《无机材料工学教学课件》7-水泥性能

1、第七章 硅酸盐水泥的性能及应用,.1 凝结时间,7.1.1 基本概念 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。,水泥工艺,凝结时间 水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间。 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。,水泥工艺,加水,开始失去可塑性,完全失去可塑性,凝结过程,初凝,终凝,初凝,终凝,凝结时间对施工的意义 应有足够时间来保证混凝土搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成；同时尽可能短的时间加快脱模及施工进度，以保

2、证工程的进展。 凝结时间的标准（ GB17599）规定 初凝不得早于45min（45min） 终凝不的迟于390min（6.5h）,水泥工艺,7.1.2 影响凝结时间的因素,影响水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组成、水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。 矿物组成 决定凝结速度的主要矿物为C3A和C3S，快凝是由C3A造成的，而正常凝结则是受C3S制约的。,水泥工艺,水泥细度 水泥粉磨越细，其比表面积就越大，水化速度越快，凝结越迅速；反之凝结越慢。 硅酸盐水泥国家标准规定 80m方孔筛筛余10% 比表面积300m2/kg,水泥工艺,水灰比（W/C） 水灰比越大，凝结越慢。 加水量过多，颗粒间距增

3、大，水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。 （水灰比过大时，会使水泥石结构中孔隙太多，降低其强度，故水灰比不宜太大。）,水泥工艺,养护条件 温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长。 夏季（高温）和冬季（低温）施工时，注意采取适当的措施，以保证正常的凝结时间。,水泥工艺,调凝剂 缓凝剂 延长凝结时间 石膏是常用的一种缓凝剂。有时，根据需要也掺入其他调凝外加剂。 促凝剂 缩短凝结时间,水泥工艺,7.1.3 石膏的作用及其适宜掺量,石膏的作用 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,

4、水泥工艺,石膏的缓凝机理 不掺石膏时，C3A迅速反应，很快生成大量片状C4AH13，相互连接形成松散的网状结构，出现“速凝” 。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AFt，形成覆盖层，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。,水泥工艺,强度最高值,7.2 强度,强度是评比水泥质量重要的指标，是划分水泥强度等级的依据。通常将28d以前的强度称为早期强度，28d及以后的强度称为后期强度。 7.2.1 强度的形成 熟料矿物水化，生成大量的C-S-H、CH及AFt(钙钒石)，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而产生强度。,水泥工艺,7

5、.2.2 影响水泥强度的因素,熟料的矿物组成 主要决定于各单矿的含量 硅酸盐矿物是决定水泥强度的主要因素,28天强度基本上依赖于C3S含量。C2S主要影响后期强度C3A主要在早期。C4AF争议较大。 不是各单矿强度的简单叠加,水泥工艺,单矿强度测试结果举例,水泥工艺,水泥细度 水泥越细，颗粒分布范围越窄越均匀，其水化速度越快，而且水化更为完全，水泥的强度，尤其是早强越高，适当增大水泥细度，还能改善浆体泌水性，和易性和粘结力等。 但是水泥太细，标准稠度需水量越大，增大了硬化浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。,水泥工艺,影响水泥强度的其它因素 水灰比 水化比越高,强度越低 养护温度 温度越高,强

6、度发展越快 添加剂等,水泥工艺,强度等级 强度依水泥胶砂强度检验方法GB/T 17671-1999）进行检验。 硅酸盐水泥各龄期强度要求(GB1751999) ， 分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级,水泥工艺,*水泥石孔隙率与强度的关系 减少孔隙率、提高密实度是提高水泥石强度的一种主要措施。 S=S0e-b,孔隙率,强度,本征强度,水泥工艺,热压高强水泥 采用高强水泥、高效减水剂、热压成型等措施，强度提高一个数量级 无大孔水泥（MDF水泥） 采用特殊级配水泥、高效减水剂、高分子乳液等，特殊成型，抗折超过150MPa。 超细密水泥（DSC水泥） 采用硅酸

7、盐水泥、高效减水剂、硅灰等，抗压强度达200MPa以上。,水泥工艺,7.3 体积稳定性,7.3.1 安定性 安定性不产生显著的体积变化。 安定性不良凝结硬化过程中产生显著的不均匀的膨胀，从而导致硬化浆体破裂。 导致安定性不良的根源 f-CaO过高，SO3过高，MgO过高,形成C3A 3CaSO4H32,水泥工艺,7.3.2 收缩,化学减缩 水化硬化过程中，熟料矿物转变为水化产物，固相体积大大增加，而水泥浆体总体积却缩小。 湿胀干缩 浆体结构含水量增加时，体积膨胀，含水量减少，则会使体积收缩。 碳化收缩 硬化水泥浆体中的水化产物如Ca(OH)2,与空气中的CO2作用，生成CaCO3和H2O，造成

8、硬化浆体的体积减少。,水泥工艺,传统的硅酸盐水泥，在水化硬化过程中产生收缩，是一个普遍的问题。由于收缩，混凝土内部产生裂纹，会使混凝土的一系列性能变坏，如强度、抗渗性和抗冻性下降，使外部侵蚀性介质透入，直接接触钢筋，造成锈蚀等等，从而影响水泥混凝土的整体性、安全性和耐久性。,*收缩是水泥材料的固有缺陷,水泥工艺,7.4 水化热,水化热水泥在水化过程中释放的反应热 7.4.1 水化热对水泥施工的影响 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。 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。,水泥工艺,7.4.2 影响水泥水化热的因素 矿物组成 C3A最大，C4AF与C3S次之，C2S最小。 水泥细度 细度越细，放热量越快。 其它 凡能加速水化的各种因素，均能相应地提高放热速率。,水泥工艺,7.5 硅酸盐水泥的耐久性,硬化水泥石结构