建筑材料5水泥13815.pptx

建 筑 材 料第五章 水泥水泥水泥的定义和分类水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。按用途和性能分类用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等具有专门用途水泥，如中、低热水泥，道路水泥等具有某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等按其化学成分类虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥一般工程一般工程一般工程一般工程铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥快硬、早强。主要用于紧急快硬、早强。主要用于紧急快硬、早强。主要用于紧急快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季抢修工程、早强工程、冬季抢修工程、早强工程、冬季抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。施工、抗蚀、抗冻等工程。施工、抗蚀、抗冻等工程。施工、抗蚀、抗冻等工程。早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地下工程等。程、锚固和地下工程等。程、锚固和地下工程等。程、锚固和地下工程等。我国水泥工业现状 近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界前列。但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。我们来看一组统计数据：如何降低水泥能耗、减少污染物的排放量，将是今后应该研究的主要内容，绿色产业化是水泥工业的发展方向。水泥在土木工程中的重要作用水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！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！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！多样性多样性多样性多样性低成本低成本低成本低成本可塑性可塑性可塑性可塑性工艺简单工艺简单工艺简单工艺简单耐久性耐久性耐久性耐久性与钢筋与钢筋与钢筋与钢筋粘结性好粘结性好粘结性好粘结性好水硬性水硬性水硬性水硬性水泥的优点水泥的优点水泥的优点水泥的优点学 习 目 的学习硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别；水泥的生产过程及其对性质的影响。掌握水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素；应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。熟悉水泥各种性质的含义和工程意义；水泥性质的影响因素及其规律；水泥性质的检验方法和评定标准。硅酸盐水泥硅酸盐水泥主 要 内 容什么是硅酸盐水泥？硅酸盐水泥是怎样制造？硅酸盐水泥的组成？水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥应满足哪些技术性质？如何正确使用水泥？重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。凡由硅酸盐水泥熟料、05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(即国外通称的Portland Cement).硅酸盐水泥的生产及矿物组成 现行国家标准GB175-2007定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05的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（国外统称为波特兰水泥）。硅酸盐水泥是怎样制造的？原原 料：料：硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，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混合后得到后得到水泥水泥“两磨一烧”硅质(粘土)钙质(石灰石)1450调节原料石膏石膏石膏石膏水水 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 原料采掘原料采掘原料磨细原料磨细原料混合原料混合反应物产物反应物产物中间产物中间产物预热器回转窑产产 物物熟料冷却熟料冷却熟料储存熟料储存硅酸盐水泥熟料制造工艺流程水泥制造厂全貌水泥的制造工艺全貌水泥生料煅烧回转窑回转窑尾14501500C化学组成：化学组成：主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。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硅酸盐水泥熟料的矿物组成 生料生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3硅酸盐水泥的水化和凝结硬化硅酸盐水泥的水化和凝结硬化水化 水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应，生成各种水化物。硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 铝酸三钙 水化铝酸钙 铁铝酸四钙 水化铝酸钙水化铁酸钙1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化(1)硅酸三钙硅酸三钙与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙（C-S-H凝胶）及氢氧化钙：2C3S+6H2O=C3S2H3+3CH水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为凝胶。氢氧化钙呈六方板状晶体析出。(2)硅酸二钙硅酸二钙与水作用时，反应极慢，水化放热小，生成水化硅酸钙，也有氢氧化钙析出：2C2S+4H2O=C3S2H3+CH所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少，结晶却粗大些。(3)铝酸三钙铝酸三钙与水作用时，反应极快，水化放热甚大，生成水化铝酸三钙（水石榴石）：C3A+6H2O=C3AH6水化铝酸三钙为立方晶体，它易溶于水。(4)铁铝酸四钙铁铝酸四钙为水作用时，反应也较快，水化放热中等，生成水化铝酸三钙及水化铁酸钙：C4AF+7H2O=C3AH6+CFH为调节水泥凝结时间而掺入的少量石膏（3%左右），与部分水化铝酸钙作用，生成难溶的水化硫铝酸钙，也称钙矾石，从而延缓了水泥的凝结时间。3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaOAl2O33CaSO4+31H2O石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。调节水泥的凝结时间。导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。石膏掺量的影响石膏主要降低C3A的水化速度；掺量太少，凝结较快；掺量达到一定后，再增加，影响不大。过多，凝结硬化影响不大。硅酸盐水泥主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥中：水化硅酸钙约占70%氢氧化钙约占20%水化铝酸钙约占3钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%硅酸盐水泥熟料矿物的特性矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。硅酸三钙高强水泥铝酸三钙、硅酸三钙 硅酸二钙 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 抗折强度抗折强度 道路水泥道路水泥 水化热大坝水泥矿物组成对早期强度及水化热的影响以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。矿物组成矿物组成C3S/C2S/C3A/C4AF/A水泥水泥6015169B水泥水泥47281015nA水泥的水泥的C3S及及C3A含量高，而含量高，而C3S及及C3A的早期强度的早期强度及水化热都较高，故及水化热都较高，故A硅酸盐水泥的早期强度与水化硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于热高于B水泥。水泥。挡墙开裂与水泥的选用现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S：61；C2S：14C3A：14；C4AF：11原因分析：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。防治措施：首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。水泥熟料矿物的水化是放热反应，水泥熟料矿物的水化是放热反应，C3S和和C3A放热最大，最快；而放热最大，最快；而C2S放热最小，最慢。放热最小，最慢。水泥熟料矿物的水化速度：C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；三、水泥浆如何转变成坚硬固体？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”；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。水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入潜伏期；因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。水泥浆凝结硬化的物理过程硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4个阶段。初凝初凝：开始失去流动性和可塑性。不得早于45min。终凝终凝：完全失去可塑性，使水泥具有一定的强度。不得迟于6.5h。a.分散在水中未水化的水泥颗粒；分散在水中未水化的水泥颗粒；b.在水泥颗粒表面形成水化物膜层；在水泥颗粒表面形成水化物膜层；c.膜层长大并互相连接（凝结）；膜层长大并互相连接（凝结）；d.水化物进一步发展，填充毛细孔水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）；（硬化）；1水泥颗粒；水泥颗粒；2水份；水份；3凝胶；凝胶；4晶体；晶体；5水泥颗粒的未水化内核；水泥颗粒的未水化内核；6毛细孔毛细孔水泥凝结硬化过程的各个阶段不是彼此截然分开，而是交错进行的。影响凝结硬化的主要因素影响凝结硬化的主要因素(1)水泥的熟料矿物组成及细度水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得愈细，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。(2)石膏的掺量水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。掺量约占水泥重量的35%，具体掺量通过试验确定。(3)水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水灰比大，水泥的初期水化反应得以充分进行，但水泥浆凝结较慢，水泥石的强度低。(4)龄期（养护时间）一般在28天内强度发展最快，28天后显著减慢。(5)环境温度和湿度提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化，使早期强度能较快发展，但对后期强度反而可能有所降低。环境湿度大，水泥的水化及凝结硬化就能够保持足够的化学用水。如果环境干燥，当水份蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化即行停止，还会在制品表面产生干缩裂缝。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题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；水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。水泥浆体强度的增长规律是什么？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。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？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。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？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，强度大为降低。硅酸盐水泥 1.密度与堆积密度密度与堆积密度密度 3.13.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。堆积密度松堆状态为9001300kg/m3紧密时可达14001700kg/m3在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3。2.细细 度度定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。细度决定了水泥与水接触的表面积。从而影响水泥的水化和凝结速度和性质。测量方法筛分析法 以80m方孔筛的筛余量表示；比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为不合格品！水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细，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。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；90m几乎接近惰性。问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：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；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；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；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。3.标准稠度用水量标准稠度用水量 标准稠度：标准稠度：按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水泥净浆的稠度。标准稠度用水量：标准稠度用水量：是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。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在23%31%。试锥下降高度试锥下降高度水泥浆水泥浆试锥试锥问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？解答：解答：与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。性不同，吸附水量不同。4.4.凝结时间凝结时间 概念：概念：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塑性所需的时间；从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具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。有强度所需的时间。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。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。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；终凝时间不符合规定；终凝时间不符合规定的水泥为的水泥为不合格品不合格品。为什么？。为什么？答：答：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；质量；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，即为值，即为废品废品；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。5.体积安定性体积安定性 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好；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。体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！为什么？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。水化速度很慢。在已都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。6.强强 度度 检验方法检验方法软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。软练胶砂法，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；胶砂配比：胶砂配比：水泥水泥:ISO标准砂标准砂:水水=1:3:0.5；振动成型：振动成型：在频率为在频率为28003000次次/min，振幅，振幅0.75mm的振实台上成型。振的振实台上成型。振动时间动时间120s。试件养护：试件养护：在在20C1C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中的雾室或养护箱中24h，然后脱模在然后脱模在20C1C的水中养护至测试龄期；的水中养护至测试龄期；100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验强度测量：强度测量：将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。结果计算：结果计算：抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。强度等级：根据强度等级：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 3d28d时间（时间（d）强度强度（MPa）水泥强度发展规律早期增长快，随后逐渐减慢；28天，基本达到极限强度的80以上；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。问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？养护时间等？解答解答：水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；与养护条件和养护时间有关；水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。较。7.水化热水化热 概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥细度 问题？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，水化反应速度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。越快。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？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；硅酸二钙次之；硅酸二钙C2S水化水化热最小。热最小。为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？答：答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。问题？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？答：答：水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有强度和体积安定性；强度和体积安定性；细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度；细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响；水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。水泥质量的判定技术性质技术性质 不符合要求不符合要求 细细 度度 不合格品不合格品凝结时间凝结时间 （初凝）（初凝）废品废品 （终凝）不合格品（终凝）不合格品体积安定性体积安定性 废废 品品 强强 度度 不合格品或降低等级不合格品或降低等级不溶物和烧失量不溶物和烧失量 不合格品不合格品温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？温度升高10C，速度加快一倍。温度低于0C时，水化反应基本停止。保持一定湿度，有利于水泥的水化。温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短问题？水泥凝结硬化速度快，好吗？答：水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重影响。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。拌和用水量的影响重要概念：水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；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；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。SummaryC3S、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。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。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。水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。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结硬化 8.水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 基本概念：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耐腐蚀性。导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因：外因：环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。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：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）机理：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；软水：指的不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。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、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。破坏形式：水化物的分解、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。盐类腐蚀盐类腐蚀 硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：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，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。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。镁盐的腐蚀 腐蚀机理：主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。钙矾石酸类腐蚀酸类腐蚀 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，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。破坏形式：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、脱落强碱腐蚀强碱腐蚀 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，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。高是，会造成水泥石的严重破坏。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，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；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；提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；外加剂等；表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。问题？降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？答：降低水泥石中答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。水腐蚀的能力。因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。Summary物理力学性能密度强度体积稳定性细度水化热耐久性能软水腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能施工性能凝结时间标准稠度用水量掺混合材的硅酸盐水泥 混合材料混合材料混合材料：在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中的人工的和天然的矿物材料。混合材料按其性能可分活性混合材料和非活性混合材料。1.非活性混合材料起填充作用2.活性混合材料活性氧化硅和氧化铝与氢氧化钙反应（二次反应）作用：在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。1.非活性混合材 定义：定义：与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，不能或很少生具有胶凝性的水化物，在水泥中仅起填充混合材，不能或很少生具有胶凝性的水化物，在水泥中仅起填充作用，为非活性混合材。作用，为非活性混合材。常见的有：常见的有：石英砂石英砂石灰岩石灰岩粘土粘土2.活性混合材 定义具有水化活性的混合材。加水后本身并不硬化，与石灰加水拌和后，在常温下能生成具有胶凝性的水化物，既能在空气中硬化，又能在水中继续硬化。活性组分：SiO2、Al2O3常用品种：粒化高炉矿渣炼钢铁的废料火山灰质粉末天然岩石和人工煅烧物粉煤灰火电厂的废料活性混合材料的作用活性混合材料都含有大量的活性氧化硅和活性氧化铝，它们只有在氢氧化钙饱和溶液中，才会发生明显的水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙：xCa(OH)2+SiO2+m1H2O=xCaOSiO2n1H2OyCa(OH)2+Al2O3+m1H2O=yCaOAl2O3n1H2O溶液中的石膏还能与水化铝酸钙反应，生成水化硫铝酸钙，具有一定的强度。作用：1、提高水泥产量，降低水泥成本2、改善水泥的某些性能，调节水泥强度等级，扩大使用范围3、充分利用工业废渣，有利于环境保护掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料石膏 615%混合材普通硅酸盐水泥2070%矿 渣矿渣硅酸盐水泥2050%火山灰火山灰硅酸盐水泥2040%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥1650%两种混合材复合硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！掺混合材水泥的代号 水泥品种水泥品种 组成特点组成特点 代号代号普通水泥普通水泥 615的混合材的混合材 P O矿渣水泥矿渣水泥 2070矿渣矿渣 P S火山灰水泥火山灰水泥 2050火山灰火山灰 P P粉煤灰水泥粉煤灰水泥 2040粉煤灰粉煤灰 P F复合水泥复合水泥 1550两种混合材两种混合材 P C普通硅酸盐水泥根据国家标准（GB1751999），普通硅酸盐水泥（ordinaryportlandcement）的定义是：凡由硅酸盐水泥熟料、615混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号PO。掺活性混合材料时，不得超过15，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰（水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘）或不超过水泥质量10的非活性混合材料来代替；掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10。普通硅酸盐水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5和52.5R等三个等级两种类型（普通型和早强型）。普通水泥的强度要求普通水泥的强度要求品种品种强度等级强度等级抗压强度（抗压强度（MPaMPa）抗折强度（抗折强度（MPaMPa）3d3d28d28d3d3d28d28d普通水泥普通水泥32.532.511.011.032.532.52.52.55.55.532.5R32.5R16.016.032.532.53.53.55.55.542.542.516.016.042.542.53.53.56.56.542.5R42.5R21.021.042.542.54.04.06.56.552.552.522.022.052.552.54.04.07.07.052.5R52.5R26.026.052.552.55.05.07.07.0矿渣硅酸盐等水泥根据国家标准（GB13441999），凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥）（Portlandblastfurnace-slagcement），代号PS。对于细度、凝结时间和体积安定性的技术要求与普通硅酸盐水泥相同。矿渣水泥是我国产量最大的水泥品种，共分六个强度等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。矿渣水泥的特点（1）早期强度低，后期强度高由于矿渣水泥中含有粒化高炉矿渣，相应熟料含量较少，因此凝结稍慢，早期（3天、7天）强度较低。但在硬化后期，28天以后的强度发展将超过硅酸盐水泥。采用蒸汽养护等湿热处理方法，能加快硬化速度，并且影响后期强度的发展。适用于采用蒸汽养护的预制构件，不宜用于早期强度要求高的工程。（2）具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力由于水泥熟料中的氢氧化钙与矿渣中的活性氧化硅和活性氧化铝发生二次反应，使水泥中易受腐蚀的氢氧化钙大为减少。同时因掺入矿渣而使水泥中易受硫酸盐侵蚀的铝酸三钙含量也相对降低。因而矿渣水泥抗溶出性侵蚀能力及抗硫酸盐侵蚀能力较强；可用于受溶出性侵蚀，以及受硫酸盐侵蚀的水工及海工混凝土。（3）水化热低矿渣水泥中硅酸三钙和铝酸三钙的含量相对减少，水化速度较慢，故水化热也相应较低。此种水泥适用于大体积混凝土工程。（4）抗碳化性较差由于水泥石中的氢氧化钙的数量少，故抵抗碳化的能力差。因而不适合用于二氧化碳浓度含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间等。（5）保水性差，抗渗性差，干缩大由于粒化高炉矿渣玻璃体对水的吸附能力差，即对水分的保持能力差（保水性差），与水拌合时易产生泌水造成较多的连通孔隙，因此，矿渣硅酸盐水泥的抗渗性差，且干缩较大。矿渣水泥不适合用于有抗渗要求的混凝土工程。（6）耐热性好矿渣本身耐热性好，且矿渣硅酸盐水泥水化后氢氧化钙的含量少，故矿渣硅酸盐水泥的耐热性较好，适合用于有耐热要求的混凝土工程。火山灰质硅酸盐水泥根据国家标准（GB13441999），凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），（Portlandpozzolanacement）代号PP。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为2050。火山灰水泥各龄期的强度要求，细度、凝结时间及体积安定性的要求与矿渣水泥相同。火山灰水泥加水后，其水化反应和矿渣水泥一样，也是分两步进行的。火山灰水泥和矿渣水泥在性能方面有许多共同点，如早期强度较低，后期强度增长率较大，水化热低，耐蚀性较强，抗冻性差等。火山灰水泥的特点（1）保水性，抗渗性及耐水性高火山灰质混合材料颗粒较细，内部含有大量的微细孔隙，故火山灰质硅酸盐水泥的保水性高，泌水性小；当处在酸潮湿环境中或在水中养护时，火山灰质混合材料和氢氧化钙作用，生成较多的水化硅酸钙胶体，使水泥石结构致密，因而具有较高的抗渗性和耐水性。（2）在干燥环境中易产生裂缝火山灰水泥在硬化过程中干缩现象较矿渣水泥更显著，当处在干燥空气中时，形成的水化硅酸钙胶体会逐渐干燥，产生干缩裂缝。水泥石表面易产生“起粉”现象。因此，在施工时，应特别注意加强养护。（3）耐蚀性较强火山灰水泥耐蚀性较强的原理与矿渣水泥相同。但若掺烧粘土，则抗硫酸盐侵蚀能力差。粉煤灰硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥）（portlandfly-ashcement），代号PF。粉煤灰掺加量按质量百分比计为2040。粉煤灰水泥各龄期的强度要求，细度、凝结时间、体积安定性的要求与矿渣水泥和火山灰水泥相同。粉煤灰水泥的特点（1）早期强度低这种水泥早期强度发展速率比矿渣水泥和火山灰水泥更低，但后期可明显地超过硅酸盐水泥。（2）干缩小，抗裂性高与其它掺混合材水泥比较，标准稠度需水量较小，干缩性也小，因而抗裂性较高。但其吸附水的能力较差，即保水性差，泌水较快，若处理不当易引起混凝土产生失水裂缝。粉煤灰水泥适用于大体积混凝土工程及地下和海港工程。对承受荷载较迟的工程更为有利。矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的强度要求强度等级强度等级抗压强度抗压强度MPaMPa抗折强度抗折强度MPaMPa3d3d28d28d3d3d28d28d32.532.510.010.032.532.52.52.55.55.532.5R32.5R15.015.032.532.53.53.55.55.542.542.515.015.042.542.53.53.56.56.542.5R42