無機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程-水泥4

《無機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程》主講：李子成硅酸鹽水泥1生產(chǎn)過程與方法2熟料礦物形成的物理化學(xué)過程3硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及其與膠凝性能的關(guān)系4硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理5水泥漿結(jié)構(gòu)的形成過程與特性6水泥石的結(jié)構(gòu)7水泥的工程性質(zhì)內(nèi)容回顧硅酸三鈣在常溫下水化反應(yīng)產(chǎn)物?硅酸三鈣水化的五個(gè)階段？為什么出現(xiàn)誘導(dǎo)期？（誘導(dǎo)期的起止原因）保護(hù)膜假說半滲透膜假說延遲成核假說(重點(diǎn))5（自學(xué)）水泥漿結(jié)構(gòu)的形成過程與特性6水泥石的結(jié)構(gòu)一、水泥石的結(jié)構(gòu)（多相多孔體系）A—未水化的水泥顆粒B—凝膠體(結(jié)晶度較差)（C－S－H凝膠，水化硅酸鈣凝膠）；C—晶體(結(jié)晶度好)

（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣）；E—凝膠孔D—毛細(xì)孔、氣孔水泥石的孔結(jié)構(gòu)按孔徑大小分類凝膠孔，過渡孔，10-100nm毛細(xì)孔，100-1000nm大孔，>1000nm按孔形貌分類開口孔閉口孔影響水泥石孔分布的因素水化齡期對(duì)孔分布的影響水灰比對(duì)孔分布的影響?zhàn)B護(hù)制度對(duì)孔分布的影響摻減水劑對(duì)孔分布的影響二、影響水泥石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素

1、水灰比水灰比—指水泥漿中水與水泥的質(zhì)量之比。水灰比較大，水泥的初期水化反應(yīng)充分進(jìn)行；但水泥顆粒間被水隔開的距離較遠(yuǎn)，顆粒間相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)所需的凝結(jié)時(shí)間長，水泥漿凝結(jié)較慢。水灰比較大，多余水分蒸發(fā)后形成孔隙較多,造成水泥石的強(qiáng)度較低，因此水泥漿的水灰比過大時(shí)，會(huì)明顯降低水泥石的強(qiáng)度。2、水化時(shí)間（齡期）水泥的凝結(jié)硬化是隨時(shí)間延長而漸進(jìn)的過程，只要溫度、濕度適宜，水泥強(qiáng)度的增長可持續(xù)若干年。

3、環(huán)境溫度和濕度

溫度適當(dāng)，水泥水化、凝結(jié)和硬化速度快，反應(yīng)物增長快，凝結(jié)硬化加速，水化熱較多。溫度過低，則水化反應(yīng)減慢，強(qiáng)度增長變緩。高溫養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致水泥后期強(qiáng)度增長慢，甚至下降。

水是水泥水化反應(yīng)的必要條件。當(dāng)環(huán)境十分干燥時(shí)，水泥中的水分蒸發(fā)，水泥不能充分水化，硬化停止；反之水泥的水化將得以充分進(jìn)行，強(qiáng)度正常增長。[Table4-38]

4、礦物組成

C3A水化速率最快，放熱量最大，早期強(qiáng)度高，而后期強(qiáng)度不高；

C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長迅速等。所以水泥的礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化速度的最重要的因素。

5、石膏摻量石膏起緩凝作用：水泥水化時(shí)，石膏能很快與鋁酸三鈣作用生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），鈣礬石很難溶解于水，它沉淀在水泥顆粒表面上形成保護(hù)膜，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化反應(yīng)，控制了水泥的水化反應(yīng)速度，延緩了凝結(jié)時(shí)間。

6、水泥的細(xì)度礦物組成相同，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時(shí)與水的接觸面大，水化速度快，相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就快，早期強(qiáng)度就高。

7、施工方法水泥澆注過程，振搗越密實(shí)，孔隙率越小，形成的水泥石強(qiáng)度越高。結(jié)束7水泥石的工程性質(zhì)水泥石的體積變化影響水泥石體積變化的因素很多，這里主要討論三個(gè)方面：水泥水化過程引起的體積變化水分變化引起的體積變化碳化作用引起的體積變化化學(xué)減縮失水收縮碳化收縮（一）水泥漿的化學(xué)減縮化學(xué)減縮的定義水泥漿體在水化過程中，水泥-水體系的總體積發(fā)生縮小的現(xiàn)象，稱為化學(xué)減縮。發(fā)生化學(xué)減縮的原因水化前后反應(yīng)物和生成物的平均密度不同水泥熟料中四種礦物的減縮作用大小依次是：C3A>C4AF>C3S>C2S如果每1m3混凝土中水泥用量為250kg，則體系中減縮量將達(dá)到20L/m3。二、水泥石的體積變化（二）水泥石的失水收縮由于濕度和溫度的變化，要引起水泥石中水分的變化，伴隨著水泥石失水的過程，必然要引起水泥石的收縮。在水泥石中，水有不同的形態(tài)，因而它們引起水泥石體積變化的情況也各有不同。P150圖4-76二、水泥石的體積變化失水階段失水濕度或溫度的范圍累計(jì)水分損失量/%累計(jì)收縮量/%水分損失量/%收縮量/%1相對(duì)濕度100-30%14.50.3614.50.362相對(duì)濕度30-1%16.30.751.80.393相對(duì)濕度1%-脫水溫度200oC17.31.151.00.44脫水溫度200-525oC18.72.551.41.4減小增大（二）水泥石的失水收縮每個(gè)階段單位失水量產(chǎn)生的收縮相差很大，這是由于每一階段失去的水分相應(yīng)于不同的形態(tài)，而水分的不同形態(tài)，又主要地決定于與固相作用的性質(zhì)。與固相聯(lián)系力愈小的水分子，當(dāng)其失去時(shí)對(duì)收縮的影響愈小，反之愈大。第一階段的失水相應(yīng)于毛細(xì)水的脫水，毛細(xì)水與固相的聯(lián)系力是很小的，所產(chǎn)生的收縮主要是由毛細(xì)管張力所引起。第二階段的失水相應(yīng)于凝膠水的脫水。這種水分與水泥石固相作用是物理吸附作用。凝膠水分的損失就弓起凝膠體體積的縮小。第三階段的失水相應(yīng)于硅酸鹽水化物層間水和一部分結(jié)晶水的脫出。這是水泥石產(chǎn)生收縮的一個(gè)重要因素。第四階段的失水相當(dāng)于在更高溫度下。一部分結(jié)晶水和Ca(OH)2及水化鋁酸鹽等水化物中所含的結(jié)構(gòu)水的脫出。（三）水泥石的碳化收縮盡管在正?？諝庵?，CO2的濃度較低，但只要有適當(dāng)?shù)臐穸?，碳化收縮的數(shù)值相當(dāng)大P151圖4-77在不同的相對(duì)濕度下，干燥和碳化造成的水泥砂漿的收縮當(dāng)相對(duì)濕度為100%時(shí)不產(chǎn)生碳化收縮，隨著濕度的下降，碳化收縮值增大；當(dāng)濕度為55%時(shí)，碳化收縮達(dá)最大值，之后碳化收縮又減小；當(dāng)相對(duì)濕度大約低于25%時(shí)，不產(chǎn)生碳化收縮。（三）水泥石的碳化收縮碳化收縮的原因空氣中的二氧化碳與水泥石中的水化物，特別是與Ca(OH)2的不斷作用，引起水泥石結(jié)構(gòu)的解體。由于CO2與水化物的置換反應(yīng)，會(huì)釋放出水分子，而只有這些水分子失去時(shí)，才能造成水泥石體積的變化。隨著相對(duì)濕度的下降收縮量逐漸增大，但相對(duì)