1、宿遷職業(yè)技術(shù)學(xué)院 施工教研室 楊云,第三章 水泥,本章內(nèi)容,第一節(jié) 硅酸鹽水泥 一、 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成二、 硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化三、 硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) 四、 硅酸鹽水泥的應(yīng)用與存放 第二節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水泥 一、 水泥混合材料二、 其他水泥,水泥的定義和分類 水泥是一種細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體的水硬性膠凝材料。 按用途和性能分類,用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等,具有專門用途水泥 ，如中、低熱水泥，道路水泥等,具有某種性能比較突出的水泥，如

2、快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥等,按其化學(xué)成分類 雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國水泥產(chǎn)量的90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。,我國水泥工業(yè)現(xiàn)狀 近年來我國水泥工業(yè)發(fā)展很快，無論是品種、產(chǎn)量、質(zhì)量都有很大的突破，尤其是產(chǎn)量居世界前列。但同時(shí)也存在著嚴(yán)重的不足，主要表現(xiàn)為：能耗大、污染嚴(yán)重。我們來看一組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)： 如何降低水泥能耗、減少污染物的排放量，將是今后應(yīng)該研究的主要內(nèi)容，綠色產(chǎn)業(yè)化是水泥工業(yè)的發(fā)展方向。,水泥在土木工程中的重要作用,水泥是當(dāng)今產(chǎn)量與用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)！ 水泥的性能和正

3、確選用對(duì)土木工程的功能與質(zhì)量至關(guān)重要！,學(xué) 習(xí) 目 的,學(xué)習(xí) 硅酸鹽水泥的礦物組成，及其與其他水泥的差別； 水泥的生產(chǎn)過程及其對(duì)性質(zhì)的影響。 掌握 水泥凝結(jié)硬化機(jī)理和凝結(jié)硬化過程的影響因素； 應(yīng)用這些基本理論，說明水泥和混凝土的性質(zhì)，指導(dǎo)合理選擇與使用水泥，改善水泥基材料的性能。 熟悉 水泥各種性質(zhì)的含義和工程意義； 水泥性質(zhì)的影響因素及其規(guī)律； 水泥性質(zhì)的檢驗(yàn)方法和評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。,主 要 內(nèi) 容,什么是硅酸鹽水泥？ 硅酸鹽水泥是怎樣制造？ 硅酸鹽水泥的組成？ 水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？ 水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)？ 如何正確使用水泥？,重點(diǎn)論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和基本性質(zhì)及其檢測(cè)

4、方法，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用。,第一節(jié) 硅酸鹽水泥,一、 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、05的石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（國外統(tǒng)稱為波特蘭水泥）。,1.硅酸鹽水泥是怎樣制造（生產(chǎn)）？,原 料： 硅質(zhì)：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3 調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補(bǔ)充Fe2O3 與SiO2 制造工藝： 原料經(jīng)粉磨混合后得到水泥生料 生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒得到水泥熟料 水泥熟料石膏(或再混合材）一起經(jīng)粉磨混合后得到水泥,“兩磨一燒”,水泥生料可以是： 與水混合

5、成漿體濕法工藝 加少量水制成料球半干法工藝 加稍多水制成濕球半濕法工藝 干粉混合物干法工藝,硅質(zhì) (粘土),鈣 質(zhì) (石灰石),1450,調(diào)節(jié) 原料,石膏,石膏,水 泥,生 料,熟 料,混合材,水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程,粉 磨,煅 燒,粉 磨,水泥制造廠全貌,水泥的制造工藝全貌,水泥生料煅燒回轉(zhuǎn)窯,回轉(zhuǎn)窯尾,14501500C,2. 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成,生料,SiO2,CaO,化合反應(yīng),8001450,800左右,分解反應(yīng),Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3 CaO Al2O3,4 CaOAl2O3Fe2O3,化學(xué)組成： 主要成分：CaO(=C)，SiO

6、2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。 礦物組成： 硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：,硅酸鹽水泥熟料的組成,水泥顆粒宏觀形貌,水泥顆粒的結(jié)構(gòu),水泥熟料顆粒細(xì)觀形貌,水泥熟料礦物微觀結(jié)構(gòu),需學(xué)習(xí)與掌握的內(nèi)容：,化學(xué)過程水泥熟料礦物的水化反應(yīng) 石膏的作用 物理過程水泥漿的凝結(jié)硬化 硬化水泥漿的組成與結(jié)構(gòu) 水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素,二、 硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化,水泥加水拌和后，水泥顆粒立即分散于水中并與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種水化物。 硅酸三鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 硅酸二鈣 水化硅酸鈣 氫氧化鈣 鋁酸三鈣 水化鋁酸鈣 鐵

7、鋁酸四鈣 水化鋁,水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣，也稱為鈣礬石晶體： 水化硫鋁酸鈣（鈣礬石） 經(jīng)過上述水化反應(yīng)后，主要水化產(chǎn)物為：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等。,硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 硅酸鹽水泥熟料礦物的特性,硅酸鹽水泥熟料礦物的水化特性,硅酸鈣C3S與C2S的水化,硅酸鈣水化生成水化硅酸鈣C3S2H3C-S-H凝膠和Ca(OH)2羥鈣石，并放出熱： 硅酸三鈣：2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 硅酸二鈣：2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g (C-S-H

8、 ) + 羥鈣石 特征： C3S反應(yīng)速度比C2S快，其放熱量比C2S大。,水化度,水化時(shí)間（天）,1.水化,硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片,硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片,硅酸鈣礦物水化物的特征,硅酸鈣的水化產(chǎn)物C-S-H與Ca(OH),鋁酸三鈣C3A的水化,鋁酸鈣C3A的水化行為在水泥水化早期特別重要 純C3A與水反應(yīng)迅速，生產(chǎn)水化鋁酸鈣： C3A + 6H2O C2AH8 + C4AH13 C3AH6 (不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物) (穩(wěn)定產(chǎn)物) 這一反應(yīng)導(dǎo)致水泥漿閃凝或假凝，必須避免！ 避免閃凝的有效途徑加入石膏CaSO42H2O,這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！ 這一發(fā)明

9、是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。,鋁酸三鈣C3A在石膏存在下的水化反應(yīng),C3A與石膏反應(yīng)首先形成三硫型硫鋁酸鈣鈣礬石晶體，并放出大量熱： C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H31 + 300 cal / g (1) (鈣釩石) 反應(yīng)后期，石膏量不足時(shí)，水化生成單硫型硫鋁酸鈣水化物： C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 (2) 石膏消耗完后， C3A直接水化形成C3AH6： C3A + 18H2O C3AH6 (3),石膏緩凝機(jī)理： 鈣釩石的形成反應(yīng)(1)速度比純C3A的反應(yīng)(3)慢； 在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。,硅

10、酸鈣的水化 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g C-S-H + 羥鈣石 鋁酸鈣的水化 C3A + 18H2O C2AH8 + C4AH13 C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32 + 300 cal / g （鈣釩石） C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 鐵鋁酸鈣的水化 C4AF + 13H C4(A,F)H13 C4AF + 3CH2+26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2+26H C3(A,F)C3H12,水泥的水化過程： 當(dāng)水泥顆粒分散在水中，石膏

11、和熟料礦物溶解進(jìn)入溶液中，液相被各種離子飽和； 幾分鐘內(nèi)，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH離子間反應(yīng)，形成鈣釩石； 幾小時(shí)后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據(jù)、并溶解熟料礦物的空間； 幾天后，因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。 此后，水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。,水 泥,水,溶 解,沉 淀,水泥漿的凝結(jié)硬化過程,擴(kuò) 散,2.水泥漿的凝結(jié)硬化物理過程,單一水泥顆粒在大量水中的水化過程模型,新拌,1小時(shí)后,數(shù)小時(shí)后,幾天后,幾周后,拌合水,未水化的核,水化物CSH,Ca(OH)2 晶體,水泥顆粒,水,硅酸鹽水泥水化物理過程模型,水

12、泥水化物膜層,水泥漿中氫氧化鈣的生長(zhǎng),3 天,7 天,28 天,365 天,硬化水泥漿體水泥石的微結(jié)構(gòu),水泥漿體凝結(jié)硬化后形成的固體稱為水泥石 水泥石微結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多物相固體顆粒堆聚的多孔結(jié)構(gòu)體； 各種物相分布不均； 各種物相的尺寸不等，形貌不一。,由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內(nèi)核相互聚集形成連續(xù)固體顆粒堆聚結(jié)構(gòu)，大小不等的凝膠孔和毛細(xì)孔分布其中。,水化良好的水泥石微結(jié)構(gòu)： “A”代表結(jié)晶性差、膠體尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.53.0nm； “H”代表六方晶體相，尺寸為1m； “C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據(jù)的毛細(xì)孔隙或空隙，尺寸在10nm m

13、 。,背散射掃描電鏡照片,未水化水泥顆粒,C-S-H,氫氧化鈣,單硫型硫鋁酸鹽,水泥漿掃描電鏡照片(7d齡期),C-S-H,鈣礬石,水泥石中的水的分布模型,層間水,毛細(xì)孔水,吸附水,（1）水泥礦物組成和水泥細(xì)度 （2）水灰比 （3）養(yǎng)護(hù)時(shí)間 （4）溫度和濕度 （5）石膏摻量 （6）外加劑,3.水泥凝結(jié)硬化的主要影響因素,拌和用水量的影響,重要概念：水灰比水泥漿體中拌和水量與水泥質(zhì)量之比(W/C)； 水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比0.23； 水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化所需時(shí)間越長(zhǎng)； 水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。,溫度與濕度的影響,溫度升高，水化反應(yīng)加快，凝結(jié)

14、硬化加速，為什么？ 溫度升高10C，速度加快一倍。 溫度低于0C時(shí)，水化反應(yīng)基本停止。 保持一定濕度，有利于水泥的水化。,溫度升高，放熱速度加快，誘導(dǎo)期時(shí)間縮短,*石膏的作用,避免水泥漿的閃凝和假凝現(xiàn)象。 調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間。 導(dǎo)致鈣釩石和單硫型硫鋁酸鈣水化物的形成。,*石膏摻量的影響,石膏主要降低C3A的水化速度； 摻量太少，凝結(jié)較快，會(huì)產(chǎn)生瞬凝； 過多，硬化后還會(huì)繼續(xù)生成鈣釩石，本身含有大量結(jié)晶水，體積膨脹約1.5倍，會(huì)導(dǎo)致硬化后的水泥石開裂而破壞。,熟料礦物組成對(duì)早期強(qiáng)度及水化熱的影響以下是A、B兩種硅酸鹽水泥熟料礦物組成百分比含量，請(qǐng)分析A、B兩種硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度及水化熱的差別。,

15、案例分析,分析答案,分析：,硅酸鹽水泥熟料礦物各具特性。C3S在最初四個(gè)星期內(nèi)強(qiáng)度發(fā)展迅速，它實(shí)際上決定著硅酸鹽水泥四個(gè)星期以內(nèi)的強(qiáng)度；C3S的水化熱較多，其含量也最多，故它放出的熱量最多；但其耐腐蝕性較差。 C2S的硬化速度慢，在大約4個(gè)星期后才發(fā)揮其強(qiáng)度作用，約一年左右達(dá)到C3S四個(gè)星期的發(fā)揮程度；而其水化熱少；耐腐蝕性好。C3A硬化速度最快，但強(qiáng)度低，其對(duì)硅酸鹽水泥在13 d或稍長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)度起到一定作用；C3A的水化熱多；耐腐蝕性最差。C4AF的硬化速度也較快，但強(qiáng)度低，其對(duì)硅酸鹽水泥的強(qiáng)度貢獻(xiàn)?。黄渌療岷湍透g性均屬中等。A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期強(qiáng)度及

16、水化熱都較高，故A硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度與水化熱高于B水泥。,小結(jié),C3S、C3A含量多，凝結(jié)硬化快，反之亦然。 摻加混合材，熟料減少，凝結(jié)硬化速度減慢。 有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。 細(xì)度越小，水化反應(yīng)越快，凝結(jié)硬化越快。 水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化速度越慢。 提高溫度，加快水泥的凝結(jié)硬化；保持足夠的水分有利于水泥的凝結(jié)硬化,問題？,水泥凝結(jié)硬化速度快，好嗎？,答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結(jié)硬化形成的微結(jié)構(gòu)體積較疏松，且在隨后的降溫期間，或受干燥環(huán)境作用收縮變形時(shí)產(chǎn)生大量微裂縫，致使結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度與滲透性（耐久性）受到嚴(yán)重影響。,水泥宜在什么條件下凝結(jié)硬化

17、？,答：水泥宜在常溫(2010C)與相對(duì)濕度較高的條件下，凝結(jié)硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化 所需水分供應(yīng)充足的條件。,三、硅酸鹽水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì),密度與堆積密度 細(xì)度 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 凝結(jié)時(shí)間 體積安定性 強(qiáng)度 水化熱 不溶物和燒失量 堿含量,耐腐蝕性 軟水侵蝕 鹽類侵蝕 酸類腐蝕 強(qiáng)堿腐蝕 防腐措施,1.密度與堆積密度,密度 3.053.20，混凝土配合比計(jì)算時(shí)，一般取3.10。 堆積密度 10001600kg/m3，在工地計(jì)算水泥倉庫時(shí)，一般取1300 kg/m3 。 密度的測(cè)量方法 排液法，用煤油作為測(cè)量液體。,2. 細(xì) 度,定義 細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。 測(cè)量方法 篩

18、分析法 以80m方孔篩的篩余量表示； 比表面積法 以1kg水泥顆粒所具有的總表面積來表示。 國標(biāo)要求 硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。 普通水泥80m方孔篩的篩余量不得超過10.0%。 細(xì)度不符合要求的水泥為不合格品！,問題：為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？,解答： 水泥顆粒細(xì)度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化； 雖然水泥越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度會(huì)越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對(duì)水泥石性能不利； 水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加； 水泥越細(xì)，對(duì)水泥的儲(chǔ)存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強(qiáng)度。,3. 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量,標(biāo)準(zhǔn)稠度： 按規(guī)定的

19、方法拌制的水泥凈漿，在水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定儀上，試錐下沉（282）mm時(shí)的水泥凈漿的稠度。 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量： 是指水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需要的水量，用水與水泥質(zhì)量的比來表示。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水泥量一般在21%28%。,試錐下降高度,水泥漿,試錐,問題：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與什么因素有關(guān)？為什么？,解答： 與水泥細(xì)度、水泥礦物組成、混合材摻量等有關(guān)。因?yàn)樗囝w粒越細(xì)，比表面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組成和混合材摻量不同，顆粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。,4. 凝結(jié)時(shí)間,概念： 凝結(jié)時(shí)間水泥加水開始到水泥漿失去流動(dòng)性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。 初凝時(shí)間 從水泥加水拌和到水泥漿

20、開始失去可塑性所需的時(shí)間； 終凝時(shí)間 從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強(qiáng)度所需的時(shí)間。 測(cè)定方法： 用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀來測(cè)定。 國標(biāo)要求：硅酸鹽水泥 初凝時(shí)間45min； 終凝時(shí)間390min。,水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定,標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿,離底12mm為初凝,園弧形壓痕,終凝,國標(biāo) 規(guī)定：凡初凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為廢品；終凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為不合格品。為什么？,答： 水泥凝結(jié)時(shí)間的規(guī)定是為了有足夠的時(shí)間進(jìn)行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量； 初凝時(shí)間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無使用價(jià)值，即為廢品； 終凝時(shí)間太長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，也

21、會(huì)影響施工，即為不合格品。,5. 體積安定性,基本概念： 水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)稱為體積安定性。 若水泥石的體積變化均勻適當(dāng)，則水泥的體積安定性良好； 若水泥石發(fā)生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。 體積安定性不良的水泥為廢品！,為什么？,水泥體積安定性不良的原因： 水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。 1.水泥熟料中的游離CaO、MgO都是過燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增大1.98%和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。 2.石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹 。,檢

22、測(cè)方法： 試餅法 雷氏夾法,試餅法,雷氏夾法,合格標(biāo)準(zhǔn)：5mm。,肉眼觀察表面有無裂紋,用直尺檢查有無彎曲,合格標(biāo)準(zhǔn)： 無裂紋、無彎曲。,試餅法 用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。,雷氏夾法 測(cè)量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時(shí)，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。,6. 強(qiáng) 度,檢驗(yàn)方法軟練膠砂法，分別測(cè)量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。 試件尺寸：4040160mm棱柱體； 膠砂配比： 水泥 : ISO標(biāo)準(zhǔn)砂 : 水= 1 : 3 : 0.5； 振動(dòng)成型： 在頻率為2

23、8003000次/min，振幅0.75mm的振實(shí)臺(tái)上成型。振動(dòng)時(shí)間120s。 試件養(yǎng)護(hù)： 在20 C 1C，相對(duì)濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h，然后脫模在20C 1 C的水中養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期；,100mm,160mm,P,抗折強(qiáng)度試驗(yàn),P,P,抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),強(qiáng)度測(cè)量： 將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。受壓面積為4040=1600mm2。 結(jié)果計(jì)算： 抗折強(qiáng)度以三個(gè)試件的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個(gè)試件的平均值。,強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)3天和28天強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，將水泥強(qiáng)度劃分若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí),3d,28d,時(shí)間（d）,強(qiáng)度（MPa）,水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律,早期增長(zhǎng)快，隨后逐

24、漸減慢； 28天，基本達(dá)到極限強(qiáng)度的80以上； 在合適的溫濕度條件下，強(qiáng)度增長(zhǎng)可以持續(xù)幾十天 乃至幾十年。,問題：為什么水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法要規(guī)定試件尺寸、試件配比、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等？,解答： 水泥膠砂試件的強(qiáng)度與水泥的組成、試件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及試件的大小有關(guān)，而水泥的水化程度與養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)； 水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)具有確定組成的水泥的強(qiáng)度，因此，為排除其它因素的影響，將這些因素統(tǒng)一規(guī)定，以便相互比較。,水泥石強(qiáng)度的影響因素,水泥石強(qiáng)度來自水化物顆粒間的相互作用力次價(jià)鍵力在整個(gè)表面積上的積分和； 水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強(qiáng)度大于600MPa；

25、 影響水泥石強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是孔隙率P： Powerss公式：k(1-P3) 影響孔隙率的因素均影響水泥石的強(qiáng)度 水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，強(qiáng)度越低 水泥組成：熟料礦物、混合材 養(yǎng)護(hù)條件：溫度、濕度、齡期 水泥細(xì)度：水泥顆粒越細(xì)，強(qiáng)度發(fā)展越快,7.水化熱,概念： 水泥的水化是放熱反應(yīng)，放出的熱量就是水化熱。 放熱特征： 水泥放熱過程可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但大部分在3d內(nèi)釋放。 水化熱的益處與危害： 水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化熱發(fā)散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大體積混凝土，更是如此。 水化熱和放熱速度的影響因素： 水泥礦物組成 水泥細(xì)度,問題？,為什么水泥顆粒越

26、細(xì)，水化放熱越快？ 答: 水泥礦物的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，水泥顆粒越細(xì)，水化反應(yīng)速度越快。 硅酸鹽水泥熟料的四種礦物中，哪一種水化熱最大？哪一種水化熱最小？ 答： 鋁酸三鈣C3A水化熱最大；硅酸三鈣C3S次之；硅酸二鈣C2S水化熱最小。 為什么要限制水泥的不溶物含量和燒失量？ 答：不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物；燒失量是指水泥經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量損失率。這兩項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)表示水泥中不能水化的雜質(zhì)含量大，影響水泥硬化后的性能。,問題？,試從應(yīng)用的角度，分析水泥的技術(shù)性質(zhì)及其要求？ 答： 水泥是一種膠凝材料，是主要的結(jié)構(gòu)材料之一，因此，它必須具有強(qiáng)度和體積安定性； 細(xì)度和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是

27、相互關(guān)聯(lián)的，用水量大將影響強(qiáng)度； 為了澆注成型施工，應(yīng)對(duì)凝結(jié)時(shí)間有所限制； 水化熱對(duì)水泥硬化過程和硬化后的水泥石體積穩(wěn)定性有影響； 堿含量、不溶物和燒失量影響水泥的品質(zhì)； 為了結(jié)構(gòu)物自重的計(jì)算，必須知道水泥的密度。,水泥質(zhì)量的判定,技術(shù)性質(zhì) 不符合要求 細(xì) 度 不合格品 凝結(jié)時(shí)間 （初凝）廢品 （終凝）不合格品 體積安定性 廢 品 強(qiáng) 度 不合格品或降低等級(jí) 不溶物和燒失量 不合格品,8. 水泥的耐腐蝕性,基本概念： 在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質(zhì)的作用，其組成和結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化或受到損害，導(dǎo)致性能改變、強(qiáng)度下降等。水泥石抵抗這種作用、而保持不變的能力稱為其耐腐蝕性。,導(dǎo)致水泥石

28、腐蝕性破壞的原因,外因： 環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等。 內(nèi)因： 水泥石內(nèi)存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質(zhì)侵入提供了通道； 水泥石內(nèi)有在某些腐蝕性介質(zhì)下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等； 腐蝕與毛細(xì)孔通道的共同作用 加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞。,軟水侵蝕（溶出性侵蝕）,機(jī)理： 當(dāng)水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙； 另一方面，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離子的濃度低于水化物的溶度積，導(dǎo)致水化物分解、溶失和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。 破壞形式： 水化物的分解、溶失，造成水泥石密實(shí)度下降

29、，孔縫增多、強(qiáng)度降低，直至整體破壞。,鹽類腐蝕,硫酸鹽的腐蝕 腐蝕機(jī)理： 硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石，其體積增加2.22倍，引起水泥石的破壞。 當(dāng)硫酸鈣濃度高時(shí)，他們可直接結(jié)晶，造成膨脹壓力，引起破壞。 鎂鹽的腐蝕 腐蝕機(jī)理： 主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應(yīng)，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。,鈣礬石,水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內(nèi)部形成膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物,水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開裂,酸類腐蝕,腐蝕機(jī)理： 水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應(yīng)生成可溶性鹽。 另

30、一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會(huì)導(dǎo)致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。 破壞形式： 溶失性破壞，組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生很大改變。,水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落,強(qiáng)堿腐蝕,腐蝕機(jī)理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應(yīng)，生成可溶性鋁酸鹽。當(dāng)介質(zhì)中強(qiáng)堿濃度較高是，會(huì)造成水泥石的嚴(yán)重破壞。,防止水泥石腐蝕的措施,主要針對(duì)引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施， 根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩(wěn)定組分的含量； 提高水泥石的密實(shí)度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等； 表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。,問題 ？,降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對(duì)水泥的耐

31、腐蝕性有什么作用？為什么？,答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的能力。 因?yàn)?，化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。,小結(jié),物理力學(xué)性能 密度 強(qiáng)度 體積穩(wěn)定性 細(xì)度 水化熱,耐久性能 軟水腐蝕 鹽類腐蝕 酸類腐蝕 強(qiáng)堿腐蝕,為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能,施工性能 凝結(jié)時(shí)間 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量,四、硅酸鹽水泥的應(yīng)用和存放,問題： 1.硅酸鹽水泥的適用領(lǐng)域有哪些？不適合的領(lǐng)域有哪些？為什么？ 2. 硅酸鹽水泥的性質(zhì)中哪幾項(xiàng)不合格為廢品？哪幾項(xiàng)不合格為不合格品？廢品和不合格品應(yīng)如何處理？ 3.施工工地對(duì)水泥應(yīng)如何保管和存放？為什么？,

32、摻混合材的硅酸鹽水泥品種,硅酸鹽水泥熟料石膏, ,615%混合材,普通硅酸鹽水泥,2070%礦 渣,礦渣硅酸鹽水泥,2050%火山灰,火山灰硅酸鹽水泥,2040%粉煤灰,粉煤灰硅酸鹽水泥,1650%兩種混合材,復(fù)合硅酸鹽水泥,摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關(guān)！,第二節(jié) 摻混合材的硅酸鹽水泥,摻混合材水泥的代號(hào),水泥品種 組成特點(diǎn) 代號(hào) 普通水泥 615的混合材 P O 礦渣水泥 2070礦渣 P S 火山灰水泥 2050火山灰 P P 粉煤灰水泥 2040粉煤灰 P F 復(fù)合水泥 1550兩種混合材 P C 石灰石水泥 1125的石灰石 P L,一、水泥混合材

33、,定義： 在水泥生產(chǎn)過程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)所加入的天然或人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。 種類： 活性 非活性 作用： 在水泥中主要起填充作用，調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱等。,1.非活性混合材,定義： 與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。 常見的有： 磨細(xì)石英砂 石灰石粉 廢渣 慢冷礦渣,2. 活性混合材,定義具有水化活性的混合材。 活性組分：SiO2、Al2O3 常用品種： ?；郀t礦渣煉鋼鐵的廢料 火山灰質(zhì)粉末天然巖石和人工煅燒物 粉煤灰火電廠的廢料,（1）活性混合材的作用,水化反應(yīng)： xCa(OH)2 +

34、SiO2 + mH2O = xCaOSiO2nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaOAl2O3nH2O 稀釋作用 減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱； 減少水泥石中Ca(OH)2的含量。 超細(xì)粉末的密實(shí)填充效應(yīng),活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應(yīng),3d,7d,49d,182d,摻加粉煤灰的水泥強(qiáng)度發(fā)展早期強(qiáng)度增長(zhǎng)減慢，但摻量小于20時(shí)，后期強(qiáng)度也有較多增長(zhǎng),問題？,什么是活性混合材的激發(fā)劑？其激發(fā)機(jī)理是什么？,答：激發(fā)劑起激發(fā)水化，促進(jìn)凝結(jié)硬化的作用。 堿性激發(fā)劑：石灰和硅酸鹽水泥熟料 硫酸鹽激發(fā)劑：石膏 熟料礦物水化析出氫氧化鈣，氫氧化鈣再與活性氧化硅和活性氧化鋁相互

35、作用，生成無定形的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，水化鋁酸鈣再與硫酸鹽激發(fā)劑反應(yīng)生成鈣礬石，長(zhǎng)時(shí)間后轉(zhuǎn)變成結(jié)晶不完善的凝膠。,（2）活性混合材水泥的共性,密度較小 2.703.10。 早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高。 對(duì)養(yǎng)護(hù)溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護(hù)。 水化熱較小。 耐腐蝕性較好。 抗凍性、耐磨性不及硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。,（3）活性混合材水泥的特性,礦渣水泥： 保水性差，泌水性大，干縮較大，耐熱性較好。 火山灰水泥： 易吸水，易反應(yīng)，結(jié)構(gòu)較致密，抗?jié)B性和耐水性較好，體積收縮較大，抗硫酸鹽能力較差。 粉煤灰水泥： 吸水能力弱，需水量較低，干縮性較小，結(jié)構(gòu)致密，抗裂性較好。 復(fù)合水泥： 取決于所摻的

36、混合材種類。,問題 ？,各種摻混合材硅酸鹽水泥的代號(hào)、組成區(qū)別、特性及使用范圍是什么？,幾種通用水泥的性能特點(diǎn)及應(yīng)用,水泥按用途與性能劃分為通用水泥、專用水泥及特性水泥三類。其中專用水泥是指專門用途的水泥，如道路硅酸鹽水泥；特性水泥是指某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥。,二、其他水泥,1.白色硅酸鹽水泥,組成特點(diǎn)： 水泥中的氧化鐵的含量低于水泥質(zhì)量的0.5%。 性能特點(diǎn)： 外觀為白色，按白度分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)；技術(shù)要求與普通水泥同。 應(yīng)用特點(diǎn)： 白水泥熟料與顏料、石膏共同磨細(xì)可制得彩色水泥；主要用于建筑室內(nèi)外裝飾等。,2.快硬硅酸鹽水泥,組成特點(diǎn)： 熟料中C3S、C3A的含量較高，石

37、膏的摻量略大（其中SO34.0%）。 性能特點(diǎn)： 水泥的細(xì)度較細(xì)，凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度增進(jìn)率高。 應(yīng)用特點(diǎn)： 早期強(qiáng)度要求高、緊急搶修、低溫施工工程和高標(biāo)號(hào)混凝土預(yù)制構(gòu)件等。,3. 高鋁水泥的礦物組成,定義： 高鋁水泥（礬土水泥）是以鋁礬土和石灰石為原料，按一定比例配合，經(jīng)煅燒、磨細(xì)所制得的一種以鋁酸鈣為主要礦物成分的水硬性材料，又稱鋁酸鹽水泥。 主要礦物有： 鋁酸一鈣 CaOAl2O3 CA，50%70%； 硅酸二鈣 2CaOSiO2 C2S， 七鋁酸十二鈣 12CaO7Al2O3， C12A7 二鋁酸一鈣 CaO2Al2O3， CA2 硅鋁酸二鈣 2CaOAl2O3SiO2 C2AS,水化

38、活性很低,水化活性很高,高鋁水泥的特點(diǎn)與應(yīng)用,1. 耐高溫性能好，配制耐高溫混凝土或砌筑砂漿； 2. 耐硫酸鹽腐蝕性能較好，適用于有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程； 3. 耐堿性較差，不能用于接觸堿溶液的工程； 4. 水化熱較大，適用于冬季施工，不適用于大體積混凝土； 5. 快硬早強(qiáng)，宜用于緊急搶修工程。 6. 高鋁水泥有強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象，如需用于工程中，應(yīng)按最低穩(wěn)定強(qiáng)度設(shè)計(jì)。,4、膨脹水泥和自應(yīng)力水泥,組成特點(diǎn)： 含有在水泥的凝結(jié)硬化過程中能產(chǎn)生適量體積膨脹的成分，如：氧化鈣、氧化鎂、硫鋁酸鈣、明礬石、石膏等。 種類： 硅酸鹽型、鋁酸鹽型、硫鋁酸鹽型。 性能特點(diǎn)： 凝結(jié)硬化過程中體積不收縮，而略有膨脹，提高密實(shí)性和抗?jié)B性。 應(yīng)用特點(diǎn)： 可用于配制防水砂漿和防水混凝土、管道接頭、堵縫和自應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程和構(gòu)件等。,5、道路硅酸鹽水泥,組成特點(diǎn)： 水泥熟料主要礦物硅酸鈣和鐵鋁酸四