硬化水泥浆体的组成与结构及其性质

1、硬化水泥浆体组成与结构及其性质12概述01THE MAIN CONTENTS硬化水泥浆体组成与结构02硬化水泥浆体的性质03概述0131.1硬化水泥浆体 硬化水泥浆体是非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于空隙中的水和空气组成，所以是固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强度和空隙率，而外观和其他性能则与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。非均质的多相体系非均质的多相体系水化产物和残存熟料固相水化产物和残存熟料固相孔隙中的水液相孔隙中的水液相孔隙中的空气气相孔隙中的空气气相三相多孔体三相多孔体概述014硬化机理硬化机理产生凝结硬化的原因产生凝结硬化的原因水化硬化过程

2、水化硬化过程结晶理论结晶理论水化反应生成晶体水化反应生成晶体相互交叉联结相互交叉联结溶解沉淀过程：熟料矿物溶解于溶解沉淀过程：熟料矿物溶解于水，与水发生水化反应，产物溶解水，与水发生水化反应，产物溶解度更小，结晶沉淀。度更小，结晶沉淀。胶体理论胶体理论水化反应生成大量胶体，由于干燥水化反应生成大量胶体，由于干燥或继续水化或继续水化“内吸内吸”作用失水，胶作用失水，胶体凝聚成刚性凝胶而硬化体凝聚成刚性凝胶而硬化局部化学反应：熟料矿物不溶于水，局部化学反应：熟料矿物不溶于水，固体直接与水反应，通过水的扩散，固体直接与水反应，通过水的扩散，反应界面由颗粒表面向内延伸。反应界面由颗粒表面向内延伸。三阶

3、段理论三阶段理论凝结是由胶体形成凝聚结构，硬化凝结是由胶体形成凝聚结构，硬化是晶体结构的发展是晶体结构的发展溶解胶化结晶过程：生成溶胶溶解胶化结晶过程：生成溶胶凝胶晶体凝胶晶体比较统一的意见比较统一的意见水化反应生成胶体和晶体，它们共水化反应生成胶体和晶体，它们共同作用，相互交叉联结同作用，相互交叉联结液相中反应局部化学反应：化学液相中反应局部化学反应：化学反应控制扩散控制反应控制扩散控制1.2 水泥硬化机理概述015硬化水泥浆体形成的原因硬化水泥浆体形成的原因水泥石具有强度的原因水泥石具有强度的原因水化产物水化产物内部键型内部键型产物之间键型产物之间键型结构形成结构形成胶体胶体C-S-H凝胶

4、凝胶原子价键、原子价键、氢键氢键范德华力范德华力箔片状、纤维状，具有巨箔片状、纤维状，具有巨大的表面能，交叉攀附大的表面能，交叉攀附晶体晶体CH、AFt、AFm等等离子键离子键范德华力范德华力六方板状、针棒状，相互六方板状、针棒状，相互搭接搭接构成三度空间牢固构成三度空间牢固结结合，密实合，密实的整体的整体硬化水泥浆体组成与结构0262.1硬化水泥浆体中矿物组成与结构物质物质组成组成结构结构形貌形貌1.C-S-H组成不定，组成不定，结晶度极差结晶度极差远程无序胶体，取决水远程无序胶体，取决水化龄期，初期溶胶，中化龄期，初期溶胶，中后期凝胶后期凝胶取决水化龄期与生长取决水化龄期与生长空间有关：水

5、化龄期长，空间有关：水化龄期长，尺寸越小，尺寸越小，20.1m m 2.Ca(OH)2组成固定，纯组成固定，纯度高，结晶好度高，结晶好三方晶系层状结构三方晶系层状结构层内：离子键，结合强层内：离子键，结合强层间：范德华力，结合层间：范德华力，结合弱，受力时的薄弱环节，弱，受力时的薄弱环节，沿层间产生裂缝沿层间产生裂缝六方板状，几十微米，六方板状，几十微米，尺寸取决液相中尺寸取决液相中Ca2+离子离子浓度增长的速度：越快，浓度增长的速度：越快，尺寸越小，强度越高尺寸越小，强度越高硬化水泥浆体组成与结构027物质物质组成组成结构结构形貌形貌3.AFtCa3(Al,Fe)(OH)612H2O2X3y

6、H2OX二价二价,SO4、CO3、Cl2、(OH)2C3A 3CaX mH2O m=3032三方晶系三方晶系柱状结构柱状结构针棒状、杆状、针棒状、杆状、柱状、空心管状柱状、空心管状4.AFmCa2(Al,Fe)(OH)6XyH2OC3A CaY nH2O n=1012 X一价，一价，Y二价二价三方晶系三方晶系层状结构层状结构六方板状六方板状与与AFtAFt相比，相比，AFmAFm中的结构水少，其密度更大。当中的结构水少，其密度更大。当AFmAFm接触到各种来源的接触到各种来源的SOSO4 42-2-离子而转变成离子而转变成AFtAFt时，结构水增加，密度减小，从而产生相当的体时，结构水增加，密

7、度减小，从而产生相当的体积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。硬化水泥浆体组成与结构0282.2 水及其存在形式（1 1）按与固相组成的作用）按与固相组成的作用自由水自由水(游离水游离水)存在于粗大孔隙中，与一般水性质相同存在于粗大孔隙中，与一般水性质相同吸附水吸附水毛细孔水毛细孔水凝胶水凝胶水数量取决于毛细孔的数数量取决于毛细孔的数量，以中性水分子存在量，以中性水分子存在数量大体上正比于凝胶体的数量大体上正比于凝胶体的数量，以中性水分子存在数量，以中性水分子存在结晶水结晶水(化学结合水化学结合水)强结晶水强结晶水弱结晶水弱结晶水以

8、中性水分子存在，占有晶格固定位置，由氢键和以中性水分子存在，占有晶格固定位置，由氢键和剩余键相结合，结合力弱，如：剩余键相结合，结合力弱，如：C-S-HC-S-H中的层间水中的层间水以以OHOH- -离子存在，占有晶格固定位置，有确离子存在，占有晶格固定位置，有确定含量比，结合力强，如：定含量比，结合力强，如：Ca(OH)Ca(OH)2 2中的中的OHOH- -硬化水泥浆体组成与结构029（2 2）按实用）按实用蒸发水蒸发水(We)非蒸发水非蒸发水(Wn)在规定的标准条件下能除去的水在规定的标准条件下能除去的水蒸发后剩余的水蒸发后剩余的水将所有自由水及吸附水除去，仅剩下结晶水将所有自由水及吸附

9、水除去，仅剩下结晶水105105加热、加热、D-D-干燥干燥( (干冰干冰7979 ) )、P-P-干燥干燥( (高氯酸镁高氯酸镁) )浆体内孔隙体积的量度。蒸发水越多，孔隙率越大浆体内孔隙体积的量度。蒸发水越多，孔隙率越大与水化产物数量存在一定比例关系，可表征水化程度与水化产物数量存在一定比例关系，可表征水化程度硬化水泥浆体组成与结构02102.3 孔及其结构特征 孔隙占水泥浆体的体积百分比孔隙占水泥浆体的体积百分比（1 1）总孔隙率）总孔隙率（2 2）孔径分布）孔径分布硬化水泥浆体组成与结构0211用吸附法和压汞法测定孔径分布后，即可测得水泥浆体的总孔隙率。用吸附法和压汞法测定孔径分布后，

10、即可测得水泥浆体的总孔隙率。吸附法：水蒸气或氮气吸附，一般用于直径小于吸附法：水蒸气或氮气吸附，一般用于直径小于300A300A的孔的孔压汞法：用压力将水银压入干燥浆体，水银能够进入的孔压汞法：用压力将水银压入干燥浆体，水银能够进入的孔径与所施加压力成反比，测量直径径与所施加压力成反比，测量直径1 1m m 几百微米的孔。几百微米的孔。（3 3）孔的形态）孔的形态开口孔（连通孔）开口孔（连通孔）闭口孔（封闭孔）闭口孔（封闭孔）硬化水泥浆体性质03123.1 硬化水泥浆体的力学性能（1）硬化水泥浆体的强度硬化水泥浆体性质0313（2）硬化水泥浆体的弹性模量硬化水泥浆体或者混凝土的弹性模量与强度之

11、间的关系紧密相连，抗压强度越大，弹性模量相应也大，大致与抗压强度的平方根成正比例。弹性模量的影响因素：孔隙率，温度，干燥程度等硬化水泥浆体性质03143.2 硬化水泥浆体的干缩和徐变性能 3.2.1 硬化水泥浆体的收缩（1）干缩或减缩 硬化水泥浆在水泥水化硬化过程中，自发的产生体积变化。（2）干燥收缩 如果硬化水泥浆处于高风速，低温度和高气温环境下，就有可能引起毛细管水，凝胶水的蒸发损失，必然会导致水泥浆体的体积变化。硬化水泥浆体性质03153.2.2硬化水泥浆体的徐变上图为温度平衡时，硬化水泥浆体的徐变和徐变恢复曲线。 晶体材料，金属，岩石和硬化水泥浆体等固体材料，由于载荷而引起的变形中，其

12、中时间依赖性的部分就时徐变，或称蠕变。 由于组成结构的不同，硬化水泥浆体，无论在多么低的应力条件下，都会产生徐变，而且由徐变引起体积变化。 硬化水泥浆体的徐变包括可你徐变和不可逆徐变，由左图可以看出，不可逆徐变大于可逆徐变。硬化水泥浆体性质0316影响徐变的因素：（1）加荷应力 硬化水泥浆体，即使加荷的作用力很小，也能产生徐变变形，加荷应力在混凝土的强度的35%-40%以下时，徐变变形大致与应力成正比。 总的影响规律是：加荷作用应力的比例与强度（强度）愈高，徐变愈大。（2）材料强度 材料强度愈高，徐变愈小。混凝土中徐变主要来自硬化水泥浆体。（3）水灰比 水灰比对徐变的影响，定性的评论是水灰比越

13、大，徐变也愈大。（4）温度 在荷载作用期间，环境混度活化徐变变形。其他如湿度，养护条件，水泥组成等同样也会影响硬化水泥浆体的徐变。硬化水泥浆体性质03173.3 硬化水泥浆体的渗透性在水力梯度作用下，水作为典型的均质流体，流过多孔介质（如硬化水泥浆体）的水流速度和流量，称为渗透性。渗透率的大小，取决于多孔介质的结构和水流通过多孔介质所呈现的相对粘度。硬化水泥浆体作为多孔介质，其结构只有毛细管空隙的互联网，水流通过而构成渗透性但由于毛细管孔隙较小，可以认为，硬化水泥浆体的渗透性是水流在浆体中毛细管互联网的流动所形成的。硬化水泥浆体中毛细管孔隙是浆体透水的重要通道，一般来说，任何材料的渗透性与材料的孔隙率保持简单的函数关系，但还取决于毛细管孔的尺寸，分布，和孔的连续性。硬化水泥浆体中毛细孔连续分布，毛细管孔的尺寸和分布取决于水灰比的大小。右图为毛细孔隙率和渗透性的关系，当毛细管孔隙率小于25%范围，渗透性增大微弱，当大于25%时渗透性直线式地增长。硬化水泥浆体性质03183.3 硬化水泥浆体的抗冻性抗冻性时硬化水泥浆体的一项重要使用性能。当饱和硬化水泥浆体中水结冰时，体积约增加9%，会使毛细孔壁承受一定的膨胀应力，当应力超过浆