-1000nm4. 大孔， 1000nmp 按孔形貌分 类1. 开口孔2. 闭 口孔p 影响水泥石孔分布的因素1. 水化 龄 期 对 孔分布的影响（表 4-35）2. 水灰比 对 孔分布的影响（ 图 4-63）3. 养 护 制度 对 孔分布的影响（表 4-36）4. 掺 减水 剂对 孔分布的影响（ 图 4-64）二、影响水泥石结构强度的主要因素1、水灰比 水灰比 指水泥浆中水与水泥的质量之比。水灰比较大，水泥的初期水化反应充分进行；但水泥颗粒间被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长， 水泥浆凝结较慢 。水灰比较大，多余水分蒸发后形成孔隙较多 , 造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显 降低水泥石的强度。2、水化时间（龄期）水泥的凝结 硬化是随时间延长而渐进的过程 ，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。3、环境温度和湿度温度适当 ，水泥水化、凝结和硬化速度快，反应物增长快， 凝结硬化加速 ，水化热较多。温度过低，则水化反应减慢，强度增长变缓。高温养护导致水泥后期强度增长慢，甚至下降。水是水泥水化反应的必要条件 。当环境十分干燥时，水泥中的水分蒸发，水泥不能充分水化，硬化停止；反之水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。 Table 4-384、矿物组成C3A水化速率最快，放热量最大，早期强度高，而后期强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。所以 水泥的矿物组成是 影响水泥凝结硬化速度 的最重要的因素 。5、石膏掺量石膏起 缓凝作用 ：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。6、水泥的细度矿物组成相同，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快， 早期强度就高 。7、施工方法水泥浇注过程， 振捣越密实 ，孔隙率越小，形成的水泥石 强度越高 。结束第四章 硅酸盐水泥第一节 硅酸盐水泥的生产过程与方法第二节 硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程第三节 硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系第四节 硅酸盐水泥的水化反应及机理第五节 水泥浆结构的形成过程与特性第六节 水泥石的结构第七节 水泥的工程性质第七节水泥石的工程性质二、水泥石的体积变化p 影响水泥石体积变化的因素很多，这里主要讨论三个方面： 水泥水化过程引起的体积变化 水分变化引起的体积变化 碳化作用引起的体积变化水泥混凝土最重要的 工程性质 是它的 力学性质(强度与形变性能 )，以及它与环境的互相作用和 耐久性 。化学减缩失水收缩碳化收缩（一）水泥浆的化学减缩p 化学减缩的 定义水泥浆体在水化过程中，水泥 -水体系的总体积发生缩小的现象，称为化学减缩。p 发生化学减缩的 原因水化前后反应物和生成物的平均密度不同p 水泥熟料中四种矿物的减缩作用大小依次是：C3AC4AFC3SC2Sp 如果每 1m3混凝土中水泥用量为 250kg，则体系中减缩量将达到 20L/m3。二、水泥石的体积变化（二）水泥石的失水收缩p 由于湿度和温度的变化，要引起水泥石中水分的变化，伴随着水泥石失水的过程，必然要引起水泥石的收缩。p 在水泥石中，水有不同的形态，因而它们引起水泥石体积变化的情况也各有不同。p P150图 4-76二、水泥石的体积变化失水阶段 失水湿度或温度 的范围 累计水分损失量 /% 累计收缩量 /% 水分损失 量 /% 收缩量 /%1 相对湿度 100-30% 14.5 0.36 14.5 0.362 相对湿度 30-1% 16.3 0.75 1.8 0.393 相对湿度 1%- 脱水温度 200oC 17.3 1.15 1.0 0.44 脱水温度 200-525oC 18.7 2.55 1.4 1.4减小 增大虽然每阶段的水分损虽然每阶段的水分损失逐渐减少，但引起失逐渐减少，但引起的收缩逐渐增加，为的收缩逐渐增加，为什么什么 ?（二）水泥石的失水收缩p 每个阶段单位失水量产生的收缩相差很大，这是由于每一阶段失去的水分相应于不同的形态，而水分的不同形态，又主要地决定于与固相作用的性质。 与固相联系力愈小的水分子，当其失去时对收缩的影响愈小，反之愈大。 第一阶段 的失水相应于毛细水的脱水，毛细水与固相的联系力是很小的，所产生的收缩主要是由毛细管张力所引起。 第二阶段 的失水相应于凝胶水的脱水。这种水分与水泥石固相作用是物理吸附作用。凝胶水分的损失就弓起凝胶体体积的缩小。 第三阶段 的失水相应于硅酸盐水化物层间水和一部分结晶水的脱出。这是水泥石产生收缩的一个重要因素。 第四阶段 的失水相当于在更高温度下。一部分结晶水和 Ca(OH)2及水化铝酸盐等水化物中所含的结构水的脱出。（三）水泥石的碳化收缩p 尽管在正常空气中， CO2的浓度较低，但只要有适当的湿度，碳化收缩的数值相当大p P151图 4-77 在不同的相对湿度下，干燥和碳化造成的水泥砂浆的收缩当相 对 湿度 为 100% 时 不 产 生碳化收 缩 ，随着湿度的下降，碳化收 缩值增大；当湿度 为 55% 时 ，碳化收 缩 达最大值 ，之后碳化收 缩 又减小；当相 对 湿度大 约 低于 25% 时 ，不 产生碳化收 缩 。1255%（三）水泥石的碳化收缩p 碳化收缩的原因 空气中的二氧化碳与水泥石中的水化物，特别是与Ca(OH)2的不断作用，引起水泥石结构的解体。由于CO2与 水化物 的置换反应，会释放出水分子，而只有这些水分子失去时，才能造成水泥石体积的变化。 随着相对