巖土工程師輔導(dǎo)資料:硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化過程2

　　4、 硅酸鹽水泥性能

　　硅酸鹽水泥性能主要有：強(qiáng)度、體積變化、凝結(jié)時(shí)間、水化熱、保水性與泌水性，下面我們一一講一下。

　　4.1強(qiáng)度：

　　水泥強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水泥質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。由于水泥的強(qiáng)度隨著齡期逐漸增長變化，

　　因此必須先說明一下養(yǎng)護(hù)齡期問題。

　　早期強(qiáng)度：通常將水泥28天以前的強(qiáng)度稱為早期強(qiáng)度;

　　后期強(qiáng)度：28天及其以后的強(qiáng)度稱為后期強(qiáng)度;

　　長期強(qiáng)度：也有將三個(gè)月、六個(gè)月或更長時(shí)間的強(qiáng)度稱為長期強(qiáng)度。

　　水泥強(qiáng)度的測定，必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。水泥強(qiáng)度與水泥的組成、水灰比、水化程度、環(huán)境溫度、濕度以及壓力等有關(guān)。

　　(1).強(qiáng)度與水泥組成

　　硅酸鹽水泥是由水泥熟料加適量石膏經(jīng)磨細(xì)而成，因此水泥熟料的組成實(shí)際上決定了水泥水化速度、水化產(chǎn)物本身的強(qiáng)度、形態(tài)與尺寸，對(duì)水泥強(qiáng)度的增長起著重要作用。研究表明，硅酸鹽礦物含量是決定水泥強(qiáng)度的主要因素，水泥強(qiáng)度不是幾種熟料礦物強(qiáng)度的簡單加和。硬化水泥漿體28天強(qiáng)度基本上依賴于C3S含量。C3S含量高的水泥，在28天已經(jīng)能發(fā)揮出最高強(qiáng)度的絕大部分，以后強(qiáng)度增長不大。而C2S含量高的水泥，雖然其強(qiáng)度增長速度開始時(shí)很慢，但能持續(xù)發(fā)展，到180天時(shí)其強(qiáng)度與前者已經(jīng)非常接近。C3A對(duì)水泥強(qiáng)度的影響，存在著不同看法。從單礦物強(qiáng)度發(fā)展來看，C3A主要對(duì)極早期的強(qiáng)度有利，但也有人認(rèn)為它對(duì)于28天強(qiáng)度仍有相當(dāng)貢獻(xiàn)。c4AF是硅酸鹽水泥熟料的幾個(gè)基本礦物組成中強(qiáng)度最差的一種，但有資料表明，C4AF不僅對(duì)水泥的早期強(qiáng)度有相當(dāng)貢獻(xiàn)，而且更有助于后期強(qiáng)度發(fā)展，其含量大小也是影響水泥各齡期強(qiáng)度的一個(gè)主要因素。

　　(2).強(qiáng)度與水灰比

　　水泥水化時(shí)，水灰比越大，產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙越多。水泥漿體越不密實(shí)，硬化水泥漿體強(qiáng)度越低。因此，水灰比直接影響硬化水泥漿體的孔隙率，并且與水泥的強(qiáng)度密切相關(guān)。

　　硬化水泥漿體的密實(shí)程度也用膠空比來表示。

　　膠空比：是指凝膠固相在漿體總體積中所占的比例，也就是凝膠體填充漿體內(nèi)原有孔隙的程度。

　　隨著水泥水化程度的提高，凝膠體積不斷增加，毛細(xì)孔隙率相應(yīng)減少，水泥漿體強(qiáng)度提高。因此，水泥漿體的強(qiáng)度與水泥水化程度之間也存在著相似的關(guān)系。當(dāng)水灰比一定時(shí)，水泥水化程度越高，漿體孔隙率越低，水泥強(qiáng)度越高;當(dāng)水泥的水化程度相同時(shí)，水灰比決定了漿體的孔隙率，水灰比越大，孔隙率越高，強(qiáng)度越低。

　　(3)、溫度和壓力的影響

　　提高養(yǎng)護(hù)溫度，水泥的水化加速，強(qiáng)度在初期能較快發(fā)展，但以后的強(qiáng)度發(fā)展可能有所降低，特別是抗折強(qiáng)度更為顯著。相反，在較低溫度時(shí)，雖然水化硬化速率變慢，但可能獲得較高的最終強(qiáng)度。提高養(yǎng)護(hù)溫度必須不使水泥漿體干燥，否則水化作用可能停止，因此，一般宜用飽和蒸汽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。如果將養(yǎng)護(hù)溫度提高到100℃以上，就必須采用高壓飽和蒸汽。但是，在蒸壓條件下，高溫對(duì)強(qiáng)度的損傷比較嚴(yán)重，而且水化產(chǎn)物的化學(xué)組成和物理性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化。

　　4.2 體積變化

　　體積安定性也是水泥的一項(xiàng)很重要性能指標(biāo)。如果水泥在水化、硬化過程中產(chǎn)生劇烈而不均勻的體積變化，其安定性不良，該水泥就不得使用。另一方面，水泥水化、硬化前后，其體系的總體積縮小，而固相體積增大;環(huán)境的溫度和濕度變化以及大氣作用等各種原因，也會(huì)引起水泥漿體在水化、硬化前后的體積變化，如：濕脹干縮和碳化收縮等，這些體積變化都會(huì)不同程度影響到硬化水泥漿體的物理力學(xué)和耐久性能。特別要重視水泥漿體的體積變化均勻性，如果體積變化很不均勻，影響將更為嚴(yán)重。

　　硬化水泥漿體的體積隨含水量而變。干燥使硬化水泥漿體產(chǎn)生體積收縮(簡稱“干縮”)，潮濕時(shí)則會(huì)發(fā)生體積膨脹(簡稱“濕脹”)。干縮和濕脹大部分是可逆的，硬化水泥漿體在第一次干燥收縮后，再在潮濕環(huán)境中，其體積收縮會(huì)部分得到恢復(fù)，因此干濕循環(huán)可導(dǎo)致硬化水泥漿體反復(fù)脹縮，但還遺留有部分不可逆收縮。干燥與失水有關(guān)，但兩者并不成線性關(guān)系。相對(duì)濕度不同，硬化水泥漿體的收縮也不同。目前對(duì)于干燥引起收縮的確切原因有不同解釋，一般認(rèn)為與毛細(xì)孔張力、表面張力以及層間水的變化等因素有關(guān)。

　　碳化收縮是引起硬化水泥漿體體積變化的主要方面?？諝庵械亩趸?，在有水汽存在條件下，可以與水泥漿體內(nèi)所含氫氧化鈣作用，生成碳酸鈣和水，從而引起硬化水泥漿體體積減少，這種體積收縮稱為碳化收縮，是不可逆收縮。

　　硬化水泥漿體體積的變化，不論是收縮還是膨脹，最重要的是體積變化的均勻性，劇烈而不均勻的體積變化，是使?jié){體整體性變差，甚至開裂破壞的一個(gè)主要因素。

　　4.3 凝結(jié)時(shí)間

　　水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間，對(duì)于工程施工具有重要意義。

　　水泥漿體結(jié)構(gòu)的形成過程實(shí)際上就是水泥水化產(chǎn)物長大、增多到足以將各種顆粒初步聯(lián)接成網(wǎng)的過程。因此，凡是影響水泥水化速度的各種因素，基本上也同樣地影響著水泥的凝結(jié)時(shí)間，如礦物組成、細(xì)度、水灰比、溫度和外加劑等。從礦物組成來看，Ga3A水化最為迅速，C3S水化快，數(shù)量也多，因而這兩種礦物與水泥的凝結(jié)、硬化速度關(guān)系最為密切。一般如果是水泥熟料經(jīng)磨細(xì)后遇水，會(huì)迅速發(fā)生凝結(jié)，因此常在水泥熟料中加入適量石膏，以調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間。

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