硅酸盐水泥的性能

◇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。 ◇在生产中，为了防止假凝，采用措施： ●使用无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石 膏脱水； ●在水泥粉磨时采取一定的措施降温，也可避免石膏 脱水。 ●在建筑施工中，可以延长搅拌时间来消除假凝现象 的产生。

◆石膏最佳掺量的确定
◇实验确定法
公式计算法有时存在较大误差，用实验确定水泥中最佳石 膏（以SO3计）掺量是工厂常用的方法。
具体步骤如下：



●取工厂熟料平均样若干，破碎至≤1cm，充分混合后分 成4～6等份； ●分别加入不等量的石膏，折合成SO3为1～3.5%，掺入等 量混合材； ●把各组试样粉磨至同一细度，分组做凝结时间、抗压强 度等实验，绘制曲线。
●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。

由图可知，石膏掺量过多或过少都会导致不正Leabharlann Baidu凝结。

10.2.体积安定性
1、定义:水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积
安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形， 不溃散的性质。 2、影响:混凝土构件膨胀开裂,使建筑物强度降低.体积安定 性不良的水泥应作废品处理，不得应用于工程中，否则将导 致严重后果。 3、原因:导致水泥安定性不良的主要原因
石膏的适宜掺量？
◆影响石膏掺量的因素
石膏种类
◇石膏的种类
各种石膏的溶解度、溶解速度与缓凝作用
化学式 溶解度 相对溶 (g/L) 解速度 相对缓凝作 用
半水石膏
CaSO4· 0.5H2O
6
快
很强烈
二水石膏
可溶性无水石 膏 天然无水石膏
CaSO4· 2O 2H
CaSO4 · 0.001～ 0.5H2O CaSO4


◆水泥细度 水泥粉磨越细，其比表面积就越大，晶体产生扭曲、 错位等缺陷越多，水化速度越快，凝结越迅速；反之凝结 越慢。
90um惰性，60慢，＜40um快，占65-75%， ＜10 um迅
速，占25-30%。 水泥过细，产量↓，电耗及金属损耗↑，成本↑。颗粒过粗， 不利于水泥活性发挥。
10.1.1 基本概念 ◆凝结时间的定义 ◇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。 ◇凝结时间

水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固 体状态所需要的时间。 ●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。 ●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。
正常区域
▲石膏掺量（SO3计）与凝结时间

由图可知：当SO3掺量小于1.3%时，石膏掺量过小，水
泥会产生快凝，进一步增加SO3含量时，石膏才出现明显的
缓凝作用，但SO3掺量超过2.5%以后时，凝结时间增长很少。

一般硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥中石膏掺量(以SO3计) 在1.5%～2.5%之间，属于凝结时间正常区域。
水泥中最佳SO3掺量是指在凝结时间正常区域内，各龄期 抗压强度为最高值，其他性能也为良好时的SO3掺量。 水泥中最佳石膏掺量G（%）：（石膏配比）

例：已知某厂水泥中最佳SO3掺量2.2（%），石膏中SO3含量
48（%），试计算水泥中最佳石膏掺量？
10.1.4 假凝现象
◆假凝及其特征
◆养护条件

温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间 会延长。 夏季（高温）和冬季（低温）施工时，注意采取适当的 措施，以保证正常的凝结时间。低于0℃凝结停止

◇保温 ◇增湿
◆外加剂
◇缓凝剂：延长凝结时间 ◇促凝剂：缩短凝结时间 影响水泥的凝结快慢因素是多方面的，最主要是C3A，因 此在水泥生产中通常是掺入适量外加剂来控制水泥的凝结时 间。 石膏是常用的一种缓凝剂。有时，根据需要也掺入其他调 凝外加剂。

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。
不正常的早期快速固化现象比较
比较项目 凝结时间 放热量 假凝 几分钟 小 快凝 几分钟 大
重新搅拌
强度大小 施工操作
正常凝结
没有不利影响 难度增大
不能恢复塑性
产生一定强度 不可逆固化
◆假凝的原因及预防措施
10.3 强度 水泥的强度是评比水泥质量重要的指标，是划分强度等级
的依据。通常按龄期将28d以前的强度称为早期强度，如1d、 3d强度，28d及以后的强度称为后期强度。
10.3.1 强度的产生和发展

水泥加水拌和后，熟料矿物迅速水化，生成大量的水化 产物C-S-H凝胶，并生成Ca(OH)2 及钙钒石(AFt)晶体；经过 一定时间以后，C-S-H也以长纤维晶体从熟料颗粒上长出， 同时钙钒石晶体逐渐长大，在水泥浆体中相互交织联结，形 成网状结构，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
◆矿物组成

◇熟料矿物28天后的水化速度大小顺序为：
C3A ＞C3S ＞C4AF ＞C2S
◇水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿 物的含量有关。 C3A 含量↑时，水泥迅速凝结 C3A 含量较少时，C3S起主导作用，凝结正常 C3A 减少、增加C2S（水泥速度慢）水泥凝结变慢 F- CaO，含量过多，出现速凝现象 碱含量多时，凝结时间不正常 同一矿物组成：快冷熟料，C3A.C4AF等液相大量形成玻璃 质：结构致密，水化缓慢、凝结正常 慢冷或欠烧时，C3A 晶体多、水化凝结迅速 过烧时，结构致密，水化凝结缓慢

10.1.3 石膏的作用及其适宜掺量的确定 ◆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 ●快凝现象


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” 。产生这种不正常快凝时，浆 体迅速放出大量热，温度急剧上升。
几种缓凝剂对水泥浆体凝结时间影响（1）
几种缓凝剂对水泥浆体凝结时间影响（2）
◆促凝剂

除氟化物、磷酸盐及Zn、Sn、Pb盐外，大多数可溶性无机
盐都能缩短水泥的凝结时间。其中，使用最多的是CaCl2。 我国常用的是分别以铝酸钠（NaAlO2）、铝酸钙 （C12A7,C11A7· 2）及硅酸盐（Na2SiO3）为主要的速凝剂。 CaF


◆凝结时间的测定

水泥加水制成标准 稠度净浆→装模→养护 →用符合GB3350.6规定 的仪器进行测定。
◇测定前的准备工
作

调整凝结时间测定仪的 试针，当接触玻璃板时， 指针应对准标尺零点。
◆凝结时间的重要意义 水泥浆体的凝结时间，对于建筑工程的施工具有十分重要 的意义。 ◇若初凝时间太短，混凝土、砂浆将来不及搅拌、运输、浇 捣或砌筑，影响工程质量。 ◇若终凝时间太长，未产生足够大的强度，将延长脱模及
◇混合材的品种和数量

◇水泥中碱含量

碱含量较高时，其凝结速度加快，石膏掺量也应适当增加。
◆石膏最佳掺量的确定

◇经验公式计算
石膏掺量可以根据统计经验公式计算。考虑影响石膏掺量 的主要因素为水泥中C3A ，当水泥细度在5%～7%，使用二水 石膏作为缓凝剂时，水泥中最佳石膏（以SO3计）掺量计算公 式：
用公式计算最佳石膏（以SO3计）掺量，方法简便、迅 速，结果比较可靠； 但计算公式是仅考虑主要影响因素的统计经验公式，计 算结果存在一定的误差； 因此，在使用公式计算时，要注意公式的适用范围和条 件。 例：已知某厂水泥中C3A含量11（%），R2O含量0.6 （%），试计算水泥中最佳石膏（以SO3计）掺量？
实验确定水泥中最佳石膏（SO3）掺量，结果准确、可靠，
一般水泥厂都可采用；尽管方法稍复杂，但仍是一种行之有 效的方法。应注意几点：

★根据生产的水泥品种要求，做出石膏掺量与水泥其他性 能之间的关系曲线。 ★当熟料矿物C3A、水泥细度、水灰比、混合材变化较大 时，应重新实验。

◆石膏最佳掺量的确定
2.4
6
慢
快
较强烈
很强烈
2.1
最慢
弱
◇熟料中C3A含量
快凝是由C3A造成的，C3A含量是石膏掺量最主要的影响因素。C3A含量 高，石膏掺量应相应增加，反之则减少。
◇水泥中SO3含量
当水泥中SO3含量较高时，则要相应减少石膏掺量。
◇水泥细度
相同C3A含量下，当水泥粉磨得较细时，其比表面积增大，水化加快， 则应适当增加石膏掺量。 采用粒化高炉矿渣，且含量较多时，应适当多掺入些石膏。石膏除了 起缓凝剂作用外，还对矿渣活性起到硫酸盐激发剂的作用。
10.1.5 其他调凝外加剂
◆缓凝剂

缓凝剂是用来延长凝结时间，使新拌混凝土浆体 较长时间保持塑性，满足较长时间运输的需要，提 高施工效率。

◇有机缓凝剂：木质素磺酸盐，羟基羟酸及其盐，
多元醇及其衍生物，糖类及碳水化合物，胺盐和胺酸等。
◇无机缓凝剂：硼砂，氯化锌，碳酸锌，铁、铜、
锌和镉的硫酸盐、磷酸盐和偏磷酸盐等。
强度最高值
▲石膏掺量（SO3计）与抗压强度

由图可知：最初，水泥各龄期的抗压强度是随着SO3掺 量的增加而增长，早期强度（3天）最为明显；当SO3掺量超 过2.5%以后，强度开始下降。

石膏掺量（SO3计）并不与凝结时间、抗压强度成线性 关系，石膏掺量在适当范围内时，具有显著的缓凝效果，且 存在抗压强度最高值。
熟料中的游离氧化钙、固体体积增大1.98倍 游离氧化镁、体积最大2.48倍 掺入石膏过多等原因造成的、体积增大2.22倍
4.检验方法: 国家标准规定．水泥的体积安
定性用雷氏法或试饼沸煮法检验。 规定标准:GB175-2007, GB12958-1999, GB1344-1999规定: MgO≯5.0%,压蒸安定性 合格≯6.0%. 压蒸法检验. SO3 ≯3.5%, 矿渣水泥≯4.0%. 浸水法检验. F- CaO煮沸法检验合格.回转窑＜1.0-1.5%, 立窑＜2.0-3.0%.
养护时间，影响施工进度。
◆凝结时间的标准规定 我国硅酸盐水泥国家标准GB175—2007规定： ◇初凝不得早于45min（≥45min）

◇终凝不的迟于390min（≤6.5h）
10.1.2 影响凝结时间的因素
水泥凝结时间的长短取决于其凝结速度的快慢，
两者成反比关系。 凡是影响水化速度的各种因素，基本上也同样影 响水泥的凝结速度。但水化和凝结又有一定的差异。 影响水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组成、 水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。

硅酸盐水泥国家标准规定： ◇80μ m方孔筛筛余不超过（≤）10% ◇比表面积不小于（≥）300m2/kg
◆水灰比（W/C）


水灰比越大，水化越快，凝结反而变慢。 这是因为加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不 易紧密，网络结构难以形成的缘故。 水灰比过大时，会使水泥石结构中孔隙太多，降低其强 度，故水灰比不宜太大。 适宜的用水量应满足两方面的要求： ◇水泥水化反应 ◇水泥浆体稠度
第10章 硅酸盐水泥的性能
第10章 硅酸盐水泥的性能 本章学习要点




◆凝结时间 ◆强度 ◆体积变化及水化热 ◆耐久性
10.1 凝结时间
复习相关知识
◆水泥是一种什么材料？



无机水硬性胶凝材料 ◆水泥的水化、凝结和硬化？ 水泥加水拌和, 发生水化反应，浆体逐渐失去流动性和可 塑性。 ◇首先形成粘结砂石的可塑性浆体。 ◇最终形成具有机械强度的石状体。