硅酸盐水泥的凝结硬化过程五

建筑材料第四章水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥1掺混合材料的硅酸盐水泥2其他品种水泥3水泥技术性质试验45常见的水泥灌装水泥袋装水泥耗材、破袋、污染不用袋，没破袋损耗和污染水泥，粉状水硬性无机胶凝材料。水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度.水泥加水搅拌后，经水化反应由稀变稠，最终形成坚硬的水泥石。水泥水化过程中，能把砂、石等散粒材料牢固地胶结成整体而形成各种水泥品种。水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。多样性低成本可塑性工艺简单耐久性与钢筋粘结性好水硬性水泥的优点水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥•硅酸盐水泥•普通硅酸盐水泥•矿渣硅酸盐水泥•火山灰质硅酸盐水泥•粉煤灰硅酸盐水泥•复合水泥专用水泥•砌筑水泥•油井水泥特性水泥•快硬水泥•膨胀水泥•抗硫酸盐水泥•中热水泥第一节硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥一。硅酸盐水泥生产简介：1.原料：原料石灰质原料CaO粘土质原料SiO2、AI2O3、Fe2O3石灰岩粉煤灰白垩石灰石贝壳粘土黄土河泥2.水泥生产工艺“两磨一烧”原料生料熟料水泥成品石膏磨细煅烧磨细按比例混合1350-1450°C水泥颗粒宏观形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构二。硅酸盐水泥的矿物组成及特性组成化学分子式缩写硅酸三钙3CaO·SiO2C3S硅酸二钙2CaO·SiO2C2S铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF矿物组成性质矿物种类硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙缩写C3SC2SC3AC4AF含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度快慢最快快水化热多少最多较多强度高早低后高低低抗腐蚀性好好差极好收缩中较大大小Back熟料磨细硅酸盐水泥P.ⅠP.Ⅱ三。水泥品种熟料磨细普通硅酸盐水泥P.O熟料磨细矿渣硅酸盐水泥P.S熟料磨细火山灰质硅酸盐水泥P.P熟料磨细粉煤灰硅酸盐水泥P.F熟料磨细复合硅酸盐水泥P.C尽管水泥的品种很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥。所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此基础上，再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰或熟化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥代号PⅠ、PⅡPⅠ表示不掺混合材料的硅酸盐水泥PⅡ表示混合材料掺量不超过5%的硅酸盐水泥四。硅酸盐水泥的凝结硬化过程水泥水流动性、可塑性开始失去可塑性坚硬水泥石完全失去塑性初凝拌和水化水化硬化终凝水化机理1水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。3CaO·SiO2+H2OCaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)21.水泥的水化、凝结和硬化硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2水化机理2铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。3CaO·Al2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O水化机理3硅酸二钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶该水化反应的速度和水化放热量均属中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O2.影响水泥凝结硬化的主要因素（1)矿物组成不同矿物成分和水起反应时所表现出来的特点是不同的，如C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素。(2)水泥细度在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。(3)拌和水量——水泥浆水灰比水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水泥浆+水较多水灰比较大水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥浆凝结较慢。水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。（4）石膏的掺量石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。3CaO·Al2O3·6H2O+H2O+CaSO4·2H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O钙矾石石膏调节凝结时间的原理Back（5）环境温度与湿度在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反应产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。温度降低，则水化反应减慢，强度增长变缓。高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反应的必要条件。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。洒水养护2-3周（6）龄期-硬化时间水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。1.硅酸盐水泥的细度定义细度－－指水泥颗粒的粗细程度。讨论与分析缺点:水泥越细优点：？水泥的细度对水泥的性能影响很大，水泥颗粒越细，与水接触面积越大，与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。硬化收缩越大；易受潮而降低活性；成本越高。同时在硬化时收缩大，容易产生裂缝。五。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的主要技术性质2.标准稠度用水量2.标准稠度用水量标准稠度：试锥下沉深度为28±2mm时的稠度标准稠度用水量P(%)按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。P%=水量ml/水泥1g。定义：水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。水泥全部加入水中可塑性完全失去可塑性初凝终凝3.凝结时间水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工。讨论与分析结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。请观看凝结时间试验动画初凝时间不得早于45min终凝时间不得迟于6.5h。同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。GB规定4.体积安定性水泥凝结硬化过程中，体积变化的均匀性称为体积安定性若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良的水泥为废品！水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。100mm160mmP抗折强度试验PP抗压强度试验5.强度水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分。抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）水泥品种强度等级3天28天3天28天42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.423.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.07.0硅酸盐水泥62.5R32.062.55.58.032.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.0普通水泥52.5R26.052.55.07.06.水化热水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥细度7.密度与堆积密度密度:3.0-3.15g/cm3,通常3.1g/cm3堆积密度:1000-1600kg/m3六。硅酸盐水泥的腐蚀与防治在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。简介水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度。水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。腐蚀类型软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀Back软水侵蚀特点介质—软水（含HCO3－少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。过程当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解软水侵蚀在硬水中会发生如下反应生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层预防措施将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化－人工碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O人工碳化将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层软水侵蚀硫酸盐腐蚀特点以硫酸盐为介质的海水、地下水等硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀性晶体，使水泥石破坏腐蚀过程举例：22432242323133203124OHCaOHCaSOOAlCaOOHCaSOOHOAlCaO结晶膨胀MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2+H2O=Mg(OH)2+CaSO4·2H2O结晶膨胀易溶于水镁盐腐蚀特点以镁盐为介质的海水、地下水等镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：碳酸盐腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2易溶于水特点以碳酸盐为介质的海水、地下水等碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：酸的腐蚀易溶于水结晶膨胀OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2特点以酸性介质为主的工业环境等酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：碱的腐蚀CHAlONaNaOHA3223CＯOHCONaCONaO