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1、第七章第七章 硅酸盐水泥的性能及应用硅酸盐水泥的性能及应用.1 凝结时间凝结时间7.1.1 7.1.1 基本概念基本概念u凝结过程凝结过程水泥加水拌和成水泥浆体，逐渐失去流动水泥加水拌和成水泥浆体，逐渐失去流动性、可塑性，形成具有一定强度的硬化浆体的过性、可塑性，形成具有一定强度的硬化浆体的过程程。水泥工艺水泥工艺 u凝结时间凝结时间 水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间。性状态发展到固体状态所需要的时间。初凝时间：从加水拌和起，到水泥浆体开始初凝时间：从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性所需时间。失去可塑性所需时间。终凝时
2、间：从加水拌和起，到水泥浆体完全终凝时间：从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。失去可塑性并开始产生强度所需时间。水泥工艺水泥工艺 加水加水开始失去可塑性开始失去可塑性完全失去可塑性完全失去可塑性凝结过程凝结过程初初凝凝终终凝凝初初凝凝终终凝凝凝结时间对施工的意义凝结时间对施工的意义 应有足够时间来保证混凝土搅拌、输送、浇注应有足够时间来保证混凝土搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成；同时尽可能短的时间加、成型等操作的顺利完成；同时尽可能短的时间加快脱模及施工进度，以保证工程的进展。快脱模及施工进度，以保证工程的进展。 凝结时间的标准（凝结时间的标准（ GB17599
3、GB17599）规定）规定 初凝不得早于初凝不得早于4545minmin（4545minmin）终凝不的迟于终凝不的迟于390390minmin（6.5h6.5h） 水泥工艺水泥工艺 7.1.2 7.1.2 影响凝结时间的因素影响凝结时间的因素 影响水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组影响水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组成、水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。成、水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。 矿物组成矿物组成 决定凝结速度的主要矿物为决定凝结速度的主要矿物为C C3 3A A和和C C3 3S S，快凝是快凝是由由C C3 3A A造成的，而正常凝结则是受造成的，而正常凝结则是受C C
4、3 3S S制约的。制约的。水泥工艺水泥工艺 水泥细度水泥细度 水泥粉磨越细，其比表面积就越大，水化速度越快，凝结越迅速；反之凝结越慢。硅酸盐水泥国家标准规定 8080mm方孔筛筛余方孔筛筛余10%10% 比表面积比表面积300300m m2 2/kg/kg水泥工艺水泥工艺 u水灰比（水灰比（W/CW/C） 水灰比越大，凝结越慢。水灰比越大，凝结越慢。 加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。（水灰比过大时，会使水泥石结构中孔隙太多，（水灰比过大时，会使水泥石结构中孔隙太多，降低其强度，故水
5、灰比不宜太大。）降低其强度，故水灰比不宜太大。）水泥工艺水泥工艺 养护条件养护条件 温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长。则凝结时间会延长。 夏季（高温）和冬季（低温）施工时，夏季（高温）和冬季（低温）施工时，注意采取适当的措施，以保证正常的凝结时注意采取适当的措施，以保证正常的凝结时间。间。水泥工艺水泥工艺 调凝剂调凝剂缓凝剂缓凝剂延长凝结时间延长凝结时间石膏是常用的一种缓凝剂。有时，根石膏是常用的一种缓凝剂。有时，根据需要也掺入其他调凝外加剂。据需要也掺入其他调凝外加剂。促凝剂促凝剂缩短凝结时间缩短凝结时间 水泥工艺水泥工艺 7.1.
6、3 7.1.3 石膏的作用及其适宜掺量石膏的作用及其适宜掺量石膏的作用石膏的作用 控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性等。缩变形，改善耐久性等。 主要作用是调节水泥的凝结时间主要作用是调节水泥的凝结时间水泥工艺水泥工艺 u石膏的缓凝机理石膏的缓凝机理 不掺石膏时，不掺石膏时，C C3 3A A迅速反应，很快生成大量迅速反应，很快生成大量片状片状C C4 4AHAH1313，相互连接形成松散的网状结构，出，相互连接形成松散的网状结构，出现现“速凝速凝” ” 。
7、掺加适宜石膏时，。掺加适宜石膏时，3 3在石膏在石膏-石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低AFtAFt，形成形成覆盖层，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水覆盖层，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发生。化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发生。水泥工艺水泥工艺 正常区域正常区域强度最高值强度最高值7.2 7.2 强强度度 强度是评比水泥质量重要的指标，是划分水泥强度是评比水泥质量重要的指标，是划分水泥强度等级的依据。通常将强度等级的依据。通常将2828d d以前的强度称为早期强以前的强度称为早期强度，度，2828d d及以后的
8、强度称为后期强度。及以后的强度称为后期强度。7.2.17.2.1 强度的形成强度的形成 熟料矿物水化，生成大量的熟料矿物水化，生成大量的C-S-HC-S-H、CHCH及及AFtAFt( (钙钒石钙钒石) )，在水泥浆体中相互交织联结，形，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而产生强度成网状结构，从而产生强度。水泥工艺水泥工艺 7.2.2 7.2.2 影响水泥强度的因素影响水泥强度的因素 熟料的矿物组成熟料的矿物组成主要决定于各单矿的含量主要决定于各单矿的含量硅酸盐矿物是决定水泥强度的主要因素硅酸盐矿物是决定水泥强度的主要因素,28,28天强度基本上依赖于天强度基本上依赖于C C3 3S
9、S含量。含量。C C2 2S S主主要影响后期强度要影响后期强度C C3 3A A主要在早期。主要在早期。C C4 4AFAF争争议较大。议较大。不是各单矿强度的简单叠加不是各单矿强度的简单叠加 水泥工艺水泥工艺 矿物矿物名称名称3d3d7d7d2828d d9090d d180180d dC C3 3S S24.2224.2230.9830.9842.1642.1657.6557.6557.8457.84C C2 2S S1.731.732.162.164.514.5119.0219.0228.0428.04C C3 3A A7.557.558.148.148.048.049.419.416
10、.476.47C C4 4AFAF15.1015.1016.4716.4718.2418.2416.2716.2719.2219.22单矿强度测试结果举例单矿强度测试结果举例水泥工艺水泥工艺 水泥细度水泥细度 水泥越细，颗粒分布范围越窄越均匀，其水化水泥越细，颗粒分布范围越窄越均匀，其水化速度越快，而且水化更为完全，水泥的强度，尤其速度越快，而且水化更为完全，水泥的强度，尤其是早强越高，适当增大水泥细度，还能改善浆体泌是早强越高，适当增大水泥细度，还能改善浆体泌水性，和易性和粘结力等。水性，和易性和粘结力等。 但是水泥太细，标准稠度需水量越大，增大了但是水泥太细，标准稠度需水量越大，增大了硬化
11、浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。硬化浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。水泥工艺水泥工艺 u影响水泥强度的其它因素影响水泥强度的其它因素水灰比水灰比水化比越高水化比越高, ,强度越低强度越低养护温度养护温度温度越高温度越高, ,强度发展越快强度发展越快添加剂等添加剂等水泥工艺水泥工艺 强度等级强度依水泥胶砂强度检验方法GB/T 17671-1999）进行检验。硅酸盐水泥各龄期强度要求(GB1751999) ， 分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级 等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5
12、R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.538.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0水泥工艺水泥工艺 * *水泥石孔隙率与强度的关系水泥石孔隙率与强度的关系 减少孔隙率、提高密实度是提高水泥石减少孔隙率、提高密实度是提高水泥石强度的一种主要措施。强度的一种主要措施。 S=S S=S0 0e e-b-b孔隙率孔隙率强度强度本征强度本征强度水泥工艺水泥工艺 u热压高强水泥热压高强水泥采用高强水泥、高效减水剂、热压成型等措施，采用高强水泥、高效减水剂、热压成型等措施，强度提高一个数量级强度提高一个数量级u无
13、大孔水泥（无大孔水泥（MDFMDF水泥）水泥）采用特殊级配水泥、高效减水剂、高分子乳液等，采用特殊级配水泥、高效减水剂、高分子乳液等，特殊成型，抗折超过特殊成型，抗折超过150MPa150MPa。u超细密水泥（超细密水泥（DSCDSC水泥）水泥）采用硅酸盐水泥、高效减水剂、硅灰等，抗压强采用硅酸盐水泥、高效减水剂、硅灰等，抗压强度达度达200MPa200MPa以上。以上。水泥工艺水泥工艺 7.3 7.3 体体积稳定性定性 7.3.1 7.3.1 安定性安定性安定性安定性不产生显著的体积变化。不产生显著的体积变化。安定性不良安定性不良凝结硬化过程中产生显著的不均匀凝结硬化过程中产生显著的不均匀的
14、膨胀，从而导致硬化浆体破裂。的膨胀，从而导致硬化浆体破裂。导致安定性不良导致安定性不良的根源的根源 f-CaOf-CaO过高，过高，SOSO3 3过高，过高，MgOMgO过高过高形成形成C3A 3CaSO4H32水泥工艺水泥工艺 7.3.2 7.3.2 收收缩 u 化学减缩化学减缩水化硬化过程中，熟料矿物转变为水化产物，固相体积水化硬化过程中，熟料矿物转变为水化产物，固相体积大大增加，而水泥浆体总体积却缩小。大大增加，而水泥浆体总体积却缩小。u 湿湿胀干干缩浆体结构含水量增加时，体积膨胀，含水量减少，则会浆体结构含水量增加时，体积膨胀，含水量减少，则会使体积收缩。使体积收缩。u 碳化收碳化收缩
15、 硬化水泥浆体中的水化产物如硬化水泥浆体中的水化产物如Ca(OH)Ca(OH)2 2, ,与空气中的与空气中的COCO2 2作作用，生成用，生成CaCOCaCO3 3和和H H2 2O O，造成硬化浆体的体积减少。造成硬化浆体的体积减少。水泥工艺水泥工艺 传统的硅酸盐水泥，在水化硬化过程中产生收缩，传统的硅酸盐水泥，在水化硬化过程中产生收缩，是一个普遍的问题。由于收缩，混凝土内部产生裂纹，是一个普遍的问题。由于收缩，混凝土内部产生裂纹，会使混凝土的一系列性能变坏，如强度、抗渗性和抗会使混凝土的一系列性能变坏，如强度、抗渗性和抗冻性下降，使外部侵蚀性介质透入，直接接触钢筋，冻性下降，使外部侵蚀性
16、介质透入，直接接触钢筋，造成锈蚀等等，从而影响水泥混凝土的整体性、安全造成锈蚀等等，从而影响水泥混凝土的整体性、安全性和耐久性。性和耐久性。 *收缩收缩是水泥材料的固有缺陷水泥工艺水泥工艺 7.4 7.4 水化水化热 水化热水化热水泥在水化过程中释放的反应热水泥在水化过程中释放的反应热7.4.1 7.4.1 水化热对水泥施工的影响水化热对水泥施工的影响在冬季施工中，水化放热能提高水泥浆体的温在冬季施工中，水化放热能提高水泥浆体的温度，有利于水泥正常凝结。度，有利于水泥正常凝结。在大体积混凝土工程中，水化放出的热量聚集在大体积混凝土工程中，水化放出的热量聚集在混凝土内部不易散失，导致混凝土结构内
17、外温在混凝土内部不易散失，导致混凝土结构内外温差较大而产生应力，致使混凝土不均匀膨胀而产差较大而产生应力，致使混凝土不均匀膨胀而产生裂缝，给工程带来严重的危害生裂缝，给工程带来严重的危害。水泥工艺水泥工艺 7.4.2 7.4.2 影响水泥水化热的因素影响水泥水化热的因素u矿物组成矿物组成C C3 3A A最大，最大，C C4 4AFAF与与C C3 3S S次之，次之，C C2 2S S最小。最小。u水泥细度水泥细度细度越细，放热量越快。细度越细，放热量越快。u其它其它凡能加速水化的各种因素，均能相应地提高放凡能加速水化的各种因素，均能相应地提高放热速率。热速率。水泥工艺水泥工艺 7.5 7.5 硅酸硅酸盐水泥的耐久性水泥的耐久性 硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳硬化水泥石结构在一定环境条件下长期保持稳定质量和使用功能的性质称为耐久性。定质量和使用功能的性质称为耐久性。 影响耐久性的因素有很多，主要有抗渗性、抗冻影响耐久性的因素有很多，主要有抗渗性、抗冻性，以及对环境介质的抗蚀性和碱集料反应等。性，以及对环境介质的抗蚀性和碱集料反应等。 水泥工艺水泥工艺 u 耐久性的改善途径耐久性的改善途径 选择适当组成的水泥选择适当组成的水泥掺适量混合材料掺适量混合材料 辅助性胶凝材料辅助性胶凝材料提高施工质量提高施工质量 进行表面处理进行表面处理 水泥工艺水泥工艺
