硅酸鹽水泥的性能

硅酸鹽水泥的性能第1頁/共97頁第八章硅酸鹽水泥的性能密度容積密度細度凝結(jié)時間泌水性強度體積變化水化熱耐久性

建筑性能

物理性能第2頁/共97頁8.1硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間

初凝:水泥漿體失去流動性和部分可塑性,開始凝結(jié).

終凝:水泥漿體逐漸硬化,完全失去可塑性,并具有一定的機械強度,能抵抗一定的外來壓力.

初凝時間:從水泥加水拌和到水泥初凝所經(jīng)歷的時間.

終凝時間:從水泥加水拌和到終凝所經(jīng)歷的時間.凝結(jié):凝結(jié)時間:凝結(jié)時間有什么用？第3頁/共97頁8.1硅酸鹽水泥的凝結(jié)時間◆凝結(jié)時間的重要意義水泥漿體的凝結(jié)時間，對于建筑工程的施工具有十分重要的意義。

若初凝時間太短，往往來不及進行施工，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。因此，應(yīng)有足夠長的時間來保證混凝土的攪拌、輸送、澆注、成型等操作的順利完成；同時還應(yīng)盡可能短的時間加快脫模及施工進度，以保證工程的進展。

◆凝結(jié)時間的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定我國硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)GB175—2007規(guī)定：

初凝不得早于45min（≥45min）

終凝不的遲于390min（≤6.5h）

第4頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素水泥凝結(jié)時間的長短取決于其凝結(jié)速度的快慢，兩者成反比關(guān)系。凡是影響水化速度的各種因素，基本上也同樣影響水泥的凝結(jié)速度。但水化和凝結(jié)又有一定的差異。第5頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素

影響水泥凝結(jié)速度的主要因素，有熟料礦物組成、水泥細度、水灰比、溫度和外加劑等。

①礦物組成

熟料礦物28天的水化速度大小順序為：

C3A＞C3S＞C4AF＞C2S

水泥的凝結(jié)速度既與熟料礦物水化難易有關(guān)，又與各礦物的含量有關(guān)。

決定凝結(jié)速度的主要礦物為C3A和C3S，快凝是由C3A造成的，而正常凝結(jié)則是受C3S制約的。第6頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素①礦物組成②水泥細度

水泥粉磨越細，其比表面積就越大，晶體產(chǎn)生扭曲、錯位等缺陷越多，水化速度越快，凝結(jié)越迅速；反之凝結(jié)越慢。硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

比表面積不小于（≥）300m2/kg

第7頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素①礦物組成②水泥細度③水灰比（W/C）水灰比越大，水化越快，凝結(jié)反而變慢。這是因為加水量過多，顆粒間距增大，水泥漿體結(jié)構(gòu)不易緊密，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)難以形成的緣故。水灰比過大時，會使水泥石結(jié)構(gòu)中孔隙太多，降低其強度，故水灰比不宜太大。適宜的用水量應(yīng)滿足兩方面的要求：

水泥水化反應(yīng)

水泥漿體稠度第8頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素①礦物組成②水泥細度③水灰比（W/C）④養(yǎng)護溫度：書P172

圖8.1

溫度升高，水化加快，凝結(jié)時間縮短，反之則凝結(jié)時間會延長。夏季（高溫）和冬季（低溫）施工時，注意采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以保證正常的凝結(jié)時間。

保溫

增濕

第9頁/共97頁8.1.1影響凝結(jié)速度因素①礦物組成②水泥細度③水灰比（W/C）④養(yǎng)護溫度⑤外加劑

緩凝劑：延長凝結(jié)時間

促凝劑：縮短凝結(jié)時間影響水泥的凝結(jié)快慢因素是多方面的，最主要是C3A，因此在水泥生產(chǎn)中通常是摻入適量外加劑來控制水泥的凝結(jié)時間。石膏是常用的一種緩凝劑。有時，根據(jù)需要也摻入其他調(diào)凝外加劑。第10頁/共97頁8.1.2石膏的緩凝機理

1．石膏的作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，同時還可提高早強，降低干縮變形，改善耐蝕性、抗凍性、抗?jié)B性等。

2．石膏緩凝機理

(1)．一般認(rèn)為

C3A+石膏→AFt，這些棱柱狀小晶體長在水泥顆粒表面上，形成一層薄膜，封閉水泥顆粒表面→阻滯水分子及離子的擴散→延緩了水泥顆粒特別是C3A的進一步水化。隨著擴散繼續(xù)第11頁/共97頁8.1.2石膏的緩凝機理

2．石膏緩凝機理

(1)．一般認(rèn)為①．隨擴散進行，C3A表面又形成AFt，由固相體積增加所產(chǎn)生的結(jié)晶壓力達到一定數(shù)值時，將AFt膜局部脹裂，而使水化繼續(xù)進行，→新生成的AFt又將破裂處重新封閉，再使水化緩解，→如此反復(fù)，直到溶液中SO4-消耗到不足以形成AFt后，C3A即進一步水化成AFm、C4AH13或固溶體。所以作用是形成AFt膜，阻礙水分等移動的結(jié)果。②．再以后，AFt增多，厚度足夠時，SO4-擴散慢，內(nèi)部C3A得不到足夠的SO4-，C3A→C4AH13→AFm時，體積增加，→局部脹裂，使水化繼續(xù)進行。第12頁/共97頁8.1.2石膏的緩凝機理

2．石膏緩凝機理

(1)．一般認(rèn)為

(2)．晶核受損學(xué)說：楊認(rèn)為，水泥在水化過程中，由CH晶核表面吸附了緩凝劑，妨礙了它進一步生成和長大，使得CH晶體不能及時析出，阻礙了硅酸鹽的水化速度，從而導(dǎo)致費用緩緩。第13頁/共97頁8.1.2石膏的緩凝機理

2．石膏緩凝機理

(1)．一般認(rèn)為

(2)．晶核受損學(xué)說

(3)．洛赫爾認(rèn)為，凝結(jié)取決于漿體內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。石膏+開始幾分鐘溶解的C3A→AFt，則不快凝，若石膏量不足，初期溶解的C3A得不到足夠的SO4-，則生成AFm、C4AH13，這些六方板狀晶體，很快使水泥粒子互相接觸，迅速搭接成網(wǎng)，快速凝結(jié)。見書P173

表8.1第14頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

1．石膏的適宜摻量：使水泥凝結(jié)正常，強度高、安定性良好的摻量

2．石膏對初、終凝的影響圖。P173圖8.2

3．很多學(xué)者認(rèn)為適宜摻量：在24h左右能被耗盡的數(shù)量。圖8.2石膏對水泥凝結(jié)時間的影響第15頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

4．經(jīng)驗公式計算石膏摻量可以根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗公式計算。考慮影響石膏摻量的主要因素為水泥中C3A，當(dāng)水泥細度在5%～7%，使用二水石膏作為緩凝劑時，水泥中最佳石膏（以SO3計）摻量計算公式：式中Sc——水泥中最佳SO3摻量，%；

C3A——水泥中C3A含量，%；

R2O——水泥中R2O，%。第16頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

4．經(jīng)驗公式計算石膏摻量可以根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗公式計算。考慮影響石膏摻量的主要因素為水泥中C3A，當(dāng)水泥細度在5%～7%，使用二水石膏作為緩凝劑時，水泥中最佳石膏（以SO3計）摻量計算公式：

用公式計算最佳石膏（以SO3計）摻量，方法簡便、迅速，結(jié)果比較可靠；但計算公式是僅考慮主要影響因素的統(tǒng)計經(jīng)驗公式，計算結(jié)果存在一定的誤差；因此，在使用公式計算時，要注意公式的適用范圍和條件。第17頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

4．實際生產(chǎn)中的石膏摻量—實驗確定法具體步驟如下：

●取工廠熟料平均樣若干，破碎至≤1cm，充分混合后分成4～6等份；●分別加入不等量的石膏，折合成SO3為1～3.5%，摻入等量混合材；●把各組試樣粉磨至同一細度，分組做凝結(jié)時間、抗壓強度等實驗，繪制曲線。----書P173

圖8.3第18頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

4．實際生產(chǎn)中的石膏摻量—實驗確定法

強度最高值第19頁/共97頁石膏摻入量的確定由很多緩凝機理可知，影響石膏緩凝作用的因素很多，適宜的石膏摻量就難以用化學(xué)計量精確計算。

4．實際生產(chǎn)中的石膏摻量—實驗確定法

實驗確定水泥中最佳石膏（SO3）摻量，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，一般水泥廠都可采用；盡管方法稍復(fù)雜，但仍是一種行之有效的方法。應(yīng)注意幾點：★根據(jù)生產(chǎn)的水泥品種要求，做出石膏摻量與水泥其他性能之間的關(guān)系曲線?！锂?dāng)熟料礦物C3A、水泥細度、水灰比、混合材變化較大時，應(yīng)重新實驗。

第20頁/共97頁影響石膏摻量的因素①．C3A含量：↑→↑；②．熟料中的SO3量：↑→↓；③．水泥細度：↑→↑；越細C3A水化越快；④．堿含量：↑→↑；以下兩個反應(yīng)均消耗石膏堿+CaSO4→R2SO4+CH

K2SO4+CaSO4?2H2O→K2SO4?CaSO4?H2O(鉀石膏)+H⑤．混合材種類與摻量：如用礦渣，可多加，除調(diào)凝外，還起硫酸鹽激發(fā)劑作用；⑥．石膏種類：見書P174

表8.2。一般硅酸鹽水泥、普通水泥中石膏摻量以SO3計，摻量為1.5%~2.5%。第21頁/共97頁8.1.3假凝現(xiàn)象

1．假凝：是指水泥加水調(diào)和幾分鐘后發(fā)生的一種不速的固化或過早變硬現(xiàn)象，在外力劇烈作用下，結(jié)構(gòu)破壞，恢復(fù)可塑性，重新凝結(jié)。

2．假凝與快凝區(qū)別：①．水化熱小；②．經(jīng)劇烈攪拌后，漿體可恢復(fù)塑性，達正常凝結(jié)。

3．不正常凝結(jié)的典型特性曲線：見書P175

圖8.4。第22頁/共97頁8.1.3假凝現(xiàn)象

3．不正常凝結(jié)的典型特性曲線：見書P175

圖8.4。第23頁/共97頁8.1.3假凝現(xiàn)象

4．假凝原因①．水泥在粉磨時，使較多的二水石膏脫水成半水石膏(粉磨時溫度比較高)。調(diào)水后，半水石膏迅速溶于水，溶解度亦大，部分重新水化為二水石膏析出(二水石膏溶解度小)，形成針狀結(jié)晶網(wǎng)狀構(gòu)造，從而引起漿體固化。②．對含堿高的水泥：

K2SO4+CaSO4?2H2O→K2SO4?CaSO4?H2O(鉀石膏)+H所生成的鉀石膏結(jié)晶迅速長大，造成假凝。第24頁/共97頁8.1.3假凝現(xiàn)象

5．防假凝①．水泥磨體、磨內(nèi)淋水(工藝上要求熟料出窯后過一段時間)；②．控制堿含量；③．使用無水硫酸鈣含量較高的石膏，以避免粉磨時石膏脫水；④．在建筑施工中，可以延長攪拌時間來消除假凝現(xiàn)象的產(chǎn)生。第25頁/共97頁8.1.4調(diào)凝外加劑

除石膏外，許多無機鹽或有機化合物也可以調(diào)節(jié)凝結(jié)時間。通常分為緩凝劑和促凝劑(早強劑)兩種。①緩凝劑：能延緩凝結(jié)時間，并對后期強度發(fā)展無不利影響的外加劑。緩凝劑主要有四類：糖類，如糖鈣等；木質(zhì)素磺酸鹽類，如木質(zhì)素磺酸鈣、木質(zhì)素磺酸鈉等；羥基羥酸及其鹽類，如檸檬酸、酒石酸鉀鈉等；無機鹽類，如鋅鹽、硼酸鹽、磷酸鹽等。第26頁/共97頁8.1.4調(diào)凝外加劑①緩凝劑：能延緩凝結(jié)時間，并對后期強度發(fā)展無不利影響的外加劑。適用范圍：主要適用于大體積的混凝土和炎熱氣候下施工，以及需長時間停放或長距離運輸?shù)幕炷?。緩凝劑不宜用于日最低氣?℃以下施工的混凝土，也不宜單獨用于有早強要求的混凝土及蒸養(yǎng)混凝土。第27頁/共97頁8.1.4調(diào)凝外加劑②促凝劑：指減少水泥漿由塑性變?yōu)楣虘B(tài)所需時間，提高早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑。促凝劑主要有三類：氯鹽類，如氯化鈣、氯化鈉等；硫酸鹽類，如硫酸鈉、硫代硫酸鈉等；有機胺類，如三乙醇胺、三異丙醇胺等；

CaCl2會使鋼筋銹蝕。常與阻銹劑亞硝酸鈉復(fù)合使用。

Na2S04與Ca(OH)2作用生成強堿NaOH，易于活性集料中發(fā)生堿集料反應(yīng)。三乙醇胺摻量過多反而會造成混凝土嚴(yán)重緩凝和強度下降。第28頁/共97頁8.1.4調(diào)凝外加劑②促凝劑：指減少水泥漿由塑性變?yōu)楣虘B(tài)所需時間，提高早期強度，并對后期強度無顯著影響的外加劑。適用范圍：促凝劑可以在常溫、低溫、負溫（不低于－5℃）條件下加速混凝土的硬化過程，多用于冬季施工和搶修工程。

第29頁/共97頁8.1.4調(diào)凝外加劑

注意事項：在實際生產(chǎn)中，使用調(diào)凝劑時應(yīng)注意其摻量及其對水泥性能的影響等問題。在選擇外加劑和其適宜的摻量時，應(yīng)根據(jù)工程需要，現(xiàn)場的材料條件，參考有關(guān)資料，通過試驗確定。第30頁/共97頁8.2硅酸鹽水泥的強度按所受壓力不同分：按齡期不同分：抗壓強度抗折強度早期強度：指28d以前的強度后期強度：指28d及以后的強度。如1d、3d、7d強度如：28d強度《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T17671-1999）第31頁/共97頁8.2.1強度的產(chǎn)生和發(fā)展水泥加水拌和后，熟料礦物迅速水化，生成大量的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠，并生成Ca(OH)2

及鈣釩石(AFt)晶體；經(jīng)過一定時間以后，C-S-H也以長纖維晶體從熟料顆粒上長出，同時鈣釩石晶體逐漸長大，在水泥漿體中相互交織聯(lián)結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生強度。

隨著水化進行，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。

第32頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成硬化漿體強度產(chǎn)生原因的兩種觀點①．水化產(chǎn)物，特別是C-S-H凝膠具有巨大的表面能所致。顆粒表面有從外界吸引其它離子以達平衡的傾向，因此能相互吸引，構(gòu)成空間網(wǎng)架，從而具有強度。其本質(zhì)屬范德華力。②．硬化漿體的強度歸結(jié)于晶體的連生，由化學(xué)鍵產(chǎn)生強度。第33頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成由于C-S-H比表面積大，比例多，所以是強度重要因素。另外，還可能有各種形式的化學(xué)膠結(jié)，如Ca-O-Ca、Si-O-Si鍵等。因此可合理地認(rèn)為，在硬化水泥漿體中既有范德華力，又有化學(xué)鍵，兩者對強度都有作用，各自作用尚難確定。因此影響因素較多，如產(chǎn)物形貌，一般容易相互交叉的，如纖維狀、針狀等所構(gòu)成的漿體強度較高，而立方體、球形的低；再如孔隙率等。而且產(chǎn)物產(chǎn)生膠結(jié)作用的真正機理，還缺乏確切的結(jié)論。第34頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成

2．熟料礦物組成不同礦物組成的熟料決定了水泥的水化速度，水化產(chǎn)物本身的強度、形態(tài)與尺寸，以及彼此構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時各種鍵的比例，所以，對水泥強度的增長起著最為重要的作用。書P177

表8.48.5。為不同人所測單礦物凈漿抗壓強度的一些數(shù)據(jù)。①．C3S：28d強度基本上依賴于C3S，其早期強度、后期均較高，C3S到28d后發(fā)揮絕大部分。第35頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成

2．熟料礦物組成②．C2S：28d以前，對強度影響不大，但卻是決定后期強度的主要因素。③．C3A：對水泥強度的影響，各方面的看法不盡一致。

a)從單礦物上看，C3A主要對極早期的強度有利，但到后期作用逐漸減小，甚至1-2年后反而有消極影響。

b)有試驗表明，C3A含量低時，水泥強度隨C3A增加而↑；但C3A超過某一最佳值后，強度反而降低。第36頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成

2．熟料礦物組成④．C4AF：觀點不一致

a)從表9-1中看，其7d、28d、180d比C3A、C2S高，1年后超C3S，可見不僅有利早期，還有利于后期；

b)泰勒等人觀點：C4AF是四個基本礦物中強度最差的一種，對水泥強度不會有較大作用；

c)一些金屬離子進入鐵相晶格，形成轉(zhuǎn)換固溶體，可提高C4AF水硬活性。第37頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成

2．熟料礦物組成⑤．石膏：影響C3S極早期水化，且SO4-還可能進入C-S-H凝膠，另外與C3A、C4AF量，C3A/C4AF比例不同影響不一樣，因而要依據(jù)實驗確定最佳石膏摻量。第38頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成

2．熟料礦物組成

3．水泥細度太粗：活性小細：活性大太細：需水量增加，導(dǎo)致孔隙率增大小于10um顆粒＞50-60%時，7d、28d強度開始下降所以存在最佳細度。不同細度對強度的影響第39頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素不同細度的水泥對強度的影響具體如下：①1μm以下顆粒由于在攪拌過程中就完全水化，對強度沒有貢獻。其含量增加，說明存在過粉磨，澆筑時會顯著增加需水量，降低澆筑性能。因此，該組分顆粒是有害的，應(yīng)盡可能降低。②1～3μm顆粒含量高，3天強度就高，同時需水量會增加，澆筑性能下降。因此，該組分顆粒在3天強度能滿足要求的前提下，應(yīng)盡可能低。③1～32μm顆粒含量，決定了28天強度。由于1～3μm顆粒含量不宜太高，因此3～32μm顆粒含量應(yīng)越高越好。如果強度指標(biāo)有較大幅度的富余，可以增加混合材添加量。④32～65μm顆粒含量對強度有貢獻，但貢獻率較低。⑤65μm以上顆?；旧现黄鸸羌茏饔?。大于65μm顆粒含量增加，水泥泌水性會增大，應(yīng)保持適度。第40頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件在施工過程中，水灰比，骨料級配，攪拌振搗的程度，養(yǎng)護溫度及是否采用外加劑等。①水灰比及密實程度書P179

圖8.6W/C↑→用水量↑→漿體內(nèi)產(chǎn)生的毛細孔隙↑(孔徑大，影響強度)如W/C=0.4時，完全水化時的總孔隙率為29.6%，毛細孔2.2%(占總孔，97.8%為凝膠孔)；而W/C=0.7時，完全水化時的總孔隙率為50.3%，毛細孔31.0%。第41頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件①水灰比及密實程度②溫度及壓力

T↑→加速水化，早期強度↑→但對后期強度的發(fā)展可能↓，原因說法不一：①．后期阻礙C-S-H的生長，使C-S-H纖維短，因而空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較差。(正常水化，長纖維較多)；②．高溫下形成的凝膠等水化產(chǎn)物分布很不均勻，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生弱點，是造成強度下降的原因；③．高溫下各組成熱膨脹系數(shù)存在差別，損害漿體結(jié)構(gòu)。也可能是各種因素的綜合。第42頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件①水灰比及密實程度②溫度及壓力拌水成型后，立即經(jīng)高溫，對強度損害更大，因而在砼等制品廠的生產(chǎn)實踐中一般是在蒸汽養(yǎng)護之前，先在常溫下“靜?！睌?shù)小時，可減輕溫度的不利影響。第43頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件①水灰比及密實程度②溫度及壓力從孔隙率與強度的關(guān)系考慮，減少孔隙率、提高密實度是提高強度的一種主要措施。如：在盡量減少水灰比的重要依據(jù)下，應(yīng)用粉末冶金的成型方法，提高成型壓力，使固相顆粒在水化前即能緊密接觸。若同時再提高成型時的溫度，即所謂“熱壓處理”，可獲得更高強度。第44頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件①水灰比及密實程度②溫度及壓力從孔隙率與強度的關(guān)系考慮，減少孔隙率、提高密實度是提高強度的一種主要措施。熱壓成型：W/C＜0.1100～345MPa150-250℃條件下：漿體密度：2.8～3.0g/cm3抗壓強度：350～500MPa抗拆強度：為普通成型的1/10，屬脆性材料總孔隙率：1～2%第45頁/共97頁8.2.2影響水泥強度的因素

1．漿體組成2．熟料礦物組成3．水泥細度

4．施工條件①水灰比及密實程度②溫度及壓力③外加劑減水劑、引氣劑、膨脹劑、速凝劑、早強劑等。第46頁/共97頁8.3體積變化與水化熱硬化水泥漿體的體積變化和水化熱是水泥硬化過程中重要的性能指標(biāo)。

1．水泥硬化過程中產(chǎn)生劇烈而不均勻的體積變化，安定性不良，就為不合格品，不得出廠使用；

2．水泥水化前后體系總體積的變化，溫度、濕度等的影響，必然導(dǎo)致硬化漿體有一定的體積變化，如化學(xué)減縮、濕漲干縮、碳化收縮等。這些問題遠小于安定性問題，但也會不同程度地影響砼的物理、力學(xué)和耐久性能。所以，對體積變化要特別重視其體積變化的均勻性。第47頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮水泥水化過程中，無水熟料礦物→水化物----→固相體積增加；但水泥-水體系的總體積減小。這種體積減縮是因化學(xué)反應(yīng)所致，故稱化學(xué)減縮。水泥的化學(xué)減縮量的大小，常與C3A含量成線性關(guān)系，一般100g水泥水化的減縮量為7～9cm3。若每m3混凝土用水泥300kg，則減縮量將達到（21～27）×103cm3。第48頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮以C3S的水化反應(yīng)為例：書P180反應(yīng)式。

1．固相體積↑→占據(jù)原先充水空間→使水泥石強度、致密度與抗?jié)B性↑；

2．總體積↓→外表體積收縮，以及產(chǎn)生氣孔(空氣中硬化)化學(xué)減縮量：不同礦物不同：見書P180

表8.6。C3A>C4AF>C3S>C2S水泥的化學(xué)減縮使砼致密度下降，孔隙率增加，不利耐久性、抗?jié)B性。第49頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮硬化水泥漿體的體積隨含水量而變。干燥則失水收縮----干縮在潮濕環(huán)境則吸水膨脹----濕漲干縮和濕漲大部分是可逆的，如干縮后，再受潮，則會部分恢復(fù)，因而干縮濕漲可反復(fù)漲縮，但總會遺留部分不可逆。干燥與失水之間沒有線性關(guān)系。說明干燥過程中發(fā)生的收縮原因有很多，機理仍未定論。第50頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮影響因素：（1）C3A的含量：C3A含量增加，硬化漿體的干縮值提高。書P181

圖8.8

（2）石膏摻量：（3）水灰比：一般早期干縮發(fā)展較快，但水灰比對其影響不大，28d后，干縮隨水灰比減小而明顯降低。第51頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮防止：

1．控制水灰比

2．加強養(yǎng)護(不讓反復(fù)濕漲)

3．石膏摻量：有實驗表明，熟料礦物中C3A對濕漲干縮影響最大，而C3A相同時，石膏摻量影響大。

4．水泥細度：不應(yīng)磨得過細。第52頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮四、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)不可逆的收縮現(xiàn)象，稱為碳化收縮。第53頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮四、碳化收縮反應(yīng)式：見書P181Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+CO2=CaCO3+2(CaO·SiO2·H2O)+H2O第54頁/共97頁8.3體積變化與水化熱一、體積安定性二、化學(xué)減縮三、濕漲干縮四、碳化收縮上述反應(yīng)導(dǎo)致硬化漿體的體積減小，出現(xiàn)不可逆的碳化收縮。實際一般空氣中，碳化速度很慢，一般僅限于表面，而且還與空氣中的溫度情況有很大關(guān)系，對強度影響不大，主要影響外觀質(zhì)量。第55頁/共97頁8.3.2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。第56頁/共97頁8.3.2水化熱水化熱與水化速度有關(guān)，一般凡能加速水化的各種因素，均能相應(yīng)提高放熱速率。水化幾個月、幾年后還在進行，則仍有水化熱，但大部分熱量是在3d以內(nèi)，特別是在水泥漿發(fā)生凝結(jié)、硬化初期放出，這與水泥水化的加速期基本一致。第57頁/共97頁水化熱影響因素（1）熟料礦物組成：熟料中各單礦物的水化熱大小順序為：P182

表8.88.9C3A＞C3S＞C4AF＞C2S

（2）熟料礦物固溶狀態(tài)：同一熟料礦物呈玻璃態(tài)時水化熱小，呈晶體態(tài)時水化熱大。（3）熟料煅燒與冷卻制度：冷卻速度越快，玻璃體含量越高，3d、28d水化熱較大。（4）水泥細度：細度主要影響水化時的放熱速度，水泥越細，放熱速度越快。（5）水灰比：（6）養(yǎng)護溫度：（7）水泥儲存時間第58頁/共97頁粉磨細度國標(biāo)規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積大于300m2/kg表示：篩余百分?jǐn)?shù)、比表面積、顆粒平均直徑、顆粒級配等。目前我國普遍采用的是篩余百分?jǐn)?shù)和比表面積。

1．越細，活性越高，水化越快，且水化更為完全。

2．細，可提高早期強度(比表面積越大，接觸水面越多，反應(yīng)越快)。但對后期影響不大，因為后期擴散控制水化進程，比表面積的作用變小。第59頁/共97頁粉磨細度國標(biāo)規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積大于300m2/kg表示：篩余百分?jǐn)?shù)、比表面積、顆粒平均直徑、顆粒級配等。目前我國普遍采用的是篩余百分?jǐn)?shù)和比表面積。

3．標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越大。比表面積越大，需要較多水分覆蓋。

4．越細，石膏摻量要相應(yīng)增加。因為早期與水作用的C3A量越多。

5．磨細，磨機臺時產(chǎn)量下降，電耗、損耗增加。

6．越細，干縮和水化放熱速率越大。

7．細，加速凝聚結(jié)構(gòu)的形成，可以降低沁水性。第60頁/共97頁粉磨細度

8．有一適宜顆粒級配：見前介紹。第61頁/共97頁其它性能一、泌水性泌水性：又稱析水性，是指水泥漿體所含的水分從漿體中析出的難易程度。在制備混凝土?xí)r，調(diào)和用水往往要比水泥水化所需要的水量多1～2倍，這些多余的水分在輸送、澆搗過程及靜置凝結(jié)以前，很容易滲到混凝土表面或滯留于粗骨料與鋼筋下方。前者會導(dǎo)致混凝土分層、強度降低；后者當(dāng)水分蒸發(fā)時形成孔隙，削弱了水泥漿和骨料、鋼筋之間的力。所以沁水性大的混凝土，硬化后孔隙較多，它的抗?jié)B性、抗凍性必然較差，同時也降低了它的耐蝕性。第62頁/共97頁其它性能一、泌水性泌水性：又稱析水性，是指水泥漿體所含的水分從漿體中析出的難易程度。水泥的沁水性性通常用水泥漿沁水前后的體積之差占沁水前原體積的百分?jǐn)?shù)表示。影響水泥沁水性的因素有：水泥的品種、摻加的混合材料、粉磨細度、化學(xué)成分與外加劑等。

保水性：是指水泥漿體在靜置條件下保持水分的能力，是同沁水性相反的性能。保水性好，在靜置凈漿時水分不會沁出，但用吸水模板或真空振蕩或真空抽吸時，能夠放出水分。第63頁/共97頁其它性能二、需水性在水泥拌制凈、砂漿或混凝土?xí)r，都必須加入一定量的水。

1．加入水有兩方面的作用：

(1)．水與水泥顆粒起水化和水解的作用，使水泥凈漿、砂漿或混凝土凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強度；在拌合水中只有小部分是水泥水化用的。第64頁/共97頁其它性能二、需水性

1．加入水有兩方面的作用：

(2)．使凈漿、砂漿或混凝土具有一定的流動性，便于試驗和施工操作。在拌合水中只有小部分是水泥水化用的。大部分是為了施工操作需要的，這些水對水泥水化反應(yīng)來說是過剩的，終將蒸發(fā)散失掉。若剩余水分太多，蒸發(fā)后在砂漿和混凝土中會留下大量空隙，降低了強度，并使砂漿和混凝土發(fā)生體積收縮，嚴(yán)重時產(chǎn)生收縮裂縫，降低砂漿與混凝土的耐久性，因此，在保證施工操作的前提下，要求砂漿和混凝土的拌合水量越少越好。第65頁/共97頁其它性能

2．水泥需水性的兩種常用表示方法

(1)．凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：指水泥拌制成特定塑性狀態(tài)時，所需要的拌合水量和水泥質(zhì)量的比，用百分?jǐn)?shù)表示；

(2)．水泥膠砂流動度：指水泥膠砂加水拌合之后，在特制的跳桌上進行振動，測量膠砂擴散后底部直徑，用毫米表示。通常以達到一定流動度范圍時膠砂的用水量來判斷水泥需水性的大小。在粗細集料、配合比等條件相同的情況下，砂漿和混凝土的拌合水量與水泥的需水性關(guān)系密切，水泥的需水性大，其砂漿、混凝土的拌水量也大，所以需水性也是水泥的重要物理性質(zhì)之一。第66頁/共97頁其它性能

3．影響水泥需水性的因素

(1)．熟料成分：熟料礦物中C3A需水性較大，C2S需水性較小，水泥中堿含量大，水泥需水性增大；

(2)．水泥的粉磨細度：越細，需水性越大；

(3)．混合材種類及摻加量：如使用的混合材料為燒粘土、沸石等需水性大，若它們的摻加量大，則水泥需水性顯著增大；

(4)．摻減水劑等表面活性物質(zhì)：可大大降低水泥和混凝土的用水量。第67頁/共97頁其它性能三、容重容重：是指水泥在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，用kg/m3表示。水泥容重可分為松散狀態(tài)下的容重和緊密狀態(tài)下的容重兩種。了解和測定水泥的容重，主要是供工程上用容積法配制混凝土和砂漿時，以及當(dāng)設(shè)計水泥庫的容量或估算水泥庫中水泥的儲存量及設(shè)計制作水泥包裝袋時使用。第68頁/共97頁8.4硅酸鹽水泥的耐久性

耐久性：硬化水泥漿體結(jié)構(gòu)在一定環(huán)境條件下長期保持穩(wěn)定質(zhì)量和使用功能的性質(zhì)。影響因素：抗?jié)B性、抗凍性、對環(huán)境介質(zhì)的抗蝕性、堿集料反應(yīng)第69頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

1．定義：硬化水泥石或混凝土抵抗各種有害介質(zhì)進入內(nèi)部的能力。絕大多數(shù)有害的流動水、溶液、氣體等介質(zhì)均是從混凝土中的孔縫中滲入的，因此提高抗?jié)B性是改善耐久性的一個有效途徑。第70頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性抗?jié)B性的大小以滲透系數(shù)K表示抗?jié)B性的高低，K值越小越好。（P184

公式8.4）（1）孔隙大?。篕∝r2

r---孔的水力半徑（2）空隙率：K∝εε---總孔隙率

可見，滲透系數(shù)主要決定于毛細孔率的大小，尤其是大毛細孔。第71頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

孔隙那里來？施工振搗不密實水泥漿中多余水分的蒸發(fā)而留下的氣孔水泥漿泌水所形成的毛細孔粗骨料下部界面水富集所形成的孔穴水化不充分第72頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

2．影響因素：①．水灰比水灰比越大，孔隙率越大，孔徑尺寸越大，滲透系數(shù)越大。一般認(rèn)為，水灰比在0.5以下時，硬化水泥漿體的抗?jié)B性較好。第73頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

2．影響因素：①．水灰比：越大則抗?jié)B性越差

W/C越大，總孔隙率↑，毛細孔徑↑，且孔系統(tǒng)越連通。

W/C較小時，多是凝膠孔，毛細孔細小且常被水泥凝膠所阻隔，不易連通。因而水灰比較小時，影響小。因而認(rèn)為：毛細孔，特別是連通的毛細孔對抗?jié)B性極為不利。因而控制W/C，減小毛細孔徑及數(shù)量，是控制抗?jié)B性的主要因素。梅塔實驗證明：抗?jié)B性主要決定于大的毛細孔，特別是直徑超過1320?的孔的數(shù)量。提出以＞1320?孔的體積/總孔隙率的比作為衡量抗?jié)B性的指標(biāo)。第74頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

2．影響因素：①．水灰比：越大則抗?jié)B性越差。②．水化程度(齡期)。見書P185

表8.10。隨水化程度↑，水化產(chǎn)物↑，毛細管系統(tǒng)變的細小而曲折，直到完全堵隔，互不相通。但實際上要達到上結(jié)果的時間由W/C而定，W/C越大，時間越長。第75頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

2．影響因素：①．水灰比：越大則抗?jié)B性越差，②．水化程度(齡期)③．養(yǎng)護條件(溫度、濕度)

蒸汽養(yǎng)護會使抗?jié)B性變差。第76頁/共97頁8.4.1抗?jié)B性

3．改善途徑：（1）適當(dāng)降低水灰比（2）選用適當(dāng)?shù)墓橇希?）施工中加強振搗，采用適宜的養(yǎng)護制度。（4）外加劑（減水劑，引氣劑）第77頁/共97頁8.4.2抗凍性

1、定義：硬化水泥漿體抵抗凍融循環(huán)的能力。

2、危害：凍融循環(huán)是寒冷地區(qū)混凝土，尤其是港口混凝土破壞的主要原因之一。

3、原理：材料有孔且孔隙含水水--冰體積膨脹9％，結(jié)冰壓力高達100MPa--

結(jié)冰壓力超過材料的抗拉強度時，材料開裂--

裂縫的增加也進一步增加了材料的飽水程度--

飽水程度的增加進一步加劇了凍融破壞--

反復(fù)多次--進一步加劇--最終材料崩潰

第78頁/共97頁8.4.2抗凍性

3、抗凍性的表示：以試塊能經(jīng)受-15℃和20℃的循壞凍融而抗壓強度降低不超過25%時的最高次數(shù)來表示。如200次或300次凍融循環(huán)等。

4、硬化水泥漿體中的水的冰點：毛細孔中水受表面張力的作用，毛細孔越細，冰點越低。漿體中的水非純水，含一定的堿溶液，冰點更低。因而：當(dāng)溫度下降到冰點以下，首先從表面到內(nèi)部的自由水以及粗毛細孔的水開始結(jié)冰，然后隨溫度下降才是較細以至更細的毛細孔中的水結(jié)冰。第79頁/共97頁8.4.2抗凍性

5、影響抗凍性的因素：（1）水泥品種與礦物組成：一般認(rèn)為硅酸鹽水泥比摻混合材水泥的抗凍性要好。原因是可凍水?dāng)?shù)量少。（2）水灰比：越大，毛細孔增多且尺寸變大，使可凍水量增加。（3）養(yǎng)護齡期。（4）孔結(jié)構(gòu)：孔的大小、孔徑及其分布以及孔的開口與否和連通情況都與抗凍性有關(guān)。（5）硬化水泥漿體的充水程度。充水程度低于某一臨界值，就不會發(fā)生膨脹危害。第80頁/共97頁8.4.2抗凍性

7、改善措施：（1）減少混合材摻加量。（2）加入引氣劑，使其形成大量分散的極細氣孔。是有效措施（3）保持干燥，使含水量低于充水極限。第81頁/共97頁8.4.3環(huán)境介質(zhì)的侵蝕水化良好的硅酸鹽水泥漿體孔液PH值可高達12.5-13.5，因而理論上可認(rèn)為任何PH值在12.5以下。但對滲透系數(shù)小的PH值又在6以上時，侵蝕速度極低，可不考慮。環(huán)境介質(zhì)侵蝕作用的三種類型：

1淡水侵蝕

2酸和酸性水侵蝕

3硫酸鹽溶液和堿溶液侵蝕結(jié)構(gòu)受到破壞，強度降低結(jié)果表現(xiàn)形式體積膨脹－膨脹型腐蝕體積收縮－溶出型腐蝕第82頁/共97頁8.4.3環(huán)境介質(zhì)的侵蝕一、淡水侵蝕(溶出侵蝕)

1、CH溶解度最大，首先被溶解。當(dāng)水中CH濃度達飽和時，CH的溶出即停止。但若是流動水，且若抗?jié)B性較差時，水流不斷將CH帶走，不僅增加了孔隙率，使水更易滲透，而且由于液相中CH濃度降低，還會使其他水化產(chǎn)物發(fā)生分解。

2、其他水化產(chǎn)物的分解：水泥的水化產(chǎn)物都必須在一定濃度的CaO液相中才能穩(wěn)定存在。各主要水化產(chǎn)物的CaO極限濃度見書P186。可見，隨著CaO的溶出，首先是CH晶體被溶解，其次是高堿性的水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽。最后…

3、與淡水長期接觸，特別是在流動水中，會從表面開始產(chǎn)生一定的破壞。

4、對抗?jié)B性良好的硬化水泥漿體或砼，淡水溶出過程非常緩慢。第83頁/共97頁8.4.3環(huán)境介質(zhì)的侵蝕二、酸和酸性水侵蝕

酸類離解出來的H+離子和酸根R-，分別與漿體所含CH的OH-和Ca2+結(jié)合成水和鈣鹽，所以酸性水侵蝕作用的強弱，決定于水中氫離子的濃度。如PH值小于6，硬化水泥漿體就有可能受到侵蝕。PH值越小，H+離子越多，侵蝕就越強烈，當(dāng)H+離子達到足夠濃度時，還能直接與水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣甚至未水化的硅酸鈣、鋁酸鈣等起作用，使?jié){體結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重的破壞。第84頁/共97頁8.4.3環(huán)境介質(zhì)的侵蝕二、酸和酸性水侵蝕碳酸腐蝕－工業(yè)污水、地下水

Ca(OH)2+CO2+H2O——CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O→←Ca(HCO3)2

一般酸的腐蝕－工業(yè)建筑

HCl+Ca(OH)2——CaCl+2H2OH2SO4+Ca(OH)2——CaSO4.2H2O無機酸：鹽酸、硝酸等：形成可溶性鈣鹽，侵蝕性強。磷酸：形成不溶性的鈣鹽，侵蝕慢。有機酸：整體侵蝕程度不如無機酸強烈。其中醋酸、蟻酸、乳酸：形成易溶鈣鹽，草酸：形成不溶性鈣鹽。第85頁/共97頁8.4.3環(huán)境介質(zhì)的侵蝕三、硫酸鹽侵蝕(膨脹侵蝕)

1、硫酸鹽侵蝕：與CH作用生成硫酸鈣(體積膨脹114%)，再和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石(體積膨脹94%)，從而使固相體積增加很多，產(chǎn)生相當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶壓力，造成膨脹開裂以至毀壞。

CH+Na2SO4·10H2O→CaS04·2H20+2NaOH+8H2O