硅酸鹽水泥的性能水泥工藝學(xué).ppt

8 硅酸鹽水泥的性能,8.1 凝結(jié) 一、凝結(jié)過程 水泥加水拌和成水泥漿體，逐漸失去流動性、可塑性，形成具有一定強度的硬化漿體的過程。, 初凝時間： 從加水拌和起，到水泥漿體開始失去可塑性所需時間。 終凝時間： 從加水拌和起，到水泥漿體完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需時間。 二、凝結(jié)時間的重要意義 若初凝時間太短，往往來不及進(jìn)行施工，水泥漿體就已變硬。 若終凝時間太長，未產(chǎn)生足夠大的強度，則影響施工的速度。,三、影響凝結(jié)時間的因素 1.熟料礦物組成 C3A含量高，易導(dǎo)致水泥的快凝（閃凝） 2.熟料礦物結(jié)構(gòu) 慢冷熟料易導(dǎo)致水泥的快凝 （慢冷時， C3A 形成晶體） 3.水泥細(xì)度 細(xì)度細(xì)，水泥水化快，凝結(jié)時間短 4.水化溫度 溫度高，水泥水化快，凝結(jié)時間短,5.水灰比（水泥漿體稠度 ） 水灰比越大，水化速度就越快，但加水量過多，顆粒間距會增大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較難形成，所以凝結(jié)速度反而變慢。 6.調(diào)凝外加劑 促凝劑：如氯化鈉、硫酸鈉、三乙醇胺等 緩凝劑：如糖鈣、木鈣、檸檬酸、鋅鹽、磷酸鹽、石膏等,四、石膏的作用及其適宜摻量的確定 1.石膏的作用 可以控制水泥的水化速度、調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間。 改善水泥的性能。如提高早期強度，降低干縮變形，改善耐久性等。 主要作用是調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間,2.石膏的緩凝機理 水泥中摻加適宜石膏時，3在石膏石灰的飽和溶液中，生成溶解度極低的三硫型水化硫鋁酸鈣（AFt，又稱鈣礬石）。棱柱狀的小晶體生長在水泥顆粒表面，形成覆蓋層或薄膜，阻滯了水分子及離子的擴(kuò)散，降低了水化速度，延長了凝結(jié)時間，防止了快凝現(xiàn)象發(fā)生。,3.石膏的最佳摻量 石膏對水泥凝結(jié)時間的影響，并不與摻量成正比，并帶有突變性。,石膏摻量2.5%： 對凝結(jié)時間影響不大。 SO3摻入量：一般為1.52.5。 經(jīng)驗公式：,五、水泥的急凝與假凝 1.急凝 在C3A含量較高，或石膏等緩凝劑摻量過少時，硅酸鹽水泥加水拌和后，C3A迅速反應(yīng)，很快生成大量片狀的水化鋁酸鈣（C4AH13），并相互連接形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)不可逆的固化現(xiàn)象，又稱為“速凝”或“閃凝” 。,2.假凝 假凝是指水泥加水拌和后，在幾分鐘內(nèi)即迅速凝結(jié)變硬，經(jīng)劇烈攪拌后，又重新恢復(fù)塑性的現(xiàn)象。 造成假凝的主要原因是水泥在粉磨時受到高溫，其中二水石膏脫水形成半水石膏甚至可溶性無水石膏。,8.2 強度 一、強度的產(chǎn)生和發(fā)展 水化形成大量C-S-H凝膠、Ca(OH)2 、鈣釩石(AFt)晶體； C-S-H、鈣釩石(AFt)生長成纖維狀，相互交織聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強度； 隨著水化進(jìn)行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增加，晶體尺寸不斷長大，從而使硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密，強度逐漸提高。,二、影響強度的因素 1.熟料的礦物組成 單礦物凈漿抗壓強度 MPa,2.水泥細(xì)度 65um：只起骨架作用；含量增加，泌水性增大。 要求：水泥細(xì)度合適，級配合理,3.水泥石的結(jié)構(gòu) 水泥石密實程度越高，強度就越高，與孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 水泥水化所需的結(jié)合水一般占水泥質(zhì)量的23左右，水灰比大，多余的水蒸發(fā)形成氣孔或通道，強度下降； 水灰比過小，拌合物干稠，施工振搗中不易密實，出現(xiàn)蜂窩、孔洞，強度嚴(yán)重下降。,4.養(yǎng)護(hù)溫度和濕度 溫度和濕度是影響水泥水化速度的重要因素。水泥水化過程中，必須在一定的時間內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟群妥銐虻臐穸?，以使水泥充分水化?提高養(yǎng)護(hù)溫度（即水化的溫度），可以使早期強度得到較快發(fā)展，但后期強度，特別是抗折強度反而會降低。 如果濕度不夠，水泥的水化反應(yīng)不能正常進(jìn)行，甚至停止水化，會嚴(yán)重降低水泥強度。,8.3 體積變化與水化熱 一、體積變化 1.化學(xué)減縮 水泥在水化硬化過程中，無水的熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)物，固相體積大大增加，而水泥漿體的總體積卻在不斷縮小。由于這種體積減縮是化學(xué)反應(yīng)所致，故稱為化學(xué)減縮。,2.濕脹干縮 硬化水泥漿體的體積隨其含水量而變化。漿體結(jié)構(gòu)含水量增加時，其中凝膠粒子由于分子吸附作用而分開，導(dǎo)致體積膨脹，如果含水量減少，則會使體積收縮。濕脹和干縮大部分是可逆的。,3.碳化收縮 在一定的相對濕度下，硬化水泥漿體中的水化產(chǎn)物如Ca(OH)2、C-S-H等會與空氣中的CO2作用，生成CaCO3和H2O，造成硬化漿體的體積減少，出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，稱為碳化收縮。,二、水化熱 水泥的水化熱是由各種熟料礦物與水作用時產(chǎn)生的。在冬季施工中，水化放熱能提高水泥漿體的溫度，有利于水泥正常凝結(jié)。但在大體積混凝土工程中，水化放出的熱量聚集在混凝土內(nèi)部不易散失，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生應(yīng)力，致使混凝土不均勻膨脹而產(chǎn)生裂縫，給工程帶來嚴(yán)重的危害。,8.4 硅酸鹽水泥的耐久性 一、抗?jié)B性 抗?jié)B性是指硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)滲透的能力。 抗?jié)B性一般用滲透系數(shù)k來表示。 -總孔隙率； r-孔的水力半徑(孔隙體積/孔隙表面積)； -流體的粘度； C-常數(shù)。,滲透系數(shù)K正比于孔隙半徑的平方，與總孔隙率卻只有一次方的正比關(guān)系。 抗?jié)B性主要與其孔隙率的大小及孔隙特征有關(guān)。 水灰比是影響水泥石（混凝土）抗?jié)B性能的重要因素。 除降低水灰比外，還可以改變孔級配、變大孔為小孔以及盡量減小連通孔等途徑來提高抗?jié)B性，達(dá)到改善耐久性的目的。,二、抗凍性 抗凍性是指水泥石（混凝土）在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)過多次凍融循環(huán)不破壞，強度也不嚴(yán)重降低的性能。 水泥的抗凍性一般是以試塊能經(jīng)受-15和20的循環(huán)凍融而抗壓強度損失率小于25%時的最高凍融循環(huán)次數(shù)來表示，如200次或300次凍融循環(huán)等。次數(shù)越多說明抗凍性越好。 水泥石（混凝土）的抗凍性與其孔隙率及孔隙特征、強度、耐水性等因素有關(guān)。提高抗?jié)B性是提高抗凍性的必要條件。,三、環(huán)境介質(zhì)的侵蝕 對于水泥耐久性有害的環(huán)境介質(zhì)主要為：淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液等。 1.淡水侵蝕 又稱溶出侵蝕，它是指硬化水泥漿體受淡水浸析時，其組成逐漸被水溶解并在水流動時被帶走，最終導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象。,Ca(OH)2首先被溶解，其次是高堿性的水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽等分解而成為低堿性的水化產(chǎn)物。如果不斷浸析，最后會變成硅酸凝膠、氫氧化鋁等無膠結(jié)能力的產(chǎn)物。不過，對于抗?jié)B性良好的硬化漿體或混凝土，淡水溶出過程的發(fā)展一般是很慢的。,2. 離子交換反應(yīng) 形成可溶性鈣鹽 如鹽酸等酸性水。 形成不溶性鈣鹽 如草酸、酒石酸、氫氟酸以及磷酸等，與漿體中的Ca(OH)2反應(yīng)，所形成的就是不溶又不膨脹的鈣鹽，不會引起破壞。, 鎂鹽侵蝕 氯化鎂、硫酸鎂或碳酸氫鎂等鎂鹽，會與硬化漿體中的Ca(OH)2形成可溶性鈣鹽，析出氫氧化鎂。在長期接觸的條件下，水化硅酸鈣凝膠中的Ca2+離子逐漸被Mg2+離子所置換，最終轉(zhuǎn)化成水化硅酸鎂，導(dǎo)致膠結(jié)性能下降。,3. 形成膨脹性產(chǎn)物 硫酸鹽侵蝕 主要是由于硫酸鈉、硫酸鉀等多種硫酸鹽都能與漿體所含的氫氧化鈣作用生成硫酸鈣，再和水化鋁酸鈣反應(yīng)而生成鈣礬石，從而使固相體積增加，產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶壓力，造成膨脹開裂以至毀壞。 鹽類結(jié)晶膨脹,四、堿集料反應(yīng) 堿集料反應(yīng)是指水泥石（混凝土）孔溶液中所含的堿（Na2O和K2O）與集料的活性成分（微晶質(zhì)或非晶質(zhì)SiO2等），在潮濕條件下逐漸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物體積膨脹，導(dǎo)致水泥石（混凝土）開裂的現(xiàn)象。 反應(yīng)條件 必須同時具備三個條件：一是在混凝土中存在著一定數(shù)量的活性集料；二是在混凝土中存在著一定數(shù)量的堿；三是存在著水。,五、耐久性的改善途徑 1. 提