第7章-硅酸盐水泥的性能

,第7章硅酸盐水泥的性能,硅酸盐水泥的性能包括:,密度容积密度细度,凝结时间泌水性强度体积变化水化热耐久性,建筑性能,物理性能,第一节凝结时间,初凝:水泥浆体失去流动性和部分可塑性,开始凝结.终凝:水泥浆体逐渐硬化,完全失去可塑性,并具有一定的机械强度,能抵抗一定的外来压力.,初凝时间:从水泥加水拌和到水泥初凝所经历的时间.终凝时间:从水泥加水拌和到终凝所经历的时间.,凝结:,凝结时间:,一、凝结速度,1、熟料矿物组成决定凝结速度的主要矿物为C3A和C3S。C3A，快凝；C3S，凝结快，但正常。C3A含量低于2%或掺入石膏缓凝剂，水泥凝结由C3S决定；初凝决定于C3A和C4AF的水化，也与C3S的水化相关；终凝主要受C3S水化控制。,凝结速度和水化速度,2.熟料矿物结构快冷；玻璃体正常慢冷；晶体快凝（包裹）熟料中存在的钾、钠、硫酸盐3.温度温度升高，水化加快，凝结时间缩短4.水灰比5.细度6.外加剂,温度对水泥凝结时间的影响实例,二、石膏的作用及其适宜掺量的确定,1.石膏的作用调节凝结时间；（缓凝机理）提高早期强度；改善水泥的性能（耐蚀性、抗冻性、抗渗性、降低干缩变形）。,2.石膏掺量的确定,（1）确定石膏的最佳掺量要同时考虑凝结时间；强度；安定性。,石膏对水泥凝结时间的影响,石膏最佳掺入量是指使水泥凝结正常、强度高、安定性良好的掺量。,水泥强度与SO3掺入量的关系,（2）影响石膏掺量的因素,A.石膏的种类不同石膏溶解速度不同，缓凝作用不同。如硬石膏比二水石膏溶解度大，但溶解速度慢，掺量要适当增加。（磷石膏、氟石膏）一般硅酸盐水泥、普通水泥中石膏掺量以SO3计，掺量为1.5%2.5%。,B.熟料中C3A含量：C3A含量高，石膏掺量应相应增加，反之则减少。C.熟料中SO3含量熟料中SO3含量高时，要相应减少石膏掺量。D.水泥细度相同矿物组成的水泥，细度增大，比表面积增大，水化加快，应适当增加石膏掺量。,E.混合材料的品种和掺量混合材料不同，石膏掺量不同。如混合材料为矿渣时，应多掺石膏，因为石膏是矿渣的活性激发剂。F.碱含量水泥中碱含量高时，凝结速度加快，石膏应适当多掺。实际生产中影响石膏掺量的因素很多，很难精确计算,三、快凝和假凝现象,图10-4不正常凝结的典型特性曲线,四、调凝外加剂,除石膏外，许多无机盐或有机化合物也可以调节凝结时间。通常分为缓凝剂和促凝剂(早强剂)两种。A缓凝剂：能延缓凝结时间，并对后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂主要有四类糖类，如糖钙等；木质素磺酸盐类，如木质素磺酸钙、木质素磺酸钠等；羟基羟酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸钾钠等；无机盐类，如锌盐、硼酸盐、磷酸盐等。,适用范围,主要适用于大体积的混凝土和炎热气候下施工，以及需长时间停放或长距离运输的混凝土。缓凝剂不宜用于日最低气温5以下施工的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的混凝土及蒸养混凝土。,B促凝剂指减少水泥浆由塑性变为固态所需时间，提高早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。促凝剂主要有三类：氯盐类，如氯化钙、氯化钠等；硫酸盐类，如硫酸钠、硫代硫酸钠等；有机胺类，如三乙醇胺、三异丙醇胺等；但CaCl2会使钢筋锈蚀。常与阻锈剂亚硝酸钠复合使用。Na2S04与Ca(OH)2作用生成强碱NaOH，易于活性集料中发生碱集料反应。但三乙醇胺掺量过多反而会造成混凝土严重缓凝和强度下降。,适用范围促凝剂可以在常温、低温、负温（不低于5）条件下加速混凝土的硬化过程，多用于冬季施工和抢修工程。注意事项在实际生产中，使用调凝剂时应注意其掺量及其对水泥性能的影响等问题。在选择外加剂和其适宜的掺量时，应根据工程需要，现场的材料条件，参考有关资料，通过试验确定。,第二节强度,一、强度的形成1、形成1）水化产物，特别是C-S-H凝胶具有巨大表面能，导致颗粒间产生范德华力或化学键力，吸引其它离子形成空间网络结构。2）晶体的连生，由化学键产生强度。3）各种水化产物在水泥浆体中相互交织连接，形成网络状结构。水化产物间存在范德华力和化学键。2、水化产物对强度的影响C-S-H起主要作用；Ca(OH)2对强度不利；AFt和AFm影响早期强度。,3、表达方式(MPa）,按所受压力不同,按龄期不同,抗压强度,抗折强度,早期强度：指28d以前的强度,后期强度：指28d及以后的强度。,如1d3d7d强度,如：28d强度,1、熟料的矿物组成,C3SC4AFC3AC2S（28d）C3S早强高，C2S后期强度增幅大。C3A早期强度增长很快，对早强有利，但后期强度增长不大。甚至倒缩，C3A存在最佳含量。C4AF对早强及后强均有利。,二、影响水泥强度的因素,最佳石膏掺量含碱水泥早起强度较高，28d后有所降低矿物形成固溶体，可促进水化，提高早期强度还原气氛会使C3S和C4AF晶体严重变形甚至破坏，活性减低冷却制度：12001250慢冷，使C3S和C4AF充分析晶，然后急冷，早期强度高,2、水泥的细度,在其他条件相同的情况下，水泥早期强度随水泥比表面积的增加而提高。后期（特别是90d到1年以后），细度对强度几乎没有影响。,3、水灰比和水化程度对强度的影响,水泥的水化程度越高，单位体积内水化产物就越多，彼此间接触点也越多，水泥浆体内毛细孔被硅酸凝胶填充的程度就越高，水泥石的密实程度也就高些，从而使强度相应提高。水灰比越大，水泥石内总孔隙率及产生的毛细孔越多，强度越低。减水剂、强烈搅拌、碾压、加压成型,4、石膏掺量对强度的影响,加入适量的石膏时，有利于提高水泥的强度，特别是早期强度。,5、温度对强度的影响,提高养护温度，可提高水泥水化速度，初期强度也能较快发展；但后期强度可能有所降低。反之则反之。高温下的水化产物分布不均；浆体内各相热膨胀系数的差异，特别是饱和空气受热时的剧烈膨胀。浆体强度越弱，上述危害越强，因而蒸养前需“静停”。,一、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，故称化学减缩。,第三节体积变化,水化产物体积增加，但体系体积减小。水泥熟料各单矿物的减缩作用大小顺序。C3AC4AFC3SC2S水泥的化学减缩量的大小，常与C3A含量成线性关系。,二、湿胀干缩,硬化水泥浆体的体积随含水量而变。干燥时体积收缩，潮湿时则会发生膨胀。干湿循环可导致反复胀缩，但还会留下部分不可逆收缩。原因毛细管作用；胶粒表面能或表面张力变化；拆散压力；层间水的变化。,湿胀干缩示意图,影响因素1）C3A的含量：C3A含量增加，硬化浆体的干缩值提高。2）石膏掺量（最佳值）3）水灰比一般早期干缩发展较快，但水灰比对其影响不大，28d后，干缩随水灰比减小而明显降低。4）混凝土中骨料的限制,水泥浆体干缩率随时间的变化1C3A含量4%；2C3A含量6%；3C3A含量8%,水灰比对水泥浆体干缩的影响,三、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，出现不可逆的收缩现象，称为碳化收缩。反应式Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O3CaO2SiO23H2O+CO2=CaCO3+2(CaOSiO2H2O)+H2O,当相对湿度在25%以下或者接近100%时，都不宜发生碳化收缩。一般在大气中，碳化速度很慢，且只在表面进行，大约在一年后才会在硬化水泥浆体表面产生微裂缝，只影响外观质量，不影响强度。,第四节水化热,1、定义水泥水化时会放出热量。水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热。2、危害一般工程水化热对冬季施工有利。在大体积混凝土工程中，水化放出热量聚集在混凝土内部不易散失，温度升高，导致其结构内外温差较大而产生应力，致使混凝土结构不均匀膨胀而产生裂缝。,3、影响因素,1）熟料矿物组成C3AC4AFC3SC2S（具有加和性）2）熟料冷却制度冷却速度越快，玻璃体含量越高，水化热越小。4）水泥细度细度主要影响水化时的放热速度，水泥越细，放热速度越快。（总热量不变）5）水灰比6）养护温度7）水泥储存时间,C3A含量对水泥水化热的影响（C3S%基本相同