3水硬性凝胶材料的选择和应用教案docxWord格式文档下载.docx

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主要提供氧化硅、氧化铝、氧化铁等。

为调整硅酸盐水泥凝结时间，还要加入石膏等。

硅酸盐水泥生产的主要过程如下图所示。

硅酸盐水泥熟料是以适当比例的石灰石、粘土、铁矿粉等原料经磨细制得生料，将生料在窑内锻烧（1450°

C左右）而得，具矿物成分及具与水作用时的性质见表3-1。

由于各矿物性能不同，所以，在水泥熟料中，四种矿物的含量不同时，其相应水泥的各种性能也不同，也即用途将不同。

例如增加C3S和C3A的含量可生产出高强水泥和早强水泥；

增加C2S、C4AF的含量，同时降低C3S和C3A的含量可牛产出低热硅酸盐水泥。

目前,高性能水泥熟料中C3S+C2S的含量均在75%以上。

表3-1熟料矿物纽成及具与水作丿IJ时的性质

性质

硅酸二钙

铝酸三钙

铁铝酸四钙

37%〜60%

15%〜37%

7%〜15%

10%〜18%

水化热

多

少

最多

屮

凝结硬化速度

快

慢

最快

强度

早期、

早期低、

低

后期均高

后期高

耐蚀性差

1.2硅酸盐水泥的水化与凝结、硬化

硅酸盐水泥为干粉状，加适量水拌合后，水泥与水发牛水化反应，形成可塑性浆体，常温下会逐渐失去塑性、产生强度，并形成坚破的水泥石。

（1）硅酸盐水泥的水化

硅酸盐水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应，纶成水化产物并放出热量。

其水化反应及水化产物如下：

2（360•WO?

）+6丹2。

一3CaO•2SiO3^3H2O+3Ca（0H）.

水化硅酸钙凝胶氢氧化钙品体

2（23・S/q）+4HQ—•3/72O+Ch（6W）?

3CaO・A/2O3+^H2O—3CaO^Al2O3•GH.O

水化铝酸三钙品体

4CaO•Al20y2。

——3CaO•AgO、・6H“O+CaO•F—O、•H20

〜水化铁酸钙凝胶

为延缓凝结吋间、方便施工而加入的石膏也参与反应，在凝结碾化初期与水化铝酸三钙反应，生成3CaO^Al2O3•3CaSO4•3\H2O,称为高硫型水化硫铝酸钙晶体，又称钙矶石。

在凝结硬化后期，因石膏的浓度减少，牛成的产物为3CaO^Al2O^CaSOA^2H2O,称为低硫型水化硫铝酸钙品体，二者合称为水化硫铝酸钙品体。

山此可见硅酸盐水泥在水化后，主要有五种水化产物，按形态乂分有凝胶和品体。

凝胶占水化产物的绝大多数，在水中几乎不溶。

氢氧化钙品体则微溶于水。

（2）硅酸盐水泥的凝结硬化

a.凝结硬化过程水泥在加水后即产牛水化反应，随水化反应的进行，水泥浆逐步变稠，最终因水化产物的增多而失去可塑性，即凝结。

Z后逐步产生强度，即硬化。

水泥在刚刚与水拌介时，水泥熟料颗粒与水充分接触，因而水化速度快，单位时间内产生的水化产物多，故早期强度增长快。

随着水化的进行，水化产物逐渐增多，这些水化产物对未水化的水泥熟料内核与水的接触和水化反应起到了一定的阻碍作用，故示期的强度发展逐步减慢。

若温度、湿度适宜，则水泥石的强度在儿年、冥至数十年后仍可缓慢增长，如图3—1所示。

（edw）如-宜氏窣

图3-1硅酸盐水泥强度发展与龄期关系

b.影响水泥凝结《更化的主要因素

1）水泥熟料矿物组成及细度水泥中各矿物的相对含量不同时，水泥的凝结不更化特点就不同，见表3・1。

水泥磨的愈细，水泥颗粒平均直径小，比表而积大，水化时与水接触而积人，水化速度快，相应地水泥凝结侦化速度就快，早期强度就高。

2）水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥质量Z比。

当水灰比较大时，水泥的初期水化反应得以充分进行；

但是水泥颗粒间由于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，所以水泥浆凝结较慢。

水泥完全水化所需的水灰比约为0.15〜0.25,而实际工程中往往加入更多的水，以便利用水的润滑取得较好的槊•性。

当水泥浆的水灰比较人时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度降低。

3）石膏的掺量生产水泥时掺入石膏，主耍是作为缓凝剂使用，以延缓水泥的凝结硬化速度。

掺入石膏后，山于钙矶石品体的牛成，还能改善水泥石的早期强度。

但石膏的掺量过多时，不仅不能缓凝，而且可能对水泥石的后期性能造成危害。

4）环境温度和湿度水泥水化的速度与环境的温度和湿度有关，只有处于适当温度下,水泥的水化、凝结和硬化才能进行，通常温度较高时，水化、凝结和硬化速度就快，温度降低时水化、凝结硬化延缓，当环境温度低于0°

C吋，水化反应停止。

水泥也只有在环境潮湿的悄况下，水化及凝结唤化才能保持足够的化学川水，保证强度的发挥。

因此，使用水泥时必须注意养护，使水泥在适宜的温度及湿度坏境屮进行凝结硬化，从而不断增长具强度。

5）龄期水泥的水化硬化是一个较长吋期内不断进行的过程，随着水泥颗粒内各熟料矿物水化程度的提高，凝胶体不断增加，毛细孔不断减少，使水泥石的强度随着龄期增长而增加。

实践证明，水泥一般在28d内强度发展较快，28d后增长缓慢。

6）外加剂凡対硅酸三钙和铝酸三钙的水化能产牛影响的外加剂，都能改变硅酸盐水泥的水化及凝结硕化。

如加入促凝剂就能促进水泥水化硬化；

相反加入缓凝剂就会延缓水泥的水化硬化，彩响水泥早期强度的发展。

1.3硅酸盐水泥的技术要求

国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）规定了细度、凝结时间、体积安定性、强度等技术要求。

⑴细度

水泥颗粒越细，凝结硕化越快，早期和后期强度越高，但硕化时的干缩增大。

国标规定,硅酸盐水泥的比表面积应大于300m3/kg（勃氏法测得值）。

否则为不合格品。

⑵凝结时间

国标规定硅酸盐水泥的初凝时间为不得早于45min,终凝时间为不得迟于390mino测定时需采用标准稠度的水泥浆，将该水泥浆所需要的水量称为标准稠度用水量（以水与水泥质屋的百分比表示）。

（3）体积安定性

指水泥石在硬化过程中体积变化的均匀性，如产牛不均匀变形，即会引起翘曲或开裂,称为体积安定性不良。

体积安定性不良的原因是：

①水泥中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁（均为严重过火），两者后期逐步水化产生体积膨胀，致使已驶化的水泥石开裂；

②石膏掺量过多，在硬化后的水泥石中，继续产生膨胀性产物高硫型水化硫铝酸钙，引起水泥石开裂。

体积安定性用沸煮法（试饼法或雷氏夹法）來检验。

该法仅能测定游离氧化钙的危害,对游离MgO和石膏不做检验，一般在生产中限制它们的含量。

即：

硅酸盐水泥中MgO含量不得超过5.0%,如经压蒸安定性检验合格，允许放宽到6.0%。

硅酸盐水泥屮SO3的含量不得超过3.5%。

体积安定性不合格的水泥不得使用。

（4）强度等级

水泥的强度是rh水泥胶砂试件测定的即将水泥、标准砂和水按规定的比例（1：

3：

0.5）搅拌、成型，制作为4OmmX40mmX160mrn的试件。

在标准养护条件下（在20±

TC的水屮。

）养护，测定3天、28天的抗压强度和抗折强度。

以此强度值（4个值）将硅酸盐水泥划分为普通型和早强型，前者分为42.5、52.5、62.5三个强度等级，后者分有42.5R、52.5R、62.5R三个强度等级。

各强度等级硅酸盐水泥的各龄期强度不得低于表3-2是的数值。

此外对水泥屮的不溶物、烧失聚、碱含罐等也作了要求。

1.4水泥石的腐蚀与防止

（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）

不含或仅含少量重碳酸盐的水称为；

软水，如雨水、雪水、淡水及多数江水、湖水等。

当水泥石与静止或无压力的软水接触时，水泥石屮的氢氧化钙微溶于水，水溶液迅速饱和。

因而对水泥石性能的影响不大。

但在流动的或有压力的软水屮，由于水不断地将水泥石内的氢氧化钙溶解，使水泥石的孔隙率增加，同时由于氢氧化钙浓度的降低，部分水化产物分解从而引起水泥石强度下降。

（2）盐类腐蚀

a.硫酸盐腐蚀在海水、某些湖水和沼泽水及地下水以及某些工业废水或流经高炉矿渣或炉渣的水中常常含冇钠、钾、鞍等硫酸盐。

这些硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙作川生成硫酸盐，进而与水泥石屮的水化铝酸钙C3AH6或C4A//12作川，生成具冇膨胀性的高硫型水化硫铝酸钙，使水泥石开裂。

b.镁盐腐蚀海水、某些地下水或某些沼泽水屮常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。

它们可与水泥石中的氢氧化钙产生如下反应：

MgCl2+Ca（OH）2—ACaCl2+Mg（0H）2

MgSO4+Ca（OH）2—CaSO4+Mg（OH）2

生成的氢氧化镁松软而无胶凝能力，氯化钙则极易溶于水使孔隙率人人增加，生成的硫酸钙则乂可发牛上述的硫酸盐腐蚀，同时由于碱度降低，造成部分水化产物分解。

因此，镁盐腐蚀属于双重腐蚀，故特别严重。

（3）酸类腐蚀

a.碳酸腐蚀在工业废水和某些地下水中常溶解有较多的CO2,当与水泥石接触时，即产生下述反应：

CO2+H2O+Ca（pH}2—CaCO3-iH2O

牛•成的CdCO3可以继续与碳酸反应，即有：

CO2+H2O+CaCO3<

=>

Ca（HCO3）2

生成的Ca（HCO3）2易溶于水。

当水中含有较多的CO2,并超过上述平衡浓度时，上述反应向右进彳了，即将水泥石中微溶于水的Ca（OH\转换为易溶于水的Ca（HCO3）2,从而加剧溶失，使孔隙率增加。

b.-般酸腐蚀工业废水，某些地下水、沼泽水中常含有一定量的无机酸和有机酸。

它们都对水泥石具冇腐蚀作用，即它们都町以和水泥石中的Ca（OH\反应，产物或是易溶的,或是膨胀性的产物，并且由于Ca（OH\被大量消耗，引起的碱度降低，促使水化产物大量分解，从而引起水泥石强度急剧降低。

腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸。

（4）强碱腐蚀

碱类溶液在浓度不大时，一般对水泥石没冇大的腐蚀作用，右以认为是无害的。

但铝酸盐含最较高的硅酸盐水泥在遇到强碱JNciOH或KOH）吋也会受到腐蚀并破坏。

这是因为发生了下述反应：

3CaO•A/2O3十NaOH—3眄0・Al2O3+Ca（0H）2

牛:

成的铝酸钠3MQ•川2。

3易溶于水。

当水泥受到T湿交替作用吋，水泥石中的NaOH与空气屮的CO?

按下式反应：

NaOH+CO2+H2O—Na2CO3+H2O

牛成的MZ2CO3在毛细孔屮结晶析出，使水泥石被胀裂。

此外，糖、氨盐、动物脂肪、含烷酸的石油产品对水泥石也冇一定的腐蚀作用。

（5）腐蚀的原因与防止

a.水泥石易受腐蚀的基本原因

1）水泥石中含冇易受腐蚀的成分，即氢氧化钙和水化铝酸钙等；

2）水泥石