无机胶凝材料项目化教程-水泥4

《无机胶凝材料项目化教程》主讲：李子成硅酸盐水泥1生产过程与方法2熟料矿物形成的物理化学过程3硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及其与胶凝性能的关系4硅酸盐水泥的水化反应及机理5水泥浆结构的形成过程与特性6水泥石的结构7水泥的工程性质内容回顾硅酸三钙在常温下水化反应产物?硅酸三钙水化的五个阶段？为什么出现诱导期？（诱导期的起止原因）保护膜假说半渗透膜假说延迟成核假说(重点)5（自学）水泥浆结构的形成过程与特性6水泥石的结构一、水泥石的结构（多相多孔体系）A—未水化的水泥颗粒B—凝胶体(结晶度较差)（C－S－H凝胶，水化硅酸钙凝胶）；C—晶体(结晶度好)

（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；E—凝胶孔D—毛细孔、气孔水泥石的孔结构按孔径大小分类凝胶孔，过渡孔，10-100nm毛细孔，100-1000nm大孔，>1000nm按孔形貌分类开口孔闭口孔影响水泥石孔分布的因素水化龄期对孔分布的影响水灰比对孔分布的影响养护制度对孔分布的影响掺减水剂对孔分布的影响二、影响水泥石结构强度的主要因素

1、水灰比水灰比—指水泥浆中水与水泥的质量之比。水灰比较大，水泥的初期水化反应充分进行；但水泥颗粒间被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，水泥浆凝结较慢。水灰比较大，多余水分蒸发后形成孔隙较多,造成水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。2、水化时间（龄期）水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。

3、环境温度和湿度

温度适当，水泥水化、凝结和硬化速度快，反应物增长快，凝结硬化加速，水化热较多。温度过低，则水化反应减慢，强度增长变缓。高温养护导致水泥后期强度增长慢，甚至下降。

水是水泥水化反应的必要条件。当环境十分干燥时，水泥中的水分蒸发，水泥不能充分水化，硬化停止；反之水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。[Table4-38]

4、矿物组成

C3A水化速率最快，放热量最大，早期强度高，而后期强度不高；

C2S水化速率最慢，放热量最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。所以水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化速度的最重要的因素。

5、石膏掺量石膏起缓凝作用：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。

6、水泥的细度矿物组成相同，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。

7、施工方法水泥浇注过程，振捣越密实，孔隙率越小，形成的水泥石强度越高。结束7水泥石的工程性质水泥石的体积变化影响水泥石体积变化的因素很多，这里主要讨论三个方面：水泥水化过程引起的体积变化水分变化引起的体积变化碳化作用引起的体积变化化学减缩失水收缩碳化收缩（一）水泥浆的化学减缩化学减缩的定义水泥浆体在水化过程中，水泥-水体系的总体积发生缩小的现象，称为化学减缩。发生化学减缩的原因水化前后反应物和生成物的平均密度不同水泥熟料中四种矿物的减缩作用大小依次是：C3A>C4AF>C3S>C2S如果每1m3混凝土中水泥用量为250kg，则体系中减缩量将达到20L/m3。二、水泥石的体积变化（二）水泥石的失水收缩由于湿度和温度的变化，要引起水泥石中水分的变化，伴随着水泥石失水的过程，必然要引起水泥石的收缩。在水泥石中，水有不同的形态，因而它们引起水泥石体积变化的情况也各有不同。P150图4-76二、水泥石的体积变化失水阶段失水湿度或温度的范围累计水分损失量/%累计收缩量/%水分损失量/%收缩量/%1相对湿度100-30%14.50.3614.50.362相对湿度30-1%16.30.751.80.393相对湿度1%-脱水温度200oC17.31.151.00.44脱水温度200-525oC18.72.551.41.4减小增大（二）水泥石的失水收缩每个阶段单位失水量产生的收缩相差很大，这是由于每一阶段失去的水分相应于不同的形态，而水分的不同形态，又主要地决定于与固相作用的性质。与固相联系力愈小的水分子，当其失去时对收缩的影响愈小，反之愈大。第一阶段的失水相应于毛细水的脱水，毛细水与固相的联系力是很小的，所产生的收缩主要是由毛细管张力所引起。第二阶段的失水相应于凝胶水的脱水。这种水分与水泥石固相作用是物理吸附作用。凝胶水分的损失就弓起凝胶体体积的缩小。第三阶段的失水相应于硅酸盐水化物层间水和一部分结晶水的脱出。这是水泥石产生收缩的一个重要因素。第四阶段的失水相当于在更高温度下。一部分结晶水和Ca(OH)2及水化铝酸盐等水化物中所含的结构水的脱出。（三）水泥石的碳化收缩尽管在正常空气中，CO2的浓度较低，但只要有适当的湿度，碳化收缩的数值相当大P151图4-77在不同的相对湿度下，干燥和碳化造成的水泥砂浆的收缩当相对湿度为100%时不产生碳化收缩，随着湿度的下降，碳化收缩值增大；当湿度为55%时，碳化收缩达最大值，之后碳化收缩又减小；当相对湿度大约低于25%时，不产生碳化收缩。（三）水泥石的碳化收缩碳化收缩的原因空气中的二氧化碳与水泥石中的水化物，特别是与Ca(OH)2的不断作用，引起水泥石结构的解体。由于CO2与水化物的置换反应，会释放出水分子，而只有这些水分子失去时，才能造成水泥石体积的变化。随着相对湿度的下降收缩量逐渐增大，但相对