膠凝材料學(xué)-水泥

膠凝材料學(xué)——水泥目錄水泥的定義及分類通用硅酸鹽水泥的定義、分類及生產(chǎn)硅酸鹽水泥的水化硬化硅酸鹽水泥的技術(shù)要求及性能摻混合材料的硅酸鹽水泥水泥石的耐久性混凝土的碳化一、水泥的定義及分類1、水泥的定義凡細(xì)磨成粉末狀，參加適量水后，可成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱為水泥。2、水泥的分類水泥按用途及性能分為：〔1〕通用水泥:一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指GB175—2007規(guī)定的六大類水泥?！?〕專用水泥：專門用途的水泥。如：油井水泥，道路硅酸鹽水泥，耐火水泥，大壩水泥?！?〕特性水泥：某種性能比較突出的水泥。如：快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、白水泥。水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱分為：〔1〕硅酸鹽水泥，即國(guó)外通稱的波特蘭水泥；〔2〕鋁酸鹽水泥；〔3〕硫鋁酸鹽水泥；〔4〕鐵鋁酸鹽水泥；〔5〕氟鋁酸鹽水泥；〔6〕磷酸鹽水泥〔7〕以火山灰或潛在水硬性材料及其他活性材料為主要組分的水泥。生料：由石灰質(zhì)原料、黏土質(zhì)原料及少量校正原料按比例配合，粉磨到一定細(xì)度的物料，成為水泥生料。熟料：以適當(dāng)成分的生料燒至局部熔融，所得的以硅酸鈣礦物為主要成分的產(chǎn)物。校正原料：當(dāng)石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求時(shí)，必須根據(jù)所缺少的組分摻加相應(yīng)的原料，這種以補(bǔ)充某些成分缺乏為主的原料稱校正原料。3、相關(guān)概念通用硅酸鹽水泥〔commonportlandcement)：GB175-2007：以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。按照混合材料的品種和摻量分為：硅酸鹽水泥、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。二、通用硅酸鹽水泥的定義、分類及生產(chǎn)硅酸鹽水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、0%~5%的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥〔即波特蘭水泥〕。硅酸鹽水泥分為兩種類型：不摻混和材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號(hào)P·I；摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號(hào)P·Ⅱ。波特蘭島上采集的石頭〔波特蘭水泥以此命名〕和現(xiàn)代混凝土的圓柱形試件〔右〕硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥的生產(chǎn)1、生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料原料：石灰質(zhì)原料：提供CaO，有石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等。粘土質(zhì)原料：提供Al2O3，SiO2，有粘土、黃土、頁(yè)巖和泥巖等，校正原料：鐵礦石〔提供Fe2O3〕礦化劑：煅燒過(guò)程中能加速熟料礦物的形成，而本身不參加反響或只參加中間物反響的一類物質(zhì)。如螢石、石膏等石灰?guī)r白堊鐵礦石生產(chǎn)過(guò)程：兩磨一燒生料的配制和磨細(xì)——磨將生料煅燒成熟料——燒熟料與混合材料一起磨成水泥——磨2、生產(chǎn)過(guò)程及工藝水泥窯頭生產(chǎn)方法干法：原料烘干磨成生料粉，再入窯燒成熟料半干法：生料粉參加適量水制成生料球，煅燒濕法：原料加水磨成生料漿，喂入窯中煅燒生料粉〔干法生產(chǎn)〕生料漿〔濕法生產(chǎn)〕2、硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及性能水泥熟料礦物硅酸二鈣鐵鋁酸四鈣游離氧化鈣和氧化鎂鋁酸三鈣硅酸三鈣堿類及雜質(zhì)2CaO?SiO2，C2S4CaO?Al2O3?Fe2O3，C4AFf－CaO和f－MgO3CaO?Al2O3，C3A3CaO?SiO2，C3S化學(xué)式及簡(jiǎn)寫1〕硅酸鹽水泥熟料：由原料按適當(dāng)比例磨成細(xì)粉燒至局部熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)，其礦物組成如下。各種礦物的特性：礦物名稱硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣礦物組成3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O34CaO.Al2O3Fe2O3簡(jiǎn)寫式C3SC2SC3AC4AF礦物含量37%－60%15%－37%7%－15%10%－18%礦物特性硬化速度快慢最快快早期強(qiáng)度高低低中后期強(qiáng)度高高低低水化熱大小最大中耐腐蝕性差好最差中水泥中還有少量的游離氧化鈣、游離氧化鎂，總含量不超過(guò)10％。改變水泥熟料中礦物成份間的比例，可以制得不同性質(zhì)的水泥品種，如提高硅酸三鈣含量，可以制得高強(qiáng)水泥和早強(qiáng)水泥；提高硅酸二鈣含量并降低硅酸三鈣與鋁酸三鈣的含量，可制得低熱水泥或大壩水泥。水泥熟料在窯中，從原料到成品的形成過(guò)程熟料顆粒掃描電鏡照片反光顯微鏡照片放大的水泥熟料〔a〕放大倍數(shù)為400X的顯微鏡下觀察到的水泥熟料拋光薄片，圖中光亮的、棱角形晶體為C3S，深色倒圓角的晶體為C2S，〔b〕放大倍數(shù)3000X的掃描電鏡下熟料中C3S晶體的顯微照片。ab石膏：天然石膏——符合GB/T5483中規(guī)定的G類或M類二級(jí)〔含〕以上的石膏或混合石膏；工業(yè)副產(chǎn)石膏——以硫酸銅為主要成分，使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明對(duì)水泥性能無(wú)害?；旌喜牧细纳扑嘈阅?，調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí)的人工的和天然的礦物材料?；钚曰旌喜牧?；非活性混合材料；窯灰。助磨劑參加量不超過(guò)水泥質(zhì)量的0.5%，復(fù)合JC/T667規(guī)定。2〕其他組成材料三、硅酸鹽水泥的水化硬化1、硅酸鹽水泥熟料礦物的水化1〕C3S的水化水化反響式如下：3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2簡(jiǎn)寫為：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣〔C-S-H〕凝膠和氫氧化鈣。水化過(guò)程分為早期〔誘導(dǎo)前期階段和誘導(dǎo)期階段〕、中期〔加速期階段和衰減期階段〕和后期〔穩(wěn)定期階段〕三個(gè)時(shí)期和五個(gè)階段。反應(yīng)階段化學(xué)過(guò)程動(dòng)力學(xué)行為誘導(dǎo)前期初始水化，離子進(jìn)入溶液反應(yīng)很快：化學(xué)控制誘導(dǎo)期繼續(xù)溶解，早期的C-S-H形成反應(yīng)慢：成核控制加速期水化產(chǎn)物形成與生長(zhǎng)反應(yīng)快：化學(xué)控制減速期水化產(chǎn)物繼續(xù)生長(zhǎng)：微結(jié)構(gòu)發(fā)展反應(yīng)適中：化學(xué)與擴(kuò)散控制穩(wěn)定期微結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)反應(yīng)很慢：擴(kuò)散控制C3S各水化階段示意圖C3S反響各階段的化學(xué)過(guò)程及動(dòng)力學(xué)行為C3S水化反響特點(diǎn)水化較快，但凝結(jié)硬化時(shí)間正常。顆粒加水28d后可以水化70%左右。漿體硬化體的強(qiáng)度開展較快，早期強(qiáng)度較高，且強(qiáng)度增長(zhǎng)較大，28d強(qiáng)度可以到達(dá)一年強(qiáng)度的70~80%。是硅酸鹽水泥熟料礦物中28d強(qiáng)度最高的。2〕-C2S的水化-C2S水化反響式如下：2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2簡(jiǎn)寫為：C2S+nH=C-S-H+(2-x)OH水化產(chǎn)物：C-S-H凝膠和CH〔CH晶體生長(zhǎng)速度較慢，晶體粒度較大〕。水化特點(diǎn)：水化速率和微結(jié)構(gòu)的開展速度約是C3S的1/20。是水化速度最慢的礦物，28d僅水化20%，早期強(qiáng)度較低，28d后強(qiáng)度繼續(xù)增大，一年后可以接近或超過(guò)C3S的強(qiáng)度。3〕C3A的水化〔1〕常溫下在純水中的水化2(3CaO·Al2O3)+27H2O=4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O簡(jiǎn)寫為：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8在濕度低于85%時(shí)C4AH19容易失水為C4AH13?！?〕在CH飽和溶液〔堿性介質(zhì)〕中的水化反響 C3A＋CH＋12H＝C4AH13處于水泥漿體堿性介質(zhì)中，C4AH13在常溫下可以穩(wěn)定存在，且數(shù)量增長(zhǎng)很快，導(dǎo)致水泥漿瞬時(shí)凝結(jié)。需要緩凝：參加適量石膏石膏量足〔水化初〕 3CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O三硫型水化硫鋁酸鈣，也稱為鈣礬石，用AFt表示假設(shè)石膏在C3A完全水化前耗盡，那么鈣釩石與C3A反響生成單硫型水化硫鋁酸鈣〔AFm〕： C3A·3CS’·H32+2C3A＋4H=3(C3A·CS’·H12)〔3〕石膏存在下的水化假設(shè)石膏量極少，在所有鈣釩石全部轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐退蜾X酸鈣后，還有C3A，那么形成單硫型水化硫鋁酸鈣和C4AH13固溶體。

鈣礬石：針柱狀的晶體，不溶于水。AFm：層狀結(jié)構(gòu)晶體，不溶于水C3A與石膏反響形成鈣礬石后，即在C3A外表形成鈣礬石包裹層，因而減緩了的C3A溶解速度，使水化速度減慢。但反響繼續(xù)緩慢進(jìn)行，使鈣礬石包裹層變厚，產(chǎn)生結(jié)晶應(yīng)力，當(dāng)其超過(guò)一定數(shù)值后，包裹層局部破裂，促使反響加速，形成的鈣礬石修復(fù)破裂處。包裹層破裂和修復(fù)反復(fù)進(jìn)行，直到石膏消耗完畢。石膏緩凝機(jī)理熟料礦物具有水化反響能力的結(jié)構(gòu)本質(zhì)〔1〕結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。原因在于：是處于介穩(wěn)狀態(tài)的高溫型晶體結(jié)構(gòu)；熟料礦物形成了阿利特和貝利特等有限固溶體；微量元素的摻雜使晶體排列的規(guī)律性受到某種程度的干擾。——以上原因使結(jié)晶結(jié)構(gòu)的有序度降低，活性增大〔2〕結(jié)晶結(jié)構(gòu)中存在活性陽(yáng)離子。原因在于鈣離子的配位氧離子排列不規(guī)那么，或是鈣離子的配位數(shù)降低，使晶體結(jié)構(gòu)中存在“空洞〞，因而易于與水反響?？梢运?，不一定可以硬化和具有膠凝能力。硬化和具有膠凝能力的條件：〔1〕形成的水化產(chǎn)物是穩(wěn)定的這取決于水化產(chǎn)物本身的結(jié)構(gòu)特性〔2〕形成水化產(chǎn)物數(shù)量足夠，它們之間能夠彼此交叉連生，在整個(gè)水泥漿體的空間內(nèi)形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這取決于液相的過(guò)飽和度及其持續(xù)時(shí)間熟料礦物具有膠凝能力的條件水化速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水泥的水化程度或水化深度。用水化熱、化學(xué)結(jié)合水等方法測(cè)定。水化程度：某一時(shí)刻水泥發(fā)生水化作用的量和完全水化的量的比值。用百分比表示。水化深度：水泥粒子已經(jīng)水化層的厚度，用um表示。影響硅酸鹽水泥水化速率的因素28天之前的四種熟料礦物水化速率順序?yàn)椋?/p>

C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水泥編號(hào)C3SC2SC3AC4AFⅠ4925128Ⅱ3046513Ⅲ5615128三種水泥的放熱曲線不同熟料礦物組成的水泥〔1〕水泥熟料礦物：水泥越細(xì)，參與反響的外表積越大，反響速率越快。在礦物成分一定時(shí)，可以通過(guò)增大細(xì)度來(lái)加快反響速率，促進(jìn)強(qiáng)度開展。但由于粉磨得費(fèi)用較高，且細(xì)度增大水化熱加大，因此對(duì)水泥細(xì)度有一定的控制?！?〕水泥細(xì)度的影響從水泥熟料礦物溶解和水化來(lái)看，水灰比會(huì)影響溶液中離子的濃度。水灰比太小，水化所需水量缺乏，水化速度慢，特別是后期水化反響緩慢；適當(dāng)增加水灰比，即增加用水量，可增大水和未水化水泥顆粒的接觸，使水化速度有所提高。水泥的水化速率隨著水灰比增大而提高水灰比硬化水泥漿中結(jié)合水量（%）1d3d7d28d3個(gè)月0.280.500.704.58.7—7.612.612.510.213.315.511.014.315.612.615.617.6〔3〕水灰比的影響提高溫度會(huì)加快水化反響，即提高水化速率。溫度對(duì)不同熟料礦物的影響程度不一樣。提高溫度對(duì)C2S水化反響影響最大，對(duì)C3A、C4AF的影響最小。溫度對(duì)C3S的影響主要表現(xiàn)在水化早期，對(duì)后期影響不大。〔4〕溫度的影響2、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化水泥的凝結(jié)是指水泥加水拌和后，成為塑性的水泥漿，其中的水泥顆粒外表的礦物開始在水中溶解并與水發(fā)生水化反響，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但還不具有強(qiáng)度的過(guò)程。硬化是指凝結(jié)的水泥漿體隨著水化的進(jìn)一步進(jìn)行，開始產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐漸開展而成為堅(jiān)硬水泥石的過(guò)程。凝結(jié)和硬化實(shí)際上是一個(gè)連續(xù)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程。水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖分散在水中未水化的水泥顆粒在水泥表面形成的水合物膜層膜層長(zhǎng)大并相互連接（凝結(jié)）水合物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化）水化開始時(shí)，水合物不多，水泥顆粒之間未相互粘連，水泥漿具有良好的塑性。隨著水泥顆粒的不斷水化，凝膠體膜層厚度不斷增厚，水泥顆粒之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿體逐漸失去塑性，開始凝結(jié)。隨著水化反響不斷進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷生產(chǎn)并填充顆粒間的空隙，使結(jié)構(gòu)更加緊密，水泥漿體逐漸產(chǎn)生強(qiáng)度。水泥水化反響是由顆粒外表逐步深入到顆粒內(nèi)部，當(dāng)水合物增多時(shí)，阻止了水分的進(jìn)一步深入，水化反響愈來(lái)愈困難，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的水化后，仍有局部水泥顆粒未完全水化。水泥石中多余的水(自由水和吸附水)蒸發(fā)后會(huì)在水泥中留下微孔(裂紋)，從而降低水泥石強(qiáng)度。影響水泥凝結(jié)硬化的因素主要有：熟料礦物成分、水泥的細(xì)度、用水量、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、石膏摻量、溫度和濕度。1、技術(shù)要求四、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求及性能化學(xué)指標(biāo)〔1〕不溶物不溶物是指經(jīng)鹽酸處理后的殘?jiān)僖詺溲趸c溶液處理，經(jīng)鹽酸中和過(guò)濾后所得的殘?jiān)?jīng)高溫灼燒所剩的物質(zhì)。不溶物含量高對(duì)水泥質(zhì)有不良影響。〔2〕燒失量燒失量是用來(lái)限制石膏和混合材料中的雜質(zhì)，以保證水泥質(zhì)量?！?〕三氧化硫水泥中過(guò)量的三氧化硫會(huì)與鋁酸三鈣形成較多的鈣礬石，體積膨脹，危害安定性?！?〕氧化鎂因水泥中氧化鎂水化生成氫氧化鎂，體積膨脹，而其水化速度慢，須以壓蒸的方法加快其水化，方可判斷其安定性?！?〕氯離子因一定含量的氯離子會(huì)腐蝕鋼筋，故須加以限制。堿含量(選擇性指標(biāo))水泥中堿含量按Na20+0.658K2O計(jì)算值表示。假設(shè)使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的堿含量應(yīng)不大于％或由買賣雙方協(xié)商確定。物理指標(biāo)〔1〕凝結(jié)時(shí)間硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于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。〔2〕安定性沸煮法合格。水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積變化的均勻性?！?〕安定性沸煮法合格。水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積變化的均勻性。如水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化，即為安定性不良。安定性不良會(huì)使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，降低工程質(zhì)量。產(chǎn)生安定性不良的因素是水泥中含有過(guò)多的游離氧化鈣和游離氧化鎂以及石膏摻入量過(guò)高。FZ-31A型全不銹鋼沸煮箱：

對(duì)水泥安定性能進(jìn)行雷氏法及試餅法兩種測(cè)定，對(duì)升溫與保溫儀器均可實(shí)行自動(dòng)控制?！?〕強(qiáng)度不同品種不同強(qiáng)度等級(jí)的通用硅酸鹽水泥，其不同齡期的強(qiáng)度應(yīng)符合下表的規(guī)定?！?〕細(xì)度(選擇性指標(biāo))硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細(xì)度以比外表積表示，其比外表積不小于300m2/kg；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)合硅酸鹽水泥的細(xì)度以篩余表示，其80μm方孔篩篩余不大于10％或45μm方孔篩篩余不大于30％。DBT-127電動(dòng)勃氏透氣比外表積儀：用作測(cè)定水泥及其它粉狀材料的比外表積與細(xì)度。FSY-150型水泥細(xì)度負(fù)壓篩析儀：

用來(lái)測(cè)定各種水泥顆粒細(xì)度等專用儀器。

序號(hào)性質(zhì)優(yōu)先用于不宜用于1凝結(jié)硬化快，早期、后期強(qiáng)度高早期強(qiáng)度要求高的混凝土結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，嚴(yán)寒地區(qū)受反復(fù)凍融循環(huán)的工程，地面、路面工程，低溫施工、冬季施工工程，干燥環(huán)境使用的工程。大體積混凝土工程，經(jīng)常處于流動(dòng)軟水作用和受海水、腐蝕性介質(zhì)作用的工程，高溫環(huán)境中使用的工程。2抗凍性好3耐磨性好4抗碳化性好5干縮小6水化熱大7耐腐蝕性差8耐熱性差2、硅酸鹽水泥的性質(zhì)及應(yīng)用其他常用水泥的主要特性3、減水劑和加氣劑的應(yīng)用1〕減水劑品種最多，應(yīng)用最廣的混凝土外加劑。組成特點(diǎn)：碳?xì)浞肿渔溕蠋в杏H水性離子基團(tuán)的外表活性物質(zhì)可溶于水，能顯著降低水的外表張力；能吸附在固體外表，并在固體外表定向排列，形成外表吸附分子層，降低水－固界面張力。減水劑的物理化學(xué)特征分類：按照用途：普通減水劑(也稱塑化劑，Plasticiser)；高效減水劑(也稱超塑化劑，Superplasticiser)。早強(qiáng)減水劑；緩凝減水劑；引氣減水劑。按照化學(xué)成分：木質(zhì)素系減水劑多環(huán)芳香族磺酸鹽系減水劑水溶性樹脂磺酸鹽系減水劑由于水泥顆粒之間和水泥顆粒與水之間的的相互吸力，導(dǎo)致水泥顆粒在水中分散困難，水泥顆粒容易相互粘聚形成絮凝結(jié)構(gòu)，有10~30%的拌和水被包含在其中，從而降低了水泥漿的流動(dòng)性。當(dāng)減水劑參加水泥漿中，減水劑分子吸附在水泥顆粒外表，作定向排列，組成了單分子或多分子吸附層，使水泥漿結(jié)構(gòu)發(fā)生了的變化：水泥顆粒外表帶相同電荷，相互間的靜電斥力使水泥顆粒易于分散；減水劑分子鏈上的極性基團(tuán)使水泥顆粒外表溶劑化層增厚，產(chǎn)生空間位阻，增加了水泥顆粒間的滑動(dòng)能力，減少了粘滯性，增加潤(rùn)滑性；水泥顆粒易于濕潤(rùn)，自動(dòng)粘聚能力減弱，塑化能力增強(qiáng)。作用機(jī)理減水劑分散水泥的機(jī)理

加減水劑前加減水劑后絮凝分散沒(méi)加減水劑的水泥漿加減水劑后的水泥漿作用效果2〕引氣劑與減水劑作用類似。組成特點(diǎn)：帶有憎水基和親水基的外表活性劑物理化學(xué)特性：可溶于水；降低水的外表張力；能吸附在氣泡外表，使之穩(wěn)定。親水基團(tuán)憎水基團(tuán)氣泡常用引氣劑：松香熱聚物；松香皂；烷基苯磺酸鈉；脂肪酸硫酸鈉；烷基酚環(huán)氧乙烷縮合物等。其用量一般為水泥質(zhì)量的(0.5~1.2)/10000水中參加引氣劑后：水的外表張力降低，在攪拌過(guò)程中將空氣引入而產(chǎn)生許多氣泡；通過(guò)吸附于氣泡外表形成單分子膜，減小液－氣界面能(外表張力)，使氣泡外表的液膜鞏固不易破裂而穩(wěn)定存在。引氣劑的作用效果〔1〕改善混凝土拌合物的和易性。微小而封閉的氣泡可起滾珠作用，減少顆粒間的摩擦阻力?！?〕提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性?！?〕降低混凝土強(qiáng)度。當(dāng)水灰比固定時(shí)，混凝土中空氣量每增1%(體積)，其抗壓強(qiáng)度下降3%～5%?！?〕降低混凝土彈性模量。由于大量氣泡的存在，使混凝土的彈性變形增大，彈性模量有所降低，這對(duì)提高混凝土的抗裂性是有利的?！?〕不能用于預(yù)應(yīng)力混凝土和蒸氣(或蒸壓)養(yǎng)護(hù)混凝土。思考：減水劑與引氣劑均是外表活性劑，那么，減水劑是否可當(dāng)引氣劑用？為什么？答：不能。因?yàn)闇p水劑沒(méi)有穩(wěn)泡作用，減水劑分子中的碳?xì)滏準(zhǔn)菢O性，與水有較強(qiáng)的相互作用；而引氣劑分子的碳?xì)滏準(zhǔn)欠菢O性的，完全憎水。五、摻混合材料的硅酸鹽水泥1、分類按照混合材料的品種和摻量分為：硅酸鹽水泥、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)合硅酸鹽水泥品種代號(hào)熟料+石膏礦渣火山灰粉煤灰普通水泥P.O80且95>5且20礦渣水泥P.S.A50且80>20且50P.S.B30且50>50且70火山灰水泥P.P60且80>20且40粉煤灰水泥P.F60且80>20且40復(fù)合水泥P.C50且80>20且50組成特點(diǎn)：相同點(diǎn)：硅酸鹽水泥熟料、適量石膏不同點(diǎn)：摻有不同種類和數(shù)量的混合材料2、水化硬化過(guò)程1〕水化反響過(guò)程：摻混合材料的硅酸鹽水泥中熟料礦物較少，而活性混合材料較多，所以其水化硬化過(guò)程較為復(fù)雜。就局部而言，其水化反響是分兩步進(jìn)行的。拌水后，首先是熟料礦物、石膏與水作用，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、氫氧化鈣、水化硫鋁酸鈣等。這個(gè)過(guò)程以及水化產(chǎn)物與純硅酸鹽水泥是相同的。隨后熟料礦物水化生成的Ca(OH)2成為堿性激發(fā)劑，與活性混合材料中的活性Al2O3和活性SiO2發(fā)生反響，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。水泥中所含的石膏那么作為硫酸鹽激發(fā)劑，生成水化硫鋁酸鈣。水泥熟料礦物水化后的產(chǎn)物又與活性氧化物進(jìn)行反響，生成新的水化產(chǎn)物的反響，稱為二次反響或二次水化反響。2〕水化反響的特征及意義〔1〕將硅酸鹽水泥和摻混合材料硅酸鹽水泥水化生成C-S-H的反響進(jìn)行比照：硅酸鹽水泥：CS+H→C-S-H+CH摻混合材料的硅酸鹽水泥：

活性材料+CH+H→C-S-H〔2〕反響特征及意義：第一：反響速度緩慢，因此放熱速度和強(qiáng)度開展也較慢。第二：反響消耗CH而不是生成CH，這對(duì)于酸性環(huán)境中水泥石的耐久性有重要意義。第三：活性產(chǎn)物可以有效地填充毛細(xì)孔，改善系統(tǒng)的強(qiáng)度和抗?jié)B性?？炻?、摻混合材料硅酸鹽水泥的特性1〕礦渣水泥〔1〕耐熱性好：適宜配制耐熱混凝土。〔2〕抗?jié)B性、抗凍性及抗干濕交替作用的能力差。因?yàn)榈V渣有鋒利棱角，其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量較大，而其保水性較差，泌水性大，易形成毛細(xì)管道或粗大孔隙，降低混凝土的密實(shí)性和均勻性，同時(shí)干縮性較大，易形成裂縫。不適用于受凍或干濕交替的建筑部位。2〕火山灰水泥〔1〕抗裂性、抗凍性差火山灰質(zhì)混合材料是多孔性物質(zhì)，內(nèi)比外表積大，需水量大，造成水泥石中有較多的游離水分，這些水分在枯燥環(huán)境中蒸發(fā)而引起水泥石的收縮，因此在干熱條件下會(huì)產(chǎn)生起粉現(xiàn)象；同時(shí)在水泥石中產(chǎn)生連通的毛細(xì)孔，降低抗凍性。不適用于枯燥環(huán)境。〔2〕抗?jié)B性好。在潮濕環(huán)境下，火山灰質(zhì)混合材料會(huì)吸收石灰而產(chǎn)生膨脹膠化作用，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，火山灰水泥在潮濕條件下有較高的密實(shí)度和抗?jié)B性。適用于水中、地下及潮濕環(huán)境中。3〕粉煤灰水泥〔1〕需水量少，泌水性小，和易性好。粉煤灰水泥這一優(yōu)點(diǎn)主要得益于粉煤灰的顆粒形態(tài)效應(yīng)。粉煤灰中含有大量致密的球形玻璃體顆粒，比外表積小，對(duì)水的吸附能力小，所以需水量少，而且微珠顆粒具有良好的保水能力，減少泌水現(xiàn)象的效果尤其明顯?！?〕干縮性小，抗裂性好。粉煤灰水泥的需水量少，因而干縮性小。水泥的抗裂性能與其干縮性能、抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)。干縮越小，抗拉強(qiáng)度越高，產(chǎn)生裂縫的時(shí)機(jī)越少，抗裂性能越好。〔3〕抗凍性差。因?yàn)榉勖夯业牟Ａw結(jié)構(gòu)致密，相比而言，粉煤灰的活性比礦渣、火山灰的活性稍差。在性能上與硅酸鹽水泥相比名稱凝結(jié)速度強(qiáng)度水化熱耐腐蝕性抗凍性P.快高多差好P.O較快較高較多較差較好P.S慢早期低，后期增長(zhǎng)快少好差摻混合材料水泥性能比較名稱前五種性能耐熱性抗干縮性抗?jié)B性P.S同P.S好差，易產(chǎn)生裂縫差P.P差差，干熱條件下易起粉好P.F差好，抗裂性好差六、其他水泥1、鋁酸鹽水泥1〕高鋁水泥的性能及應(yīng)用1、水化放熱率高，水化快，早期強(qiáng)度開展非常快。水化放熱率高達(dá)每小時(shí)9cal/g，是高早強(qiáng)硅酸鹽水泥的3倍。正常養(yǎng)護(hù)條件下高鋁水泥24h的強(qiáng)度可以到達(dá)或超過(guò)普通硅酸鹽水泥7d的強(qiáng)度值。分別為高鋁水泥、快硬硅酸鹽水泥和普通水泥五、水泥石的耐久性耐久性的定義：材料暴露于服役環(huán)境中能保持其原有的形狀、質(zhì)量和功能的能力。受環(huán)境因素的影響，材料的微結(jié)構(gòu)和性能會(huì)隨著時(shí)間而變化。在特定的使用條件下，如果材料的性能呈現(xiàn)一定程度的劣化，以致繼續(xù)使用將不平安或不經(jīng)濟(jì)，那么可以認(rèn)為該材料的服役壽命已經(jīng)結(jié)束。水泥石的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性與其耐久性有密切關(guān)系。耐久性的主要影響因素——水水是固體材料劣化的主要介質(zhì)。水泥石的水密性〔不透水性〕是其耐久性好壞的決定因素。水分子的結(jié)構(gòu)H-O-H分子是共價(jià)鍵，之間是相對(duì)較弱的氫鍵，使水分子形成有序結(jié)構(gòu)。水分子結(jié)構(gòu)1)定義滲透性：液體在壓力作用下可以順暢地流經(jīng)固體的能力?？?jié)B性：水泥石抵抗壓力水〔液體〕滲透的能力。2)指標(biāo)：滲透系數(shù)達(dá)西公式：Q=K·A·h·t/d〔其中，Q：滲水量，A：滲水面積，h：水壓差，t：滲水時(shí)間，d：厚度〕K：滲透系數(shù)，越大，抗?jié)B性越差。1、水泥石的抗?jié)B性〔1〕孔隙率：水泥石的滲透性隨著孔隙率增大而提高。滲透性與孔隙率之間為指數(shù)關(guān)系。因?yàn)閯傞_始時(shí)，隨著水化反響進(jìn)行，整個(gè)毛細(xì)孔隙稍微有所降低，就會(huì)引起大孔的別離，這樣就大大減小了液體流經(jīng)水泥漿體通道的孔徑和數(shù)量。毛細(xì)孔隙率降至30%時(shí)，孔隙間的相互連接已經(jīng)變得曲折，以至于孔隙率繼續(xù)降低，將不再伴隨滲透系數(shù)明顯減小?？紫堵视上陆档綍r(shí)，滲透系數(shù)呈指數(shù)降低，從110降至20×10-12cm/s。但孔隙率由30%降低到20%，滲透系數(shù)減小幅度很小3)影響因素：〔2〕孔隙的特性影響水泥石滲透性的主要因素是體系中連通的毛細(xì)孔隙，這類孔隙越多，抗?jié)B性越差?？偯?xì)孔隙率由水灰比〔即原來(lái)水泥顆粒之間的毛細(xì)空間〕和水化程度所決定，它隨著水灰比減小和水化程度的提高而減小。水泥石中總孔隙率的降低和大孔的減少有關(guān)。C-S-H凝膠層間孔、凝膠孔和微細(xì)毛細(xì)孔的孔隙率對(duì)水泥石的滲透性沒(méi)有影響。相反，隨著水化程度的提高，盡管這些孔隙顯著增大，滲透性卻顯著降低。在水泥石中，滲透性和大于100nm孔隙的體積之間有直接關(guān)系。這是因?yàn)橛尚】仔纬傻捏w系趨向非連通孔。3)影響因素：1〕定義：水泥石抵抗冰凍作用〔凍融循環(huán)〕的長(zhǎng)期作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。2〕水泥石受凍機(jī)理：〔1〕毛細(xì)孔中的水結(jié)晶在負(fù)溫下，毛細(xì)孔里的水首先結(jié)冰，體積會(huì)隨之增大，需要孔隙擴(kuò)展結(jié)冰水體積的9%，或者把多余的水沿試件邊界排出，有時(shí)二者同時(shí)發(fā)生。這個(gè)過(guò)程形成水壓力，其大小取決于結(jié)冰處至“逸出邊界〞〔為釋放壓力水分需要的遷移距離〕的距離、材料的滲透性以及結(jié)冰速率。2、水泥石的抗凍性結(jié)冰發(fā)生在較小的毛細(xì)孔中，冰晶能夠通過(guò)擠壓毛細(xì)孔壁或產(chǎn)生水壓使水泥漿體損傷。氣孔可提供逸出邊界，從而有效減輕水壓。在氣孔中結(jié)冰時(shí)，冰晶不會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生壓力，而且氣孔中冰晶生長(zhǎng)要從毛細(xì)孔吸取水分，因此可減輕水壓并導(dǎo)致水泥石收縮。毛細(xì)孔結(jié)冰氣孔里結(jié)冰〔2〕水分會(huì)從小孔向大孔大規(guī)模地遷移也是引起膨脹的原因。水泥石中有三種類型的水分受到物理束縛，束縛程度由弱到強(qiáng)排序?yàn)椋好?xì)孔〔10~50nm〕里的毛細(xì)水、凝膠孔中的凝膠吸附水和C-S-H微結(jié)構(gòu)中的層間水。毛細(xì)孔里的結(jié)冰水和凝膠孔中的過(guò)冷水之間產(chǎn)生熱力學(xué)不平衡，前者處于低能態(tài)，后者處于高能態(tài)。后者就會(huì)移動(dòng)到低能態(tài)的位置。即從凝膠孔向毛細(xì)孔供水，使其冰凍體積穩(wěn)定增大，一直持續(xù)到不再有容納空間為止。如果過(guò)冷水還繼續(xù)流向結(jié)冰區(qū)，就會(huì)使體系內(nèi)產(chǎn)生壓力并產(chǎn)生膨脹?！?〕摻入引氣劑。引入的氣泡提供了逸出邊界，減小膨脹?！?〕降低水灰比。水灰比較大時(shí)，可使毛細(xì)孔較大且數(shù)量較多，因此存在較多的可凍水量。降低水灰比可以減少毛細(xì)孔數(shù)量并使毛細(xì)孔變細(xì)，又因?yàn)槊?xì)孔越細(xì)，其中水的冰點(diǎn)越低，所以可以減少可凍水量?！?〕延長(zhǎng)受凍前養(yǎng)護(hù)時(shí)間硬化時(shí)間越長(zhǎng)，受凍后其膨脹值越小。工程中應(yīng)防止水泥石過(guò)早受凍。3〕改善水泥石抗凍性的措施3、水泥石的抗侵蝕性1〕水介質(zhì)對(duì)水泥石的侵蝕作用種類第一類侵蝕：流動(dòng)的軟水侵蝕〔水泥石組分的水解〕定義：軟水將水泥石中的固相組分逐漸溶解帶走，因而導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，侵蝕機(jī)理：水泥石中氫氧化鈣的溶解度最大。當(dāng)軟水與水泥石接觸時(shí)，氫氧化鈣就會(huì)溶解水中，當(dāng)溶液到達(dá)化學(xué)平衡時(shí)，水解停止。但是流水或壓力水的作用下的滲流會(huì)稀釋接觸溶液，提供繼續(xù)水解的條件，水解進(jìn)行直到侵析出大局部的氫氧化鈣為止。這樣還會(huì)使其他凝膠組分，如C-S-H分解，最后只剩下沒(méi)有強(qiáng)度或強(qiáng)度很低的硅鋁凝膠，使水泥石強(qiáng)度下降，甚至結(jié)構(gòu)破壞。第二類侵蝕：陽(yáng)離子交換侵蝕定義：水泥石的組分與水介質(zhì)發(fā)生離子交換反響，生成物或者是