蘭州交通大學(xué)工程檢測有限公司工作論文-硅酸水泥

蘭州交通大學(xué)工程檢測有限公司工作論文 題 目： 硅酸鹽水泥 姓 名： 王 瑾 科 室： 實(shí)驗(yàn)室 指導(dǎo)教師： 目錄摘要1關(guān)鍵詞1硅酸鹽水泥的凝間1凝結(jié)速度1假凝現(xiàn)象2調(diào)凝外加劑2緩凝劑3 促凝劑3硅硅酸鹽水泥的強(qiáng)度4強(qiáng)度的產(chǎn)生與發(fā)展4影響水泥強(qiáng)度的因素4熟料的礦物組成4水泥細(xì)度5施工條件5硅酸鹽水泥的體積變化和水化熱6化學(xué)縮寫6濕脹干縮7碳化收縮7總結(jié)9參考文獻(xiàn)109摘要：硅酸鹽水泥在現(xiàn)代建筑工程中主要用以配制砂漿、混凝土和生產(chǎn)水泥制品，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水泥作為大量應(yīng)用的工程材料，研究和改善其性能，對于發(fā)展水泥品種、提高建筑效率、改善工程質(zhì)量都具有十分重要的意義。硅酸鹽水泥的性能包括：物理性能，如密度細(xì)度等，建筑性能，如凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、體積變化和水化熱、耐久性等。關(guān)鍵詞：凝結(jié)時(shí)間，強(qiáng)度，水化熱1.硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間，對于建筑工程的施工具有十分重要的意義。水泥漿體的凝結(jié)可分為初凝和終凝。初凝表示水泥漿體失去流動(dòng)性和部分可塑性，開始凝結(jié)終凝則表示水泥漿體逐漸硬化，完全失去可塑性，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、能抵抗一定的外個(gè)來壓力。從水泥加水拌合到水泥初凝所經(jīng)歷的時(shí)間稱為“初凝時(shí)間”，到終凝所經(jīng)歷的時(shí)間稱為“終凝時(shí)間”。根據(jù)中國水泥標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝不得早于45min,終凝不得遲于390min。1.1凝結(jié)速度水泥凝結(jié)時(shí)間的長短決定于其凝結(jié)速度的快慢。從水泥的水化硬化過程可知，水泥加水拌合后熟料礦物開始水化，熟料中各礦物28d的水化速度大小順序?yàn)镃3AC3SC4AFC2S，并產(chǎn)生各種水化物，C3S與C2S水化生成C-S-H凝膠和Ga(OH)2, C3A與C4AF在石膏作用下，根據(jù)石膏摻量的不同可分別水化生成三硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣（AFt）、單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣（AFm）和C4AH13固溶體。隨著水化作用的繼續(xù)進(jìn)行，水化產(chǎn)物逐漸長大增多并初步聯(lián)接成網(wǎng)，逐漸失去流動(dòng)性和可塑性而凝結(jié)。所以，凡是影響水化速度的各種因素，基本上也同樣影響水泥的凝結(jié)速度，如熟料礦物組成、水泥細(xì)度、水灰比、溫度和外加劑等。 水泥的凝結(jié)速度與熟料礦物水化有關(guān)，又與各礦物的含量有關(guān)。決定凝結(jié)速度的礦物為C3A和C3S，快凝是由C3A造成的，而正常凝結(jié)則是受C3S的制約的。事實(shí)上，水泥的凝結(jié)速度還與礦物和水化產(chǎn)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)系。實(shí)驗(yàn)證明，即使化學(xué)組成和表面積完全相同的水泥，由于煅燒制度的差異認(rèn)可是熟料結(jié)構(gòu)有所不同，凝結(jié)時(shí)間也將發(fā)上相應(yīng)的變化。與此同時(shí)，溫度的變化也會(huì)影響水泥的凝結(jié)速度。溫度升高水化加快凝結(jié)時(shí)間縮短，反之凝結(jié)時(shí)間會(huì)延長?？傊?，影響水泥凝結(jié)快慢的因素是多方面的，但主要還是C3A的影響，因此在生產(chǎn)上都是摻入石膏來控制水泥的凝結(jié)時(shí)間。1.2假凝現(xiàn)象 假凝是指水泥的一種不正常的早期固化或過早變硬現(xiàn)象。在水泥用水拌合的幾分鐘內(nèi)，物料就顯示凝結(jié)。假凝和快凝是不同的，前者放熱量極微，而且經(jīng)劇烈攪拌后，漿體又可恢復(fù)塑性，并達(dá)到正常凝結(jié)，對強(qiáng)度并無不利影響；而快凝或閃凝往往是由于緩凝不夠所引起的，漿體已具有一定強(qiáng)度，重拌并不能使其再具塑性。 實(shí)踐表明，假凝現(xiàn)象在摻有混合材料的水泥中很少產(chǎn)生。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了防止所摻的二水石膏脫水，在水泥粉磨時(shí)常采用必要的降溫措施。還應(yīng)盡量采用無水硫酸鈣含量較高的石膏，將水泥適當(dāng)存放一段時(shí)間，或者在制備混泥土?xí)r延長攪拌時(shí)間等，也可以消除假凝現(xiàn)象的產(chǎn)生。1.3調(diào)凝外加劑 除石膏外，還有許多無機(jī)鹽或有機(jī)化合物，能夠影響硅酸鹽水泥的凝結(jié)過程，它們均可作為調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的外加劑，通常有緩凝劑和促凝劑（早強(qiáng)劑）兩種。1.3.1緩凝劑 緩凝劑是用來延長凝結(jié)時(shí)間，使新拌混泥土漿體較長時(shí)間保持塑性，以便滿足較長時(shí)間運(yùn)輸?shù)男枰?，提高施工效率的外加劑?？梢詰?yīng)用的有幾緩凝劑有：木質(zhì)素磺酸鹽、羥基羌酸及其鹽、多元醇及其衍生物、糖類及碳水化合物、按沿河氨酸等；無機(jī)緩凝材料包括：硼砂，氯化鋅，碳酸鋅、鐵、通、鋅和鎘的硫酸鹽、磷酸鹽和偏磷酸鹽等由于其緩凝作用不穩(wěn)定，因此不常使用，他們的作用機(jī)理在于在水泥顆粒表面形成難溶性膜，阻礙水泥水化過程。1.3.2促凝劑 促凝劑是減少水泥漿由塑性變?yōu)楣虘B(tài)所需時(shí)間的外加劑。在施工過程中，有時(shí)要求水泥漿體較快的凝結(jié)和硬化，或者要求較高的早期強(qiáng)度。在低溫氣候條件下要求加速水泥水化和硬化。這些場合需要促凝劑。 可以應(yīng)用的無極促凝劑有：銨鹽、碳酸鹽、硅酸鹽、氟硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽等或者氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化銨等。其中最常用的是氯化鈣。通常認(rèn)為，雖然絕大部分無機(jī)電解質(zhì)有促進(jìn)C3S水化的作用，但其中尤以可溶性的鹽最為有效。其主要作用是能使液相提早達(dá)到必須的Ca(OH)2過飽和度，從而加快Ca(OH)2的結(jié)晶析出，縮短誘導(dǎo)期。值得注意的是，有些外加劑在摻量改變時(shí)會(huì)起相反作用，如緩凝劑，在一定摻量時(shí)緩凝，超量則凝結(jié)加速。還有，加有緩凝劑的水泥，凝結(jié)延遲，早期強(qiáng)度的發(fā)展變慢，而后期強(qiáng)度反而有所增加；而加有促凝劑的水泥，常兼有塊硬早強(qiáng)的特性，但最終強(qiáng)度卻又會(huì)低于正常硬化下的強(qiáng)度。為了克服對后期物理性質(zhì)的不利影響，往往采用無機(jī)鹽與有機(jī)表面活性劑或聚合物電解質(zhì)組成的復(fù)合外加劑。2.硅酸鹽水泥的強(qiáng)度 水泥的強(qiáng)度是評價(jià)水泥質(zhì)量的重要指標(biāo)，是劃分強(qiáng)度等級的依據(jù)。通常按齡期將28d以前的強(qiáng)度稱為早期強(qiáng)度；28d及以后的強(qiáng)度稱為后期強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度及其發(fā)展與很多因素有關(guān)，如熟料的礦物組成、水泥細(xì)度、水灰比、養(yǎng)護(hù)溫度、石膏摻量以及外加劑等。2.1強(qiáng)度的產(chǎn)生與發(fā)展有關(guān)硬化水泥強(qiáng)度的產(chǎn)生，存在這不同的說法。一種說法認(rèn)為，水泥加水拌合后熟料礦物迅速水化，隨著水化的進(jìn)一步進(jìn)行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增加，晶體尺寸不斷長大，從而使硬化漿體結(jié)構(gòu)更為致密，強(qiáng)度逐漸提高。另一種看法認(rèn)為，硬化水泥漿體強(qiáng)度的產(chǎn)生，是由于水化產(chǎn)物尤其是C-S-H凝膠素具有的巨大表面能，導(dǎo)致克里產(chǎn)生范德華力或化學(xué)鍵力，吸引其他離子形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有強(qiáng)度。2.2影響水泥強(qiáng)度的因素影響水泥強(qiáng)度的因素非常復(fù)雜，而且涉及很廣，有些機(jī)理目前還缺乏確切的結(jié)論，仍有待進(jìn)一步研究。2.2.1熟料的礦物組成在硅酸鹽水泥熟料中，四種主要礦物C3S、C2S、C3A、C4AF每一種都已單獨(dú)的相存在，并在水化反應(yīng)中顯示各自不同的特性。因此，礦物組成及其相對含量對水泥的水化速度、水化物的形態(tài)和尺寸有決定性影響，對水泥強(qiáng)度的形成和發(fā)展有著至關(guān)重要的作用?？梢哉f，礦物組成是是水泥中期強(qiáng)度、強(qiáng)度增長速度和后期強(qiáng)度高低最為重要的影響因素。作為調(diào)凝集加入的石膏，也能改變水泥的強(qiáng)度。石膏對強(qiáng)度的影響受細(xì)度、C3A含量和堿含量等因素控制當(dāng)加入適量的石膏時(shí)，有利于提高水泥的強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度，但石膏加入量過多時(shí)，則會(huì)使水泥產(chǎn)生體積膨脹而使強(qiáng)度降低。應(yīng)該注意的是，水泥的強(qiáng)度并非是幾種礦物強(qiáng)度的簡單加和，還與各種礦物之間的比例、煅燒條件、結(jié)構(gòu)形態(tài)、微量元素存在著一定的關(guān)聯(lián)。因此，必須把各種影響因素綜合考慮，否則將直接影響水泥的強(qiáng)度。2.2.2水泥細(xì)度水泥細(xì)度對強(qiáng)度和強(qiáng)度增長速度也有著十分重要的影響。水泥越細(xì)，顆粒分布范圍越窄越均勻，其水化速度越快，而且水化更為完全，水泥的強(qiáng)度尤其是早期強(qiáng)度越高。適當(dāng)增大水泥細(xì)度，還能改善漿體泌水性、和易性和黏結(jié)力等。而且顆粒水泥只能在表面水化，未水化部分只起填充作用。不同細(xì)度的水泥水化活性不同，但是水泥越細(xì)標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量越大，增大了硬化漿體結(jié)構(gòu)的孔隙率，從而引起強(qiáng)度下降。因此，水泥細(xì)度只有在一定范圍內(nèi)強(qiáng)度才能最高。2.2.3施工條件水泥石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度預(yù)期施工過程密切相關(guān)在施工過程中，水灰比、顆粒級配、攪拌振搗的程度、養(yǎng)護(hù)溫度及是否采用外加劑等對強(qiáng)度都有很大影響。水灰比及密實(shí)程度水泥的水化越高，單位體積內(nèi)水化產(chǎn)物就越多，水泥漿體內(nèi)毛細(xì)孔被水化產(chǎn)物填充的程度就高，水泥漿體的密實(shí)程度也就高些。事實(shí)上，水灰比是孔隙率的一個(gè)量度，在水泥組成和細(xì)度相同的情況下，水灰比與強(qiáng)度之間的關(guān)系，和孔隙率與強(qiáng)度之間的關(guān)系相類似養(yǎng)護(hù)溫度在水泥水化過程中，提高養(yǎng)護(hù)溫度（即水化的溫度），可以使早期強(qiáng)度得到較快發(fā)展，但后期強(qiáng)度特別是抗折強(qiáng)度反而會(huì)降低。應(yīng)該注意的是，在提高養(yǎng)護(hù)溫度的同時(shí)，必須使?jié){體保持濕潤，否則水化將可能停止。為防止強(qiáng)度下降，一般在漿體蒸壓時(shí)摻假適量硅質(zhì)材料，如細(xì)石英砂或粉煤灰等。外加劑在現(xiàn)代建筑工程中，幾乎絕大部分混凝土及其制品中都采用外加劑。根據(jù)需要采用適當(dāng)?shù)耐饧觿λ嗍Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也會(huì)有一定的影響。如采用摻入量適當(dāng)品種與摻量的減水劑，可使水灰比大幅度減小到0.25，穩(wěn)定的促進(jìn)強(qiáng)度的增長；采用早強(qiáng)劑可大幅度調(diào)高早期強(qiáng)度；而采用另外一些外加劑如引氣劑、膨脹劑、速凝劑等則會(huì)引起后期強(qiáng)度的降低，固在使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其摻加量。3.硅酸鹽水泥的體積變化和水化熱3.1.1化學(xué)縮寫水泥在水化硬化過程中，無水的熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)物，固相體積大大增加，而水泥漿體的體積卻在不斷縮小，由于這種減縮是化學(xué)反應(yīng)所致，故稱化學(xué)減縮。水泥水化后固相體積總是大大增加，即填充原來體系中水所占的部位，使硬化漿體變得更加致密，因而導(dǎo)致整個(gè)體系產(chǎn)生體積減縮現(xiàn)象當(dāng)硬化過程在空氣中進(jìn)行時(shí)，會(huì)引起外表體積收縮，同時(shí)在體系內(nèi)產(chǎn)生氣孔。由于化學(xué)減縮是水泥水化反映的結(jié)果，所以可以利用化學(xué)減縮來間接說明水泥的水花速度和水化程度。在一定齡期內(nèi)化學(xué)減縮越大，說明水化速度越大，水化程度越高。同時(shí)化學(xué)減縮作用帶來的孔隙數(shù)量也是相當(dāng)大的。不過，隨著水化作用的進(jìn)展，化學(xué)減縮雖在相應(yīng)增加，但固相體積的大幅度增長，填充了大部分孔隙，總孔隙率還是在不斷減少的。3.1.2濕脹干縮硬化水泥漿體的體積隨其含水量而變化。漿體結(jié)構(gòu)含水量增加時(shí)，期中凝膠粒子由于分子吸附作用而分開，導(dǎo)致體積膨脹；如果含水量減少則會(huì)使體積收縮。濕脹和干縮大部分是可逆的。干燥與失水有關(guān)，但二者沒有線性關(guān)系。關(guān)于干燥引起收縮的確切原因，目前尚有不同看法，一般認(rèn)為與毛細(xì)孔張力、表面張力、拆散壓力及層間水的變化等因素有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)適當(dāng)降低水灰比，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少干縮。3.1.3碳化收縮在一定的相對濕度下，硬化水泥漿體中的水化產(chǎn)物會(huì)與空氣中的二氧化碳反應(yīng)造成硬化漿體的體積減少，出現(xiàn)不可逆的收縮現(xiàn)象稱為碳化收縮。通常在大氣中，實(shí)際的碳化速度很慢，而且僅限于表面進(jìn)行，大約在1年后才會(huì)在硬化水泥漿體表面產(chǎn)生微裂縫，只影響其外觀質(zhì)量，對強(qiáng)度并沒有不利影響。綜上所述，引起硬化水泥漿體體積變化的因素是多方面的。在生產(chǎn)應(yīng)用中，不論是膨脹還是收縮，最重要的是體積變化的均勻性，如果水泥形成的固相發(fā)生局部的不均勻膨脹，則會(huì)引起硬化漿體結(jié)構(gòu)破壞，造成安定性不良但如控制得當(dāng)，所增加的固相體積恰能使水泥漿體產(chǎn)生均勻的膨脹，反而有利于水泥石結(jié)構(gòu)變得更加致密，提高其強(qiáng)度，相應(yīng)改善抗凍、抗?jié)B等性能；甚至還可以利用其作為膨脹組分，稱為配置各種膨脹水泥的基礎(chǔ)。3.2水化熱水泥的水化熱是由各種熟料礦物與水作用時(shí)產(chǎn)生的，在冬季施工中，水化放熱能提高水泥漿體的溫度，有利于水泥正常凝結(jié)，不致因環(huán)境溫度過低而使水化太慢，影響施工進(jìn)度。但在大體積混凝土工程中，水化放出的熱量聚集在混凝土內(nèi)部不易散失，使其內(nèi)部溫度升高，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大而產(chǎn)生應(yīng)力，致使混凝土結(jié)構(gòu)不均勻膨脹而產(chǎn)生裂縫，給工程帶來嚴(yán)重的危害。所以，水化熱是大體積混凝土工程一個(gè)重要的使用性能，如何降低水化熱，是提高大體積混凝土質(zhì)量的重要舉措之一。水泥水化放熱的時(shí)間很長，但大部分熱量是在3d以內(nèi)，特別是在水泥漿發(fā)生凝結(jié)、硬化的初期放出。由此可知調(diào)整熟料礦物組成是配置地?zé)崴嗟幕敬胧?。總結(jié)硅酸鹽水泥是一種水硬性膠凝材料。它是由硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等四種礦物組分組成。這四種組分水化產(chǎn)物只要有：水化硅酸鈣（C-S-H）、氫氧化鈣、鈣礬石、單硫鹽