《建筑装饰材料》第三章-水泥.ppt

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1、本章内容本章内容第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥一、 硅酸盐水泥的生产及矿物组成二、 硅酸盐水泥的水化及凝结硬化三、 硅酸盐水泥的技术性质 四、 硅酸盐水泥的应用与存放第二节第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥一、 水泥混合材料二、 其他水泥l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、

2、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。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v水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！v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！v水泥的性能和正确选用对土木工程的功能

3、与质量至关重要！学 习 目 的v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。 v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。v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。 主主 要要 内内 容容v什么是硅酸盐水泥？v硅酸盐水泥是怎样制造？v硅酸盐水泥的组成？v水泥浆如何转变成坚硬固体？v水泥应满足哪些技术性质？v如何正确使用水泥？u重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机

4、理和基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。 第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥一、一、 硅酸盐水泥的生产及矿物组成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熟料、05的石灰石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）。 1.硅酸盐水泥是怎样制造（生产）？v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

5、充Fe2O3 与与SiO2v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”水泥生料可以是：u 与水混合成浆体湿法工艺u 加少量水制成料球半干法工艺u 加稍多水制成湿球半湿法工艺u 干粉混合物干法工艺硅质(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 水泥制造厂全貌水泥的制造工艺全貌水泥生料煅烧回

6、转窑回转窑尾14501500C2. 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矿物名称 英文名称 缩写分子式矿 物 式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaOSiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)376015377151018

7、v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。v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需学习与掌握的内容：需学习与掌握的内容：v化学过程水泥熟料矿物的水化反应v石膏的作用v物理过程水泥浆的凝结硬化v硬化水泥浆的组成与结构 v水泥浆凝结硬化的影响因素二、二、 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泥加水拌

8、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22222)(3336)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374 水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙，也称为钙矾石晶体： 水化硫铝酸钙（钙矾石） 经过上述水化反应后，主要水化产物为：水化硅酸钙(

9、50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等。 OHCaSOOAlCaOOHOHOAlCaOOHCaSO243222322431331963)2(3硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料矿物的特性矿物名称矿物名称化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量硅酸三钙3CaOSiO2 C3S3660硅酸二钙2CaOSiO2 C2S 1537铝酸三钙3CaOAl2O3 C3A 715铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018矿物名称矿物名称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钙铁铝酸四钙与水反应速度快慢最快快水化放热量大小最大中强度高早期

10、低后期高 低低 硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性硅酸钙C3S与C2S的水化v硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3C-S-H凝胶和Ca(OH)2羟钙石，并放出热： 硅酸三钙：2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 硅酸二钙：2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g (C-S-H ) + 羟钙石v特征：C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。水化度水化度水化时间（天）水化时间（天）1.水化水化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(

11、OH)铝酸三钙C3A的水化v铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要v纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙： C3A + 6H2O 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！v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。铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应vC3A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 C3A3C3H31 + 300 cal / g (1)

12、(钙钒石)v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)v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。v硅酸钙的水化2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g C-S-H + 羟钙石羟钙石v铝酸钙的水化C3A + 18H2O C2AH8 +

13、C4AH13C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32 + 300 cal / g （钙钒石）（钙钒石）C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12v铁铝酸钙的水化C4AF + 13H C4(A,F)H13 C4AF + 3CH2+26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2+26H C3(A,F)C3H12水泥的水化过程：水泥的水化过程： 当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；溶液中，液相被各种离子饱和； 几分钟内，几分钟内，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH离子间反应，离子间反应，形成

14、钙钒石；形成钙钒石； 几小时后，几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间； 几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。硫铝酸钙水化物开始形成。 此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散2.水泥浆的凝结硬化物理过程单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌1小时后数小时后几天后几周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2

15、晶体水泥颗粒水泥颗粒水水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浆中氢氧化钙的生长3 天7 天28 天365 天硬化水泥浆体水泥石的微结构v水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石v水泥石微结构特点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。水化良好的水泥石微结构： “A”代表结晶性差、胶体尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.53.0nm； “H”代表六方晶体相，尺寸为1m； “C”代表没有被水化物填充，原

16、来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10nm m 。背散射扫描电镜照片背散射扫描电镜照片未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒C-S-H氢氧化钙氢氧化钙单硫型硫单硫型硫铝酸盐铝酸盐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钙矾石钙矾石水泥石中的水的分布模型层间水层间水毛细孔水毛细孔水吸附水吸附水（1）水泥矿物组成和水泥细度）水泥矿物组成和水泥细度（2）水灰比）水灰比 （3）养护时间）养护时间（4）温度和湿度）温度和湿度（5）石膏掺量）石膏掺量（6）外加剂）外加剂3.水泥凝结硬化的主要影响因素拌和用水量的影响v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)；v水泥熟料矿物完全

17、水化的理论水灰比0.23；v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；v水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。温度与湿度的影响v温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？v温度升高10C，速度加快一倍。v温度低于0C时，水化反应基本停止。v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*石膏的作用v避免水泥浆的闪凝和假凝现象。v调节水泥的凝结时间。v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v石膏主要降低石膏主要降低C3A的水化速度；的水化速度；v掺量太少，凝结较快，会产生瞬凝；掺量太少，凝

18、结较快，会产生瞬凝；v过多，硬化后还会继续生成钙钒石，过多，硬化后还会继续生成钙钒石，本身含有大量结晶水，体积膨胀约本身含有大量结晶水，体积膨胀约1.5倍，会导致硬化后的水泥石开倍，会导致硬化后的水泥石开裂而破坏。裂而破坏。熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响熟料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。分析答案矿物组成C3S/C2S/C3A/C4AF/A水泥6015169B水泥47281015分析：硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强

19、度；C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。 C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好。C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在13 d或稍长的时间内的强度起到一定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐蚀性均属中等。A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于B水泥。 小结小结vC3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。含量多，凝结硬化快

20、，反之亦然。v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。v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。 v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。 v水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。速度越慢。v提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水提高温度，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分有利于水泥的凝结硬化 问题？v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

21、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。v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。三、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质三、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质v密度与堆积密度密度与堆积密度v细度细度v标准稠度用水量标准稠度用水量v凝结时间凝结时间v体积安定性体积安定性v强度强度v水化热水化热v不溶物和烧失量不溶物和烧失量v碱含量碱含量v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

22、1.密度与堆积密度v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。v堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3 。v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。 2. 细细 度度v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。v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积来水泥颗粒所具有的总表面积来表示。表示。

23、 v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%。v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！ 问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：v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；v虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是虽然水泥越细，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，对水泥石性能不水化

24、放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；利；v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；v水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。降低强度。3. 标准稠度用水量 v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。 v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%。 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

25、什么因素有关？为什么？ v解答：解答： 与水泥细度、水泥矿物组成、混合材与水泥细度、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。特性不同，吸附水量不同。 4. 凝结时间 v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从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；所需的时间；终凝时间终凝时间

26、从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，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。并开始具有强度所需的时间。v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。v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。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 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

27、么？。为什么？ 答：答：v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；v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；v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。5. 体积安定性 v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

28、积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。v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？v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。 1.水泥熟料中的游离水泥熟料中的游离CaO、MgO都是都是过烧过烧的。水化速度的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石开裂、翘曲。 2.石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，石膏量过多，在水泥凝结

29、硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀产生膨胀 。v检测方法：检测方法：试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法 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。6. 强 度 v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

30、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的振实台的振实台上成型。振动时间上成型。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的水中养护至测试的水中养护至测试龄期；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

31、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v早期增长快，随后逐渐减慢；v28天，基本达到极限强度的80以上；v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问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、

32、试件配比、养护条件、养护时间等？尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？ v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，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间有关；而水泥的水化程度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。一规定，以便相互比较。水泥石强度的影响因素v水泥石强度

33、来自水化物颗粒间的相互作用力次价键力在整个表面积上的积分和；v水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，因此，理论强度大于600MPa；v影响水泥石强度的关键因素是孔隙率P： Powerss公式：k(1-P3)v影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，强度越低水泥组成：熟料矿物、混合材养护条件：温度、湿度、龄期水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快7.水化热 v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。v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

34、。v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，但如果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。体积混凝土，更是如此。v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 问题？v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。

35、v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；硅次之；硅酸二钙酸二钙C2S水化热最小。水化热最小。v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不能水化的杂质含量大，影响水两项指标超

36、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。泥硬化后的性能。问题？v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，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；它必须具有强度和体积安定性；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；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水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥

37、石体积稳定性有影响；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8. 水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 v基本概念：基本概念： 在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀在使用环境中，硅酸盐水泥石受某

38、些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变性介质的作用，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。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水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其为其耐腐蚀性耐腐蚀性。 导致水泥石腐蚀性破坏的原因v外因：外因： 环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。v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

39、） v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、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。流水条件下，腐蚀越快。v 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，孔缝的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、

40、强度降低，直至整体破坏。增多、强度降低，直至整体破坏。 盐类腐蚀盐类腐蚀 v硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：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，其体积增加体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。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，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。引起破坏。v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，他们与氢氧化钙反应，生成主要是硫酸

41、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。氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。 钙矾石钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂结晶产物引起的开裂酸类腐蚀酸类腐蚀 v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、蚁酸等酸反应生酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。成可溶性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导

42、致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。加剧。v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、脱落强碱腐蚀强碱腐蚀 v腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的泥石中的铝酸钙矿物或水化物铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。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

43、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，v根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；泥石中不稳定组分的含量；v提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通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；道，如降低水灰比、掺加外加剂等； v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 ？v降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？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

44、提高水的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。 因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。密切相关。小结v物理力学性能密度强度体积稳定性细度水化热v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v施工性能凝结时间标准稠度用水量四、硅酸盐水泥的应用和存放四、硅酸盐水泥的应用和存放 v问题：问题： 1.硅酸盐水泥的适用领域有哪些？不适合的领域有哪硅酸盐水泥的适用领域有哪些？不适合的领域有哪些？为什么？些？为什么？ 2. 硅酸盐水泥的性质中哪几项不合格为废品？哪几

45、硅酸盐水泥的性质中哪几项不合格为废品？哪几项不合格为不合格品？废品和不合格品应如何处理？项不合格为不合格品？废品和不合格品应如何处理？ 3.施工工地对水泥应如何保管和存放？为什么？施工工地对水泥应如何保管和存放？为什么？ 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！第二节第二节 掺混合材的硅酸盐水泥掺混合材的硅酸盐水泥 掺混合材水泥的代号 水泥品种水泥品种 组成特点组成特

46、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石灰石水泥石灰石水泥 1125的石灰石的石灰石 P L一、水泥混合材一、水泥混合材 v定义：定义： 在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的加入的天然天然或或人工矿物人工矿物材料，均称为水泥混合材料。材料，均称为水泥混合材料。v种类：种类：活性活性非活性非活性v作用：作用： 在水泥中主要起

47、填充作用，调节强度等级、节省能源、在水泥中主要起填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。降低成本、增加产量、降低水化热等。1.非活性混合材 v定义：定义： 与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应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，为非活性混合材。或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。v常见的有：常见的有：磨细石英砂磨细石英砂石灰石粉石灰石粉废渣废渣慢冷矿渣慢冷矿渣2. 活性混合材 v定义定义具有具有水化活性水化活性的混合材。的混合材。v活性组分：活性组分：SiO2、Al2O3v常用品种：常用品种：粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼钢铁的废料炼钢铁

48、的废料火山灰质粉末火山灰质粉末天然岩石和人工煅烧物天然岩石和人工煅烧物粉煤灰粉煤灰火电厂的废料火电厂的废料（1）活性混合材的作用 v水化反应：水化反应： xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O = xCaO SiO2 nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaO Al2O3 nH2Ov稀释作用稀释作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中减少水泥石中Ca(OH)2的含量的含量。v超细粉末的密实填充效应超细粉末的密实填充效应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应3d7d49d182d掺加粉煤灰的水泥强

49、度发展掺加粉煤灰的水泥强度发展早期强度增长减慢，但掺量小于早期强度增长减慢，但掺量小于20时，时，后期强度也有较多增长后期强度也有较多增长问题问题？v什么是活性混合材的激发剂？其激发机理是什么？什么是活性混合材的激发剂？其激发机理是什么？答：答：激发剂起激发水化，促进凝结硬化的作用。激发剂起激发水化，促进凝结硬化的作用。 碱性激发剂：石灰和硅酸盐水泥熟料碱性激发剂：石灰和硅酸盐水泥熟料 硫酸盐激发剂：石膏硫酸盐激发剂：石膏 熟料矿物水化析出氢氧化钙，氢氧化钙再熟料矿物水化析出氢氧化钙，氢氧化钙再与活性氧化硅和活性氧化铝相互作用，生成无与活性氧化硅和活性氧化铝相互作用，生成无定形的水化硅酸钙和水

50、化铝酸钙，水化铝酸钙定形的水化硅酸钙和水化铝酸钙，水化铝酸钙再与硫酸盐激发剂反应生成钙矾石，长时间后再与硫酸盐激发剂反应生成钙矾石，长时间后转变成结晶不完善的凝胶。转变成结晶不完善的凝胶。（2）活性混合材水泥的共性v密度较小密度较小 2.703.10。v早期强度较低，后期强度增长率高。早期强度较低，后期强度增长率高。v对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。v水化热较小。水化热较小。v耐腐蚀性较好。耐腐蚀性较好。v抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。酸盐水泥。（3）活性混合材水泥的特性v矿渣水泥：矿渣水泥： 保水性差，泌水性