水泥工藝學(xué)課件.ppt

記,C3S的水化速率很快，其水化過(guò)程根據(jù)水化放熱速率-時(shí)間曲線可分為五個(gè)階段：1.誘導(dǎo)前期：加水后立即發(fā)生急劇反應(yīng)，但該階段時(shí)間很短，在15min以?xún)?nèi)結(jié)束。2.誘導(dǎo)期（靜止期）：反應(yīng)速率極其緩慢，一般持續(xù)14h，是硅酸鹽水泥漿體能在幾小時(shí)內(nèi)保持塑性的原因。初凝時(shí)間基本上相當(dāng)于誘導(dǎo)期的結(jié)束。3.加速期：反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率隨時(shí)間而增長(zhǎng)，出現(xiàn)第二個(gè)放熱峰，在達(dá)到峰頂時(shí)即告結(jié)束。此時(shí)終凝已過(guò)，開(kāi)始硬化。,記,4.減速期：反應(yīng)速率隨時(shí)間下降的階段，約持續(xù)1224h，水化作用逐漸受擴(kuò)散速率的控制。5.穩(wěn)定期：反應(yīng)速率很低、基本穩(wěn)定的階段,水化作用完全受擴(kuò)散速率控制。4、5兩期合稱(chēng)為擴(kuò)散控制期。將誘導(dǎo)前期和誘導(dǎo)期合并稱(chēng)為水化早期，加速期和減速期為水化中期，而穩(wěn)定期則稱(chēng)為水化后期。,(一)C3S的早期水化有關(guān)誘導(dǎo)期的本質(zhì)也就是誘導(dǎo)期的開(kāi)始及結(jié)束的原因，存在著不少看法。保護(hù)膜理論誘導(dǎo)期是由于水化產(chǎn)物形成了保護(hù)膜層。當(dāng)保護(hù)膜破壞時(shí)，誘導(dǎo)期就結(jié)束。假設(shè)C3S在水中是一致溶，最初生成的水化物C3SHn很快就在C3S周?chē)纬闪酥旅艿谋Ｗo(hù)膜層,從而阻礙了C3S的進(jìn)一步水化,使放熱變慢,向液相溶出Ca2+的速率也相應(yīng)降低，導(dǎo)致誘導(dǎo)期的開(kāi)始。當(dāng)?shù)谝凰镛D(zhuǎn)變?yōu)檩^易使離子通過(guò)的第二水化物(C/S0.81.5)時(shí)，水化重新加速，較多的Ca2+和OH-進(jìn)入液相達(dá)到過(guò)飽和，并加快放熱，誘導(dǎo)期即告結(jié)束。,晶核形成延緩理論介紹“晶體成核生長(zhǎng)”理論誘導(dǎo)期是由于氫氧化鈣或C-S-H或者它們兩者的晶核形成和生長(zhǎng)，都需要一定時(shí)間，從而使水化延緩所致。認(rèn)為C3S最初不一致溶,主要是Ca2+和OH-溶出,液相中的C/S比遠(yuǎn)高于3,使C3S表面變?yōu)槿扁}的“富硅層”。然后，Ca2+吸附到富硅的表面,使其帶上正電荷,形成雙電層，因而C3S溶出Ca2+的速度減慢,導(dǎo)致誘導(dǎo)期的產(chǎn)生。一直到液相中的Ca2+和OH-緩慢增長(zhǎng),達(dá)到足夠的過(guò)飽和度(飽和度的1.52.0倍)，才形成穩(wěn)定的Ca(OH)2晶核。,當(dāng)生長(zhǎng)到相當(dāng)尺寸，且數(shù)量又足夠多時(shí)，液相中的Ca2+和OH-就迅速沉析出Ca(OH)2晶體,促使C3S加快溶解，水化重又加速。同時(shí),Ca(OH)2還會(huì)和硅酸根離子相結(jié)合,因而也可作為C-S-H的晶核。較近的一些研究表明,誘導(dǎo)期更可能是由于C-S-H的成核和生長(zhǎng)受到延緩的緣故。,關(guān)于“晶格缺陷”的理論C3S的早期水化反應(yīng)并不遍及整個(gè)表面，而是在最易與水發(fā)生作用的活化點(diǎn)上進(jìn)行。非均勻分布的水化產(chǎn)物，就不會(huì)形成上述的保護(hù)膜層，從而提出晶格缺陷的類(lèi)別和數(shù)量則是決定誘導(dǎo)期長(zhǎng)短的主要因素。,斯卡爾內(nèi)綜合各方觀點(diǎn)提出如下見(jiàn)解當(dāng)與水接觸后在C3S表面有晶格缺陷的部位即活化點(diǎn)上很快發(fā)生水解，Ca2+和OH-進(jìn)入溶液，就在C3S表面形成一個(gè)缺鈣的“富硅層”。接著,Ca2+吸附到“富硅層”表面形成雙電層，從而使C3S溶解受阻而出現(xiàn)誘導(dǎo)期。另一方面，因雙電層所形成的電位，使顆粒在溶液中保持分散狀態(tài)，一直到電位下降接近于零時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生凝聚。由于C3S仍在緩慢水化，待溶液中Ca(OH)2濃度達(dá)到一定的過(guò)飽和度時(shí)，Ca(OH)2析晶，導(dǎo)致誘導(dǎo)期結(jié)束。,與此同時(shí)，還會(huì)有C-S-H的沉淀析出，因?yàn)楣杷岣x子比Ca2+較難遷移，所以CSH的生長(zhǎng)僅限于表面，Ca(OH)2的晶體開(kāi)始可能也在C3S表面生長(zhǎng)，但有些晶體會(huì)遠(yuǎn)離顆粒或在漿體的充水孔隙中形成。,電位：吸附層與擴(kuò)散層之間的電位差。當(dāng)陽(yáng)離子濃度進(jìn)一步增加直至擴(kuò)散層中的陽(yáng)離子全部壓縮至吸附層內(nèi)時(shí)電位等于0。,（二）C3S的中期水化在C3S水化的加速期內(nèi)，伴隨著Ca(OH)2及C-S-H的形成和長(zhǎng)大，液相中Ca(OH)2及C-S-H的過(guò)飽和度降低,，又會(huì)相應(yīng)地使Ca(OH)2及C-S-H的生長(zhǎng)速度逐漸變慢。隨著水化產(chǎn)物在顆粒周?chē)男纬?，C3S的水化也受到阻礙。因而，水化加速過(guò)程就逐漸轉(zhuǎn)入減速階段。最初的產(chǎn)物，大部分生長(zhǎng)在顆粒原始周界以外由水所填充的空間，這部分C-S-H稱(chēng)為“外部產(chǎn)物”后期的生長(zhǎng)則在顆粒原始周界以?xún)?nèi)的區(qū)域進(jìn)行，這部分C-S-H稱(chēng)為“內(nèi)部產(chǎn)物”。,（三）C3S的后期水化泰勒認(rèn)為水化過(guò)程中存在一個(gè)界面區(qū)，并逐漸推向顆粒內(nèi)部。H+通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物進(jìn)入界面區(qū)與C3S作用，界面區(qū)中的Ca2+和Si4+通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移進(jìn)入Ca(OH)2和外部C-S-H。在界面區(qū)內(nèi)，得到H+，失去Ca2+和Si4+，離子重新組排，使C3S轉(zhuǎn)化成內(nèi)部C-S-H。并逐漸向內(nèi)推進(jìn)。由于空間限制及離子濃度的變化，內(nèi)部C-S-H較外部C-S-H密實(shí)。,二、C2S水化過(guò)程和C3S極為相似,但水化速率很慢,為C3S的1/20左右。2CaOSiO2+mH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2即C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH水化熱較低,故較難用放熱速率進(jìn)行-C2S水化的研究。-C2S在水化過(guò)程中水化產(chǎn)物的成核和長(zhǎng)大速率與C3S相當(dāng)，但通過(guò)水化產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率低8倍左右，而表面溶解速率則要差幾十倍之多，這表明-C2S的水化由表面溶解速率所控制。,（三）C3A水化迅速，受溶液中CaO、Al2O3離子濃度和溫度影響很大。常溫下：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8在相對(duì)濕度35:C3A+6H=C3AH6液相中CaO飽和時(shí):C3A+CH+12H=C4AH13在堿液中易發(fā)生，而堿液中C4AH13在室溫下能穩(wěn)定存在，其數(shù)量迅速增多，就足以阻礙離子的相對(duì)移動(dòng)，據(jù)認(rèn)為是使?jié){體產(chǎn)生瞬時(shí)凝結(jié)的原因。有石膏時(shí)：C4AH13+3CSH2+14H=C3A3CSH32+CH石膏耗盡還有C3A時(shí)：C3A3CSH32+2C4AH13=3(C3ACSH12)+2CH+20H石膏極少，Aft全轉(zhuǎn)變?yōu)锳Fm后，還有C3A時(shí)：C4ASH12+C3A+CH+12H=2C3A(CS、CH)H12,AFt,AFm,AFm,固溶體,石膏的存在與否及其摻量、溶解情況是決定C3A水化速率、水化產(chǎn)物的主要因素,（四）鐵相固溶體水化速率比C3A略慢，水化熱較低，水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與C3A相似。但早期水化受石膏的延緩更為明顯。無(wú)石膏時(shí)：C4AF+4CH+22H=2C4(A、F)H13C4(A、F)H13低溫穩(wěn)定，到20，轉(zhuǎn)化成C3(A、F)H6當(dāng)t50時(shí)，C4AF會(huì)直接形成C3(A、F)H6有石膏時(shí)：C4AF+2CH+6CSH2+50H=2C3(A、F)3CSH32當(dāng)石膏耗盡還有C4(A、F)H13時(shí)：2C4(A、F)H13+C3(A、F)3CSH32=3C3(A、F)CSH12+2CH+20H,極為緩慢,第二節(jié)硅酸鹽水泥的水化,當(dāng)水泥與水拌合后：硅酸鈣Ca2+、OH-鋁酸鈣Ca2+、Al(OH)4-四羥基合鋁酸根離子硫酸鈣Ca2+、SO42-堿的硫酸鹽K+、Na+、SO42-水泥的水化作用在開(kāi)始后，基本上是在含堿的Ca(OH)2、CaSO4的飽和溶液中進(jìn)行的。,1.水化過(guò)程,2.水化放熱曲線1.鈣礬石形成期C3A水化形成AFt，導(dǎo)致第一放熱峰。2.C3S水化期C3S水化大量放熱形成第二放熱峰。AFtAFm形成第三放熱峰或第二放熱峰上出現(xiàn)“峰肩”。3.結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期水化產(chǎn)物逐漸連接,相互交織,發(fā)展成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。,記,各熟料礦物的相互作用對(duì)水化進(jìn)程有一定影響：見(jiàn)書(shū)P178倒數(shù)第一、二段。從表面開(kāi)始，在濃度和溫度不斷變化的條件下，通過(guò)擴(kuò)散作用，緩慢向中心深入。,第三節(jié)水化速率,水化程度（a）：指在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值。水化深度(h)：指已水化層的厚度。,球形顆粒，陰影表已水化部分，則,一、熟料礦物的水化速率直接法：利用巖相分析、X射線分析或熱分析等方法，定量地測(cè)定已水化和未水化部分的數(shù)量。間接法：測(cè)定結(jié)合水、水化熱或Ca(OH)2生成量等方法。一般C3A水化最快，C3S和C4AF次之，C2S最慢。熟料礦物與水反應(yīng)速率之所以各不相同，首先取決于單相的內(nèi)在性質(zhì)，依次受晶體結(jié)構(gòu)和晶型、外來(lái)離子以及晶體缺陷等因素所支配。P180倒數(shù)第二段：空腔,測(cè)定水化速率的方法,二、細(xì)度和水灰比的影響提高水泥的細(xì)度，增加表面積，可以使誘導(dǎo)期縮短，第二個(gè)放熱峰提前。水灰比對(duì)早期反應(yīng)速率影響很小。但W/C比過(guò)小時(shí)，由于水化所需水分的不足以及無(wú)足夠空間容納水化產(chǎn)物的緣故，會(huì)使后期的水化反應(yīng)延緩。三、溫度與水化速率的關(guān)系-C2S受溫度影響最大，C3A影響不明顯。溫度越高，水化越快，對(duì)早期水化速率影響大，水化程度的差別到后期漸趨縮小。低溫：-5還能水化，到-10以下水化趨于停止。,第四節(jié)硬化水泥漿體,水泥的凝結(jié)和硬化：水泥加水拌成的漿體，起初具有可塑性和流動(dòng)性，隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，漿體逐漸失去流動(dòng)能力，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的固體。硬化水泥漿體具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和孔隙率，而外觀和其他性能又與天然石材相似，因此通常又稱(chēng)之為水泥石。,一、漿體結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展結(jié)晶理論水泥之所以能產(chǎn)生膠凝作用，是由于水化反應(yīng)生成的晶體互相交叉穿插、聯(lián)結(jié)成整體的緣故。水泥的水化、硬化過(guò)程：熟料礦物溶解于水，與水反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物由于溶解度小于反應(yīng)物，所以就結(jié)晶沉淀出來(lái)。隨后熟料礦物繼續(xù)溶解,水化產(chǎn)物不斷沉淀,如此溶解-沉淀不斷進(jìn)行。普通化學(xué)反應(yīng)，液相,膠體理論凝結(jié)、硬化是膠體凝聚成剛性凝膠的過(guò)程。水泥水化后生成大量膠體物質(zhì)，再由于干燥或未水化的水泥顆粒繼續(xù)水化產(chǎn)生“內(nèi)吸作用”而失水，從而使膠體凝聚變硬。然后，通過(guò)水分的擴(kuò)散作用，使反應(yīng)界面由顆粒表面向內(nèi)延伸，繼續(xù)水化。固相直接與水反應(yīng)，局部化學(xué)反應(yīng)其他理論：較多，不一一介紹P183第二段,泰勒理論較全面，將凝結(jié)硬化過(guò)程分為早、中、后三個(gè)時(shí)期。,在水化早期，水泥顆粒于幾分鐘內(nèi)就在表面形成凝膠狀膜層圖8-20(a)。大約一小時(shí)左右即在凝膠膜外側(cè)及液相中形成粗短的棒狀A(yù)Ft(b)。到水化中期，約有30%的水泥已水化，它以C-S-H和CH的快速形成為特征。C-S-H在水泥顆粒周?chē)纬梢粚又饾u增厚的包裹膜圖8-20(c)。由于C3A和鐵相的重新加速水化，在包裹膜的外側(cè)生長(zhǎng)出細(xì)長(zhǎng)的AFt針狀晶體圖8-20(d)。由于包裹膜不易滲透，內(nèi)側(cè)硫酸鹽含量低，所以?xún)?nèi)側(cè)趨向于形成AFm，而AFt則在外側(cè)生長(zhǎng)。在水化2030小時(shí)即水化后期，C-S-H增厚，C3A與包裹膜內(nèi)側(cè)的AFt反應(yīng)生成AFm圖8-20(e)。,比較統(tǒng)一的意見(jiàn)：水泥的水化反應(yīng)在開(kāi)始主要為化學(xué)反應(yīng)所控制；當(dāng)水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應(yīng)歷程又受到離子通過(guò)水化產(chǎn)物層時(shí)擴(kuò)散速率的影響。隨著水化產(chǎn)物層的不斷增厚，離子的擴(kuò)散速率即成為水化歷程動(dòng)力學(xué)行為的決定性因素。在所生成的水化產(chǎn)物中，有許多是屬于膠體尺寸的晶體。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行,各種水化產(chǎn)物逐漸填滿(mǎn)原來(lái)由水所占據(jù)的空間,固體粒子逐漸接近。由于鈣礬石針、棒狀晶體的相互搭接,特別是大量箔片狀、纖維狀C-S-H的交叉攀附,從而使原先分散的水泥顆粒以及水化產(chǎn)物聯(lián)結(jié)起來(lái),構(gòu)成一個(gè)三度空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體(圖8-22)。,二、C-S-H凝膠（一）組成C-S-H的Ca/Si比隨液相中Ca(OH)2濃度的提高而增加。當(dāng)溶液中CaO濃度為220mmol/L（即0.111.12gCaO/L）時(shí)，為C-S-H()，Ca/Si=0.81.5；當(dāng)液相中CaO濃度飽和（1.12gCaO/L）時(shí)，生成Ca/Si=1.52.0的C-S-H()。（二）結(jié)構(gòu)無(wú)定形的膠狀體，組成不定，結(jié)晶程度極差。,（三）形貌纖維狀粒子：型C-S-H網(wǎng)絡(luò)狀粒子：型C-S-H等大粒子：型C-S-H內(nèi)部產(chǎn)物：型C-S-H三、Ca(OH)2化學(xué)組成固定，結(jié)晶良好。只在現(xiàn)有的空間生長(zhǎng)，如遇阻擋則會(huì)朝另外方向生長(zhǎng)。,四、鈣礬石結(jié)晶完好，屬三方晶系，為柱狀結(jié)構(gòu)。適當(dāng)條件下，陰離子與CaO、Al2O3和水結(jié)合成“三鹽”或“高”鹽型的四元化合物：C3A3CaXmH2O；X2價(jià)陰離子m=32，X為SO42-，即為鈣礬石（AFt）Fe2O3可部分或全部替代Al2O3，形成硫鐵酸鹽；鈣礬石的脫水溫度較低。,五、單硫型水化硫鋁酸鈣及其固溶體三方晶系，層狀結(jié)構(gòu)陰離子占據(jù)層間位置，形成“單鹽”或“低鹽”型四元化合物：C3ACaYnH2O；n=12，Y為SO42-，即為AFmFe2O3代替部分或全部Al2O3；與AFt相比，AFm的結(jié)構(gòu)水少，密度大。當(dāng)接觸SO42-而變?yōu)锳Ft，結(jié)構(gòu)水增加，密度減小，產(chǎn)生相當(dāng)體積膨脹。,六、孔及其結(jié)構(gòu)特征（一）內(nèi)表面積由于C-S-H凝膠的高度分散性，微細(xì)孔隙數(shù)量眾多，所以具有極大的內(nèi)表面積。常用水蒸氣吸附法進(jìn)行測(cè)定。粗孔大毛細(xì)孔毛細(xì)孔小毛細(xì)孔膠粒間孔凝膠孔微孔層間孔,孔,隨水化過(guò)程的發(fā)展，凝膠孔由于水化產(chǎn)物的增多而增加，毛細(xì)孔則逐漸被填充減少，總的孔隙率則相應(yīng)降低。,七、水及其存在形式結(jié)晶水吸附水自由水(游離水)：存在于粗大孔隙內(nèi)蒸發(fā)水(We):在規(guī)定的基準(zhǔn)條件下能除去的水非蒸發(fā)水(We):在規(guī)定的基準(zhǔn)條件下不能除去的水,強(qiáng)結(jié)晶水(晶體配位水)：OH-，在晶格上占有固定位置。,弱結(jié)晶水(晶體配位水)：中性H2O分子，在晶格上占有固定位置。,凝膠水：,毛細(xì)孔水：,中性H2O分子，不參與組成水化物的晶體結(jié)構(gòu),按與固相組成作用的情況,從實(shí)用情況出發(fā),蒸發(fā)水的體積可概略地作為漿體內(nèi)孔隙體積的量度，而非蒸發(fā)水的量則與水化產(chǎn)物的數(shù)量多少存在著一定的比例關(guān)系。,第九章硅酸鹽水泥的性能第一節(jié)凝結(jié)時(shí)間,初凝：在水化的誘導(dǎo)期，水泥漿的可塑性基本不變；然后逐漸失去流動(dòng)能力，開(kāi)始凝結(jié),，到達(dá)“初凝”終凝：水化進(jìn)人凝結(jié)階段,繼續(xù)變硬,待完全失去可塑性,有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,即為“終凝”測(cè)定儀器：維卡儀,一、凝結(jié)速度將拆散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所需的剪應(yīng)力稱(chēng)為“屈服值”。,開(kāi)始的屈服值提高是由于快速形成了AFt；水泥中如有半水石膏存在，還會(huì)有二水石膏形成的原因。屈服值的第二次快速上升則歸結(jié)于C3S強(qiáng)烈水化所形成C-S-H?！俺跄毕喈?dāng)于屈服值提高到某一程度，即將開(kāi)始第二次快速上升的時(shí)間。而初凝到終凝的階段則受C3S水化的控制。C3A含量是控制水泥凝結(jié)時(shí)間的決定性因素。由于硅酸鹽水泥在粉磨時(shí)都摻有石膏作為緩凝劑，因此其凝結(jié)時(shí)間在更大程度上就受到C3S水化速度的制約。凝結(jié)時(shí)間會(huì)隨水灰比的增加而延長(zhǎng)。另，溫度升高，水化作用加速，凝結(jié)時(shí)間縮短。故炎熱季節(jié)或高溫條件下施工時(shí)須注意。,GB1752007通用硅酸鹽水泥規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于390min；普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥初凝不小于45min，終凝不大于600min。,二、石膏的作用及摻量的確定1.作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐蝕性、抗凍性、抗?jié)B性等一系列性能。2.石膏的緩凝機(jī)理一般認(rèn)為，在水泥顆粒表面形成Aft保護(hù)膜，阻礙水分等移動(dòng)的結(jié)果。C3A水化生成AFt，在水泥顆粒表面形成一層薄膜，阻滯水分子及離子的擴(kuò)散，延緩C3A的繼續(xù)水化。隨著擴(kuò)散作用的進(jìn)展，在C3A表面又形成AFt，由固相體積增加所產(chǎn)生的結(jié)晶壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，AFt薄膜局部脹裂，水化繼續(xù)進(jìn)行。接著新生成的AFt又將破裂處重新封閉，再使水化延緩。如此反復(fù)進(jìn)行，直至SO42-消耗不足以形成AFt。,記,洛赫爾認(rèn)為：溶液中有效的硫酸鹽和鋁酸鹽的比例，也就是相互之間的動(dòng)態(tài)平衡,是決定水泥凝結(jié)時(shí)間的關(guān)鍵。水泥的凝結(jié)取決于漿體內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。正常凝結(jié)只生成AFt。如SO42-不足，除AFt，還有C4AH13及AFm，這些六方板狀晶體很快使水泥粒子相互接觸，迅速搭接成網(wǎng)，快速凝結(jié)。如SO42-過(guò)多，則生成次生二水石膏，也促使快凝。,3.石膏摻量的確定石膏對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響帶有突變性。SO31.3%，不能阻止快凝；但超過(guò)2.5%后，凝結(jié)時(shí)間的增長(zhǎng)很少。過(guò)多的石膏在后期會(huì)形成AFt，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，削弱漿體強(qiáng)度，嚴(yán)重會(huì)引起安定性不良。故GB175-2007規(guī)定：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥SO33.5%，礦渣硅酸鹽水泥SO34.0%。,P174表8-2C3A的水化產(chǎn)物,理論上a.適宜的石膏摻量應(yīng)能使AFtAFm的轉(zhuǎn)變峰不至于出現(xiàn)。否則，表示石膏摻量不足。b.水泥中石膏的適宜摻量，應(yīng)是加水后24小時(shí)左右能耗盡的數(shù)量；同時(shí)，也與水泥細(xì)度、熟料中SO3含量以及混合材的種類(lèi)和含量等因素有關(guān)。實(shí)際上用同一熟料摻不同百分比的石膏，根據(jù)所得“強(qiáng)度-SO3含量”關(guān)系曲線，選擇凝結(jié)正常時(shí)能達(dá)到最高強(qiáng)度的SO3摻加量。石膏摻量一般在SO3=1.52.5%之間。P174,陰影部分,三、假凝現(xiàn)象假凝是指水泥的一種不正常的早期固化或過(guò)早變硬現(xiàn)象。在水泥用水拌和的幾分鐘內(nèi)，物料就顯示凝結(jié)。假凝和快凝的區(qū)別：假凝放熱量極微,而且經(jīng)劇烈攪拌后，漿體又可恢復(fù)塑性，并達(dá)到正常凝結(jié)，對(duì)強(qiáng)度并無(wú)不利影響；而快凝或閃凝往往是由于緩凝不夠所引起,漿體已具有一定強(qiáng)度,重拌并不能使其再具塑性。故假凝的影響比快凝較為輕微，但仍會(huì)給施工帶來(lái)一定困難。,熟料的C3A偏高、石膏摻量較多；粉磨時(shí)高溫使二水石膏脫水成半水石膏，水泥調(diào)水后重新水化成二水石膏；含堿高的水泥生成鉀石膏，鉀石膏結(jié)晶迅速長(zhǎng)大K2SO4+CSH2K2SO4CaSO4H2O+H2O；水泥顆粒各相的表面帶相反電荷，表面間的相互作用。,假凝的原因,四、調(diào)凝外加劑主要是對(duì)C3S和C3A水化的影響有機(jī)促凝劑：促凝劑無(wú)機(jī)促凝劑：無(wú)機(jī)：緩凝劑有機(jī)：,三乙醇胺（摻量0.10.5），二乙醇胺，甲酸鈉，糖蜜,氯鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、氟硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽或NaOH、KOH、氫氧化銨等鹽基。,某些酸類(lèi)，如硼酸、磷酸、氫氟酸、鉻酸以及相應(yīng)的鹽和氧化鋅、氧化鉛等氧化物,木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羧酸、羧酸及其鹽類(lèi)、胺鹽和胺酸、糖類(lèi)及其氧化物等,促凝劑CaCl2能使水泥的水化熱效應(yīng)提早而集中地放出，適于冬季施工，但最大缺點(diǎn)是促使鋼筋銹蝕。改善方法是將CaCl2和亞硝酸鈉的阻銹劑復(fù)合使用。,第二節(jié)強(qiáng)度,一、漿體組成和強(qiáng)度的關(guān)系1.強(qiáng)度產(chǎn)生的原因由于水化產(chǎn)物，特別是C-S-H凝膠具有巨大表面能所致。顆粒表面有從外界吸引其他離子以達(dá)到平衡的傾向，因此能相互影響，構(gòu)成空間網(wǎng)架，從而具有強(qiáng)度，其本質(zhì)屬范德華力。硬化漿體的強(qiáng)度可歸結(jié)于晶體的連生，由化學(xué)鍵產(chǎn)生強(qiáng)度。這一類(lèi)價(jià)鍵比較牢固，并且一旦破壞后，在通常條件下不能重建。,合理觀點(diǎn)：在硬化水泥漿體中既有范德華力，又有化學(xué)鍵，兩者對(duì)強(qiáng)度都有作用。綜合觀點(diǎn)：硬化水泥漿體是由無(wú)數(shù)AFt的針狀晶體和多種形貌的C-S-H，再夾雜著六方板狀的Ca(OH)2和AFm等晶體交織在一起而構(gòu)成的，它們密集連生、交叉結(jié)合，又受到顆粒間的范德華力或化學(xué)鍵的影響，硬化水泥漿就成為由無(wú)數(shù)晶體編織而成的“毛氈”而具有強(qiáng)度。,記,水化產(chǎn)物的形貌、表面結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)情況等，成為使強(qiáng)度產(chǎn)生差異的一個(gè)原因。C-S-H在強(qiáng)度發(fā)展中起著最為主要的作用。對(duì)CH有人認(rèn)為尺寸太大妨礙連生和結(jié)合，但也有人認(rèn)為它起填充作用。AFt和AFm主要在早期，到后期作用不明顯。,二、熟料礦物組成的作用p180倒數(shù)第二段礦物結(jié)構(gòu)C3S含量不僅控制早期強(qiáng)度，而且對(duì)后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)也有關(guān)系。C2S含量在早期一直到28d前對(duì)強(qiáng)度影響不大，但卻是決定后期強(qiáng)度的主要因素。C3A主要對(duì)極早期強(qiáng)度有利，到后期作用逐漸減少。C4AF不僅對(duì)早期強(qiáng)度起相當(dāng)大作用，而且更有利于后期強(qiáng)度的發(fā)展。石膏也會(huì)影響硅酸鹽水泥的水化。熟料中的堿促進(jìn)C3S、C3A的水化，提高早期強(qiáng)度，但使后期強(qiáng)度降低。,三、水灰比、水化程度對(duì)強(qiáng)度的影響水灰比越大、漿體內(nèi)產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙越多。隨水化程度的提高，凝膠體積不斷增加，毛細(xì)孔隙率相應(yīng)減少。在熟料礦物組成大致相近的條件下，水泥漿體的強(qiáng)度主要與水灰比和水化程度有關(guān)。,四、溫度和壓力的效應(yīng)減少孔隙率、提高密實(shí)度熱壓處理：提高成型壓力，使固相顆粒在水化前即能緊密接觸。如同時(shí)提高成型時(shí)的溫度，可獲得更高強(qiáng)度。提高養(yǎng)護(hù)溫度，加速水化，強(qiáng)度在初期較快發(fā)展，但后期強(qiáng)度的發(fā)展反而可能降低。,第三節(jié)體積變化,一、體積安定性安定性不良，在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生不均勻的膨脹，導(dǎo)致開(kāi)裂，主要是由于水泥中某些成分緩慢水化、產(chǎn)生膨脹。f-CaOf-CaO水化生成Ca(OH)2，體積膨脹97.9%。水泥粉磨越細(xì)，f-CaO水化越快，影響相應(yīng)變小。由于在粉磨過(guò)程中，部分f-CaO可能已水化為Ca(OH)2，因而化學(xué)分析結(jié)果就不足以成為衡量安定性是否良好的唯一依據(jù)。水泥庫(kù)中存儲(chǔ)一段時(shí)間用雷氏夾測(cè)試，也可用蒸煮試餅法，有爭(zhēng)議時(shí)以雷氏法為準(zhǔn)。,方鎂石水化成Mg(OH)2時(shí)，體積膨脹148%。在常溫下水化極慢，故要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)顯露其危害性?？捎脡赫舴ㄗ鬟M(jìn)一步檢測(cè)。CaSO4如摻量過(guò)多，在水泥凝結(jié)硬化后繼續(xù)形成水化硫鋁酸鹽，產(chǎn)生膨脹。AFmAFt要求SO3C3SC2S減縮量的大小，常與C3A的含量成線性關(guān)系。,每100g水泥的減縮總量約為79ml。如每立方米混凝土中水泥用量為300kg，則減縮量將達(dá)(2127)103ml/m3之大。可見(jiàn)，水泥減縮作用產(chǎn)生的孔隙，也會(huì)達(dá)到相當(dāng)可觀的數(shù)量。不過(guò)，隨著水化作用的進(jìn)行，化學(xué)減縮雖在相應(yīng)增加，但固相體積有較快增長(zhǎng)，所以整個(gè)體系的總孔隙率仍能不斷減少。,三、濕脹干縮干燥使體積收縮，潮濕則會(huì)發(fā)生膨脹。p212圖9-22毛細(xì)孔中水的蒸發(fā)毛細(xì)孔內(nèi)凹月形液面的形成及其曲率半徑的減小，可認(rèn)為是使固相產(chǎn)生壓縮彈性變形的原因。膠粒表面能或表面張力的變化水泥凝膠具有巨大比表面積，有較高表面能，受潮時(shí)由于水分子的吸附，表面張力降低，壓縮應(yīng)力減小，體積增大；而干燥時(shí)則相反。,膠粒距離太近就會(huì)有吸附受阻區(qū)。在該區(qū)域內(nèi)，由吸附作用所誘發(fā)的“拆散壓力”或“膨脹壓力”，趨于將靠得太近的膠粒推開(kāi)，造成膨脹。相對(duì)濕度降低時(shí)，拆散壓力減小，膠粒依靠范德華力而靠攏，產(chǎn)生收縮。,層間水的多少，也會(huì)產(chǎn)生層間距離的變化。,從較高相對(duì)濕度降低到40%或再稍低時(shí)，主要是毛細(xì)孔張力使?jié){體產(chǎn)生收縮，但也有拆散壓力為主要原因的看法。當(dāng)相對(duì)濕度更低時(shí)，也就是只有在吸附水?dāng)?shù)量有所變化的范圍內(nèi)，表面能或者表面張力的改變，方能對(duì)漿體脹縮起主導(dǎo)作用。而相對(duì)濕度要到3035%以下，層間水的多少才會(huì)起相當(dāng)?shù)挠绊憽Ｔ谒嗍炝系牡V物組成中，C3S和C2S對(duì)脹縮的影響基本相同，都比鐵酸鹽相略大，但較鋁酸三鈣小得多。P214圖9-24在C3A含量相同的條件下，石膏摻量又成為決定脹縮值的關(guān)鍵問(wèn)題。,P214圖9-25：早期的干縮發(fā)展很快，但水灰比的影響不大，一直到28天以后，干縮才隨水灰比的減小而明顯降低。在所有危害建筑物耐久性或有損外觀的裂縫中，有90%是與超荷、沖撞、冰凍和化學(xué)侵蝕等原因有關(guān)，而由干縮產(chǎn)生的只占10%左右。水泥不應(yīng)磨得過(guò)細(xì)，還要妥善選擇石膏摻量，適當(dāng)控制水灰比，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以有利于減少干縮。,四、碳化收縮空氣中含有0.03%的CO2，在水汽存在的條件下發(fā)生反應(yīng)。P214圖9-26C3S2H3+CO2=CaCO3+2CSH+H2OCSH+CO2=CaCO3+SiO22H2O在上述反應(yīng)的同時(shí)，硬化漿體的體積減小，出現(xiàn)不可逆的碳化收縮。原因可能是由于水化產(chǎn)物被碳化，引起漿體結(jié)構(gòu)的解體。實(shí)際的碳化速度很慢，在一年后才在表面產(chǎn)生微細(xì)裂縫，主要影響外觀質(zhì)量。,第四節(jié)水化熱,水化熱是水化作用所產(chǎn)生，對(duì)冬季施工，有利于正常凝結(jié)；對(duì)大體積工程，造成內(nèi)外表面溫差過(guò)大，產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫。決定于礦物組成：C3A的水化熱和放熱速率最大，C4AF和C3S次之，C2S的水化熱和放熱速率最小。圖9-27、28、29、30。有人認(rèn)為水化熱具有加和性，即QH=a(C3S)+b(C2S)+c(C3A)+d(C4AF),水泥的水化熱,各礦物單獨(dú)水化時(shí)的水化熱,各礦物含量,第五節(jié)粉磨細(xì)度,水泥粉磨越細(xì)，水化反應(yīng)越快，而且更為完全。太細(xì)不經(jīng)濟(jì)，且干縮和水化放熱速率變大，在儲(chǔ)存時(shí)易受潮。水泥越細(xì)，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越大。這主要是因?yàn)楸缺砻娣e越大，需要較多水分覆蓋的緣故。干縮率隨細(xì)度的提高而增加。圖9-32，表9-5，圖9-33、圖9-34,石膏摻量應(yīng)與粉磨細(xì)度相適應(yīng)。細(xì)度增大時(shí)，石膏摻量要相應(yīng)增加。在同一比表面積的情況下，顆粒分布范圍越窄，水泥強(qiáng)度會(huì)有一定提高。主要是因?yàn)樵谙嗤缺砻娣e時(shí)，窄級(jí)配的水泥水化較快，形成的水化產(chǎn)物有所增多的緣故。但顆粒分布變窄后，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量要有所增大。,第十章硅酸鹽水泥的耐久性第一節(jié)抗?jié)B性,抗?jié)B性：水泥漿體或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)進(jìn)人內(nèi)部的能力。當(dāng)水進(jìn)入硬化水泥漿體一類(lèi)的多孔材料時(shí),開(kāi)始的滲入速率決定于水壓以及毛細(xì)管力的大小。待水飽和，毛細(xì)管力不存在后，就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)：,滲水速率(mm3/s),滲透系數(shù)(mm/s),試件橫截面積(mm2),試件厚度(mm),作用于試件兩側(cè)的壓力差(mmH2O),即當(dāng)試件尺寸和兩側(cè)壓力差一定時(shí)，滲水速率和滲透系數(shù)成正比，故常用滲透系數(shù)K表示抗?jié)B性的高低。,即滲透系數(shù)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。,滲透系數(shù),常數(shù),流體粘度,總孔隙率,r孔的水力半徑（孔隙體積/孔隙表面積）,抗?jié)B性的影響因素：p193表8-9孔的分類(lèi)孔徑的尺寸對(duì)抗?jié)B性有著更為重要的影響當(dāng)管徑1um時(shí)，所有的水都吸附于管壁或作定向排列，很難流動(dòng)。凝膠孔由于膠孔尺寸更小，其滲透系數(shù)僅為710-16m/s。故凝膠孔的多少對(duì)抗?jié)B性實(shí)際上幾乎無(wú)影響，滲透系數(shù)主要決定于毛細(xì)孔隙率的大小，從而使水灰比成為控制抗?jié)B性的一個(gè)主要因素