3水硬性凝胶材料的选择和应用教案docxWord格式文档下载.docx

1、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（1450C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

2、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 2SiO33H2O + 3Ca（0H）.水化硅酸钙凝胶氢氧化钙品体

3、2（23S/q）+4HQ3/72O+Ch（6W）?3CaO A/2O3 +H2O 3CaOAl2O3 GH.O水化铝酸三钙品体4CaO Al20y 2。 3CaO AgO、6H “O + CaO FO、 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3 CaOAl2O3 3CaSO4 3H2O ,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 3CaOAl2OCaSOA2H2O,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

4、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31所示。（

5、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31。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0.150.25,而实际工程中往往加入更多的水，以便利 用水的

6、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0C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

7、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

8、酸盐水泥（GB1751999）规定了细度、凝结时间、 体积安定性、强度等技术要求。 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。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：水泥中含有过多的游

9、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；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，

10、制作为4OmmX40mmX 160mrn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

11、，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

12、的氢氧化钙产生如下反应：MgCl2 + Ca（OH ）2 A CaCl2 + Mg（0H ）2MgSO4+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（pH2 CaCO3-iH2O牛成的CdCO3可以继续与碳酸反应，即有：CO2 +H2O + CaCO3 Ca（HCO3 ）

13、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

14、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