岩土基础知识(一)辅导:硅酸盐水泥凝结硬化过程(二)
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发布时间：2023-06-07 06:13
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时间：2024-10-13 00:24
硅酸盐水泥性能主要有：强度、体积变化、凝结时间、水化热、保水性与泌水性，下面我们一一讲一下。
4.1强度：
水泥强度是评价水泥质量的主要指标之一。由于水泥的强度随着龄期逐渐增长变化，
因此必须先说明一下养护龄期问题。
早期强度：通常将水泥28天以前的强度称为早期强度；
后期强度：28天及其以后的强度称为后期强度；
长期强度：也有将三个月、六个月或更长时间的强度称为长期强度。
水泥强度的测定，必须按照国家标准规定进行。水泥强度与水泥的组成、水灰比、水化程度、环境温度、湿度以及压力等有关。
（1）．强度与水泥组成
硅酸盐水泥是由水泥熟料加适量石膏经磨细而成，因此水泥熟料的组成实际上决定了水泥水化速度、水化产物本身的强度、形态与尺寸，对水泥强度的增长起着重要作用。研究表明，硅酸盐矿物含量是决定水泥强度的主要因素，水泥强度不是几种熟料矿物强度的简单加和。硬化水泥浆体28天强度基本上依赖于C3S含量。C3S含量高的水泥，在28天已经能发挥出强度的绝大部分，以后强度增长不大。而C2S含量高的水泥，虽然其强度增长速度开始时很慢，但能持续发展，到180天时其强度与前者已经非常接近。C3A对水泥强度的影响，存在着不同看法。从单矿物强度发展来看，C3A主要对极早期的强度有利，但也有人认为它对于28天强度仍有相当贡献。c4AF是硅酸盐水泥熟料的几个基本矿物组成中强度最差的一种，但有资料表明，C4AF不仅对水泥的早期强度有相当贡献，而且更有助于后期强度发展，其含量大小也是影响水泥各龄期强度的一个主要因素。
（2）．强度与水灰比
水泥水化时，水灰比越大，产生的毛细孔隙越多。水泥浆体越不密实，硬化水泥浆体强度越低。因此，水灰比直接影响硬化水泥浆体的孔隙率，并且与水泥的强度密切相关。
硬化水泥浆体的密实程度也用胶空比来表示。
胶空比：是指凝胶固相在浆体总体积中所占的比例，也就是凝胶体填充浆体内原有孔隙的程度。
随着水泥水化程度的提高，凝胶体积不断增加，毛细孔隙率相应减少，水泥浆体强度提高。因此，水泥浆体的强度与水泥水化程度之间也存在着相似的关系。当水灰比一定时，水泥水化程度越高，浆体孔隙率越低，水泥强度越高；当水泥的水化程度相同时，水灰比决定了浆体的孔隙率，水灰比越大，孔隙率越高，强度越低。
（3）、温度和压力的影响
提高养护温度，水泥的水化加速，强度在初期能较快发展，但以后的强度发展可能有所降低，特别是抗折强度更为显著。相反，在较低温度时，虽然水化硬化速率变慢，但可能获得较高的最终强度。提高养护温度必须不使水泥浆体干燥，否则水化作用可能停止，因此，一般宜用饱和蒸汽进行养护。如果将养护温度提高到100℃以上，就必须采用高压饱和蒸汽。但是，在蒸压条件下，高温对强度的损伤比较严重，而且水化产物的化学组成和物理性质都会发生变化。
4.2 体积变化
体积安定性也是水泥的一项很重要性能指标。如果水泥在水化、硬化过程中产生剧烈而不均匀的体积变化，其
安定性不良，该水泥就不得使用。另一方面，水泥水化、硬化前后，其体系的总体积缩小，而固相体积增大；
环境的温度和湿度变化以及大气作用等各种原因，也会引起水泥浆体在水化、硬化前后的体积变化，如：湿胀干缩和碳化收缩等，这些体积变化都会不同程度影响到硬化水泥浆体的物理力学和耐久性能。特别要重视水泥浆体的体积变化均匀性，如果体积变化很不均匀，影响将更为严重。
硬化水泥浆体的体积随含水量而变。干燥使硬化水泥浆体产生体积收缩(简称“干缩”)，潮湿时则会发生体积膨胀(简称“湿胀”)。干缩和湿胀大部分是可逆的，硬化水泥浆体在第一次干燥收缩后，再在潮湿环境中，其体积收缩会部分得到恢复，因此干湿循环可导致硬化水泥浆体反复胀缩，但还遗留有部分不可逆收缩。干燥与失水有关，但两者并不成线性关系。相对湿度不同，硬化水泥浆体的收缩也不同。目前对于干燥引起收缩的确切原因有不同解释，一般认为与毛细孔张力、表面张力以及层间水的变化等因素有关。
碳化收缩是引起硬化水泥浆体体积变化的主要方面。空气中的二氧化碳，在有水汽存在条件下，可以与水泥浆体内所含氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水，从而引起硬化水泥浆体体积减少，这种体积收缩称为碳化收缩，是不可逆收缩。
硬化水泥浆体体积的变化，不论是收缩还是膨胀，最重要的是体积变化的均匀性，剧烈而不均匀的体积变化，是使浆体整体性变差，甚至开裂破坏的一个主要因素。
4.3 凝结时间
水泥浆体的凝结时间，对于工程施工具有重要意义。
水泥浆体结构的形成过程实际上就是水泥水化产物长大、增多到足以将各种颗粒初步联接成网的过程。因此，凡是影响水泥水化速度的各种因素，基本上也同样地影响着水泥的凝结时间，如矿物组成、细度、水灰比、温度和外加剂等。从矿物组成来看，Ga3A水化最为迅速，C3S水化快，数量也多，因而这两种矿物与水泥的凝结、硬化速度关系最为密切。一般如果是水泥熟料经磨细后遇水，会迅速发生凝结，因此常在水泥熟料中加入适量石膏，以调节凝结时间。
