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、快凝和假凝现象快凝现象假凝现象定义水泥加水拌和后，很快出现不可逆的固化现象。（初凝时间太短）水泥加水拌和后，在几分钟内既迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。现象很快凝结，不可逆，浆体已产生一定强度，重新搅拌也不能恢复塑性；放热量多，温度急剧上升。很快凝结，可逆，经剧烈搅拌后浆体可重新恢复塑性，并达到正常凝结；放热量很少；对强度无影响，但增加施工难度。原因C3A含量高，或石膏等缓凝剂掺量过少1、水泥粉磨时受高温，二水石膏脱水形成半水石膏2、碱含量较高3.C3A含量偏高，石膏掺量较多4.水泥颗粒带相反电荷措施1、控制C3A含量2、掺适量石膏1、降低水泥磨温度2、控制水泥中碱含量3、施工时延长搅拌时间图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C3S＞C4AF＞C3A＞C2S（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：1200~1250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。C3A＞C4AF＞C3S＞C2S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1－C3A含量4%；2－C3A含量6%；3－C3A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+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+CO2=CaCO3+2(CaO·SiO2·H2O)+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C3A＞C4AF＞C3S＞C2S（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）C3S含量对水泥水化热的影响（C3A%基本相同）第五节粉磨细度50μm以上水泥颗粒，不能完全水化越细，水化越快越细，提高水泥早起强度。（后期基本无关）越细，需水量增大，干缩增大水化快，石膏应增加C3S在细颗粒中含量较高，C2S在粗颗粒中含量价高；C3A和C4AF则分布较为均匀“窄级配”，水泥强度有所提高，但标准稠度需水量增加磨机产量降低，易受潮