水泥浆凝结硬化过程?先在固－液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；?早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应——进入潜伏期；?因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行——进入水化的加速期；?随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低——凝结；?由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度——硬化。4) 水泥凝结硬化的主要影响因素水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度受矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的影响。（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量石膏掺量的影响?石膏主要降低C3A的水化速度；?掺量太少，凝结较快；?过多，凝结硬化影响不大。?石膏掺量增加，凝结硬化加快；石膏掺量增加：?掺量达到一定后，再增?放热速度减慢加，影响不大。?放热峰延后水泥细度Fineness of Cement粒径：<3μm 水化非常迅速，需水量增大；< 40 μm 水化较慢，内芯难以水化。> 90 μm 几乎接近惰性。3）硬化水泥浆体—水泥石的组成与结构?水泥石的组成?固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒?胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；?晶体相：氢氧化钙晶体、水化铝酸钙与水化硫铝酸钙等；?气相—各种尺寸的孔隙与空隙?凝胶孔?毛细孔?工艺空隙?液相—水或孔溶液?自由水?吸附水?凝胶水?水泥石的组成随水泥水化度而变水泥熟料矿物组成的影响?水泥熟料矿物的水化速度：C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S ~ C4AF ＞C2S?水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快水化度(％)水泥熟料中单一矿物的水化速度时间(天)水泥颗粒细度的影响比表面积m2/kg?水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？答：水泥的水化反应是液－固异相反应，反应首先发生在液－固界面上；水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。温度与湿度的影响?温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速。?温度升高10?C，速度加快一倍。?温度低于0?C时，水化反应基本停止。?保持一定湿度，有利于水泥的水化。温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短
拌和用水量的影响?重要概念：水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；?水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比＝0.23；?水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长；?水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。1）密度与堆积密度?密度3.05~3.20g/cm3，混凝土配合比计算时，一般取3.10g/cm3。?堆积密度1000~1600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3。?密度的测量方法排液法，用煤油作为测量液体。3）标准稠度用水量标准稠度?试锥下沉深度为28±2mm时的稠度标准稠度用水量P(%)?按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。P%=水量ml/水泥1g。标准稠度用水量测试方法有不变(固定)水量法和调整水量法2种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。不变(固定)水量法调整水量法初学者采用有争议时多采用此法4）凝结时间?概念：凝结时间—水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。?初凝时间从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；?终凝时间从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。?测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。?国标要求：硅酸盐水泥?初凝时间≥45min；?终凝时间＜390min。4.1.4 硅酸盐水泥的技术性质?密度?细度?标准稠度及其用水量?凝结时间?体积安定性?强度?水化热?碱含量2）细度?定义细度是指水泥粉体的粗细程度。?测量方法?筛分析法以80?m方孔筛的筛余量表示；?比表面积法以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。?国标要求?硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。?普通水泥80?m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。?细度不符合要求的水泥为不合格品！不变(固定)水量法?固定水量法采用以下方法配制标准稠度净浆–称取500g水泥–加入500×P%ml水–采用标准稠度测定仪测量P%4）凝结时间水泥净浆的凝结时间。通过水泥净浆凝结时间测定仪测定标准稠度(1) 初凝时间?概念?从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆开始失去可塑性所需的时间?标准要求≮45min?国产水泥一般为1-3h?实验:测试时以试针距底板4±1mm为准。?工程意义?水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。
(2) 终凝时间?概念?从水泥加水拌和起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。?标准要求≯390min?国产水泥一般为5-6h ?实验?测试时以试针下沉0.5mm为准。?工程意义?终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。5）体积安定性?基本概念：?水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。?若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；?若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。?体积安定性不良的水泥为废品！为什么？体积安定性检测方法：?煮沸法-加速实验法?测量体积安定性的两种方法：–试饼法?观察水泥净试饼在沸煮后的外形变化–雷氏夹法?测量水泥石饼沸煮后的膨胀值6）强度?检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。?试件尺寸：40?40?160mm棱柱体；?胶砂配比：水泥: ISO标准砂: 水= 1 : 3 : 0.5；?振动成型：在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。?试件养护：在20?C ?1?C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20?C ?1?C的水中养护至测试龄期；国标规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？?水泥体积安定性不良的原因：?水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。?因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大19.8%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。?石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。限制体积安定性的测定?上述测试方法仅能测出游离CaO是否过量。?游离MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测?所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。?标准规定：?MgO≯5%、石膏SO3≯3.5%。?强度测量：将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为40?40=1600mm2。?结果计算：抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。PP100mm160mmP抗折强度试验抗压强度试验
水泥强度发展规律?早期增长快，随后逐渐减慢；强度?28天，基本达到极限强度的（MPa）80％以上；?在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天乃至几十年。时间（d）3d28d8）碱含量?碱含量是指水泥中Na2O和K2O的含量。?若水泥中碱含量过高，遇到有活性骨料，易产生碱－骨料反应，造成工程危害。?国家标准规定，水泥中的含碱量（按Na2O＋0.685 K2O计算）不得大于0.6%。水泥的耐腐蚀性：在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。2）盐类腐蚀①硫酸盐腐蚀——膨胀性腐蚀?机理?以硫酸盐为介质的海水、地下水等?硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀性晶体，使水泥石破坏?腐蚀过程举例：4CaO?Al2O3?12H2O?3CaSO4?20H2O?3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O?Ca?OH?2结晶膨胀7）水化热?概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。?放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。?水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。?水化热和放热速度的影响因素：?水泥矿物组成?水泥细度4.1.5 水泥石的腐蚀与防腐措施?简介?腐蚀类型?腐蚀原因?防止措施Back（1）水泥石的腐蚀现象1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）?机理：?当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；?另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致其他水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。?破坏形式：水化物的溶失、分解，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。②镁盐腐蚀——双重腐蚀?机理?以镁盐为介质的海水、地下水等?镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石?腐蚀过程举例：易溶于水MgCl2+Ca(OH)2= Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+ Ca(OH)2+H2O =Mg(OH)2+CaSO4·2H2O松软而无胶凝能力结晶膨胀
3）酸类腐蚀①碳酸盐腐蚀?机理–以碳酸盐为介质的海水、地下水等–碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石?腐蚀过程举例：Ca(OH)2+CO2+H2O CaCO3+2H2OCaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2易溶于水4）强碱腐蚀?腐蚀机理碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石C3A?NaOH?Na2O?Al2Ｏ3?CH干燥空气易溶于水NaOH?CO2?Na2CO3?H2O结晶膨胀（3）防止水泥石腐蚀的措施主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，?根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；?提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；?表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥4.2.1 水泥混合材?定义：在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。?种类：?活性?非活性两类?作用：在水泥中主要起填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。②一般酸腐蚀?腐蚀机理：?水泥石中的水化物都是碱性化合物，与盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成易溶于水、结晶膨胀的产物。?另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。易溶于水2HHCl?SOCa(OH)2?CaCl2?2H2O24?Ca(OH)2?CaSO42H2O结晶膨胀?破坏形式：溶失性和膨胀性破坏，组成与结构发生很大改变。水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落（2）导致水泥石腐蚀性破坏的原因?外因：环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。?内因：?水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；?水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；?腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。4.1.5硅酸盐水泥的特性及应用?水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高?水化热大?抗冻性好，干缩小?耐磨性好?抗碳化性好?耐热性差?耐腐蚀性差非活性混合材?定义：与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。?常见的有：?磨细石英砂?石灰石粉?粘土?慢冷矿渣
土木工程材料ppt第一至四章
