第九章硅酸盐水泥的性能

四、调凝外加剂
除石膏外， 除石膏外，许多无机盐或有机化合物也可以调节 缓凝剂和 凝结时间。通常分为缓凝剂 促凝剂(早强剂)两种。 凝结时间 。 通常分为 缓凝剂 和 促凝剂 (早强剂 )两种 。 缓凝剂：能延缓凝结时间， A 缓凝剂：能延缓凝结时间，并对后期强度发展无不 利影响的外加剂。 利影响的外加剂。 缓凝剂主要有四类： 缓凝剂主要有四类： 1. 糖类，如糖钙等； 2.木质素磺酸盐类，如木质素磺酸钙、木质素磺 酸钠等； 3.羟基羟酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸钾钠等； 4.无机盐类，如锌盐、硼酸盐、磷酸盐等。
适用范围： 适用范围： 促凝剂可以在常温、低温、负温（ 促凝剂可以在常温、低温、负温（不低 于－5℃）条件下加速混凝土的硬化过程， ℃ 条件下加速混凝土的硬化过程， 多用于冬季施工和抢修工程。 多用于冬季施工和抢修工程。 注意事项： 注意事项： 在实际生产中， 在实际生产中，使用调凝剂时应注意其 掺量及其对水泥性能的影响等问题 及其对水泥性能的影响等问题。 掺量及其对水泥性能的影响等问题。 在选择外加剂和其适宜的掺量时， 在选择外加剂和其适宜的掺量时，应根 据工程需要，现场的材料条件，参考有 据工程需要，现场的材料条件， 关资料，通过试验确定。 关资料，通过试验确定。
§9-2 强 度 一、强度的形成和发展
水化、凝结、硬化 强度是评判水泥质量最重要的指标。它是逐渐 增长的，与其水化养护龄期有关。
按所受压力不同分： 按所受压力不同分：
按龄期不同分： 按龄期不同分：
如1d 3d 7d强度
抗压强度 抗折强度
早期强度： 早期强度 指28d以前的强度 后期强度： 后期强度 指28d及以后的强度。
以C3S的水化反应为例： 2(3CaO·SiO2) + 密度(g/cm) 3.14 摩尔质量(g/mol) 228.23 摩尔体积(cm３／mol) 72.71 体系中所占体积（cm３）145.42
6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 1.00 2.44 2.23 18.02 342.48 74.10 18.02 140.40 33.23 108.12 140.40 99.69
具体如下： 具体如下：
按不同石膏掺量配制几组试样并磨细——分 别测凝结时间、安定性、强度——找出安定 性合格、凝结时间正常、强度最高的一组即 为最佳掺量。 SO3为1.5％～2.5％。 SO3含量在3.5％以下
三、快凝现象、假凝现象
图10-4 不正常凝结的典型特性曲线
快凝现象 水泥加水拌和后， 定 水泥加水拌和后，很快出现不可逆 的固化现象。（初凝时间太短） 。（初凝时间太短 义 的固化现象。（初凝时间太短） 现 象 原 因 措 施
凝结时间: 凝结时间:
初凝时间:从水泥加 水拌和到水泥初凝所 经历的时间. 终凝时间:从水泥加 水拌和到终凝所经历 的时间.
凝结时间有什么用？ 凝结时间有什么用？
一、凝结速度
（1）矿物组成： 矿物组成：
C3A C3S 快凝； 凝结快，但正常
凝结速度和水化速度
影响凝结速度的因素
快凝是由C3A造成的 正常凝结受C3S的制约
如：28d强度
《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》 （GB/T17671-1999）
二、影响水泥强度的因素
1、熟料的矿物组成 2、水泥的细度 3、施工条件 （1）水灰比 （2）骨料级配 （3）搅拌振捣的程度 （4）养护温度和湿度 （5）外加剂的使用
参见227表 参见227表9.3，表9.4 227
B、熟料中C3A含量： 熟料中C 含量：
C3A含量高，石膏掺量应相应增加，反之 则减少。
熟料中SO 含量： C、 熟料中 SO3 含量 ： 熟料中SO3 含量
高时，要相应减少石膏掺量。
水泥细度： D、水泥细度：相同矿物组成的水泥，
细度增大，比表面积增大，水化加快， 应适当增加石膏掺量。
E、混合材料的品种和掺量： 混合材料的品种和掺量：
假凝现象 水泥加水拌和后， 水泥加水拌和后，在几分钟内既迅 速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重 速凝结变硬，经剧烈搅拌后， 新恢复塑性的现象。 新恢复塑性的现象。
很快凝结，可逆， 很快凝结，可逆，经剧烈搅拌后浆 很快凝结，不可逆， 很快凝结，不可逆，浆体已产生一 体可重新恢复塑性， 体可重新恢复塑性，并达到正常凝 定强度，重新搅拌也不能恢复塑性； 定强度，重新搅拌也不能恢复塑性； 放热量很少； 结；放热量很少； 放热量多，温度急剧上升。 放热量多，温度急剧上升。 对强度无影响，但增加施工难度。 对强度无影响，但增加施工难度。 含量高， C3A含量高，或石膏等缓凝剂掺量 过少 1、控制C3A含量 控制C 2、掺适量石膏 1、水泥粉磨时受高温，二水石膏 水泥粉磨时受高温， 脱水形成半水石膏 2、碱含量较高 1、降低水泥磨温度 2、控制水泥中碱含量 3、施工时延长搅拌时间
（二）水泥的细度
不同细度的水泥水化活性不同。228 不同细度的水泥对强度的影响具体如下： ① 1µm以下颗粒由于在搅拌过程中就完全水化，对强度没有 贡献。其含量增加，说明存在过粉磨，浇筑时会显著增加需 水量，降低浇筑性能。因此，该组分颗粒是有害的，应尽可 能降低。 ② 1~3µm颗粒含量高，3天强度就高，同时需水量会增加， 浇筑性能下降。因此，该组分颗粒在3天强度能满足要求的 前提下，应尽可能低。 ③ 1~32µm颗粒含量，决定了28天强度。由于1~3µm颗粒 含量不宜太高，因此3~32µm颗粒含量应越高越好。如果强 度指标有较大幅度的富余，可以增加混合材添加量。 ④ 32~65µm颗粒含量对强度有贡献，但贡献率较低。 ⑤ 65µm以上颗粒基本上只起骨架作用。大于65µm颗粒含 量增加，水泥泌水性会增大，应保持适度。
（一）熟料的矿物组成
AF＞ 4种单矿物28d强度排序：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S 种单矿物28d强度排序： 28 表9.3，表9.4 9.3， 早强高， 后期强度增幅大。 C3S早强高，C2S后期强度增幅大。图9.6 早期强度增长很快，对早强有利， C3A早期强度增长很快，对早强有利，但后期强度增 长不大。甚至倒缩， 存在最佳含量。 长不大。甚至倒缩，C3A存在最佳含量。 AF对早强及后强均有利 对早强及后强均有利。 C4AF对早强及后强均有利。
图9-1 温度对水泥凝结时间的影响实例
二、石膏的作用及其适宜掺量的确定 1、石膏的作用： 石膏的作用：
调节凝结时间；（缓凝机理） 提高早期强度； 降低干缩变形； 改善水泥的性能。
2、石膏掺量的确定
（1）确定石膏的最佳掺量要同时考虑: 确定石膏的最佳掺量要同时考虑: 凝结时间； 石膏最佳掺入量是指使水 强度；（图9.4） 泥凝结正常、强度高、安 定性良好的掺量。 安定性。
253.54
＞
240.09
（二）湿胀干缩
1.现象： 现象： 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。
图9－12湿胀干缩示意图
2.影响因素： 影响因素： （1）C3A的含量：C3A含量增加，硬化浆体的干缩值提高。 （2）石膏掺量： （3）水灰比：一般早期干缩发展较快，但水灰比对其影响不 大，28d后，干缩随水灰比减小而明显降低。
（三）施工条件
养护温度
图10-7养护温度对水泥浆体强度增长的影响
§9-3 体积变化与水化热
一、体积变化
在水化过程中由于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， 后湿度 、 温度等外界条件的改变， 硬化浆体必然会发生 一些列的体积变化。 一些列的体积变化。
化学减缩 湿胀干缩 碳化收缩
第九章
硅酸盐水泥的性能
硅酸盐水泥的性能包括:
物理性能: 物理性能 建筑性能: 建筑性能 凝结时间 泌水性 强度 体积变化 水化热 耐结: 凝结:
初凝:水泥浆体失去 流动性和部分可塑性, 开始凝结. 终凝: 终凝:水泥浆体逐渐 硬化, 硬化,完全失去可塑 性,并具有一定的机 械强度,能抵抗一定 械强度, 的外来压力. 的外来压力.
剧烈而不均匀的体积变化将会严重地影响到水泥浆 体的物理、力学及耐久性能。 体的物理、力学及耐久性能。
（一）化学减缩： 化学减缩：
1.定义： 定义： 水泥在水化硬化过 程中， 程中 ， 无水的熟料矿物 转变为水化产物， 转变为水化产物 ， 固相 体积大大增加， 体积大大增加 ， 而水泥 浆体的总体积却在不断 缩小， 缩小 ， 由于这种体积减 缩是化学反应所致， 缩是化学反应所致 ， 故 化学减缩。 称化学减缩。 2.减缩量： .减缩量： 水泥熟料各单矿物的减缩作 用大小顺序： 用大小顺序： C3A＞C4AF＞C3S＞C2S 表9.6 AF＞ 水泥的化学减缩量的大小， 水泥的化学减缩量的大小 ， 常与C 含量成线性关系， 常与C3A含量成线性关系，一 100g 般 100 g水泥水化的减缩量为 7－9cm3。 若每m 混凝土用水泥300 kg， 300kg 若每 3 混凝土用水泥 300 kg， 则减缩量将达到（21－27） 则减缩量将达到 （ 21 － 27 ） ×103cm3。
2.反应式： 反应式： Ca(OH)2 +CO2 = CaCO3+ H2O 3CaO·2SiO2·3H2O+CO2= CaCO3+2(CaO·SiO2·H2O) + H2O 反应速度： 3.反应速度： 一般在大气中，碳化速度很慢，且只在表 面进行，大约在一年后才会在硬化水泥浆体 表面产生微裂缝，只影响外观质量，不影响 强度。 体积变化，均匀性
适用范围: 适用范围: 主要适用于大体积的混凝土和炎热气候下 施工，以及需长时间停放或长距离运输的 混凝土。 缓凝剂不宜用于日最低气温5℃以下施工 的混凝土，也不宜单独用于有早强要求的 混凝土及蒸养混凝土。
促凝剂指减少水泥浆由塑性变为固态所需时间 指减少水泥浆由塑性变为固态所需时间， B 促凝剂指减少水泥浆由塑性变为固态所需时间， 提高早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 提高早期强度，并对后期强度无显著影响的外加剂。 促凝剂主要有三类： 1. 氯盐类，如氯化钙、氯化钠等； 2.硫酸盐类，如硫酸钠、硫代硫酸钠等； 3.有机胺类，如三乙醇胺、三异丙醇胺等； 但CaCl2 会使钢筋锈蚀。常与阻锈剂亚硝酸钠复合 使用。 Na2S04与Ca(OH)2作用生成强碱NaOH，易于活性 集料中发生碱集料反应。 但三乙醇胺掺量过多反而会造成混凝土严重缓凝和 强度下降。
图9.3石膏对水泥凝结时间的影 响
图10-3
水泥强度与SO3掺入量的关系
（2）影响石膏掺量的因素有： 影响石膏掺量的因素有： 石膏的种类： A、石膏的种类：
不同石膏溶解速度不同，缓凝作用不同。 如硬石膏比二水石膏溶解度大，但溶解速 度慢，掺量要适当增加。 一般硅酸盐水泥、普通水泥中石膏掺量以 SO3计，掺量为1.5%~2.5%。
（2）熟料矿物和水化产物的结构 ：
晶体 玻璃体 凝胶状 慢冷 快冷 快 正常
能延缓水泥的凝结。 包裹） 能延缓水泥的凝结。（包裹）
温度：温度升高， （3）温度：温度升高， 水化加快，凝结时间缩短。 水化加快，凝结时间缩短。 （冬、夏） 水灰比： （4）水灰比： 细度： （5）细度： 外加剂： （6）外加剂：
图9-10水泥浆体干缩率随时间的变化 1－C3A含量4%；2－C3A含量6%； 3－C3A含量8% 图9－11水灰比对水泥浆体干缩的影响
（三）碳化收缩
定义： 1 . 定义 ： 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CO2 作用，生成CaCO3 和H2O， 造成硬化浆体的体积减少，出现不可逆的 收缩现象，称为碳化收缩。 碳化收缩。 碳化收缩
混合材料不同，石膏掺量不同。如混合 材料为矿渣时，应多掺石膏，因为石膏 是矿渣的活性激发剂。
F、碱含量： 碱含量：
水泥中碱含量高时，凝结速度加快，石 膏应适当多掺。
实际生产中影响石膏掺量的因素很多， 实际生产中影响石膏掺量的因素很多，很难精确 计算。 计算。
（3）确定最佳掺量的可靠方法
是强度和有关性能试验。 是强度和有关性能试验。