胶凝材料复习

胶凝材料

填空60’，简答25’，论述15’

第四章硅酸盐水泥

1.水泥分类

按照用途分类：通用水泥、专用水泥、特性水泥

普通水泥、大坝水泥、抗硫酸盐水泥、油井水泥

按矿物组成分类：硅酸盐水泥、硫酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥

按化学组成分类：钙水泥、坝水泥、锶水泥、镁水泥

按性质分类：早强水泥、中热水泥、低热水泥、膨胀水泥

2.硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的定义

硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%混合材（石灰石或粒化高炉矿渣）、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

普通硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料中掺入6%~20%混合材料、适量石膏磨细制成水硬性胶凝材料，P.O。

凝结时间、安定性、强度是通用硅酸盐水泥的三项主要性能。

3. 硅酸盐水泥熟料矿物组成

4. 硅酸盐水泥生产技术

硅酸盐水泥的主要技术要求

1、不溶物：P.I中不溶物小于0.75%；P.II中不超过1.5%

2、MgO：不大于5.0%，如水泥经过压蒸安定性检验合格水泥中MgO含量容许放宽到6.0%

3、SO3：不大于3.5%

4、烧失量：P.I烧失量不大于3.0%，P.II不大于3.5%，P.O不大于5.0%

5、细度：硅酸盐水泥Se大于300m2/kg；复合水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥：80微米方孔筛不超过10.0%或45微米方孔筛筛余不大于30%

6、凝结时间：硅酸盐水泥初凝不得早于45min；终凝不得迟于6h30min；普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min；终凝不得迟于10h。

7、碱：Na2O+0.658K2O<0.60%

5. 硅酸盐水泥水化机理

水泥浆体溶液中的主要离子有：

硅酸钙——Ca2+、OH-、[SiO4]4-

铝酸钙——Ca2+、Al（OH）4-

硫酸钙——Ca2+、SO42-

钾、钠及硫酸根离子——K+、Na+、SO42-

各种酸根离子分别由硅酸钙、铝酸钙、硫酸钙提供

水化早期的钙离子主要为C3S水化提供，K+、N+主要为碱式硫酸盐提供。碱的存在将大大影响CaO的浓度以及CH的结晶过程。

水化过程中液相组分与固相组分处于随时间而变的动态平衡中。

早期水化：诱导前期、诱导期；水化中期：加速器和减速期；水化后期：稳定期

诱导前期：加水后立即发生急剧化学反应，但持续时间较短，在15min内结束。

诱导期：反应速率极其缓慢，持续2~4h（水泥浆体保持塑性的原因）。初凝时间基本相当于诱导期的结束。

加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增大，出现第二个放热峰。在达到峰顶时本阶段即告结束（4~8h），此时终凝时间已过，水泥石开始硬化。

减速期：反应速率随时间下降的阶段（12~24h），水化作用逐渐受扩散速率控制。

稳定期：反应速率很低、处于基本稳定的阶段，水化作用完全受扩散速率控制。

（最初生成的水化产物大部分生长在C3S 粒子原始周界以外的原来的充水空间之中，称之为外部水化产物。

后期水化形成的水化产物大部分生长在C3S粒子原始周界之内，称之为内部水化产物，随着内部水化物的形成和发展，C3S的水化向稳定期转变。）

诱导期形成机理

当C3S与水接触后很快水解，Ca2+与OH-进入溶液，在C3S表面形成一个缺钙的富硅层，Ca2+吸附到富硅层表面形成双电层，使C3S溶解变慢而出现诱导期。由于C3S仍在缓慢水化，待溶液中Ca(OH)2浓度达到一定的过饱和度时，Ca(OH)2析晶，导致诱导期结束。同时，由于SiO44-的迁移速度慢，因而C-S-H主要在靠近颗粒表面区析晶，而CH晶体可以在远离颗粒表面或浆体的充水空间中形成。

C3A水化机理

2C3A-+27H=C4AH19+C2AH8

C4AH19在R.H<85%时容易失水变成C4AH13

C4AH19、C4AH13、C2AH8、均为六方片状晶体，在常温下都处于介稳状态，有转化为等轴C3AH6的趋势。

6. 强度

脆性材料断裂理论——葛里菲斯(Griffith)公式强度

多孔材料理论——水泥石的强度发展决定于孔隙率(水化产物充满原始充水空间的程度)。

结晶理论——硬化水泥浆体是由多种形貌的C-S-H以及钙矾石、氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙等晶体交织在一起形成的。它们密集连生交叉结合、接触，形成牢固的结晶结构网。水泥石的强度取决于结晶结构网中接触点的强度与数量。

影响水泥石强度的因素

①水泥矿物组成及含量(注意：水化活性与胶凝性能的区别)

硅酸盐矿物的含量是决定水泥强度的主要因素，28天强度基本上依赖于C3S含量。C2S对于后期强度贡献大。C3A主要对极早期的强度有利，C4AF不仅对于水泥的早期强度有相当的贡献，也有助于后期强度的发展，而且对抗折强度影响较大。

②水灰比和水化程度水灰比越大，产生的毛细孔隙越多，胶空比越小，强度越小。随着水化程度的提高，凝胶体积不断增加，毛细孔隙率相应减少。

③孔结构当孔隙率相等时，平均孔径小，则强度大。孔径随总孔隙率降低而减小。随着水化程度的提高，孔隙率减小，平均孔径减小。水泥石中对强度最不利的影响产生于“工艺”孔，尤其是大孔径。

④养护温度提高养护温度，可以使早期强度得到较快发展，但后期强度，特别是抗折强度反而降低。原因：1）高温下水化迅速，生成的凝胶产物不能充分扩散均匀地沉析到水泥颗粒之间的空间中，凝胶分布疏松点成为结构弱点，影响强度发展；2）水泥颗粒被密集凝胶层包裹，后期水化延缓。

混凝土强度特点：抗压不抗拉；钢筋特点：抗拉不抗压

预应力混凝土是事先认为在混凝土内部引入内部应力，且数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的混凝土。

7.变形

荷重作用下两种变形性能：

在短期荷重作用下的弹性变形(弹性模量)；在持续荷重作用下的徐变（蠕变）