硬化水泥漿體的組成與結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)

1、硬化水泥漿體組成與結(jié)構(gòu)及其性質(zhì),,,,,,1,,,,2,THE MAIN CONTENTS,,,,3,1.1硬化水泥漿體,硬化水泥漿體是非均質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘存熟料所構(gòu)成的固相以及存在于空隙中的水和空氣組成，所以是固-液-氣三相多孔體。它具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和空隙率，而外觀和其他性能則與天然石材相似，因此通常又稱(chēng)之為水泥石。,,,非均質(zhì)的多相體系,水化產(chǎn)物和殘存熟料－固相,孔隙中的水－液相,孔隙中的空氣－氣相,三相多孔體,

2、,,,4,,,1.2 水泥硬化機(jī)理,,,,5,,,硬化水泥漿體形成的原因,水泥石具有強(qiáng)度的原因,,構(gòu)成三度空間牢固結(jié)合，密實(shí)的整體,,,,6,,,2.1硬化水泥漿體中礦物組成與結(jié)構(gòu),,,,7,,,與AFt相比，AFm中的結(jié)構(gòu)水少，其密度更大。當(dāng)AFm接觸到各種來(lái)源的SO42-離子而轉(zhuǎn)變成AFt時(shí)，結(jié)構(gòu)水增加，密度減小，從而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)捏w積膨脹，是引起硬化水泥漿體體積變化的一個(gè)主要原因。,,,,,8,,,2.2 水及其存在形式,（1）

3、按與固相組成的作用,自由水(游離水),存在于粗大孔隙中，與一般水性質(zhì)相同,吸附水,毛細(xì)孔水,凝膠水,數(shù)量取決于毛細(xì)孔的數(shù)量，以中性水分子存在,數(shù)量大體上正比于凝膠體的數(shù)量，以中性水分子存在,結(jié)晶水(化學(xué)結(jié)合水),強(qiáng)結(jié)晶水,弱結(jié)晶水,以中性水分子存在，占有晶格固定位置，由氫鍵和剩余鍵相結(jié)合，結(jié)合力弱，如：C-S-H中的層間水,以O(shè)H-離子存在，占有晶格固定位置，有確定含量比，結(jié)合力強(qiáng)，如：Ca(OH)2中的OH-,,,,,,,

4、9,,,（2）按實(shí)用,蒸發(fā)水(We),非蒸發(fā)水(Wn),在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下能除去的水,蒸發(fā)后剩余的水,——將所有自由水及吸附水除去，僅剩下結(jié)晶水,105℃加熱、D-干燥(干冰－79℃ )、P-干燥(高氯酸鎂),漿體內(nèi)孔隙體積的量度。蒸發(fā)水越多，孔隙率越大,與水化產(chǎn)物數(shù)量存在一定比例關(guān)系，可表征水化程度,,,,,,,,,10,,,2.3 孔及其結(jié)構(gòu)特征,孔隙占水泥漿體的體積百分比,（1）總孔隙率,（2）孔徑分布,,,,11,,,用吸附法和

5、壓汞法測(cè)定孔徑分布后，即可測(cè)得水泥漿體的總孔隙率。,吸附法：水蒸氣或氮?dú)馕?，一般用于直徑小?00A的孔壓汞法：用壓力將水銀壓入干燥漿體，水銀能夠進(jìn)入的孔徑與所施加壓力成反比，測(cè)量直徑1µm ～幾百微米的孔。,（3）孔的形態(tài),開(kāi)口孔（連通孔）,閉口孔（封閉孔）,,,,12,,,3.1 硬化水泥漿體的力學(xué)性能,（1）硬化水泥漿體的強(qiáng)度,固相體積增加，是指原始水泥的原始體積為 𝑉 0 中，凡已水化 w

6、881; 𝑥 體積分量，固相體積（水泥凝膠）將以1.2 𝑉 𝑥 分量增加，并占據(jù)原始自由水的空間。,有效空間：指原始充水空間為 𝑊 0 ，固相體積增加占據(jù)1.2 𝑉 𝑥 份量后，剩下的 𝑊 0 -1.2 𝑉 𝑥 = 𝑊 𝑥 空間,固相體積增加和有效空間比，

7、被稱(chēng)為膠-空比（ 𝑋 , ）。膠-空比值是硬化水泥漿體強(qiáng)度的函數(shù)。,抗壓強(qiáng)度 𝑓 𝑐 =𝑚 𝑋 , +𝐵 m------經(jīng)驗(yàn)直線的斜率 B------

8、- 𝑓 𝑐 軸上的截距,,,,13,,,（2）硬化水泥漿體的彈性模量,硬化水泥漿體或者混凝土的彈性模量與強(qiáng)度之間的關(guān)系緊密相連，抗壓強(qiáng)度越大，彈性模量相應(yīng)也大，大致與抗壓強(qiáng)度的平方根成正比例。,硬化水泥漿體的彈性模量： 𝐸 𝑐 = 𝐾 1 ? 𝑓 𝑐 1 2 ? 0.647𝑎 0

9、.319𝑎+ 𝑊 0 𝐶 3 2 a----水化因素 Wo----水的原始體積 C------水泥的重量,彈性模量的影響因素：孔隙率，溫度，干燥程度等,,,,14,,,3.2 硬化水泥漿體的干縮和徐變性能,3.2.1 硬化水泥漿體的收縮,（1）干縮或減縮 硬化水泥漿在水泥水化硬化過(guò)程中，自發(fā)的產(chǎn)生體積變化。,（2）干燥收縮

10、 如果硬化水泥漿處于高風(fēng)速，低溫度和高氣溫環(huán)境下，就有可能引起毛細(xì)管水，凝膠水的蒸發(fā)損失，必然會(huì)導(dǎo)致水泥漿體的體積變化。,（3）碳化收縮 硬化水泥漿處于含C 𝑂 2 和水分的氣氛中，水泥石不穩(wěn)定的，水泥凝膠與 CO 2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，凝膠發(fā)生分解，生成碳酸鹽，伴隨出現(xiàn)的不可逆收縮。,,,,15,,,3.2.2硬化水泥漿體的徐變,上圖為溫度平衡時(shí)，硬化水泥漿體的徐變和徐變恢復(fù)曲線。,晶體材料，金屬，巖石和硬化水泥漿

11、體等固體材料，由于載荷而引起的變形中，其中時(shí)間依賴(lài)性的部分就時(shí)徐變，或稱(chēng)蠕變。 由于組成結(jié)構(gòu)的不同，硬化水泥漿體，無(wú)論在多么低的應(yīng)力條件下，都會(huì)產(chǎn)生徐變，而且由徐變引起體積變化。 硬化水泥漿體的徐變包括可你徐變和不可逆徐變，由左圖可以看出，不可逆徐變大于可逆徐變。,,,,16,,,影響徐變的因素：（1）加荷應(yīng)力 硬化水泥漿體，即使加荷的作用力很小，也能產(chǎn)生徐變變形，加荷應(yīng)力在混凝土的強(qiáng)度的35%-40%以下時(shí)，徐變變

12、形大致與應(yīng)力成正比。 總的影響規(guī)律是：加荷作用應(yīng)力的比例與強(qiáng)度（強(qiáng)度）愈高，徐變愈大。（2）材料強(qiáng)度 材料強(qiáng)度愈高，徐變愈小。混凝土中徐變主要來(lái)自硬化水泥漿體。（3）水灰比 水灰比對(duì)徐變的影響，定性的評(píng)論是水灰比越大，徐變也愈大。（4）溫度 在荷載作用期間，環(huán)境混度活化徐變變形。其他如濕度，養(yǎng)護(hù)條件，水泥組成等同樣也會(huì)影響硬化水泥漿體的徐變。,,,,17,,,3.3 硬化水泥漿體的滲透性,在水力梯度作用下，水

13、作為典型的均質(zhì)流體，流過(guò)多孔介質(zhì)（如硬化水泥漿體）的水流速度和流量，稱(chēng)為滲透性。滲透率的大小，取決于多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和水流通過(guò)多孔介質(zhì)所呈現(xiàn)的相對(duì)粘度。硬化水泥漿體作為多孔介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)只有毛細(xì)管空隙的互聯(lián)網(wǎng)，水流通過(guò)而構(gòu)成滲透性但由于毛細(xì)管孔隙較小，可以認(rèn)為，硬化水泥漿體的滲透性是水流在漿體中毛細(xì)管互聯(lián)網(wǎng)的流動(dòng)所形成的。,硬化水泥漿體中毛細(xì)管孔隙是漿體透水的重要通道，一般來(lái)說(shuō)，任何材料的滲透性與材料的孔隙率保持簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，但還取決于毛

14、細(xì)管孔的尺寸，分布，和孔的連續(xù)性。硬化水泥漿體中毛細(xì)孔連續(xù)分布，毛細(xì)管孔的尺寸和分布取決于水灰比的大小。右圖為毛細(xì)孔隙率和滲透性的關(guān)系，當(dāng)毛細(xì)管孔隙率小于25%范圍，滲透性增大微弱，當(dāng)大于25%時(shí)滲透性直線式地增長(zhǎng)。,,,,18,,,3.3 硬化水泥漿體的抗凍性,抗凍性時(shí)硬化水泥漿體的一項(xiàng)重要使用性能。當(dāng)飽和硬化水泥漿體中水結(jié)冰時(shí)，體積約增加9%，會(huì)使毛細(xì)孔壁承受一定的膨脹應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)漿體結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)使水泥石內(nèi)產(chǎn)生微細(xì)裂縫