影響硅酸鹽水泥凝結硬化的主要因素
(1) 熟料礦物組成的影響
硅酸鹽水泥的四種熟料礦物組成,是影響水泥的水化速度、凝結硬化過程以及產(chǎn)生強度的主要因素。
硅酸鹽水泥的四種熟料礦物中,C3A的水化和凝結硬化速度最快,因此它是影響水泥凝結時間的決定因素,在無石膏存在時,它能使水泥瞬間產(chǎn)生凝結。C3A的C3A水化和凝結硬化速度可通過摻和適量石膏加以控制。在有石膏存在時,C3A水化后易與石膏反應而生成難溶于水的鈣礬石,它沉淀在水泥顆粒表面形成保護膜,阻礙C3A的水化,從而起到延緩水泥凝結的作用。但石膏摻量不能過多,因為多時不僅延緩作用不大,還會對水泥引起安定性不良。合理的石膏摻量主要取決于水泥中的C3A含量和石膏的品質及質量,同時也與水泥細度和熟料中SO3含量有關。一般生產(chǎn)水泥時石膏摻量占水泥質量的3%–5%,具體摻量應通過試驗確定。
硅酸鹽水泥各熟料礦物的水化、凝結硬化特性見下表。
性能指標 | 熟料礦物 | ||||
C3S | C2S | C3A | C4AF | ||
水化速率 | 快 | 慢 | 最快 | 快,僅次于C3A | |
凝結硬化速率 | 快 | 慢 | 最快 | 快 | |
28d水化熱 | 多 | 少 | 最多 | 中 | |
強度 | 早期 | 高
高 |
低
低 |
低
低 |
低
低 |
后期 |
(2) 水泥細度的影響
水泥顆粒的粗細直接影響水泥的水化、凝結硬化、強度、干縮及水化熱等,這是因為水泥的水化、凝結硬化、強度、干縮及水化熱等,這是因為水泥加水后,開始僅在水泥顆粒的表面進行水化,而后逐步向顆粒內部發(fā)展,而且是一個較長時間的過程。顯然,水泥顆粒越細,水化作用的發(fā)展就越迅速而充分,使凝結硬化的速度加快,早期強度也就越高。但水泥顆粒過細,易與空氣中的水分及二氧化碳反應,致使水泥不宜久存,過細的水泥硬化時產(chǎn)生的收縮亦較大,而且磨制過細的水泥耗能多,成本高。一般認為,水泥顆粒小于40μm時就具有較高的活性,大于100μm活性較小。通常,水泥顆粒的粒徑在7-200μm(0.007—0.2mm)范圍內。
(3) 拌合加水量的影響
拌合水泥漿體時,為使?jié){體察具有一定塑性和流動性,所加入的水量通常要大大超過水泥充分水化時所需的水量,多余的水在硬化的水泥石內形成毛細孔。因此拌合水越多,硬化水泥石中的毛細孔就越多,當水灰比(用水量占水泥質量之比)為0. 40時,完全水化后水泥石的總空隙率為29.6%。而水灰比為0.07時,水泥石的孔隙率高達50.3%。水泥石的強度隨其毛細孔率的增加呈線性關系下降。因此,在熟料礦物組成大致相近的情況下,拌和水泥漿的用水量是影響硬化水泥石強度的主要因素。
(4) 養(yǎng)護濕度和溫度的影響
水是參與水泥水化反應的物質,是水泥水化、硬化的必要條件,因此,用水泥拌制的砂漿和混凝土,在澆筑后應保持潮濕狀態(tài),以利獲得和增強強度。提高溫度可加速水化反應,通常,提高溫度可加速硅酸鹽水泥的早期水化,使早期強度能較快發(fā)展,但對后期強度反而可能有所降低。相反,在較高溫度下硬化時,雖然硬化速度慢,但水化產(chǎn)物較致密,所以可獲得較高的最終強度。不過在00C以下,當水結成冰時,水泥的水化、凝結硬化作用將停止。
(5) 養(yǎng)護期的影響
水泥的水化硬化是一個較長時期不斷進行的過程,隨著水泥顆粒內各熟料礦物水化程度的提高,凝膠體不斷增加,毛細孔隙相應減少,從而隨著齡期的增長使水泥石的強度逐漸提高。由于熟料礦物中對強度起決定性作用的C3S在早期的強度發(fā)展快,所以水泥在3—14d內強度增長較快,28d后增長緩慢。
(6) 調凝外加劑的影響
由于實際上硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化在很大程度上受到C3S、C3A的制約,因此凡對C3S和C3A的水化能產(chǎn)生影響的外加劑,都能改變硅酸鹽水泥的水化、凝結硬化性能。例如加入促凝劑(CaCl2 、Na2SO4等)就能促進水泥水化、硬化,提高早期強度。相反,摻和緩凝劑(木鈣、糖類等)就會延緩水泥的水化硬化,影響水泥早期強度的發(fā)展。
(7) 水泥受潮與久存
水泥受潮后,因表面已水化而結塊,從而喪失膠凝能力,嚴重降低其強度。而且即使在良好的儲存條件下,水泥也不可儲存過久,因為水泥會吸收空氣中的水分和二氧化碳,產(chǎn)生緩慢水化和碳化作用,經(jīng)過三個月后水泥強度約降低10%–20%,六個月后降低15%–30%,一年后約降低25%–40%
由于水泥水化從顆粒表面開始,水化過程中水泥顆粒被水化物C—S—H凝膠所包裹,隨著包裹層厚的增加,反應速率減緩。據(jù)研究測試,當包裹層厚達25μm時,水化將終止。因此,受潮水泥顆粒只在表面水化,若將其重磨,可使其暴露出新表面而恢復部分活性。至于輕微結塊(能用手捏碎)的水泥,強度約降低10%–20%,這種水泥可以適當方式壓碎后用于次要工程。