影響硅酸鹽水泥凝結(jié)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(jié)硬化過程以及產(chǎn)生強(qiáng)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(jié)硬化速度最快,因此它是影響水泥凝結(jié)時(shí)間的決定因素,在無石膏存在時(shí),它能使水泥瞬間產(chǎn)生凝結(jié)。C3A的C3A水化和凝結(jié)硬化速度可通過摻和適量石膏加以控制。在有石膏存在時(shí),C3A水化后易與石膏反應(yīng)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(hù)膜,阻礙C3A的水化,從而起到延緩水泥凝結(jié)的作用。但石膏摻量不能過多,因?yàn)槎鄷r(shí)不僅延緩作用不大,還會(huì)對(duì)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(zhì)及質(zhì)量,同時(shí)也與水泥細(xì)度和熟料中SO3含量有關(guān)。一般生產(chǎn)水泥時(shí)石膏摻量占水泥質(zhì)量的3%–5%,具體摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。
硅酸鹽水泥各熟料礦物的水化、凝結(jié)硬化特性見下表。
性能指標(biāo) | 熟料礦物 | ||||
C3S | C2S | C3A | C4AF | ||
水化速率 | 快 | 慢 | 最快 | 快,僅次于C3A | |
凝結(jié)硬化速率 | 快 | 慢 | 最快 | 快 | |
28d水化熱 | 多 | 少 | 最多 | 中 | |
強(qiáng)度 | 早期 | 高
高 |
低
低 |
低
低 |
低
低 |
后期 |
(2) 水泥細(xì)度的影響
水泥顆粒的粗細(xì)直接影響水泥的水化、凝結(jié)硬化、強(qiáng)度、干縮及水化熱等,這是因?yàn)樗嗟乃?、凝結(jié)硬化、強(qiáng)度、干縮及水化熱等,這是因?yàn)樗嗉铀?,開始僅在水泥顆粒的表面進(jìn)行水化,而后逐步向顆粒內(nèi)部發(fā)展,而且是一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的過程。顯然,水泥顆粒越細(xì),水化作用的發(fā)展就越迅速而充分,使凝結(jié)硬化的速度加快,早期強(qiáng)度也就越高。但水泥顆粒過細(xì),易與空氣中的水分及二氧化碳反應(yīng),致使水泥不宜久存,過細(xì)的水泥硬化時(shí)產(chǎn)生的收縮亦較大,而且磨制過細(xì)的水泥耗能多,成本高。一般認(rèn)為,水泥顆粒小于40μm時(shí)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(nèi)。
(3) 拌合加水量的影響
拌合水泥漿體時(shí),為使?jié){體察具有一定塑性和流動(dòng)性,所加入的水量通常要大大超過水泥充分水化時(shí)所需的水量,多余的水在硬化的水泥石內(nèi)形成毛細(xì)孔。因此拌合水越多,硬化水泥石中的毛細(xì)孔就越多,當(dāng)水灰比(用水量占水泥質(zhì)量之比)為0. 40時(shí),完全水化后水泥石的總空隙率為29.6%。而水灰比為0.07時(shí),水泥石的孔隙率高達(dá)50.3%。水泥石的強(qiáng)度隨其毛細(xì)孔率的增加呈線性關(guān)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(qiáng)度的主要因素。
(4) 養(yǎng)護(hù)濕度和溫度的影響
水是參與水泥水化反應(yīng)的物質(zhì),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(yīng)保持潮濕狀態(tài),以利獲得和增強(qiáng)強(qiáng)度。提高溫度可加速水化反應(yīng),通常,提高溫度可加速硅酸鹽水泥的早期水化,使早期強(qiáng)度能較快發(fā)展,但對(duì)后期強(qiáng)度反而可能有所降低。相反,在較高溫度下硬化時(shí),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(qiáng)度。不過在00C以下,當(dāng)水結(jié)成冰時(shí),水泥的水化、凝結(jié)硬化作用將停止。
(5) 養(yǎng)護(hù)期的影響
水泥的水化硬化是一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期不斷進(jìn)行的過程,隨著水泥顆粒內(nèi)各熟料礦物水化程度的提高,凝膠體不斷增加,毛細(xì)孔隙相應(yīng)減少,從而隨著齡期的增長(zhǎng)使水泥石的強(qiáng)度逐漸提高。由于熟料礦物中對(duì)強(qiáng)度起決定性作用的C3S在早期的強(qiáng)度發(fā)展快,所以水泥在3—14d內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)較快,28d后增長(zhǎng)緩慢。
(6) 調(diào)凝外加劑的影響
由于實(shí)際上硅酸鹽水泥的水化、凝結(jié)硬化在很大程度上受到C3S、C3A的制約,因此凡對(duì)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(jié)硬化性能。例如加入促凝劑(CaCl2 、Na2SO4等)就能促進(jìn)水泥水化、硬化,提高早期強(qiáng)度。相反,摻和緩凝劑(木鈣、糖類等)就會(huì)延緩水泥的水化硬化,影響水泥早期強(qiáng)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(jié)塊,從而喪失膠凝能力,嚴(yán)重降低其強(qiáng)度。而且即使在良好的儲(chǔ)存條件下,水泥也不可儲(chǔ)存過久,因?yàn)樗鄷?huì)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(gè)月后水泥強(qiáng)度約降低10%–20%,六個(gè)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(yīng)速率減緩。據(jù)研究測(cè)試,當(dāng)包裹層厚達(dá)25μm時(shí),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(fù)部分活性。至于輕微結(jié)塊(能用手捏碎)的水泥,強(qiáng)度約降低10%–20%,這種水泥可以適當(dāng)方式壓碎后用于次要工程。