8硅酸盐水泥的性能及应用习要点硅酸盐水泥的性能是具有理论性和实用性的重要内容学习时应重点理解并定凝结时间的意义和影响凝结时间的因素;掌握水泥强度的产生、发展和影响因素；积变化与水化热在工程中所产生的影响了解抗渗性、抗冻性及坏境介质对水泥耐久响机理拿握普通混凝土配合比的计算并了解混凝土的种类及应用了解外加剂对水凝土的作用和常用夕卜加剂的种类及机理。

硅酸盐水泥在现代建筑工程中主要用以配制砂浆、混凝土和生产水泥制品，随着国民经济的不断发展，水泥作为大量应用的工程材料，研究和改善其性能，对于发展水泥品种、提髙建筑效率、改进工程质量都具有十分重要的意义。

硅酸盐水泥的性能包括:物理性能，如密度细度等, 建筑性能，如凝结时间、泌水性、保水性、强度、体积变化和水化热、耐久性等.8. 1硅酸盐水泥的凝结时间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。

水泥浆体的凝结可分为初凝和终凝。

初凝表示水泥浆体失去流动性和部分可塑性，开始凝结。

终凝则表示水泥浆体逐渐硬化，完全失去可塑性，并具有一泄的机械强度，能抵抗一泄的外来压力。

从水泥加水搅拌到水泥初凝所经历的时间称为“初凝时间”，到终凝所经历的时间称为“终凝时间”。

在施工过程中，若初凝时间太短，往往来不及进行施工浆体就变硬，因此，应有足够的时间来保证混凝丄砂浆的搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成。

同时还应尽可能加快脱模及施工进度，以保证工程的进展要求。

为此，各国的水泥标准中都规左了水泥的凝结时间。

初凝时间，对水泥的使用更具有实际意义。

根据中国水泥国家标准GB 175—1999 规泄，酸盐水泥初凝不得早于45min,终凝不得迟于390min°8. 1・1凝结速度水泥凝结时间的长短决泄于其凝结速度的快慢。

从水泥的水化硬化过程可知，水泥加水拌和后熟料矿物开始水化，熟料中各矿物28d的水化速度大小顺序为CaA>CaS>C4AF>C2S, 并产生各种水化物，C3S与C2S水化生成C_S_H凝胶和Ca(0H)2, C3A与C4AF在石膏作用下•根据石膏掺量的不同可分别水化生成三硫型水化硫铝(铁)酸钙(AFt).单硫型水化硫铝(铁)酸钙(AFm)和C/H：個溶体。

随着水化作用的继续进行，水化产物逐渐长大增多并初步联结成网，逐渐失去流动性与可塑性而凝结。

所以，凡是影响水化速度的齐种因素，基本上也同样影响水泥的凝结速度，如熟料矿物组成、水泥细度.水灰比. 温度和外加剂等•但水化和凝结又有一左的差异。

例如，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。

决左凝结速度的主要矿物为C3A 和C3S。

R. H.鲍格和w・勒奇等人认为，C3A的含疑是控制初凝时间的决左因素。

在C3A含量较髙或石膏等缓凝剂掺量过少时，硅酸盐水泥加水拌和后，C3血速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙，并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆的固化现象，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。

但是如果C3A较少(W2%)或掺加有石膏等缓凝剂，就不会出现快凝现象，水泥的凝结快慢则主要由C3S水化来决左。

所以说，快凝是由C3A造成的，而正常凝结则是受 C3 S制约的。

事实上，水泥的凝结速度还与熟料矿物和水化产物的形态结构有关系。

实验证明，即使化学组成和表而积完全相同的水泥，但由于锻烧制度的差异，仍可使熟料结构有所不同，凝结时间也将发生相应的变化。

如急冷熟料凝结正常,而慢冷熟料常岀现快凝现象。

这是因为慢冷时C。

A能充分结晶，CsA晶体相对较多，使水化加快，而急冷时CsA固溶体与玻璃体中，由于玻璃体结构致密，相对CsA晶体水化较慢。

同样，若水化产物是凝胶状的，则会形成薄膜，包裹在未水化的水泥周围，阻碍矿物进一步水化，因而能延缓水泥的凝结。

温度的变化也会影响水泥的凝结速度。

温度升髙，水化加快，凝结时间缩短，反之则凝结时间会延长，如图8. 1所示。

所以，在炎热季石及高温条件下施工时，需注意初凝时间的变化，在冬季或寒冷条件下施工时应注意采取适当的保温措施，以保证正常的凝结时间。

总之，影响水泥凝结快慢的因素是多方而的，但主要还是C3A的影响，因此在生产上都是掺入石膏来控制水泥的凝结时间。

8. 1.2缓凝机理及其适宜掺量的确定一般水泥熟料中C。

A含疑较高，若不加缓凝剂，在使用时，加水拌和后，很快就会凝结而无法施工。

掺加适疑仃膏就可以控制水泥的水化速度，调盯凝结时间，而且由于石膏的掺人, 还可提髙早期强度，降低干缩变形，改善水泥的耐久性等一系列性能。

石膏作为水泥中常用的缓凝剂，对于其缓凝机理，目前还存在着不同的观点。

一般认为，csA在石膏一石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的钙矶石，这些棱柱状的小晶体生长在颗粒表而,形成覆盖层或薄膜，覆盖并封闭了水泥颗粒表而，从而阻滞了水分子及离子的扩散，阻碍了水泥颗粒尤其是CsA的进一步水化，故防止了快凝现象。

随着扩散作用的继续进行，钙矶石增多，当钙矶石覆盖层增加到足够厚时，渗透到内部的sO：—逐渐减少到不足以生成钙矶石，而形成单硫型水化硫铝酸钙、GAH：,及其固溶体，并伴随有体积增加。

当固相体积增加所产生的结晶压力达到一左数值时，钙矶石膜就会局部胀裂，水和离子的扩散失去阻碍，水化就能得以继续进行。

杨(Yoaung)认为，水泥在水化过程中，由于Ca(0H)z晶核表而吸附了缓凝剂，妨碍了它进一步生成和长大，使得Ca(OH)：：晶体不能及时析出，阻碍了硅酸盐的水化速度，从而导致缓凝，这是所谓的晶核受损学说。

洛赫尔(Locher)则认为，水泥的凝结是由于浆体内部形成了网状结构，石膏并不改变©A 的水化速度，见表&1。

当熟料中GA不多(即反应能力低)，硫酸盐含量也低时，水化开始后即生成晶粒细小的钙矶仃薄膜,并不阻碍水泥颗粒相互移动，浆体仍有可塑性。

经过几小时钙矶石增加到足够数量,晶体长成细长针状后，才在水泥颗粒间相互交叉联结，形成网状结构，达到正常凝结［见表8. 1中(I)图］。

若CsA含量较高，硫酸盐也相应增加时，水化开始生成的钙矶石也相应增多，凝结稍快，但仍属正常［见表&1中(II)图］:但若C。

A含量较高，溶液中硫酸盐很少时，除生成钙矶石薄膜外，剩余的csA会很快在颗粒间隙生成片状CoAH,o 和单硫型水化硫铝酸钙并析出晶体，使水泥颗粒相互联结成网状结构导致快凝［见表& 1中(111)图］:若CsA含量低，而硫酸盐浓度相对过高时，反应剩余的硫酸盐将立即结晶形成条状二次右有，也会造成快凝［见表8. 1中(IV)图］。

因此，石膏适宜掺量是决左水泥凝结时间的关键a表8・1硅酸盐水泥凝结时结构形成与c,A含量和石膏含量的关系图解由上可知,石膏掺量过多或过少都会导致不正常凝结。

一般情况下，石膏还不至于多到造成快凝，但其掺量增大到一左程度时•对凝结时间的影响便会变得很小，如图8・2所示。

应该指出，确左石膏的最佳掺量不仅要考虑凝结时间，还要注意英对不同龄期的强度、水泥安龙性的影响。

据有关统计，现代硅酸盐水泥中SO,与A1O的适宜比例为0. 5-0.，平均约为0.6。

通常石膏掺量很难以经验公式精确计算岀。

确宦最佳石膏掺咼的可靠方法是强度和有关性能的实验，如图8. 3所示。

影响石膏掺量的因素很多，主要有以下几个方而。

(1)石膏的种类石膏除了二水石膏外，还有硬石膏及工业副产石膏，硬石膏在常温下的溶解度比二水石膏大，但苴溶解速度很慢，故其掺入量应比二水石膏要适当增加。

一般硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥中石膏掺量(以S03汁)在1.5%〜2.5%之间，见表& 2。

石膏种类化学式溶解度(g/L)相对溶解速度相对缓凝作用半水石膏CaS04 • 0. 5H20 6 快很强烈二水石膏CaS04 • 2H20 2.4 慢较强烈可溶性无水石膏CaS04 ・(0・001 〜0・5)Hz06 快很强烈天然无水石膏CaS04 2. 1 最慢弱熟料中GA的含量是石膏掺量最主要的影响因素。

GA含量髙，石膏掺量应相应增加，反之则减少。

作为一般的规律，可以大致地说，W(C3A)<11%的普通硅酸盐水泥，石膏的最佳掺量(以S0$计)为2. 3%。

(3)熟料中SOs的含量由于使用原燃材料、配料的缘故，以及部分立窑采用石膏、重晶石等作为矿化剂，熟料中常含有少虽S0,。

当熟料中SO,含呈:较高时，则要相应减少石膏掺量。

(4)水泥细度在熟料中C乳含疑相同的情况下，当水泥粉磨得较细时，英比表面积增大，水化加快，则应适当增加石膏掺星。

(5)混合材料的种类与掺量水泥中掺加不同品种和数量的混合材料时，其石膏掺人量也不同。

如混合材料采用粒化高炉矿&2石音对水泥凝结时间的影响8.3水泥强度与SCh掺虽关系渣且含量较多时，应适当多掺人些石膏，这是因为石膏在水泥中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，加速矿渣的硬化过程此外，水泥中碱含疑较高时，英凝结速度加快，石膏掺量也应适当增加。

8.1.3假凝现象假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。

在水泥用水拌和的几分钟内,物料就显示凝结。

假凝和快凝是不同的，前者放热量极微，而且经剧烈搅拌后，浆体又可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度并无不利影响:而快凝或闪凝往往是由于缓凝不够所引起的，浆体已具有一建强度，重拌并不能使其再具塑性。

假凝现象与很多因素有关，除熟料中CsA含量偏高、石膏掺量较多等条件外，一般认为，主要还由于水泥在粉磨时受到高温，使较多的二水石膏脱水成半水石膏的缘故。

当水泥调水后，半水石膏迅速溶于水，部分又重新水化为二水石膏析出，形成针状结晶网状构造，从而引起浆体固化。

对于某些含碱较高的水泥，所含的硫酸钾会依下式反应：KcS0MaS04・2H：0哉SOr CaSOr H：O十比0所生成的假石膏结晶迅速长大，也会是造成假凝的原因。

另外，即使在浆体内并不形成二水石膏等晶体所连生的网状构造，有时也会产生不正常凝结现象。

有的研究者认为，水泥颗粒各相的表而上，由于某些原因而带有相反的电荷，这种按貝本质是触变性的假凝，则是这些表面间相互作用的结果。

实践表明，假凝现象在掺有混合材料的水泥中很少产生。

实际生产时，为了防止所掺的二水石膏脫水，在水泥粉磨时常采用必要的降温措施。

还应尽量采用无水硫酸钙含量较高的石膏，将水泥适当存放一段时间，或者在制备混凝上时延长搅拌时间等，也可以消除假凝现象的产生。

8.1.4调凝外加剂石膏是水泥生产中常见的调凝剂，除此之外还有许多无机盐或有机化合物，能够影响硅酸盐水泥的凝结过程，它们均可作为调节凝结时间的外加剂。