第8章-硅酸盐水泥的性能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第8章 硅酸盐水泥的性能,本章学习要点,凝结时间,强度,体积变化及水化热,耐久性,8.1.1 基本概念,凝结时间的定义,凝结过程,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程,。,加水,开始失去可塑性,完全失去可塑性,凝结过程,初,凝,终,凝,初,凝,终,凝,凝结时间,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。,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。,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凝结时间的测定,水泥加水制成标准稠度净浆装模养护用符合,GB3350.6,规定的仪器进行测定。,凝结时间的重要意义,水泥浆体的凝结时间，对于建筑工程的施工具有十分重要的意义。,若,初凝时间,太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。,若,终凝时间,太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。,因此，应有足够长的时间来保证混凝土的搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成；同时还应尽可能短的时间加快脱模及施工进度，以保证工程的进展。,凝结时间的标准规定,我国硅酸盐水泥国家标准,GB175,99,规定：,初凝不得早于45,min（,45,min）,终凝不的迟于390,min（6.5h）,8.1.2 影响凝结时间的因素,水泥凝结时间的长短取决于其凝结速度的快慢，两者成反比关系。,凡是影响水化速度的各种因素，基本上也同样影响水泥的凝结速度。但水化和凝结又有一定的差异。,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。,矿物组成,熟料矿物28天的水化速度大小顺序为：,C,3,AC,3,SC,4,AFC,2,S,水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿物的含量有关。,决定凝结速度的主要矿物为,C,3,A,和,C,3,S，,快凝是由,C,3,A,造成的，而正常凝结则是受,C,3,S,制约的。,8.1.3 石膏的作用及其适宜掺量的确定,石膏的作用,可以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，降低干缩变形，改善耐久性等。,主要作用是调节水泥的凝结时间,快凝现象,在,C,3,A,含量较高，或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，,C,3,A,迅速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙（,C,4,AH,13,）,，并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，又称为,“,速凝,”,或,“,闪凝,”,。产生这种不正常快凝时，浆体迅速放出大量热，温度急剧上升。,石膏的缓凝机理,水泥中掺加适宜石膏时，,3,在石膏-石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（,AFt），,又称,钙矾石,。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，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。,由图可知，石膏掺量过多或过少都会导致不正常凝结。,石膏的适宜掺量？,熟料中,C,3,A,含量,快凝是由,C,3,A,造成的，,C,3,A,含量是石膏掺量最主要的影响因素。,C,3,A,含量高，石膏掺量应相应增加，反之则减少。,水泥中,SO,3,含量,当水泥中,SO,3,含量较高时，则要相应减少石膏掺量。,水泥细度,相同,C,3,A,含量下，当水泥粉磨得较细时，其比表面积增大，水化加快，则应适当增加石膏掺量。,混合材的品种和数量,采用粒化高炉矿渣，且含量较多时，应适当多掺入些石膏石膏除了起缓凝剂作用外，还对矿渣活性起到硫酸盐激发剂的作用。,水泥中碱含量,碱含量较高时，其凝结速度加快，石膏掺量也应适当增加。,8.1.4,假凝现象,假凝及其特征,假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。,不正常的早期快速固化现象比较,比较项目,假凝,快凝,凝结时间,几分钟,几分钟,放热量,小,大,重新搅拌,正常凝结,不能恢复塑性,强度大小,没有不利影响,产生一定强度,施工操作,难度增大,不可逆固化,假凝的原因及预防措施,造成假凝的主要原因是水泥在粉磨时受到高温，其中二水石膏脱水形成 半水石膏甚至可溶性无水石膏。,在生产中，为了防止假凝，采用措施：,使用无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石膏脱水；,在水泥粉磨时采取一定的措施降温，也可避免石膏脱水。,在建筑施工中，可以延长搅拌时间来消除假凝现象的产生。,8.1.5,其他调凝外加剂,缓凝剂,缓凝剂是用来延长凝结时间，使新拌混凝土浆体较长时间保持塑性，满足较长时间运输的需要，提高施工效率。,有机缓凝剂：,木质素磺酸盐，羟基羟酸及其盐，多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物，胺盐和胺酸等。,无机缓凝剂：,硼砂，氯化锌，碳酸锌，铁、铜、锌和镉的硫酸盐、磷酸盐和偏磷酸盐等。,促凝剂,除氟化物、磷酸盐及,Zn、Sn、Pb,盐外，大多数可溶性无机盐都能缩短水泥的凝结时间。其中，使用最多的是,CaCl,2,。,我国常用的是分别以铝酸钠（,NaAlO,2,）、,铝酸钙（,C,12,A,7,C,11,A,7,CaF,2,）,及硅酸盐（,Na,2,SiO,3,）,为主要的速凝剂。,8.2 强度,水泥的强度是评比水泥质量重要的指标，是划分强度等级的依据。通常按龄期将28,d,以前的强度称为早期强度，如1,d、3d,强度，28,d,及以后的强度称为后期强度。,8.2.2 影响水泥强度的因素,水泥细度,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。,但是水泥太细，标准稠度需水量越大，增大了硬化浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。施工条件,在施工过程中，水灰比，骨料级配，搅拌振捣的程度，养护温度及是否采用外加剂等,对强度有很大影响。,水灰比及密实程度,养护温度,外加剂,8.3 体积变化与水化热,8.3.1,体积变化,硬化水泥浆体的体积变化也是一项非常重要的性能指标。由于浆体中生成了各种水化产物以及反应前后湿度，温度等外界条件的改变，硬化水泥浆体必然会发生一系列的体积变化。如化学减缩，湿胀干缩和碳化收缩等。,化学减缩,水泥在水化硬化过程中，无水的熟料矿物转变为水化产物，固相体积大大增加，而水泥浆体的总体积却在不断缩小，由于这种体积减缩是化学反应所致,故称化学减缩。,湿胀干缩,硬化水泥浆体的体积随其含水量而变化。浆体结构含水量增加时，其中凝胶粒子由于分子吸附作用而分开，导致体积膨胀，如果含水量减少，则会使体积收,缩。湿胀和干缩大部分是可逆的。干燥与失水有关，但二者没有线性关系。,碳化收缩,在一定的相对湿度下，硬化水泥浆体中的水化产物如,Ca(OH),2,、C-S-H,等会与空气中的,CO,2,作用，生成,CaCO,3,和,H,2,O，,造成硬化浆体的体积减少，出现不可塑的收缩现象，成为碳化收缩。,8.3.2,水化热,水泥的水化热是由各种熟料矿物与水作用时产生的,。,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。但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，导致混凝土结构内外温差较大而产生应力，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。,大量实验表明，水泥的水化热与矿物组成有关。四种单矿物28,d,以前的水化速度为：,C,3,AC,4,AFC,3,SC,2,S。,因此，要降低水泥的水化热，应该增大熟料中,C,2,S,和,C,4,AF，,相应降低,C,3,A,和,C,3,S,的含量,。,8.4 硅酸盐水泥的耐久性,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、抗冻性，以及对环境介质的抗蚀性和碱集料反应等。,8.4.4,碱集料反应,水泥属碱性物质,一般能够抵抗碱类的侵蚀，但当水泥结构中碱含量较高，而配制混凝土的集料中含有活性物质时，水泥结构经过一定时间后会出现明显的膨胀开裂，甚至剥落溃散等现象，称为碱集料反应。,碱集料反应主要是由于水泥中碱含量较高（,R,2,O0.6%），,而同时集料中由含有活性,SiO,2,时，碱就会与集料中的活性,SiO,2,反应，形成碱性硅酸盐凝胶。反应式如下：,活性,SiO,2,+2mNaOH mNaO,SiO,nH,2,O,上式反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水性能，在积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构胀裂破坏。一般情况下，碱集料反应通常很慢，要经过相当长的时间后才会明显出现。据斯坦顿研究，影响碱集料反应因素很多，主要与水泥中碱含量、活性集料含量及粒径、水含量等有关。,要提高混凝土质量，防止碱集料反应，可采取如下措施：尽量降低水泥中碱含量，采取适当粒径的集料、降低活性集料含量、或根据实际掺加适量活性氧化硅或火山灰、粉煤灰等。,8.4.5 耐久性的改善途径,影响水泥混凝土耐久性的因素有很多方面，为了提高混凝土的耐久性，在使用水泥时，首先要考虑使用的环境条件，采用适当组成的水泥，量材为用，从根本上提高混凝土的耐久性，配制混凝土时，要精心设计，采取合理的配比，尽量降低水灰比，并考虑适宜的施工方案，加强搅拌、振捣、养护等，提高混凝土的致密度，以提高其强度尤其是早强。改善混凝土的性能，在特殊情况下，还可利用其他材料，进行表面处理以弥补水泥混凝土本身的不足。,8.4.5 耐久性的改善途径,选择适当组成的水泥,水泥质量的好坏，是关系硬化水泥浆体耐久性的首要问题。只有提高水泥质量，才能从根本上提高其耐久性。在使用水泥时，就根据环境的不同来选择不同熟料矿物组成部分的水泥。掺适量混合材料,一般说来，硅酸盐水泥中掺加火山灰质混合材料和粒化高炉矿渣可以提高其抗蚀能力。另外，掺加混合材料后，熟料所占的比例减少，,C,3,A,和,C,3,S,的含量相应降低，也会改善其抗蚀性，而且由于生成较多的凝胶，提高了硬化水泥浆体的密实性，阻止侵蚀介质的溶入，从而增强了其抗蚀能力。所以说，火山灰水泥和矿渣水泥的抗蚀性又与其矿渣掺量、,A l,2,O,3,含量有关。,8.4.5 耐久性的改善途径,提高施工质量,施工质量的好坏，也是关系到混凝土耐久性的关键。在施工中，应加强搅拌，防止各组分产生离析分层现象，提高混凝土的均匀性和流动性，使拌合物很好地充满模板，减少其内部空隙，并且强化振捣，增大混凝土的密实度，尽可能排出其内部气泡，减少显孔、大孔，尤其是连通孔，提高其强度，从而提高其抗渗能力，最终达到改善其耐久性的目的。进行表面处理,在特殊情况下，对水泥结构进行表面处理，可以避免水泥结构与侵蚀介质直接接触，从而保障其耐久性。,表面处理通常有表面化学处理和涂覆贴面处理两种。,8.5 硅酸盐水泥的应用,8.5.1,普通混凝土,通常所称的混凝土(即普通混凝土)是指由水泥，砂(细集料)，石子(粗集料)和水按一定的配比拌和均匀，经成形和硬化而成的人造石材。硬化前的混凝土常被称为混凝土拌和物；如果在混凝土中配有钢筋，则称之为钢筋混凝土；如果混凝土组成中没有粗集料则为砂浆；而由水泥和水拌和所得到的是水泥浆。,混凝土的组成材料,混凝土的主要组成材料为水泥、砂、石、水以及改变混凝土性能的外加剂。,水泥,在混凝土中，水和水泥拌成的水泥浆是起胶结作用的组成部分。在硬化前的混凝土即混凝土拌和物中，水泥浆填充砂石空隙，包裹砂，石表面并起润滑作用，使混凝土获得必要的和易性；在硬化后，则将砂、石牢固地胶结成整体。,8.5.1,普通混凝土,集料,砂、石是混凝土中起骨架及填充作用的粒状材料，称之为集料或骨料。,集料有粗细之分。常用的粗细集料有卵石与碎石两种；细集料是天然砂，按产地不同有河砂，山砂和海砂，通常多采用河砂。,水,凡是可以饮用的水，无论自来水或洁净的天然水，都可以用来拌制混凝土。水的,pH,值要求不低于4，硫酸盐含量按,SO,2-,离子计算不得超过水量的1%。含有油类、糖、酸或其他污浊物质的水，会影响水泥的正常凝结与硬化，甚至造成质量事故，均不得使用。海水对钢筋有促进锈蚀作用，不能用来拌制配筋结构的混凝土。,混凝土外加剂,改善新拌混凝土流变性的外加剂，如各种减水剂、流化剂、泵送剂、引气剂等。,调节混凝土凝结时间及硬化时间的外加剂，如外加剂、缓凝剂、早强剂、速凝剂等。,调节混凝土空气含量的外加剂，如引气剂、消泡剂、发泡剂等。,改善混凝土力学性能和耐久性的外加剂，如引气剂、减水剂、防冻剂、减缩剂、阻锈剂等。,赋予混凝土特殊性能的外加剂，如着色剂、泡沫剂、膨胀剂等。,8.5.2,高强混凝土及其应用,配制出满足工作性和强度发展要求的高强混凝土，其材料的选择要比普通混凝土严格。要求高质量材料及更严格的标准。在试拌的基础上，应用广泛的高质量材料配制出高强混凝土。,8.5.3,高性能混凝土,在性能上，按混凝土龄期发展三阶段而具有这样一些特点：,新版混凝土有良好的流变学特性,不泌水，不离析甚至能达到自流密实。,硬化过程中水化热低、体积稳定，无裂缝或者少裂缝。,硬化后结构致密，抗渗性优良，渗透系数可比普通混凝土低12个数量级，抗渗性将士评估其耐久性的一个主要综合指标。,8.5.4,泵送混凝土,用混凝土泵沿管道输送和浇筑的混凝土拌合物，称泵送混凝土。,目前，我国在高层建筑和工业设施大体积混凝土结构中，以较广泛地使用泵送混凝土。泵送混凝土泵送时，可一次连续完成水平、垂直运输、且可进行浇注、效率高、劳动力省、尤为适合工地狭窄、大体积工程、高层建筑等施工现场。,8.5.5,流态混凝土,在预拌的坍落度为80120,mm,的混凝土中，加入超塑化剂经搅拌，使混凝土的坍落度顿时增达至200220,mm,并能像水一样流动，这种混凝土称流态混凝土。在英、美、加拿大等国称这种为超塑性混凝土或流动混凝土，日本、德国亦称之为流动混凝土。,8.5.6,轻集料混凝土,轻集料混凝土是由硅酸盐水泥、比砂石轻的集料、水按一定的比例拌合而成的。其表观密度不大于1900,kg/m,3,。,轻集料是松散表观密度小于1200,kg/m,3,的多孔轻质集料的总称。来源可分为两大类：,天然轻集料,人造轻集料,8.5.9,配制砂浆,利用水泥、细集料、水按适当配合比配合、拌混均匀的拌和物，称做水泥砂浆。如果在上述的组成材料中再加入适量的石灰或其他材料，则成为水泥石灰砂浆或混合砂浆。水泥砂浆、水泥石灰砂浆、混合砂浆均可简称为砂浆。,8.5.10,水泥制品,水泥制品的种类很多，基本上可分为配筋和不配筋两大类。在国内主要有建筑构件、输水（输气、输油）管、输配电用电杆、铁路轨枕、土木建筑和港口工程用桩、矿井支架、船舶、砌块等几百个品种。水泥制品有着比钢、木制品更好的耐久性和适用性，而且制作容易、价格便宜、性能良好。,