硅酸盐水泥的性能水泥工艺学.ppt

8 硅酸盐水泥的性能,8.1 凝结 一、凝结过程 水泥加水拌和成水泥浆体，逐渐失去流动性、可塑性，形成具有一定强度的硬化浆体的过程。, 初凝时间： 从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性所需时间。 终凝时间： 从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。 二、凝结时间的重要意义 若初凝时间太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。 若终凝时间太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。,三、影响凝结时间的因素 1.熟料矿物组成 C3A含量高，易导致水泥的快凝（闪凝） 2.熟料矿物结构 慢冷熟料易导致水泥的快凝 （慢冷时， C3A 形成晶体） 3.水泥细度 细度细，水泥水化快，凝结时间短 4.水化温度 温度高，水泥水化快，凝结时间短,5.水灰比（水泥浆体稠度 ） 水灰比越大，水化速度就越快，但加水量过多，颗粒间距会增大，网络结构较难形成，所以凝结速度反而变慢。 6.调凝外加剂 促凝剂：如氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺等 缓凝剂：如糖钙、木钙、柠檬酸、锌盐、磷酸盐、石膏等,四、石膏的作用及其适宜掺量的确定 1.石膏的作用 可以控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。 改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性等。 主要作用是调节水泥的凝结时间,2.石膏的缓凝机理 水泥中掺加适宜石膏时，3在石膏石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（AFt，又称钙矾石）。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发生。,3.石膏的最佳掺量 石膏对水泥凝结时间的影响，并不与掺量成正比，并带有突变性。,石膏掺量2.5%： 对凝结时间影响不大。 SO3掺入量：一般为1.52.5。 经验公式：,五、水泥的急凝与假凝 1.急凝 在C3A含量较高，或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，C3A迅速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙（C4AH13），并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，又称为“速凝”或“闪凝” 。,2.假凝 假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。 造成假凝的主要原因是水泥在粉磨时受到高温，其中二水石膏脱水形成半水石膏甚至可溶性无水石膏。,8.2 强度 一、强度的产生和发展 水化形成大量C-S-H凝胶、Ca(OH)2 、钙钒石(AFt)晶体； C-S-H、钙钒石(AFt)生长成纤维状，相互交织联结，形成网络状结构，从而产生强度； 随着水化进行，水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。,二、影响强度的因素 1.熟料的矿物组成 单矿物净浆抗压强度 MPa,2.水泥细度 65um：只起骨架作用；含量增加，泌水性增大。 要求：水泥细度合适，级配合理,3.水泥石的结构 水泥石密实程度越高，强度就越高，与孔结构密切相关。 水泥水化所需的结合水一般占水泥质量的23左右，水灰比大，多余的水蒸发形成气孔或通道，强度下降； 水灰比过小，拌合物干稠，施工振捣中不易密实，出现蜂窝、孔洞，强度严重下降。,4.养护温度和湿度 温度和湿度是影响水泥水化速度的重要因素。水泥水化过程中，必须在一定的时间内保持适当的温度和足够的湿度，以使水泥充分水化。 提高养护温度（即水化的温度），可以使早期强度得到较快发展，但后期强度，特别是抗折强度反而会降低。 如果湿度不够，水泥的水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重降低水泥强度。,8.3 体积变化与水化热 一、体积变化 1.化学减缩 水泥在水化硬化过程中，无水的熟料矿物转变为水化产物，固相体积大大增加，而水泥浆体的总体积却在不断缩小。由于这种体积减缩是化学反应所致，故称为化学减缩。,2.湿胀干缩 硬化水泥浆体的体积随其含水量而变化。浆体结构含水量增加时，其中凝胶粒子由于分子吸附作用而分开，导致体积膨胀，如果含水量减少，则会使体积收缩。湿胀和干缩大部分是可逆的。,3.碳化收缩 在一定的相对湿度下，硬化水泥浆体中的水化产物如Ca(OH)2、C-S-H等会与空气中的CO2作用，生成CaCO3和H2O，造成硬化浆体的体积减少，出现收缩现象，称为碳化收缩。,二、水化热 水泥的水化热是由各种熟料矿物与水作用时产生的。在冬季施工中，水化放热能提高水泥浆体的温度，有利于水泥正常凝结。但在大体积混凝土工程中，水化放出的热量聚集在混凝土内部不易散失，导致混凝土结构内外温差较大而产生应力，致使混凝土不均匀膨胀而产生裂缝，给工程带来严重的危害。,8.4 硅酸盐水泥的耐久性 一、抗渗性 抗渗性是指硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质渗透的能力。 抗渗性一般用渗透系数k来表示。 -总孔隙率； r-孔的水力半径(孔隙体积/孔隙表面积)； -流体的粘度； C-常数。,渗透系数K正比于孔隙半径的平方，与总孔隙率却只有一次方的正比关系。 抗渗性主要与其孔隙率的大小及孔隙特征有关。 水灰比是影响水泥石（混凝土）抗渗性能的重要因素。 除降低水灰比外，还可以改变孔级配、变大孔为小孔以及尽量减小连通孔等途径来提高抗渗性，达到改善耐久性的目的。,二、抗冻性 抗冻性是指水泥石（混凝土）在水饱和状态下，经过多次冻融循环不破坏，强度也不严重降低的性能。 水泥的抗冻性一般是以试块能经受-15和20的循环冻融而抗压强度损失率小于25%时的最高冻融循环次数来表示，如200次或300次冻融循环等。次数越多说明抗冻性越好。 水泥石（混凝土）的抗冻性与其孔隙率及孔隙特征、强度、耐水性等因素有关。提高抗渗性是提高抗冻性的必要条件。,三、环境介质的侵蚀 对于水泥耐久性有害的环境介质主要为：淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。 1.淡水侵蚀 又称溶出侵蚀，它是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。,Ca(OH)2首先被溶解，其次是高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐等分解而成为低碱性的水化产物。如果不断浸析，最后会变成硅酸凝胶、氢氧化铝等无胶结能力的产物。不过，对于抗渗性良好的硬化浆体或混凝土，淡水溶出过程的发展一般是很慢的。,2. 离子交换反应 形成可溶性钙盐 如盐酸等酸性水。 形成不溶性钙盐 如草酸、酒石酸、氢氟酸以及磷酸等，与浆体中的Ca(OH)2反应，所形成的就是不溶又不膨胀的钙盐，不会引起破坏。, 镁盐侵蚀 氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁等镁盐，会与硬化浆体中的Ca(OH)2形成可溶性钙盐，析出氢氧化镁。在长期接触的条件下，水化硅酸钙凝胶中的Ca2+离子逐渐被Mg2+离子所置换，最终转化成水化硅酸镁，导致胶结性能下降。,3. 形成膨胀性产物 硫酸盐侵蚀 主要是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与浆体所含的氢氧化钙作用生成硫酸钙，再和水化铝酸钙反应而生成钙矾石，从而使固相体积增加，产生相当的结晶压力，造成膨胀开裂以至毁坏。 盐类结晶膨胀,四、碱集料反应 碱集料反应是指水泥石（混凝土）孔溶液中所含的碱（Na2O和K2O）与集料的活性成分（微晶质或非晶质SiO2等），在潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应产物体积膨胀，导致水泥石（混凝土）开裂的现象。 反应条件 必须同时具备三个条件：一是在混凝土中存在着一定数量的活性集料；二是在混凝土中存在着一定数量的碱；三是存在着水。,五、耐久性的改善途径 1. 提