3水硬性凝胶材料的选择和应用(教案)

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1、学习情境3水硬性胶凝材料的选择和应用水破性胶凝材料主要是水泥，如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。冃前我国水泥品种以硅酸盐水泥（六大通用硅酸盐水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤矿灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥）为主，其余为特性和专用水泥，有小热、低热、快硕、汕井、抗硫酸盐、道路、占应力、口色等硅酸盐水泥系列;铝酸盐水泥，如高铝水泥；硫铝酸盐类水泥，如快硬硫铝酸盐水泥、I型低碱硫铝酸盐水泥等。木章垂点介绍硅酸盐类水泥。单元1硅酸盐水泥1.1硅酸盐水泥的组成与生产凡

2、由硅酸盐水泥熟料、0%〜5%的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水换性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。未掺入混合材料的称为I型硅酸盐水泥代号为P-I；掺入不超过5%的混合材料的称为II型硅酸盐水泥，代号为P-II。生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料、粘土质原料及化学成分校正料铁矿石等。石灰质原料，如石灰石、白垩等，主要提供氧化钙；粘土质原料，如粘土、粉煤灰、页岩等,主要提供氧化硅、氧化铝、氧化铁等。为调整硅酸盐水泥凝结时间，还要加入石膏等。硅酸盐水泥生产的主要过程如下图所示。硅酸盐水泥熟料是以适当比例

3、的石灰石、粘土、铁矿粉等原料经磨细制得生料，将生料在窑内锻烧（1450°C左右）而得，具矿物成分及具与水作用时的性质见表3-1。由于各矿物性能不同，所以，在水泥熟料中，四种矿物的含量不同时，其相应水泥的各种性能也不同，也即用途将不同。例如增加C3S和C3A的含量可生产出高强水泥和早强水泥；增加C2S、C4AF的含量，同时降低C3S和C3A的含量可牛产出低热硅酸盐水泥。目前,高性能水泥熟料中C3S+C2S的含量均在75%以上。表3-1熟料矿物纽成及具与水作丿IJ时的性质性质硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四

4、钙37%〜60%15%〜37%7%〜15%10%〜18%水化热多少最多屮凝结硬化速度快慢最快快强度早期、早期低、低屮后期均高后期高低低耐蚀性差1.1硅酸盐水泥的水化与凝结、硬化硅酸盐水泥为干粉状，加适量水拌合后，水泥与水发牛水化反应，形成可塑性浆体，常温下会逐渐失去塑性、产生强度，并形成坚破的水泥石。（1）硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥加水拌合后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应，纶成水化产物并放出热量。其水化反应及水化产物如下：2（360•WO?）+6丹2。一3CaO•2SiO3^3H2O+3Ca

5、（0H）.水化硅酸钙凝胶氢氧化钙品体2（23・S/q）+4HQ—•3/72O+Ch（6W）?3CaO・A/2O3+^H2O—3CaO^Al2O3•GH.O水化铝酸三钙品体4CaO•Al20y2。——3CaO•AgO、・6H“O+CaO•F—O、•H20〜水化铁酸钙凝胶为延缓凝结吋间、方便施工而加入的石膏也参与反应，在凝结碾化初期与水化铝酸三钙反应，生成3CaO^Al2O3•3CaSO4•3H2O,称为高硫型水化硫铝酸钙晶体，又称钙矶石。在凝结硬化后期，因石膏的浓度减少，牛成的产物为3CaO^Al2O^

6、CaSOA^2H2O,称为低硫型水化硫铝酸钙品体，二者合称为水化硫铝酸钙品体。山此可见硅酸盐水泥在水化后，主要有五种水化产物，按形态乂分有凝胶和品体。凝胶占水化产物的绝大多数，在水中几乎不溶。氢氧化钙品体则微溶于水。（2）硅酸盐水泥的凝结硬化a.凝结硬化过程水泥在加水后即产牛水化反应，随水化反应的进行，水泥浆逐步变稠，最终因水化产物的增多而失去可塑性，即凝结。Z后逐步产生强度，即硬化。水泥在刚刚与水拌介时，水泥熟料颗粒与水充分接触，因而水化速度快，单位时间内产生的水化产物多，故早期强度增长快。随着水化的

7、进行，水化产物逐渐增多，这些水化产物对未水化的水泥熟料内核与水的接触和水化反应起到了一定的阻碍作用，故示期的强度发展逐步减慢。若温度、湿度适宜，则水泥石的强度在儿年、冥至数十年后仍可缓慢增长，如图3—1所示。(edw)如-宜氏窣图3-1硅酸盐水泥强度发展与龄期关系b.影响水泥凝结《更化的主要因素1）水泥熟料矿物组成及细度水泥中各矿物的相对含量不同时，水泥的凝结不更化特点就不同，见表3・1。水泥磨的愈细，水泥颗粒平均直径小，比表而积大，水化时与水接触而积人，水化速度快，相应地水泥凝结侦化速度就快，早期强度

8、就高。2）水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥质量Z比。当水灰比较大时，水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间由于被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢。水泥完全水化所需的水灰比约为0.15〜0.25,而实际工程中往往加入更多的水，以便利用水的润滑取得较好的槊•性。当水泥浆的水灰比较人时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成水泥石的强度降低。3）石膏的掺量生产水泥时掺入石膏，主耍是作为缓凝剂使