第七节 硅酸盐水泥水化硬化及性能.ppt

第七节第七节 硅酸盐水泥的水化硬化及性能硅酸盐水泥的水化硬化及性能主讲：张欢主讲：张欢第六章第六章 水水 泥泥1本节提要：本节提要：o7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化o7.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化o7.3 水泥石水泥石o7.4 硅酸盐水泥的性能硅酸盐水泥的性能水化产物水化产物水化速率水化速率2水化速率水化速率（rate of hydration)是指单位时间内水泥的水是指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。化程度或水化深度。水化程度是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化水化程度是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值，以百分率表示。量的比值，以百分率表示。水化深度是指水泥颗粒外表面水化层的厚度，一般以水化深度是指水泥颗粒外表面水化层的厚度，一般以微米表示。微米表示。3硅酸盐水泥的水化和硬化硅酸盐水泥的水化和硬化 水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂石集料水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂石集料的可塑性泥浆，随后逐渐失去塑性而凝结硬化为具的可塑性泥浆，随后逐渐失去塑性而凝结硬化为具有一定强度的石状体。同时，伴有水化放热、体积有一定强度的石状体。同时，伴有水化放热、体积膨胀和强度增加。膨胀和强度增加。本节导入：本节导入：硅酸盐水泥的性能硅酸盐水泥的性能 凝结时间、强度、水化热、泌水性、耐久性等。凝结时间、强度、水化热、泌水性、耐久性等。4 7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.1 硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化 常温下水化反应式常温下水化反应式:3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：简写为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH式中式中 x-表示钙硅比（表示钙硅比（C/S），n-表示结合水量表示结合水量；C-S-H为水化硅酸钙凝胶为水化硅酸钙凝胶，CH为氢氧化钙为氢氧化钙。水化时的水化时的C/S和和H/S摩尔比在较大范围内变化摩尔比在较大范围内变化。C-S-H凝胶凝胶其组成与它所处的液相其组成与它所处的液相Ca(OH)2浓度有关浓度有关。5v当溶液的当溶液的CaO浓度小于浓度小于1mmol/L时，时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶；生成氢氧化钙和硅酸凝胶；v当溶液的当溶液的CaO浓度为浓度为12mmol/L时，时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶；生成水化硅酸钙和硅酸凝胶；v当溶液当溶液的的CaO浓度为浓度为220mmol/L时，时，生成生成C/S为为0.81.5的水化硅酸钙，组成的水化硅酸钙，组成（0.81.5)CaOSiO2（0.52.5)H2O，称，称C-S-H（）。）。v当溶液当溶液的的CaO浓度大于浓度大于20mmol/L时，时，生成生成髙髙碱度碱度C/S为为1.5 2.0的水化硅酸钙，的水化硅酸钙，（1.52.0)CaOSiO2（14)H2O，称，称C-S-H（）。）。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.1 硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化薄片状薄片状纤维状纤维状6硅酸三钙水化放热速率时间曲线为五个阶段：硅酸三钙水化放热速率时间曲线为五个阶段：诱导前期（初始水解期）；诱导前期（初始水解期）；诱导期（静止期或潜伏期）；诱导期（静止期或潜伏期）；加速期；加速期；衰减期；衰减期；稳定期。稳定期。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.1 硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线7诱导前期：诱导前期：初始水解，离子进入溶液初始水解，离子进入溶液诱导期：诱导期：继续溶解，早期继续溶解，早期C-S-H形成形成加速期：加速期：水化产物形成与生长水化产物形成与生长衰减期：衰减期：水化产物继续生长，微结构发展水化产物继续生长，微结构发展稳定期：稳定期：微结构逐渐密实微结构逐渐密实 7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.1 硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化8 C2S的水化与的水化与C3S相似，但水化速度慢。相似，但水化速度慢。常温下水化反应式常温下水化反应式:2CaOSiO2+mH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH2)简写为：简写为：C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH 形成的水化硅酸形成的水化硅酸钙在钙在C/S和形和形貌与貌与C3S水化产物都无大的区别。水化产物都无大的区别。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.2 硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化9 铝酸三钙的水化迅速，放热快。铝酸三钙的水化迅速，放热快。常温下水化反应式常温下水化反应式:2(3CaOAl2O3)+27H2O=4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O 简写为：简写为：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8C4AH19在低于在低于85相对湿度下会失去相对湿度下会失去6个结晶水成个结晶水成C4AH13。C4AH13和和 C2AH8皆为六方片状晶体，常温下处于介稳状态，有向皆为六方片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势，即：等轴晶体转化的趋势，即：C4AH13+C2AH8=2C3AH6+9H 上述反应随温度升高而加速，而上述反应随温度升高而加速，而C3A本身的水化热很高，所以极易本身的水化热很高，所以极易按上式转化。按上式转化。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.3 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化10在液相在液相CaO浓度达到饱和时，浓度达到饱和时，C3A还还可能依下式水化：可能依下式水化：3CaOAl2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaOAl2O313H2O 即即 C3A+CH+12H=C4AH13 产生的产生的C4AH13足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.3 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化11 7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.3 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化实际参加反应的实际参加反应的N(CSH2)/N(C3A)水化产物水化产物3.0钙矾石（钙矾石（AFt）3.01.0钙矾石钙矾石+单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙（AFm）1.0单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFm）1.0单硫型固溶体单硫型固溶体C3A(CS，CH)H120水化铝酸三钙（水化铝酸三钙（C3AH6）C3A的水化产物的水化产物12在有石膏的情况下，在有石膏的情况下，C3A水化的最初基本反应是：水化的最初基本反应是：3CaOAl2O3+3(CaSO42H2O)+26H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O 即即 C3A+3C H2+26H=C3A3C H32C3A3C H32-钙矾石钙矾石(ettringite)。由于其中的铝可被铁置。由于其中的铝可被铁置换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸钙相。换而成为含铝、铁的三硫型水化硫铝酸钙相。故常用故常用AFt表示。表示。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.3 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化13若石膏在铝酸三钙完全水化前耗尽，则钙矾石与铝酸三钙作用转化为若石膏在铝酸三钙完全水化前耗尽，则钙矾石与铝酸三钙作用转化为单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFm)。C3A3CSH32+2C3A+4H=3(C3ACSH12)若石膏掺量极少，在所有矾钙石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有若石膏掺量极少，在所有矾钙石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有硅酸三钙，那就形成硅酸三钙，那就形成C3ACSH12和和C4AH13的固溶体。的固溶体。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化 7.1.3 铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化14铁相固溶体的水化，以铁相固溶体的水化，以C4AF为代表，也可用为代表，也可用Fss表示。表示。水化较水化较C3A略慢，水化热较少，单独水化时不会引起快凝。略慢，水化热较少，单独水化时不会引起快凝。水化过程与水化过程与C3A相似：相似：C4AF4CH+22H=2C4(A,F)H13在在20以上，以上，六六方片状方片状C4(A,F)H13要转变成要转变成C3(A,F)H6。当温度高于当温度高于50时时，C4AF直接水化直接水化成成C3(A,F)H6。掺有石膏时水化反应掺有石膏时水化反应与与C3A大致相同。当石膏充分时，形成铁置大致相同。当石膏充分时，形成铁置换过的矾钙石固溶体换过的矾钙石固溶体C3(A,F)3CSH32。而。而石膏不足时，则形成单石膏不足时，则形成单硫型固溶体。同样有两种晶型转化过程，在石灰饱和溶液中，石硫型固溶体。同样有两种晶型转化过程，在石灰饱和溶液中，石膏使放热缓慢。膏使放热缓慢。7.1 熟料矿物的水化熟料矿物的水化7.1.4 铁相固溶体的水化铁相固溶体的水化15 硅酸盐水泥由多种熟料矿物和石膏组成，加水后石硅酸盐水泥由多种熟料矿物和石膏组成，加水后石膏要溶解于膏要溶解于水水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水立即变为含有多种离子的溶液。立即变为含有多种离子的溶液。水泥的主要水化产物是氢氧化钙、水泥的主要水化产物是氢氧化钙、C-S-H凝胶、水化硫铝凝胶、水化硫铝酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等。酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等。水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、C3S水水化期和结构形成和发展期。化期和结构形成和发展期。7.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化167.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化水化产物的基本特征水化产物的基本特征 177.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化7.2.1 硅酸盐水泥的水化过程硅酸盐水泥的水化过程钙矾石形成期钙矾石形成期 C3S水化期水化期结构形成和发展期结构形成和发展期18 （1）熟料的矿物组成熟料的矿物组成 四种矿物的水化速率顺序为：四种矿物的水化速率顺序为：C3AC3SC4AFC2S （2）水灰比水灰比 水灰比大则水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面大，因此水化率水灰比大则水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面大，因此水化率快。但水灰比大，占空间大，水泥凝结慢，强度低。快。但水灰比大，占空间大，水泥凝结慢，强度低。（3）细度细度 水泥越细，与水接触面大水化快。细度细，晶格缺陷多利于水化。水泥越细，与水接触面大水化快。细度细，晶格缺陷多利于水化。过细，早期强度提高，对后期强度没益处。认为粒径小于过细，早期强度提高，对后期强度没益处。认为粒径小于40m，水，水化活性较高，技术经济合理。化活性较高，技术经济合理。7.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化7.2.2 影响水化的因素影响水化的因素19（5）外加剂外加剂 常用外加剂常用外加剂(admixture)有促凝剂、促硬剂、延缓剂等。有促凝剂、促硬剂、延缓剂等。绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用。如绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用。如CaCl2增加增加Ca2+浓度，加快氢氧化钙结晶，缩短诱导期。浓度，加快氢氧化钙结晶，缩短诱导期。大多数有机外加剂对水化有延缓作用，最常使用的是各大多数有机外加剂对水化有延缓作用，最常使用的是各种木质素磺酸盐。种木质素磺酸盐。（4）养护温度）养护温度 水泥水化反应也遵循一般的化学反应规律，温度提水泥水化反应也遵循一般的化学反应规律，温度提高，水化加快，特别对水泥早期水化速率影响更大，但水高，水化加快，特别对水泥早期水化速率影响更大，但水化程度的差别到后期逐渐减小。化程度的差别到后期逐渐减小。7.2 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化7.2.2 影响水化的因素影响水化的因素20 硬化水泥浆体是一个非均质的多相体系，由各种水化硬化水泥浆体是一个非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固体，以及存在于孔隙中的水和产物和残存熟料所构成的固体，以及存在于孔隙中的水和空气所组成，是固液气三相多孔体。它具有一定的机空气所组成，是固液气三相多孔体。它具有一定的机械强度和孔隙率，外观和其它性能与天然石材相似，所以械强度和孔隙率，外观和其它性能与天然石材相似，所以通常称作水泥石。通常称作水泥石。7.3 水泥石水泥石水泥石（水泥石（hardened cement paste)217.3 水泥石水泥石7.3.1 水泥石中的孔水泥石中的孔 水泥石是一个多相多孔体系，因而水泥石内部固相水泥石是一个多相多孔体系，因而水泥石内部固相表面的性质及其比表面积的大小，固相之间的孔隙数量表面的性质及其比表面积的大小，固相之间的孔隙数量及孔径的大小和分布、形态等对水泥石的物理力学性质及孔径的大小和分布、形态等对水泥石的物理力学性质如强度、抗渗性、抗冻性等有重要影响。如强度、抗渗性、抗冻性等有重要影响。22 孔的分类方法孔的分类方法7.3 水泥石水泥石7.3.1 水泥石中的孔水泥石中的孔23水水泥泥石石中中水水分分形形态态的的分分类类按水与固相组分的相互作用：按水与固相组分的相互作用：结晶水结晶水吸附水吸附水自由水自由水从实用角度出发：从实用角度出发：蒸发水蒸发水非蒸发水非蒸发水7.3 水泥石水泥石7.3.2 水泥石中的水水泥石中的水247.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能凝结时间凝结时间强度强度体积变化及水化热体积变化及水化热耐久性耐久性 习题习题：硅酸硅酸盐盐水泥的技水泥的技术术指指标标有哪些，有哪些，为为何要作出限定或要求？何要作出限定或要求？25凝结时间：水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性凝结时间：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。状态发展到固体状态所需要的时间。初凝时间：初凝时间：从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性所需时间。所需时间。终凝时间：终凝时间：从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。并开始产生强度所需时间。凝结时间的测定凝结时间的测定 国家规定用维卡仪测定初凝和终凝时间。国家规定用维卡仪测定初凝和终凝时间。7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间26加水加水开始失去可塑性开始失去可塑性完全失去可塑性完全失去可塑性初初凝凝时间时间终终凝凝时间时间硬化浆体强度增长硬化浆体强度增长硬化硬化p 凝结与硬化是同一过程中的不同阶段：凝结与硬化是同一过程中的不同阶段：凝结标志着水泥浆失去流动性而具有一定的塑性强度；凝结标志着水泥浆失去流动性而具有一定的塑性强度；硬化表示水泥浆体固化后所建立的结构，具有一定的机械强度。硬化表示水泥浆体固化后所建立的结构，具有一定的机械强度。277.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间凝结时间的重要意义：凝结时间的重要意义：若若初凝时间初凝时间太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。若若终凝时间终凝时间太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。因此，应有足够长的时间来保证混凝土的搅拌、输送、浇注、因此，应有足够长的时间来保证混凝土的搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成；同时还应尽可能短的时间加快脱模及成型等操作的顺利完成；同时还应尽可能短的时间加快脱模及施工进度，以保证工程的进展。施工进度，以保证工程的进展。28凝结时间的标准规定：凝结时间的标准规定：我国硅酸盐水泥国家标准我国硅酸盐水泥国家标准GB1752007规定：规定：初凝不得早于初凝不得早于45min（45min）终凝不的迟于终凝不的迟于390min（6.5h）7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间29影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：凡是影响水化速度的各种因素，基本上也同样影响水凡是影响水化速度的各种因素，基本上也同样影响水泥的凝结速度。但水化和凝结又有一定的差异。泥的凝结速度。但水化和凝结又有一定的差异。影响水泥凝结速度的主要因素，有影响水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组成、水熟料矿物组成、水泥细度、水灰比、养护温度和外加剂泥细度、水灰比、养护温度和外加剂等。等。7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间30影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间 矿物组成矿物组成 熟料矿物熟料矿物28天的水化速度大小顺序为：天的水化速度大小顺序为：C3AC3SC4AFC2S 水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿物的含量有关。物的含量有关。决定凝结速度的主要矿物为决定凝结速度的主要矿物为C3A和和C3S，快凝是由快凝是由C3A造造成的，而正常凝结则是受成的，而正常凝结则是受C3S制约的。制约的。31影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间水泥细度水泥细度 水泥粉磨越细，其比表面积就越大，晶体产生水泥粉磨越细，其比表面积就越大，晶体产生扭曲、错位等缺陷越多，水化速度越快，凝结扭曲、错位等缺陷越多，水化速度越快，凝结越迅速；反之凝结越慢。越迅速；反之凝结越慢。32影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间水灰比（水灰比（W/C）水灰比越大，水化越快，凝结反而变慢。水灰比越大，水化越快，凝结反而变慢。这是因为加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不易紧密，这是因为加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。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。水灰比不宜太大。33影响凝结时间的因素：影响凝结时间的因素：7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间养护温度养护温度 温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长。温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长。外加剂外加剂 缓凝剂：缓凝剂：延长凝结时间延长凝结时间 促凝剂：促凝剂：缩短凝结时间缩短凝结时间 影响水泥的凝结快慢因素是多方面的，最主要是影响水泥的凝结快慢因素是多方面的，最主要是C3A，因此在，因此在水泥生产中通常是掺入适量外加剂来控制水泥的凝结时间。石膏水泥生产中通常是掺入适量外加剂来控制水泥的凝结时间。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。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。347.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏的作用石膏的作用 可以控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。可以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。形，改善耐久性等。主要作用是调节水泥的凝结时间。主要作用是调节水泥的凝结时间。357.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏的缓凝机理石膏的缓凝机理 水泥中掺加适宜石膏时，水泥中掺加适宜石膏时，3在石膏在石膏-石灰的石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（酸钙（AFt），），又称又称钙矾石钙矾石。棱柱状的小晶体生。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长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。凝结时间，防止了快凝现象发生。367.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏的作用及其适宜掺量的测定：快凝现象快凝现象 在在C3A含量较高，或石膏等缓凝剂掺量过少时，含量较高，或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，硅酸盐水泥加水拌和后，C3A迅速反应，很快生成迅速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙（大量片状的水化铝酸钙（C4AH13），并相互连接形，并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，又称成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，又称为为“速凝速凝”或或“闪凝闪凝”。产生这种不正常快凝时，。产生这种不正常快凝时，浆体迅速放出大量热，温度急剧上升。浆体迅速放出大量热，温度急剧上升。377.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间石膏的作用及其适宜掺量的测定石膏的作用及其适宜掺量的测定：石膏最佳掺量的确定石膏最佳掺量的确定式中 Sc水泥中最佳SO3掺量，%；Sg石膏中SO3含量，%。水泥中最佳SO3掺量是指在凝结时间正常区域内，各龄期抗压强度为最高值，其他性能也为良好时的SO3掺量。387.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间397.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间假凝现象：假凝现象：假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。比较项目比较项目假凝假凝快凝快凝凝结时间凝结时间几分钟几分钟几分钟几分钟放热量放热量小小大大重新搅拌重新搅拌正常凝结正常凝结不能恢复塑性不能恢复塑性强度大小强度大小没有不利影响没有不利影响产生一定强度产生一定强度施工操作施工操作难度增大难度增大不可逆固化不可逆固化407.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.1 凝结时间凝结时间假凝现象：假凝现象：假凝的原因及预防措施假凝的原因及预防措施 造成假凝的主要原因是水泥在粉磨时受到高温，其中二水石膏造成假凝的主要原因是水泥在粉磨时受到高温，其中二水石膏脱水形成半水石膏甚至可溶性无水石膏。脱水形成半水石膏甚至可溶性无水石膏。在生产中，为了防止假凝，采用措施：在生产中，为了防止假凝，采用措施：使用无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石膏脱水；使用无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石膏脱水；在水泥粉磨时采取一定的措施降温，也可避免石膏脱水。在水泥粉磨时采取一定的措施降温，也可避免石膏脱水。在建筑施工中，可以延长搅拌时间来消除假凝现象的产生。在建筑施工中，可以延长搅拌时间来消除假凝现象的产生。417.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.2 强度强度1、强度的产生和发展强度的产生和发展 水泥加水拌和后，熟料矿物迅速水化，生成大量的水化产水泥加水拌和后，熟料矿物迅速水化，生成大量的水化产物物C-S-H凝胶，并生成凝胶，并生成Ca(OH)2 及钙钒石及钙钒石(AFt)晶体；经过一定晶体；经过一定时间以后，时间以后，C-S-H也以长纤维晶体从熟料颗粒上长出，同时钙也以长纤维晶体从熟料颗粒上长出，同时钙钒石晶体逐渐长大，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结钒石晶体逐渐长大，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而产生强度。构，从而产生强度。随着水化进行，水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长随着水化进行，水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。427.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.2 强度强度2、影响水泥强度的因素影响水泥强度的因素 熟料的矿物组成熟料的矿物组成 矿物名称矿物名称3d7d28d90d180dC3S24.2230.9842.1657.6557.84C2S1.732.164.5119.0228.04C3A7.558.148.049.416.47C4AF15.1016.4718.2416.2719.22437.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.2 强度强度2、影响水泥强度的因素影响水泥强度的因素 水泥细度水泥细度65um：只起骨架作用；含量增加，泌水性增大。：只起骨架作用；含量增加，泌水性增大。要求：水泥细度合适，级配合理要求：水泥细度合适，级配合理泌水性：水泥浆体所含泌水性：水泥浆体所含的水分从浆体中析出的的水分从浆体中析出的难易程度。难易程度。保水性：水泥浆体在静置保水性：水泥浆体在静置条件下保持水分的能力。条件下保持水分的能力。447.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.2 强度强度2、影响水泥强度的因素影响水泥强度的因素 施工条件施工条件 在施工过程中，水灰比，骨料级配，搅拌振捣在施工过程中，水灰比，骨料级配，搅拌振捣的程度，养护温度及是否采用外加剂等对强度有的程度，养护温度及是否采用外加剂等对强度有很大影响。很大影响。水灰比及密实程度水灰比及密实程度 养护温度养护温度 外加剂外加剂 457.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热 安定性不良安定性不良-不得出厂使用：不得出厂使用：游离氧化钙游离氧化钙 方镁石结晶过多方镁石结晶过多 所掺石膏超量所掺石膏超量 硬化浆体必然有一定的体积变化：硬化浆体必然有一定的体积变化：化学缩减化学缩减 湿胀干缩湿胀干缩 碳化收缩碳化收缩46化学减缩化学减缩 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。缩是化学反应所致，故称化学减缩。以以C3S水化为例：水化为例：v 2（3CaOSiO2)+6H2O=3CaOSiO23H2O+3Ca(OH)2 密度密度g/cm3 3.14 1.00 2.44 2.23 物质量物质量mol 228.33 18.02 342.46 74.10 摩尔体积摩尔体积cm3/mol 72.72 18.02 140.35 33.23 体系中所占体系中所占cm3 145.44 108.12 140.35 99.69 体系总体积体系总体积cm3 145.44+108.12=253.56 140.35+99.69=240.04 体积变化体积变化 5.33%固相体积变化固相体积变化 65.04%7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热477.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热湿胀干缩湿胀干缩 硬化水泥浆体的体积随其含水量而变化。浆体硬化水泥浆体的体积随其含水量而变化。浆体结构含水量增加时，其中凝胶粒子由于分子吸附作结构含水量增加时，其中凝胶粒子由于分子吸附作用而分开，导致体积膨胀，如果含水量减少，则会用而分开，导致体积膨胀，如果含水量减少，则会使体积收使体积收缩。湿胀和干缩大部分是可逆的。干燥与缩。湿胀和干缩大部分是可逆的。干燥与失水有关，但二者没有线性关系。失水有关，但二者没有线性关系。487.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热 碳化收缩碳化收缩 在一定的相对湿度下，硬化水泥浆体中的水化产在一定的相对湿度下，硬化水泥浆体中的水化产物如物如Ca(OH)2、C-S-H等会与空气中的等会与空气中的CO2作用，生成作用，生成CaCO3和和H2O，造成硬化浆体的体积减少，出现不可造成硬化浆体的体积减少，出现不可塑的收缩现象，成为碳化收缩。塑的收缩现象，成为碳化收缩。497.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热 水泥的水化热是由各种熟料矿物与水作用时产生的。在冬季施工水泥的水化热是由各种熟料矿物与水作用时产生的。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。但中，水化放热能提高水泥浆体的温度，有利于水泥正常凝结。但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。均匀膨胀而产生裂缝，给工程带来严重的危害。大量实验表明，水泥的水化热与矿物组成有关。大量实验表明，水泥的水化热与矿物组成有关。四种单矿物四种单矿物28d以前的水化速度为：以前的水化速度为：C3A C3S C4AF C2S。因此，要降低因此，要降低水泥的水化热，应该增大熟料中水泥的水化热，应该增大熟料中C2S和和C4AF，相应降低相应降低C3A和和C3S的含量。的含量。507.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.3 体积变化与水化热体积变化与水化热名名 称称水化热水化热(J/g)名名 称称水化热水化热(J/g)C3S500f-MgO840C2S250普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥375525C3A1340抗硫酸盐水泥与矿抗硫酸盐水泥与矿渣水泥渣水泥355440C4AF420火山灰水泥火山灰水泥315420f-CaO1150高铝水泥高铝水泥545585517.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性 硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳定质量和使用功能的性质称为定质量和使用功能的性质称为耐久性耐久性。影响耐久性的因素有很多，主要有影响耐久性的因素有很多，主要有抗渗性抗渗性、抗冻性抗冻性，以及以及对环境介质的抗蚀性对环境介质的抗蚀性和和碱集料反应碱集料反应等。等。52环境介质对水泥石的侵蚀作用可分为以下三类：环境介质对水泥石的侵蚀作用可分为以下三类：淡水侵蚀淡水侵蚀 酸和酸性水侵蚀酸和酸性水侵蚀 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀7.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性537.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性 水泥属碱性物质水泥属碱性物质,一般能够抵抗碱类的侵蚀，但当一般能够抵抗碱类的侵蚀，但当水泥结构中碱含量较高，而配制混凝土的集料中含有水泥结构中碱含量较高，而配制混凝土的集料中含有活性物质时，水泥结构经过一定时间后会出现明显的活性物质时，水泥结构经过一定时间后会出现明显的膨胀开裂，甚至剥落溃散等现象，称为膨胀开裂，甚至剥落溃散等现象，称为碱集料反应碱集料反应。547.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性 碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高（碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高（R2O0.6%），），而同时集料中由含有活性而同时集料中由含有活性SiO2时，碱就会与集料中的活性时，碱就会与集料中的活性SiO2反应，形成碱性硅酸盐凝胶。反应式如下：反应，形成碱性硅酸盐凝胶。反应式如下：活性活性SiO 2+2mNaOH mNaOSiOnH2O 上式反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水性能，在上式反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水性能，在积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。557.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性 一般情况下，碱集料反应通常很慢，要经过相当一般情况下，碱集料反应通常很慢，要经过相当长的时间后才会明显出现。据斯坦顿研究，影响碱集长的时间后才会明显出现。据斯坦顿研究，影响碱集料反应因素很多，主要与水泥中碱含量、活性集料含料反应因素很多，主要与水泥中碱含量、活性集料含量及粒径、水含量等有关。量及粒径、水含量等有关。要提高混凝土质量，防止碱集料反应，可采取如下要提高混凝土质量，防止碱集料反应，可采取如下措施：措施：尽量降低水泥中碱含量，采取适当粒径的集料、尽量降低水泥中碱含量，采取适当粒径的集料、降低活性集料含量、或根据实际掺加适量活性氧化硅降低活性集料含量、或根据实际掺加适量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等。或火山灰、粉煤灰等。567.4 硅酸盐水泥性能硅酸盐水泥性能7.4.4 耐久性耐久性耐耐久性的改善途径：久性的改善途径：选择适当组成的水泥选择适当组成的水泥掺适量混合材料掺适量混合材料提高施工质量提高施工质量 进行表面处理进行表面处理 57 通过本节学习，在理解硅酸盐水泥熟料四种主要矿通过本节学习，在理解硅酸盐水泥熟料四种主要矿物的水化产物及水化速率的基础上，掌握硅酸盐水物的水化产物及水化速率的基础上，掌握硅酸盐水泥的水化，进而理解其性能。泥的水化，进而理解其性能。小节：小节：58思考与训练：思考与训练：1.水泥的假凝现象是怎样产生的？如何避免？水泥的假凝现象是怎样产生的？如何避免？2.假凝和快凝有何异同？假凝和快凝有何异同？3.影响水泥强度的因素有哪些？影响水泥强度的因素有哪些？4.何谓碱集料反应？如何避免或减轻碱集何谓碱集料反应？如何避免或减轻碱集料反应？料反应？59课外延展：课外延展：6061