§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。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、C
a(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MPa2.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2
8d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：58.3048.3037.7029.40C4AF0012.2011.60C3A31.9018.904.122.35β-C2S57.3050.2045.7031.60C3S365d180d28d7d矿物 |
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