第三章水泥学习.pptx

基本要求基本要求重点水泥的腐蚀及防护特性应用难点水泥水化、凝结和硬化机理各种水泥的异同点注意事项本章是整个课程的重点联系各种水泥进行学习 着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因第1页/共143页概 述 什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？水泥中的主要矿物水泥中的主要矿物硅酸盐系水泥硅酸盐系水泥铝铝酸酸盐盐系系水水泥泥硫铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥磷磷酸酸盐盐系系水水泥泥硫铝酸钙硫铝酸钙硅酸钙硅酸钙铝铝酸酸钙钙磷磷酸酸钙钙,镁镁 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。第2页/共143页概 述 什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？水泥的特性水泥的特性膨胀水泥膨胀水泥快快 硬硬 水水 泥泥低低 热热 水水 泥泥抗抗腐腐蚀蚀水水泥泥 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。硬化时膨胀硬化时膨胀硬硬化化速速度度快快水化热低水化热低耐耐腐腐蚀蚀性性好好 根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。水泥、抗硫酸盐水泥等。第3页/共143页概 述 什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？硅酸盐系水泥硅酸盐系水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥掺混合材硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥特特性性硅硅酸酸盐盐水水泥泥 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。水泥、抗硫酸盐水泥等。u硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；掺混合材的硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥u硅酸盐水泥有P和P两类，后者含有混合材。第4页/共143页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！第5页/共143页硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的腐蚀与防护硅酸盐水泥的特性与应用3.2 3.2 硅酸盐水泥BackBack第6页/共143页何为硅酸盐水泥？何为硅酸盐水泥？凡由硅酸盐水泥熟料、0 05%5%石灰或熟化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥代号PP、PPPP表示不掺混合材料的硅酸盐水泥PP表示混合材料掺量不超过5%5%的硅酸盐水泥共同磨细共同磨细硅酸盐水泥硅酸盐水泥混合材料混合材料 石膏石膏熟料熟料BackBack第7页/共143页硅酸盐水泥是怎样制造的？原原 料：料：硅质硅质：粘土，：粘土，(SiO2、Al2O3)，占占1/3 钙质钙质：石灰石、白垩等，：石灰石、白垩等，(CaO)，占占2/3调节原料调节原料：铁矿与砂：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）一起经粉磨粉磨混混合后得到合后得到水泥水泥“两磨一烧两磨一烧”水泥生料可以是：水泥生料可以是：u 与水混合成浆体与水混合成浆体湿法工艺湿法工艺u 加少量水制成料球加少量水制成料球半干法工艺半干法工艺u 加稍多水制成湿球加稍多水制成湿球半湿法工艺半湿法工艺u 干粉混合物干粉混合物干法工艺干法工艺第8页/共143页硅质硅质(粘土粘土)钙钙 质质(石灰石石灰石)1450调节调节原料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水泥制造的“两磨一烧两磨一烧”工艺流程工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 第9页/共143页第10页/共143页第11页/共143页球磨机第12页/共143页第13页/共143页第14页/共143页二、硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥熟料 Clinkers石膏(CaSO4 2H2O)Gypsum混合材料(矿渣或石灰石粉末)Mineral Additives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；混合材料：调节水泥的强度等级；必要组分必要组分第15页/共143页矿物名称矿物名称 英文名称英文名称 缩写缩写分子式分子式矿矿 物物 式式硅酸三钙硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3铁铝酸四钙铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3含含 量量(mass%)376015377151018u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。u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第16页/共143页矿物组成性质矿物种类矿物种类 硅酸三钙硅酸三钙 硅酸二钙硅酸二钙 铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四铁铝酸四钙钙缩写缩写C3SC2SC3AC4AF含量含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度水化速度快快慢慢最快最快快快水化热水化热多多少少最多最多较多较多强度强度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蚀性抗腐蚀性好好好好差差极好极好收缩收缩中中较大较大大大小小BackBack第17页/共143页水泥熟料化学组成与矿物组成的确定方法水泥熟料中化学成分及其含量直接通过化学分析方法确定：GB/T 1761996 水泥化学分析方法(eqv ISO 680：1990)水泥熟料的4种矿物的含量不能直接通过分析方法确定，而是采用Bogue方程计算获得：Bogue方程:(C3S)=4.07(C)7.60(S)6.72(A)1.43(F)2.85()(C2S)=2.87(S)0.754(C3S)(C3A)=2.65(A)1.69(F)(C4AF)=3.04(F)式中：括号表示该物相的质量百分数，=SO3第18页/共143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第19页/共143页 硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S 48 65 31 42C2S 24 11 40 34C3A 13 8 12 2C4AF 9 9 12 15 特点：普通 早强 低热 抗硫酸盐 A B C D CaO 66 67 64 64 SiO2 21 21 22 23 Al2O3 7 5 7 4 Fe2O3 3 3 4 5 f-CaO 1 1 1 1 SO3 2 2 2 2第20页/共143页categoryC3SC2SC3AC4AF普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥522499早强硅酸盐水泥早强硅酸盐水泥651089超早强硅酸盐水泥超早强硅酸盐水泥67598中等发热量硅酸盐水泥中等发热量硅酸盐水泥4134613低热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥2849412耐硫酸盐水泥耐硫酸盐水泥4136410白色硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥5128121第21页/共143页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体的凝结硬化过程变成坚硬固体u水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。u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”；u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。的物理化学变化过程。第22页/共143页需学习与掌握的内容：需学习与掌握的内容：化学过程水泥熟料矿物的水化反应石膏的作用物理过程水泥浆的凝结硬化硬化水泥浆的组成与结构 水泥浆凝结硬化的影响因素第23页/共143页1.水泥熟料矿物的水化反应水泥熟料矿物的水化反应特征：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；水化反应是固液异相反应。反应速度序列：半水石膏CaSO4 0.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙-C2S的水化 来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：水分解：CaSO4 2H2O CaSO4 0.5H2O+1.5H2O第24页/共143页水 化 机 理硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。l该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。3CaOSiO3CaOSiO2 2+H+H2 2O CaO2SiOO CaO2SiO2 23H3H2 2O+Ca(OH)O+Ca(OH)2 2+120cal/gl硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。l该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2+62cal/g第25页/共143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矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物C-S-H与Ca(OH)第26页/共143页l铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。l该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！l通常通过在水泥中掺有适量石膏CaSO4 2H2O，可以避免上述问题的发生。水 化 机 理 C3A +18H2O C2AH8+C4AH13 C3AH6 (不稳定的中间产物)(稳定产物)这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏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！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这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。程碑。第27页/共143页l石膏与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石），并放出大量热。C3A+3CH2+26H C3A3C3H32+300 cal/g (1)(钙钒石)l该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。l所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。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)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A +18H2O C3AH6 (3)石膏调节凝结时间的原理BackBack石膏缓凝机理：石膏缓凝机理：v 钙钒石的形成反应钙钒石的形成反应(1)速度比纯速度比纯C3A的反应的反应(3)快；快；v 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了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。水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。l为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。第28页/共143页l铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶l该水化反应的速度和水化放热量均属中等。lC4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。4CaOAl2O3Fe2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O水 化 机 理第29页/共143页 硅酸三钙 水水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙铝酸三钙 水水化铝酸三钙水化铝酸三钙铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙水化铁酸钙水水泥泥水水（流流体体）可可塑塑性性浆浆体体（塑性体）（塑性体）固体固体第30页/共143页31Construction Materials水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石第31页/共143页32Construction MaterialsC-S-H 水化硅酸钙凝胶CH Crystal 氢氧化钙晶体 电镜下的水泥水化下的水泥水化产物物图第32页/共143页水泥水化水泥水化产物物晶体晶体 氢氧化氧化钙 2025 水化水化铝酸酸钙 水化硫水化硫铝酸酸钙（石膏作用下生成）（石膏作用下生成）胶体水化硅酸胶体水化硅酸钙（C-S-H）50 水化水化铁酸酸钙 第33页/共143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%。主要特性主要特性:高比表面积高比表面积(100 to 700 m2/g)次价键（范得次价键（范得华力）很强华力）很强 强度。强度。结构特点：结构特点：结晶性很差，呈折叠层状结构；结晶性很差，呈折叠层状结构；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硅硅酸酸钙钙水水化化物物C-S-H的的胶胶体体结结构构第34页/共143页水泥浆中的固体相(2)Ca(OH)2羟钙石(portlandite)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%；特征：特征：表面积较小、次价键力弱表面积较小、次价键力弱 耐久性和强度。耐久性和强度。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。氢氢氧氧化化钙钙晶晶体体形形貌貌生生长长在在水水泥泥石石孔孔隙隙中中的的六六方方片片状状的的羟羟钙钙石石晶晶体体第35页/共143页水泥浆中氢氧化钙的生长3 天7 天28 天365 天第36页/共143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典型型Afm六六方方片片状状晶晶体体和和Aft针针状状晶晶体体的的形形貌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第37页/共143页未水化的水泥颗粒内核,处于水化物包裹中;水灰比越小，其含量越多未水化的未水化的水泥内核水泥内核水泥浆中的固体相第38页/共143页先在固液界面发生，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第39页/共143页凝结硬化过程凝结硬化过程初始反应期初始的溶解和水化，约持续5-5-1010分钟。潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，1h 1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，6h6h。多孔的空间网络凝聚结构，失去可塑性凝结期凝胶体填充毛细管，6h-6h-若干年硬化石状体密实空间网硬化期第40页/共143页41Construction Materials水泥的水化示意水泥的水化示意图第41页/共143页42Construction Materials第42页/共143页43Construction Materials第43页/共143页44Construction Materials第44页/共143页水化产物填充空隙并将水泥颗粒连接在一起第45页/共143页46Construction Materials第46页/共143页47Construction Materials第47页/共143页48Construction Materials第48页/共143页已水化的水泥浆里留下的孔隙未水化水泥颗粒第49页/共143页50Construction Materials第50页/共143页水泥浆水化放热过程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。水泥水化放热有明显的四个阶段：水泥水化放热有明显的四个阶段：1.初始放热初始放热水泥与水一接触，立即放热，放热速度水泥与水一接触，立即放热，放热速度dQ/dt 很快，表明反应激烈。很快，表明反应激烈。2.放热停滞期放热停滞期 放热很慢，接近停滞，表明反应停顿。放热很慢，接近停滞，表明反应停顿。3.放热加速期放热加速期 放热速度逐渐加快，达到放热峰值，放热速度逐渐加快，达到放热峰值，表明反应逐渐加快。表明反应逐渐加快。4.放热减速期放热减速期 放热达到峰值后，放热速度逐渐减慢，放热达到峰值后，放热速度逐渐减慢，表明反应逐渐减速。表明反应逐渐减速。第51页/共143页初初始始放放热热峰峰放热主峰放热主峰放热速度放热速度逐渐减慢逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线实测的水泥水化放热全曲线放热速放热速度很低度很低第52页/共143页硅酸盐水泥水化时的放热曲线硅酸盐水泥水化时的放热曲线水水化化放放热热速速度度溶解：溶解：钙钒石钙钒石形成形成诱导期：诱导期：Ca2浓度增加浓度增加C-S-H和和CH快速形成快速形成初凝初凝终凝终凝单硫型硫铝单硫型硫铝酸钙形成酸钙形成扩散控制反应扩散控制反应第53页/共143页（1）水泥矿物组成）水泥矿物组成（2）水泥细度）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时）养护条件（温度、湿度）与时间间（4）拌合用水量）拌合用水量（5）水泥中的混合材料）水泥中的混合材料（6）水泥外加剂）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素 水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数比的函数：R(t)=f(C3S)f(细度细度)f(T)f(W/C)第54页/共143页水泥熟料中单一矿物的水化速度水水化化度度()时间时间(天天)1.水泥熟料矿物组成的影响u水泥熟料矿物的水化速度：C3A C3ACaSO42H2O C4AF C3S C2Su水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；u水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；第55页/共143页 水泥的细度指水泥的磨细程度或分散度。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。2.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。比表面积比表面积 m2/kg放放热热速速度度时间时间/小时小时细度细度(比表面积比表面积)对对C3S浆体浆体(水水/固比固比1.0)水化速度水化速度(放热量放热量)的影响的影响第56页/共143页3.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)；水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比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。第57页/共143页4.温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速。l温度升高10 C，速度加快一倍。l温度低于0 C时，水化反应基本停止。l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，诱导期时间缩短第58页/共143页水泥凝结硬化的主要影响因素总结：C3S、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，凝结硬水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。化速度越慢。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的提高温度，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水分有利于水泥的凝结硬化 第59页/共143页问题？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。u水泥宜在什么条件下凝结硬化？答：水泥宜在常温(201 C)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。第60页/共143页硅酸盐水泥应满足哪些技术性质密度与堆积密度密度与堆积密度细度细度标准稠度用水量标准稠度用水量凝结时间凝结时间体积安定性体积安定性强度强度水化热水化热不溶物和烧失量不溶物和烧失量碱含量碱含量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第61页/共143页1.密度与堆积密度密度密度 3.053.20，混凝土配合比计算时，一般取，混凝土配合比计算时，一般取3.10。堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，在工地计算水泥仓库时，一般取一般取1300 kg/m3。密度的测量方法密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。排液法，用煤油作为测量液体。第62页/共143页2.细细 度度定义定义 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。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硅酸盐水泥的比表面积应大于大于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%。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！第63页/共143页问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗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；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，对水泥石性是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；能不利；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；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。而降低强度。第64页/共143页3.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（28 2）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21%28%。第65页/共143页试锥下降高度试锥下降高度水水泥泥浆浆试试锥锥第66页/共143页标准稠度试锥下沉深度为282mm282mm时的稠度标准稠度用水量P(%)P(%)按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。P%=P%=水量ml/ml/水泥1g1g。标准稠度用水量测试方法有不变(固定)水量法和调整水量法2种。初学者多用前者，初学者多用前者，有争议时以后者为准。有争议时以后者为准。P=33.4-0.185S S:S:测得的下沉深度测得的下沉深度标准稠度及标准稠度用水量第67页/共143页不变(固定)水量法 固定水量法采用以下方固定水量法采用以下方法配制标准稠度净浆法配制标准稠度净浆l l称取称取500g500g500g500g水泥水泥l l加入加入142.5ml142.5ml142.5ml142.5ml水水l采用标准稠度测定仪l l测量测量 P%P%P%P%P=33.4-0.185S第68页/共143页问题：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；水泥矿物组成和混因为水泥颗粒越细，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，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。第69页/共143页4.4.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 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；性所需的时间；终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑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。性，并开始具有强度所需的时间。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；（国产水泥国产水泥一般为一般为1-3h1-3h1-3h1-3h）终凝时间终凝时间390min。（国产水泥一般为国产水泥一般为5-6h5-6h5-6h5-6h ）工程意义：工程意义：水泥的水泥的初凝时间初凝时间不宜不宜过早过早，以便施工，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。工程意义：工程意义：工程意义：工程意义：终凝时间不宜终凝时间不宜过迟过迟，以便施工完毕后更快硬，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。第70页/共143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第71页/共143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；终凝时间不符合规定的水泥为终凝时间不符合规定的水泥为不合格品不合格品。为什么。为什么？答：答：u水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工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；操作和硬化的混凝土质量；u初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为能差，水泥无使用价值，即为废品废品；u终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为为不合格品不合格品。第72页/共143页5.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？第73页/共143页水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的水泥熟料中含有过多的游离游离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都是都是过烧过烧的，的，水化速度很慢水化速度很慢。在已硬化。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和和2.48倍。产生不均匀体倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。积变化，造成水泥石开裂、翘曲。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，引起水泥石开裂。此时，水化硫铝酸倍，引起水泥石开裂。此时，水化硫铝酸钙被称为水泥杆菌。钙被称为水泥杆菌。5.体积安定性 第74页/共143页检测方法：检测方法：试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法 5.体积安定性 第75页/共143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。第76页/共143页图3.2.8 煮沸法测定仪图3.2.7 体积安定性不良体积安定性的测定第77页/共143页限制l l上述测试方法仅能测出游离上述测试方法仅能测出游离CaOCaOCaOCaO是否过量。是否过量。l l游离游离MgOMgOMgOMgO和石膏不能通过加速实验的方法检测和石膏不能通过加速实验的方法检测l l所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。l l标准规定：标准规定：l MgO5%MgO5%、石膏SOSO3 33.5%3.5%。体积安定性的测定BackBack第78页/共143页6.强 度 检验方法检验方法软练胶砂法，分别测量抗压强度软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。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的振的振实台上成型。振动时间实台上成型。振动时间120s。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%的雾室或的雾室或养护箱中养护箱中24h，然后脱模在，然后脱模在20C 1 C的水中养的水中养护至测试龄期；护至测试龄期；第79页/共143页实验录像第80页/共143页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。第81页/共143页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。第82页/共143页问题：为什么水泥强度检验方法要规定试问题：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、养护时间件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？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、水泥的水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，而水泥的水化程度与养护条件和养护时化程度，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；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，为排除其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，以便相互比较。它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。第83页/共143页强度等级强度等级根据根据3 3 3 3天和天和28282828天抗压强度天抗压强度3 3 3 3天和天和28282828天抗折强度天抗折强度 硅酸盐水泥可分为硅酸盐水泥可分为6 6 6 6个等级：个等级：42.542.542.542.5，42.5R,52.542.5R,52.542.5R,52.542.5R,52.5，52.5R,52.5R,52.5R,52.5R,62.5,62.5R62.5,62.5R62.5,62.5R62.5,62.5R各龄期的强度不低于各龄期的强度不低于GB175-99GB175-99GB175-99GB175-99表中的规定。表中的规定。按早期强度不同分为两种类型，按早期强度不同分为两种类型，早强型早强型(用用R R R R表示表示)和和普通型普通型。第84页/共143页等级等级 抗压强度抗压强度(MPa)抗折强度（抗折强度（MPa）3d 28d 3d 28d 42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R 32.0 62.5 5.5 8.0 硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-99）第85页/共143页7.水化热 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。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内释内释放。放。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，尤其是在冬天施工，但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。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 第86页/共143页问题？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。水化反应速度越快。硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，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？大？哪一种水化热最小？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；次之；硅酸二钙硅酸二钙C2S水化热最小。水化热最小。为什么要限制水泥的为什么要限制水泥的不溶物含量不溶物含量和和烧失量烧失量？答：答：不溶物不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；残余物；烧失量烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。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，影这两项指标超标表