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§8硅酸盐水泥的性能•§8.1凝结•一、凝结过程•水泥加水拌和成水泥浆体，逐渐失去流动性、可塑性，形成具有一定强度的硬化浆体的过程。•⑴初凝时间：•从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性所需时间。•⑵终凝时间：•从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间。•二、凝结时间的重要意义•若初凝时间太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。•若终凝时间太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。•三、影响凝结时间的因素•1.熟料矿物组成•C3A含量高，易导致水泥的快凝（闪凝）•2.熟料矿物结构•慢冷熟料易导致水泥的快凝（慢冷时，C3A形成晶体）•3.水泥细度•细度细，水泥水化快，凝结时间短•4.水化温度•温度高，水泥水化快，凝结时间短•5.水灰比（水泥浆体稠度）•水灰比越大，水化速度就越快，但加水量过多，颗粒间距会增大，网络结构较难形成，所以凝结速度反而变慢。•6.调凝外加剂•促凝剂：如氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺等•缓凝剂：如糖钙、木钙、柠檬酸、锌盐、磷酸盐、石膏等•四、石膏的作用及其适宜掺量的确定•1.石膏的作用•可以控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。•改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性等。•主要作用是调节水泥的凝结时间•2.石膏的缓凝机理•水泥中掺加适宜石膏时，Ｃ3Ａ在石膏—石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（AFt，又称钙矾石）。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发生。•3.石膏的最佳掺量•石膏对水泥凝结时间的影响，并不与掺量成正比，并带有突变性。•石膏掺量1.3%：•不足以阻止快凝；•石膏掺量2.5%：•对凝结时间影响不大。•SO3掺入量：一般为1.5％～2.5％。•经验公式：•五、水泥的急凝与假凝•1.急凝•在C3A含量较高，或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，C3A迅速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙（C4AH13），并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，又称为“速凝”或“闪凝”。•2.假凝•假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。•造成假凝的主要原因是水泥在粉磨时受到高温，其中二水石膏脱水形成半水石膏甚至可溶性无水石膏。•§8.2强度•一、强度的产生和发展•水化形成大量C-S-H凝胶、Ca(OH)2、钙钒石(AFt)晶体；•C-S-H、钙钒石(AFt)生长成纤维状，相互交织联结，形成网络状结构，从而产生强度；•随着水化进行，水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。•二、影响强度的因素•1.熟料的矿物组成单矿物净浆抗压强度MPa矿物7d28d180d365dC3S31.6045.7050.2057.30β-C2S2.354.1218.9031.90C3A11.6012.2000C4AF29.4037.7048.3058.30•2.水泥细度•1um：搅拌中就完全水化，对强度无益；增加需水量，降低浇筑性能。•1～3um：可提高3d强度，但增加需水量。•3～32um：决定28d强度，含量越高越好；强度富余大，可增加混合材掺量。•32～65um：对强度有贡献，但贡献率低。•65um：只起骨架作用；含量增加，泌水性增大。•要求：水泥细度合适，级配合理•3.水泥石的结构•水泥石密实程度越高，强度就越高，与孔结构密切相关。•水泥水化所需的结合水一般占水泥质量的23％左右，水灰比大，多余的水蒸发形成气孔或通道，强度下降；•水灰比过小，拌合物干稠，施工振捣中不易密实，出现蜂窝、孔洞，强度严重下降。•4.养护温度和湿度•温度和湿度是影响水泥水化速度的重要因素。水泥水化过程中，必须在一定的时间内保持适当的温度和足够的湿度，以使水泥充分水化。•提高养护温度（即水化的温度），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会降低。•如果湿度不够，水泥的水化反应不能正常进行，甚至停止水化，会严重降低水泥强度。•§8.3体积变化与水化热•一、体积变化•1.化学减缩•水泥在水化硬化过程中，无水的熟料矿物转变为水化产物，固相体积大大增加，而水泥浆体的总体积却在不断缩小。由于这种体积减缩是化学反应所致，故称为化学减缩。•2.湿胀干缩•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。湿胀和干缩大部分是可逆的。•3.碳化收缩•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，出现收缩现象，称为碳化收缩。•二、水化热•水泥的水化热是由各种熟料矿物与水作用时产生的。在冬季施工中，水化放热能提高水泥浆体的温度，有利于水泥正常凝结。但在大体积混凝土工程中，水化放出的热量聚集在混凝土内部不易散失，导致混凝土结构内外温差较大而产生应力，致使混凝土不均匀膨胀而产生裂缝，给工程带来严重的危害。•§8.4硅酸盐水泥的耐久性•一、抗渗性•抗渗性是指硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质渗透的能力。•抗渗性一般用渗透系数k来表示。•ε-总孔隙率；•r-孔的水力半径(孔隙体积/孔隙表面积)；•η-流体的粘度；•C-常数。•渗透系数K正比于孔隙半径的平方，与总孔隙率却只有一次方的正比关系。•抗渗性主要与其孔隙率的大小及孔隙特征有关。•水灰比是影响水泥石（混凝土）抗渗性能的重要因素。•除降低水灰比外，还可以改变孔级配、变大孔为小孔以及尽量减小连通孔等途径来提高抗渗性，达到改善耐久性的目的。•二、抗冻性•抗冻性是指水泥石（混凝土）在水饱和状态下，经过多次冻融循环不破坏，强度也不严重降低的性能。•水泥的抗冻性一般是以试块能经受-15℃和20的循环冻融而抗压强度损失率小于25%时的最高冻融循环次数来表示，如200次或300次冻融循环等。次数越多说明抗冻性越好。•水泥石（混凝土）的抗冻性与其孔隙率及孔隙特征、强度、耐水性等因素有关。提高抗渗性是提高抗冻性的必要条件。•三、环境介质的侵蚀•对于水泥耐久性有害的环境介质主要为：淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。•1.淡水侵蚀•又称溶出侵蚀，它是指硬化水泥浆体受淡水浸析时，其组成逐渐被水溶解并在水流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。•Ca(OH)2首先被溶解，其次是高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐等分解而成为低碱性的水化产物。如果不断浸析，最后会变成硅酸凝胶、氢氧化铝等无胶结能力的产物。不过，对于抗渗性良好的硬化浆体或混凝土，淡水溶出过程的发展一般是很慢的。•2.离子交换反应•⑴形成可溶性钙盐•如盐酸等酸性水。•⑵形成不溶性钙盐•如草酸、酒石酸、氢氟酸以及磷酸等，与浆体中的Ca(OH)2反应，所形成的就是不溶又不膨胀的钙盐，不会引起破坏。•⑶镁盐侵蚀•氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁等镁盐，会与硬化浆体中的Ca(OH)2形成可溶性钙盐，析出氢氧化镁。在长期接触的条件下，水化硅酸钙凝胶中的Ca2+离子逐渐被Mg2+离子所置换，最终转化成水化硅酸镁，导致胶结性能下降。•3.形成膨胀性产物•⑴硫酸盐侵蚀•主要是由于硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与浆体所含的氢氧化钙作用生成硫酸钙，再和水化铝酸钙反应而生成钙矾石，从而使固相体积增加，产生相当的结晶压力，造成膨胀开裂以至毁坏。•⑵盐类结晶膨胀•四、碱－集料反应•碱－集料反应是指水泥石（混凝土）孔溶液中所含的碱（Na2O和K2O）与集料的活性成分（微晶质或非晶质SiO2等），在潮湿条件下逐渐发生化学反应，反应产物体积膨胀，导致水泥石（混凝土）开裂的现象。•反应条件•必须同时具备三个条件：一是在混凝土中存在着一定数量的活性集料；二是在混凝土中存在着一定数量的碱；三是存在着水。•五、耐久性的改善途径•1.提高密实性、改善孔结构•2.改变熟料矿物组成•降低熟料中铝酸三钙、相应增加铁铝酸钙的含量，可以提高水泥的抗硫酸盐能力。在煅烧熟料后采用急速冷却，增加玻璃体含量，对水泥的抗硫酸盐性会有不同的影响。如氧化铝含量高的水泥采用急冷提高抗硫酸盐性能；含氧化铁高的水泥，急冷反要使抗蚀性变差。•3.掺加混合材料•4.表层处理或涂覆