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第四章 水泥1第一页，本课件共有107页 了解了解 硅酸盐水泥的原料及生产过程，硅酸盐水泥的水化反应，硅酸盐水泥的原料及生产过程，硅酸盐水泥的水化反应，水泥的运输及贮存。水泥的运输及贮存。熟悉熟悉 硅酸盐水泥的定义及分类，凝结硬化过程，硅酸盐水泥的特硅酸盐水泥的定义及分类，凝结硬化过程，硅酸盐水泥的特性与应用，掺混合材硅酸盐水泥的种类、组成、特性和应用，其他性与应用，掺混合材硅酸盐水泥的种类、组成、特性和应用，其他品种水泥。品种水泥。掌握掌握 水泥矿物组成及其特性，影响硅酸盐水泥凝结硬化水泥矿物组成及其特性，影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素，水泥的技术性质，硅酸盐水泥的腐蚀与防止。的因素，水泥的技术性质，硅酸盐水泥的腐蚀与防止。四四2第二页，本课件共有107页 水泥是加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。分类：按用途 和性能分：（1）通用 水泥 六大品种水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合水泥。（2）专用 水泥：如：油井水泥、大坝水泥、砌筑水泥、道路水泥等。如：油井水泥、大坝水泥、砌筑水泥、道路水泥等。（3）特性水泥：某种性能比较突出的水泥，快硬硅酸盐水泥、低热矿渣盐水泥。用于一般土木建筑用于一般土木建筑工程的水泥。工程的水泥。3第三页，本课件共有107页水泥在土木工程中的重要作用o水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！o水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！o水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量至关重要！4第四页，本课件共有107页我国水泥产量(单位:万t)5第五页，本课件共有107页硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥其它品种水泥6第六页，本课件共有107页硅酸盐水泥硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥其它品种水泥其它品种水泥硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的主要因素硅酸盐水泥的技术要求硅酸盐水泥的技术要求水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀硅酸盐水泥的性能特点与应用硅酸盐水泥的性能特点与应用主要内容7第七页，本课件共有107页o什么是硅酸盐水泥？什么是硅酸盐水泥？o硅酸盐水泥是怎样制造？硅酸盐水泥是怎样制造？o硅酸盐水泥的组成？硅酸盐水泥的组成？o水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥浆如何转变成坚硬固体？o水泥应满足哪些技术性质？水泥应满足哪些技术性质？o如何正确使用水泥？如何正确使用水泥？问问 题题8第八页，本课件共有107页凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。不掺混合材的称不掺混合材的称I I型硅酸盐水泥，其代号为型硅酸盐水泥，其代号为P.IP.I在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称IIII型硅酸型硅酸盐水泥，其代号为盐水泥，其代号为IIII。9第九页，本课件共有107页 o原原 料：料：硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3、Fe2O3)，占占1/3 钙质：石灰石、白垩等，钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占占2/3调节原料：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2制造工艺：制造工艺：原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料经窑内生料经窑内煅烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水水泥泥“两磨一烧”10第十页，本课件共有107页硅质(粘土)钙 质(石灰石)1450调节原料石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 11第十一页，本课件共有107页水泥生料煅烧回转窑回转窑尾14501500C12第十二页，本课件共有107页o硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥n硅酸盐水泥熟料 Clinkersn石膏(CaSO42H2O)Gypsumn混合材(矿渣或石灰石粉末)Mineral Additiveso各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；必要组分硅酸盐水泥的组成是什么?13第十三页，本课件共有107页o化学组成：化学组成：n主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)n少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。o矿物组成：矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成矿物名称缩写分子式含 量与水与水反应反应水化水化热热强度强度贡献贡献硅酸三钙C C3 3S S3CaO3CaOSiOSiO2 237603760很快很快大大高高硅酸二钙C C2 2S S2CaO2CaOSiOSiO2 215371537较慢较慢小小早低早低后高后高铝酸三钙C C3 3A A3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3715715极快极快最大最大低低铁铝酸四钙C C4 4AFAF4CaO4CaO AlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 310181018很快很快中中低低 易产生收缩裂缝,抗水性差抗水性较好,适于大体积工程干缩变形大 对早期强度有贡献 14第十四页，本课件共有107页水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构15第十五页，本课件共有107页 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体o凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；o硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。16第十六页，本课件共有107页o化学过程水泥熟料矿物的水化反应o石膏的作用o物理过程水泥浆的凝结硬化o硬化水泥浆的组成与结构 o水泥浆凝结硬化的影响因素需学习与掌握的内容需学习与掌握的内容17第十七页，本课件共有107页1.水泥熟料矿物的水化反应o特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；o反应速度序列：n铝酸三钙C3A的水化n铁铝酸四钙C4AF的水化n硅酸三钙C3S的水化n硅酸二钙C2S的水化18第十八页，本课件共有107页硅硅酸酸盐盐水水泥泥水水化化水化硅酸钙 氢氧化钙水化硅酸钙 氢氧化钙水化铝酸钙水化铝酸钙水化铝酸钙水化铝酸钙 水化铁酸钙水化铁酸钙高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）水化物：水化硅酸钙(70%)、氢氧化钙(20%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及高硫型水化硫铝酸钙等新生矿物。19第十九页，本课件共有107页溶液中的反应o机理：溶解机理：溶解 扩散扩散 沉淀沉淀离子在水中的扩散C3S水化产物成核CSH析出、凝聚、脱水离开水相，形成凝胶，CH结晶生长20第二十页，本课件共有107页CSH凝胶体结构水化硅酸钙的形成重新排列和凝聚后的凝胶体结构21第二十一页，本课件共有107页硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物C-S-H与Ca(OH)22第二十二页，本课件共有107页铝酸三钙C C3 3A A的水化o铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要o纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙：C3A +18H2O C2AH8+C4AH13 C3AH6 (不稳定的中间产物)(稳定产物)这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！o避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O 这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。23第二十三页，本课件共有107页铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应oC3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙钙矾石晶体，并放出大量热：C3A+3CH2+26H C3A3C3H32+300 cal/g (1)(钙钒石)o反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物：C3A+C3A3C3H32+4H C3AC3H12 (2)o石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A +18H2O C3AH6 (3)石膏缓凝机理：v 钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢；v 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。24第二十四页，本课件共有107页2.石膏的作用o避免水泥浆的闪凝现象。o调节水泥的凝结时间。o导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。25第二十五页，本课件共有107页水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散3.水泥浆的凝结硬化物理过程26第二十六页，本课件共有107页水泥颗粒水泥颗粒水水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体硅酸盐水泥水化物理过程模型水泥水化物膜层水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层静止期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。27第二十七页，本课件共有107页o初始反应期：初始反应期：水泥颗粒分散并溶于水中，其表面与水发生水化反应，生水泥颗粒分散并溶于水中，其表面与水发生水化反应，生成相应的水化物。成相应的水化物。水化产物也水化产物也溶于水溶于水，几分钟内水泥颗粒周围的液相就达到，几分钟内水泥颗粒周围的液相就达到饱和饱和。水化产物氢氧化钙（水化产物氢氧化钙（CHCH）、水化硫铝酸钙（）、水化硫铝酸钙（AFtAFt）、水化）、水化铝酸钙（铝酸钙（C3AH6C3AH6）以晶体的形式析出，水化硅酸钙）以晶体的形式析出，水化硅酸钙C CS SH H则则以胶体的形式析，它们包裹在水泥颗粒表面。以胶体的形式析，它们包裹在水泥颗粒表面。水泥浆凝结硬化的物理过程溶解度很小，水化产物生成速度远大于向溶液扩散的速度28第二十八页，本课件共有107页o诱导期诱导期(静止期静止期)水化产物堆积在水泥颗粒表面，颗粒周围很快形成以水化硅酸水化产物堆积在水泥颗粒表面，颗粒周围很快形成以水化硅酸钙钙C CS SH H胶体为主的渗透膜层。胶体为主的渗透膜层。随着膜层增厚，减缓了外部水分向内渗入和水化产物向外扩散的随着膜层增厚，减缓了外部水分向内渗入和水化产物向外扩散的速度，因而速度，因而减缓了水化减缓了水化。但水分渗入膜层内部的速度大于水化物向外扩散的速度，造成膜层但水分渗入膜层内部的速度大于水化物向外扩散的速度，造成膜层内外内外浓度差浓度差，形成渗透压，导致，形成渗透压，导致膜层破裂膜层破裂。未水化的水泥颗粒表面重新与水接触，水化反应重新加快，未水化的水泥颗粒表面重新与水接触，水化反应重新加快，直至新的凝胶体重修补破裂的膜层。直至新的凝胶体重修补破裂的膜层。水泥浆凝结硬化的物理过程 膜层的破裂，水化重新加速，形成新膜层的行为在水泥膜层的破裂，水化重新加速，形成新膜层的行为在水泥水体系中是无定时、无定向发生的。水体系中是无定时、无定向发生的。29第二十九页，本课件共有107页o水化反应加速期，也称凝结期水化反应加速期，也称凝结期 随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的的“凝结凝结”。水泥浆凝结硬化的物理过程30第三十页，本课件共有107页硬化期硬化期 水泥颗粒之间不断减小的空隙，称为毛细孔。水泥颗粒之间不断减小的空隙，称为毛细孔。水化产物继续生成填充到剩余的毛细孔浆体产生水化产物继续生成填充到剩余的毛细孔浆体产生强度并逐渐变成坚硬的人造石强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，就进入水泥石，就进入硬化阶段硬化阶段。水泥浆凝结硬化的物理过程31第三十一页，本课件共有107页硅硅酸酸盐盐水水泥泥水泥的水化物水泥的水化物随着水化产物随着水化产物的不断增加的不断增加水泥的硬化硬化硬化毛细孔不断被填实水化产物水化产物的增加和水分的丧失，的增加和水分的丧失，强度进一步增强强度进一步增强晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体32第三十二页，本课件共有107页红色：未反应的水泥颗粒红色：未反应的水泥颗粒蓝色：氢氧化钙蓝色：氢氧化钙CH黄色：黄色：C-S-H黑色：孔隙黑色：孔隙左上：水化度左上：水化度0；右上：水化度右上：水化度20；左下：水化度左下：水化度50；右下：水化度右下：水化度87。水泥水化过程模型水化度0%水化度20%水化度50%水化度87%33第三十三页，本课件共有107页水泥浆中氢氧化钙的生长3 天7 天28 天365 天34第三十四页，本课件共有107页应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题o水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；石膏与石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，粘附在水反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，粘附在水泥颗粒的表面形成膜层，反应速度减缓，延缓了水泥泥颗粒的表面形成膜层，反应速度减缓，延缓了水泥浆的凝结速度。浆的凝结速度。o水泥浆体强度的增长规律是什么？水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。物的水化反应规律是一致的。35第三十五页，本课件共有107页o为什么强度发展与环境温、湿度有关？水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。低温度就会减缓水泥的凝结硬化。o为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。强度大为降低。36第三十六页，本课件共有107页4、硬化水泥浆体水泥石的组成与结构o水泥石的组成固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒u凝胶体：水化硅酸钙C-S-H凝胶等；u晶体：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；气相各种尺寸的孔隙与空隙u凝胶孔、毛细孔、工艺空隙液相水或孔溶液o水泥石的组成随水泥水化度而变化37第三十七页，本课件共有107页硬化水泥浆体水泥石的微结构o水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石o水泥石微结构特点水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；各种物相分布不均；各种物相分布不均；各种物相的尺寸不等，形貌不一。各种物相的尺寸不等，形貌不一。由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。38第三十八页，本课件共有107页背背散散射射扫扫描描电电镜镜照照片片未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒C-S-H氢氢氧氧化化钙钙单硫型硫单硫型硫铝酸盐铝酸盐39第三十九页，本课件共有107页水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d龄期龄期)C-S-H钙矾石钙矾石40第四十页，本课件共有107页水泥浆中的固体相o水泥石中有四种主要固体相硅酸钙水化物氢氧化钙硫铝酸钙水化物未水化的水泥颗粒41第四十一页，本课件共有107页水泥浆中的固体相（1）硅酸钙水化物）硅酸钙水化物 Calcium Silicate Hydrate缩写缩写:C-S-H体积含量体积含量:占水泥石体积的占水泥石体积的5060%。组成特点：组成特点：组成可变，钙组成可变，钙/硅硅(C/S)比比=1.5 2.0，结构水不等。，结构水不等。形貌：形貌：结晶性差的纤维网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。结晶性差的纤维网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。C-S-H形貌C-S-H的分子的分子结构结构42第四十二页，本课件共有107页水泥浆中的固体相(2)Ca(OH)2缩写：缩写：CH体积含量体积含量:占水泥石体积的占水泥石体积的20 25%；组成特点：组成特点：组成确定组成确定Ca(OH)2。结构特点：结构特点：六方片状晶体。六方片状晶体。形貌：形貌：大片状晶体的堆积体。大片状晶体的堆积体。氢氧化钙晶体形貌生长在水泥石孔隙中的六方片状的氢氧化钙晶体43第四十三页，本课件共有107页（3）水化硫铝酸钙）水化硫铝酸钙Calcium Sulfoaluminate Hydrates缩写：缩写：Aft、Afm含量：含量：占水泥石体积的占水泥石体积的 15 20%。组成特点：组成特点：开始时，形成三硫型硫铝酸钙开始时，形成三硫型硫铝酸钙钙钒石钙钒石 ettringite(Aft)后期，转变为后期，转变为 单硫型硫铝酸钙单硫型硫铝酸钙 monosulfate hydrates(Afm)结构特点：结构特点：结晶性好的晶体结晶性好的晶体形貌：形貌：Aft针状晶体；针状晶体；Afm六方片状晶体六方片状晶体水泥浆中的固体相典型Afm六方片状晶体和Aft针状晶体的形貌水泥浆中的钙钒石生长在水泥石孔隙中的针状的钙钒石晶体44第四十四页，本课件共有107页o未水化的水泥颗粒内核o处于水化物包裹中o水灰比越小，其含量越多未水化的水泥内核水泥浆中的固体相45第四十五页，本课件共有107页水泥石中的孔隙oC-S-H凝胶中的层间孔隙凝胶孔 gel pores含量：约占含量：约占C-S-H凝胶的凝胶的28%对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响o毛细孔 Capillary Voidsn与水灰比有关 n对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响o空隙 Air Voids引入的空气泡:50 200 m对强度和抗渗性非常有害黑色代表孔隙黑色代表孔隙46第四十六页，本课件共有107页（1 1）水泥矿物组成水泥矿物组成（2 2）水泥细度水泥细度（3 3）养护条件（温度、湿度）与时间养护条件（温度、湿度）与时间 （4 4）拌合用水量拌合用水量（5 5）水泥外加剂）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素47第四十七页，本课件共有107页水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度()时间(天)水泥熟料矿物组成的影响o水泥熟料矿物的水化速度：C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF C2So水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；o水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；48第四十八页，本课件共有107页石膏掺量的影响o石膏主要降低C3A的水化速度；o掺量太少，凝结较快；o过多，凝结加快，甚至会在后期引起水泥石的膨胀开裂。49第四十九页，本课件共有107页水泥颗粒细度的影响o水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？答：水泥的水化反应是液固异相反应，反应首先发生在液固界面上；水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。比表面积比表面积 m2/kg放放热热速速度度时间时间/小时小时细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比1.0)水化速度(放热量)的影响50第五十页，本课件共有107页水泥细度水泥细度Fineness of Cement粒径：3m 水化非常迅速，需水量增大；90 m 几乎接近惰性。51第五十一页，本课件共有107页温度与湿度的影响o温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速。温度低于5C时，水化速度大大减慢，温度低于0C时，水化反应基本停止。o保持一定湿度，有利于水泥的水化。当环境湿度十分干燥时，水泥中的水分将很快蒸发，水泥不能充分水化，硬化也将停止。标准养护：在测定水泥强度时，试件在温度201，湿度为95%以上的条件下养护。冬季施工应采取保温措施52第五十二页，本课件共有107页拌和用水量的影响o重要概念：水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；o水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比0.25；实际需水量为4070%。o水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长；o水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。53第五十三页，本课件共有107页外加剂o掺入减水剂，延缓水泥的凝结硬化，影响早期强度。o掺入早强剂，促进水泥的凝结硬化，提高早期强度。54第五十四页，本课件共有107页SummaryoC3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。含量多，凝结硬化快，反之亦然。o细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。o水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。硬化速度越慢。o提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化的水分有利于水泥的凝结硬化 55第五十五页，本课件共有107页问题？o水泥宜在什么条件下凝结硬化？答：水泥宜在常温(2010C)与相对湿度较高的条件下，凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水化 所需水分供应充足的条件。56第五十六页，本课件共有107页o密度与堆积密度密度与堆积密度o细度细度o标准稠度用水量标准稠度用水量o凝结时间凝结时间o体积安定性体积安定性o强度强度o水化热水化热o碱含量碱含量o耐腐蚀性耐腐蚀性软水侵蚀软水侵蚀盐类侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀防腐措施防腐措施硅酸盐水泥应满足哪些技术性质?57第五十七页，本课件共有107页1.密度与堆积密度o密度密度 3.003.15g/cm3，混凝土配合比计算时，混凝土配合比计算时，一般取一般取3.10g/cm3。o堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库，在工地计算水泥仓库时，一般取时，一般取1300 kg/m3 。o密度的测量方法密度的测量方法 排液法，用无水煤油作为测量液体。排液法，用无水煤油作为测量液体。58第五十八页，本课件共有107页2.2.细细 度度o定义定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。细度是指水泥粉体的粗细程度。(0.0070.2mm)o测量方法测量方法筛分析法筛分析法 以以80 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示；比表面积法比表面积法 以以1kg水泥颗粒所具有的总表面水泥颗粒所具有的总表面积来表示。积来表示。国标要求国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥普通水泥80 m方孔筛的筛余量不得超过方孔筛的筛余量不得超过10.0%。o细度不符合要求的水泥为细度不符合要求的水泥为不合格品不合格品！59第五十九页，本课件共有107页问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：o水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；o虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；o水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；o水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。强度。60第六十页，本课件共有107页3.标准稠度用水量 o标准稠度：标准稠度：按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（定仪上，试锥下沉（2828 2 2）mmmm时的水泥净浆的稠度。时的水泥净浆的稠度。o标准稠度用水量：标准稠度用水量：指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在稠度用水泥量一般在24%30%24%30%。61第六十一页，本课件共有107页试锥下降高度试锥下降高度水水泥泥浆浆试试锥锥62第六十二页，本课件共有107页4.凝结时间 o概念：概念：凝结时间凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；塑性所需的时间；终凝时间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。塑性，并开始具有强度所需的时间。63第六十三页，本课件共有107页4.凝结时间 测定方法：测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。o国标要求：硅酸盐水泥国标要求：硅酸盐水泥初凝时间初凝时间45min；终凝时间终凝时间390min。64第六十四页，本课件共有107页水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定标准稠度标准稠度水泥浆水泥浆离底离底12mm为初凝为初凝园弧形园弧形压痕压痕终终凝凝65第六十五页，本课件共有107页 国标国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品废品废品废品；终凝；终凝时间不符合规定的水泥为时间不符合规定的水泥为不合格品不合格品不合格品不合格品。为什么？。为什么？答：答：o水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；化的混凝土质量；o初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为水泥无使用价值，即为废品废品废品废品；o终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品不合格品不合格品不合格品。66第六十六页，本课件共有107页5.体积安定性 o基本概念：基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良。o体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品废品废品！67第六十七页，本课件共有107页o水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。因为水泥熟料中的游离因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水泥石中继续与水反应，其固体体度很慢。在已硬化的水泥石中继续与水反应，其固体体积增大积增大1.5倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀膨胀。5.5.体积安定性体积安定性 68第六十八页，本课件共有107页o检测方法：检测方法：试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法 5.5.体积安定性体积安定性 69第六十九页，本课件共有107页试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法合格标准：5mm。肉眼观察表面肉眼观察表面有无裂纹有无裂纹用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。70第七十页，本课件共有107页6.强 度 o检验方法检验方法胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体；试件养护：试件养护：在在20 C 1C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养护的雾室或养护箱中箱中24h，然后脱模在，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期；的水中养护至测试龄期；71第七十一页，本课件共有107页强度等级：强度等级：根据根据3 3天和天和2828天强度测试结果，将水泥强度划分若天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级干个强度等级 72第七十二页，本课件共有107页3d28d时间（时间（d）强度强度（MPa）o早期增长快，随后逐渐减慢；o28天，基本达到极限强度的80以上；o在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天 乃至几十年。水泥强度发展规律73第七十三页，本课件共有107页7.水化热 o概念：概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。o放热特征：放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。内释放。o水化热的益处与危害：水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其在冬天施工，但如水化热发散不水化热有利于水泥的快硬，尤其在冬天施工，但如水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土。均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土。o水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 74第七十四页，本课件共有107页问 题o为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？答答:水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水化反应速度越快。化反应速度越快。o硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种水化热最小？水化热最小？答：答：铝酸三钙铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二次之；硅酸二钙钙C2S水化热最小。水化热最小。75第七十五页，本课件共有107页8 碱含量 水泥中含有较多的强碱物Na2O或K2O时，容易发生碱骨料反应,生成具有膨胀性的硅酸盐凝胶类物质，破坏骨料与水泥之间的粘结，对结构造成危害。国家标准规定，水泥中的含碱量 (Na2O+0.658K2O）不得大于0.6%。另外：氯离子 不得大于0.06%。76第七十六页，本课件共有107页9.9.水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性耐腐蚀性。77第七十七页，本课件共有107页软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）o机理：机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。件下，腐蚀越快。o 破坏形式：破坏形式：水化物水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。缝增多、强度降低，直至整体破坏。软水即重碳酸盐含量较少的水，如雨水、雪水、湖水、河水、江水和蒸馏水等78第七十八页，本课件共有107页硬度高的水，对水泥石的腐蚀性小，为什么？当水的硬度较高时，即水中含有较多的重碳酸盐时，能与Ca(OH)2 作用，生成几乎不溶于水的碳酸钙，沉积在水泥石孔隙中起密实填充作用，阻止水的渗入和Ca(OH)2 的溶出。79第七十九页，本课件共有107页盐类腐蚀盐类腐蚀 o硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：n硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加钙矾石，其体积增加1.5倍，引起水泥石的破坏。倍，引起水泥石的破坏。n当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。压力，引起破坏。o镁盐的腐蚀镁盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：主要是硫酸镁和氯化镁，与氢氧化钙反应，主要是硫酸镁和氯化镁，与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。作用。钙矾石钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂晶产物引起的开裂80第八十页，本课件共有107页酸类腐蚀酸类腐蚀 o腐蚀机理：腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。o破坏形式破坏形式：溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落81第八十一页，本课件共有107页强碱腐蚀强碱腐蚀 o腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。的严重破坏。82第八十二页，本课件共有107页导致水泥石腐蚀性破坏的原因导致水泥石腐蚀性破坏的原因o外因：外因：环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。o内因：内因：水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；供了通道；水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；，水化铝酸钙等；83第八十三页，本课件共有107页防止水泥石腐蚀的措施防止水泥石腐蚀的措施 主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，o根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；不稳定组分的含量；o提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的