通用硅酸盐水泥的凝结硬化-《建筑材料与检测》一书的重要内容

测试题

1.通用硅酸盐水泥的凝结硬化机理

通用硅酸盐水泥的凝结硬化是一个伴随水泥水化作用而发生化学变化的过程。

(1)初始反应期,也称硅酸盐水泥熟料的水化。水泥加水拌和成水泥浆时,熟料矿物与水发生水化反应为初始反应期,仅5～10min。水化物生成的速度很快,来不及扩散便附着在水泥颗粒表面,形成膜层。此膜层以水化硅酸钠凝胶为主体,其中分布着氢氧化钙等晶体,所以,通常称为胶凝体膜层。此膜层的形成会阻碍水化反应的进一步进行。

(2)潜伏期。胶凝体膜层形成以后,水化反应和放热速度变缓,在一段时间内(30min至1h),水泥颗粒仍是分散的,水泥浆的流动性基本保持不变。

(3)凝结期。经过1～6h水泥继续加速水化。胶凝体膜层虽然妨碍水分侵入,使水化反应速度减慢,但因为它是半透膜,水分向膜层内渗透的速度大于膜层内水化物向外扩散的速度,所以产生渗透压,导致膜层破裂,使水泥颗粒继续水化。

水化物增多及胶凝体膜层增厚,被膜层包裹的水泥颗粒逐渐接近,以致在接触点互相黏结,形成网状结构,水泥浆体变稠,失去可塑性,这就是凝结。凝结可分为初凝和终凝两个阶段。

(4)硬化期。由于水泥颗粒之间的空隙逐渐缩小为毛细孔,水化生成物进一步填充毛细孔,毛细孔越来越少,使水泥浆体结构更加紧密,逐渐产生强度。硬化过程是一个长期的过程,在一定温度和湿度下可持续几十年。

硬化后的水泥石结构由胶体粒子、晶体离子、孔隙(凝胶孔和毛细孔)及未水化的水泥颗粒组成。(www.xing528.com)

2.影响水泥凝结硬化的因素

(1)水泥熟料矿物成分。硅酸盐水泥的熟料矿物组成是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因素。在硅酸盐水泥的四种熟料矿物中,C3A 的水化和凝结硬化速度最快,因此,它是影响水泥凝结时间的决定性因素。C3A 相对含量高的水泥,凝结硬化快;反之,则凝结硬化慢。

(2)水泥细度。水泥细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度、干缩及水化热等。水泥颗粒越细,水化作用的发展就越迅速而充分,使凝结硬化的速度加快,早期强度也就越高。但水泥颗粒太细,在相同的稠稀程度下,单位用水量增加,硬化后水泥石中的毛细孔增加,干缩增多,反而会影响后期强度。同时,水泥颗粒太细,容易与空气中的水分及二氧化碳反应,使水泥不宜久存,而且磨制过细的水泥能耗大,成本高。

(3)石膏掺量。水泥中掺入石膏是为了延缓初凝时间,在有石膏存在时,C3A 水化后容易与石膏反应而生成难溶于水的钙矾石,它立刻沉淀在水泥熟料颗粒的周围,阻碍了与水的接触,延缓了水化,从而起到延缓水泥凝结的作用。但石膏掺量过多,会对水泥引起安定性不良,一般生产水泥时石膏掺量占水泥质量的3%～5%,具体掺量应通过试验确定。

(4)拌合用水量(水胶比)。水与水泥的质量比称为水胶比。拌和水泥浆体时,为使浆体具有一定塑性和流动性,所加入的水量通常要大大超过水泥充分水化时所需的水量,水胶比越大,水泥浆越稀,凝结硬化和强度发展越慢,且硬化后的水泥石中毛细孔含量越多。在保证成型质量的前提下,应降低水胶比,以提高水泥石的硬化速度和强度。

(5)养护条件。环境湿度大,水分蒸发慢,水泥浆体可保持水泥水化所需的水分。如环境干燥,水分将很快蒸发,水泥浆体中缺乏水泥水化所需的水分,使水化不能正常进行,强度也不再增长,还可能使水泥石或水泥制品表面产生干缩裂纹。因此,用水泥拌制的砂浆和混凝土,在浇筑后应注意保持潮湿状态,以获得和增加强度。

通常提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化,使早期强度能较快发展,但对后期强度反而可能有所降低。相反在较低温度下硬化时,虽然硬化速度慢,但水化产物较致密,所以可获得较高的最终强度。通常水泥的养护温度为5 ℃～20 ℃时,有利于强度增加。

(6)养护时间(龄期)的影响。水泥的水化硬化需要较长的时间,随着龄期的增长使水泥石的强度逐渐提高,由于熟料矿物中对强度起决定性作用的C3S在早期的强度发展快,因此水泥在3～14d内强度增加较快,28d后增加缓慢。