3.水泥(1).ppt

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1、2022/12/191土木工程材料土木工程材料土木工程学院建筑工程系 2022/12/1923.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥3.2 3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥3.3 3.3 其它品种水泥其它品种水泥3 3 水泥水泥3 Portland Cement 3 3 水泥水泥2022/12/193一、水泥的概念一、水泥的概念 加水搅拌后成浆体，能在空气中或水中硬化，并能加水搅拌后成浆体，能在空气中或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的粉状水硬性材料。把砂、石等材料牢固地胶结在一起的粉状水硬性材料。水泥概述水泥概述二、水泥的历史二、水泥的历史 cementcemen

2、t一词由拉丁文一词由拉丁文caementumcaementum发展而来，是碎石及发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史可追溯到古罗马人在建筑工程中片石的意思。水泥的历史可追溯到古罗马人在建筑工程中使用的石灰和火山灰混合物使用的石灰和火山灰混合物 。17961796年年英国人英国人J.J.帕克用泥帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称灰岩烧制一种棕色水泥，称罗马水泥罗马水泥或或天然水泥天然水泥。18241824年年英国人英国人J.J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑

3、的石头相似，被命名为名为波特兰水泥波特兰水泥，目前水泥品种已发展到，目前水泥品种已发展到200200多种。多种。2022/12/194 水泥概述水泥概述三、水泥的品种三、水泥的品种1.1.按主要水硬性物质名称分为按主要水硬性物质名称分为:(1):(1)硅酸盐硅酸盐水泥水泥 (2)(2)铝酸盐铝酸盐水泥水泥 (3)(3)硫铝酸盐硫铝酸盐水泥水泥 (4)(4)铁铝酸盐铁铝酸盐水泥水泥 (5)(5)氟铝酸盐氟铝酸盐水泥水泥2022/12/195 水泥概述水泥概述2.2.按用途及性能分为：按用途及性能分为：(1)(1)通用通用水泥水泥:一般土木建筑工程通常采用的水泥。一般土木建筑工程通常采用的水泥。即

4、：即：硅酸盐水泥硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥(2)(2)专用专用水泥水泥:专门用途的水泥。专门用途的水泥。如：如：油井水泥油井水泥 道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥(3)(3)特性特性水泥水泥:某种性能比较突出的水泥。某种性能比较突出的水泥。如：如：快硬硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥 低热矿渣硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥2022/12/1963.1.1 3.1.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥的组分的组分3.1.2 3.1.2 硅酸盐水泥的生产与矿物组成硅酸盐水泥的生产

5、与矿物组成3.1.3 3.1.3 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化硅酸盐水泥的水化与凝结硬化3.1.4 3.1.4 硅酸盐水泥的技术性质和要求硅酸盐水泥的技术性质和要求3.1.5 3.1.5 水泥石的腐蚀与预防水泥石的腐蚀与预防3.1.6 3.1.6 硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥的特性与应用3.1.7 3.1.7 水泥的风化、储存与处理水泥的风化、储存与处理 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/197 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥表表表表3-1 3-1 3-1 3-1 硅酸盐水泥的组分（硅酸盐水泥的组分（硅酸盐水泥的组分（硅酸盐水泥的组分（GBl75GBl75GBl75G

6、Bl752007200720072007）一、硅酸盐水泥的代号与组分一、硅酸盐水泥的代号与组分品种品种代号代号组分（质量百分数）（组分（质量百分数）（%）熟料熟料+石膏石膏 粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣 石灰石石灰石硅酸盐水泥硅酸盐水泥P PI I 100100P PII II 95 95 5 5 95 95 5 5 2022/12/198 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥二、硅酸盐水泥的生产和矿物组成二、硅酸盐水泥的生产和矿物组成1.1.1.1.生产工艺概述生产工艺概述生产工艺概述生产工艺概述(1)(1)(1)(1)生料生料生料生料的的的的配制与磨细配制与磨细配制与磨细配制与磨细；(2)(2

7、)(2)(2)生料生料生料生料煅烧煅烧煅烧煅烧成以硅酸钙为主要成分的成以硅酸钙为主要成分的成以硅酸钙为主要成分的成以硅酸钙为主要成分的 “熟料熟料熟料熟料”；(3)(3)(3)(3)熟熟熟熟料料料料中中中中加加加加入入入入一一一一定定定定量量量量的的的的石石石石膏膏膏膏和和和和混混混混合合合合材材材材料料料料磨磨磨磨细细细细成成成成水水水水泥泥泥泥成品。成品。成品。成品。硅酸盐水泥生产流程图硅酸盐水泥生产流程图2022/12/199 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 矿物名称矿物名称 化学成分化学成分 缩写缩写 含量含量硅酸三钙硅酸三钙 3CaO3CaOSiOSiO2 2 C C3 3S

8、S 36366060硅酸二钙硅酸二钙 2CaO2CaOSiOSiO2 2 C C2 2S S 15153737铝酸三钙铝酸三钙 3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3 C C3 3A A 7 71515铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3 C C4 4AF AF 101018182.2.硅酸盐水泥熟料矿物硅酸盐水泥熟料矿物2022/12/1910 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料矿物的特性硅酸盐水泥熟料矿物的特性硅酸盐水泥熟料矿物的特性硅酸盐水泥熟料矿物的特性矿物组成矿物组成C C3 3S SC C2 2S SC C3

9、 3A AC C4 4AFAF与水反应速度与水反应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中中对强度对强度的作用的作用早期早期高高低低低低低低后期后期高高高高低低低低耐化学侵蚀耐化学侵蚀中中良良差差优优干缩性干缩性中中小小大大小小2022/12/1911 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥水泥熟料在硬化时的强度增长曲线水泥熟料在硬化时的强度增长曲线水泥熟料在硬化时的强度增长曲线水泥熟料在硬化时的强度增长曲线 2022/12/1912 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥高强高强水泥：水泥：C C3 3SS快硬快硬水泥：水泥：C C3 3S S、C C3 3AA低热低热水泥：水泥：

10、C C3 3A A、C C3 3SS、C C2 2SS道路道路水泥：水泥：C C4 4AFAF、C C3 3AA硅酸盐水泥熟料矿物的调整硅酸盐水泥熟料矿物的调整2022/12/1913 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥三、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化三、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化1.1.1.1.水化水化水化水化（1 1 1 1）硅酸盐水泥熟料矿物的水化）硅酸盐水泥熟料矿物的水化）硅酸盐水泥熟料矿物的水化）硅酸盐水泥熟料矿物的水化2(3CaO2(3CaOSiOSiO2 2)+6H)+6H2 2O=3CaOO=3CaO2SiO2SiO2 23H3H2 2O+3Ca(OH)O+3Ca(OH)2 2

11、 硅酸三钙硅酸三钙 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙2(2CaO2(2CaOSiOSiO2 2)+4H)+4H2 2O=3CaOO=3CaO2SiO2SiO2 23H3H2 2O+Ca(OH)O+Ca(OH)2 2 硅酸二钙硅酸二钙 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙3CaO3CaOA1A12 2O O3 3+6H+6H2 2O=3CaOO=3CaOA1A12 2O O3 36H6H2 2O O 铝酸三钙铝酸三钙 水化铝酸钙水化铝酸钙4CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3+7H7H2 2O=3CaOO=3CaOA1A12 2O O3 36H6H2 2O+

12、CaOO+CaOFeFe2 2O O3 3H H2 2O O 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水化铝酸钙水化铝酸钙 水化铁酸钙水化铁酸钙 2022/12/1914 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（2 2 2 2）石膏参与水化）石膏参与水化）石膏参与水化）石膏参与水化 水水泥泥中中的的石石膏膏也也很很快快与与水水化化铝铝酸酸钙钙反反应应生生成成难难溶溶的的水水化化硫铝酸钙硫铝酸钙针状结晶体，也称为针状结晶体，也称为钙矾石钙矾石晶体：晶体：3(CaSO3(CaSO4 4 2H 2H2 2O)+3CaOO)+3CaOA1A12 2O O3 3 6H 6H2 2O+19HO+19H2 2O=O=3CaO

13、3CaOA1A12 2O O3 3 3CaSO 3CaSO4 4 31H31H2 2O O 水化硫铝酸钙（钙矾石）水化硫铝酸钙（钙矾石）2022/12/1915 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 经经过上述水化反应后，水化产物主要有：过上述水化反应后，水化产物主要有：水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶(50%)(50%)氢氧化钙晶体氢氧化钙晶体(25%)(25%)水化铝酸钙晶体水化铝酸钙晶体 水化铁酸钙凝胶水化铁酸钙凝胶 水化硫铝酸钙晶体水化硫铝酸钙晶体2022/12/1916 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2.2.硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水

14、泥的凝结和硬化（1 1 1 1）初始反应期初始反应期初始反应期初始反应期:水泥颗粒溶解与水化；水泥颗粒溶解与水化；水泥颗粒溶解与水化；水泥颗粒溶解与水化；（2 2 2 2）潜伏期潜伏期潜伏期潜伏期：水泥颗粒表面形成水化物膜层；：水泥颗粒表面形成水化物膜层；：水泥颗粒表面形成水化物膜层；：水泥颗粒表面形成水化物膜层；（3 3 3 3）凝结期凝结期凝结期凝结期：膜层长大并互相连接；：膜层长大并互相连接；：膜层长大并互相连接；：膜层长大并互相连接；（4 4 4 4）硬化期硬化期硬化期硬化期：水化物进一步填充毛细孔。：水化物进一步填充毛细孔。：水化物进一步填充毛细孔。：水化物进一步填充毛细孔。3.3.

15、3.3.水泥石的组成水泥石的组成水泥石的组成水泥石的组成 水化物水化物水化物水化物（凝胶体和结晶体）（凝胶体和结晶体）（凝胶体和结晶体）（凝胶体和结晶体）未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒 水水水水（自由水和吸附水）（自由水和吸附水）（自由水和吸附水）（自由水和吸附水）孔隙孔隙孔隙孔隙（毛细孔和凝胶孔）（毛细孔和凝胶孔）（毛细孔和凝胶孔）（毛细孔和凝胶孔）2022/12/1917 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥4.4.影响影响水泥凝结硬化的因素水泥凝结硬化的因素水泥凝结硬化的因素水泥凝结硬化的因素（1 1 1 1）熟料矿物组成熟料矿物组成熟料矿物组成熟料矿物

16、组成:C C3 3S S和和C C3 3A A含量高，含量高，凝结硬化快；凝结硬化快；凝结硬化快；凝结硬化快；C C3 3S S和和C C2 2S S含量高，含量高，强度高。强度高。强度高。强度高。（2 2 2 2）石膏石膏石膏石膏：不足不足不足不足，闪凝；，闪凝；，闪凝；，闪凝；适量适量适量适量，缓凝；，缓凝；，缓凝；，缓凝；过量过量过量过量，促凝及膨胀破坏。，促凝及膨胀破坏。，促凝及膨胀破坏。，促凝及膨胀破坏。一般掺量约占水泥重量的一般掺量约占水泥重量的3 35 5，具体掺量需通过试验确定。，具体掺量需通过试验确定。（3 3 3 3）水泥细度水泥细度水泥细度水泥细度：越细，凝结硬化越快，早

17、期强度越高。：越细，凝结硬化越快，早期强度越高。：越细，凝结硬化越快，早期强度越高。：越细，凝结硬化越快，早期强度越高。2022/12/1918 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（4 4 4 4）水胶比水胶比水胶比水胶比：越大，凝结硬化越慢，强度越低。：越大，凝结硬化越慢，强度越低。：越大，凝结硬化越慢，强度越低。：越大，凝结硬化越慢，强度越低。（5 5 5 5）温度与湿度温度与湿度温度与湿度温度与湿度：养护温度越高，水泥凝结硬化越快；：养护温度越高，水泥凝结硬化越快；：养护温度越高，水泥凝结硬化越快；：养护温度越高，水泥凝结硬化越快；保持潮湿状态，有利于早期强度发展。保持潮湿状态，有利于

18、早期强度发展。保持潮湿状态，有利于早期强度发展。保持潮湿状态，有利于早期强度发展。混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护以混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护以保持潮湿状态保持潮湿状态 。提高温度可以采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。提高温度可以采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。（6 6 6 6）龄期龄期龄期龄期：水泥强度随龄期增长而增加。：水泥强度随龄期增长而增加。：水泥强度随龄期增长而增加。：水泥强度随龄期增长而增加。水泥在水泥在3 314d14d内强度增长较快，内强度增长较快，28d28d后增长缓慢。后增长缓慢。（7 7 7 7）贮存条件贮存条件

19、贮存条件贮存条件：水泥受潮，强度严重降低；：水泥受潮，强度严重降低；：水泥受潮，强度严重降低；：水泥受潮，强度严重降低；水泥过期，强度降低。水泥过期，强度降低。水泥过期，强度降低。水泥过期，强度降低。2022/12/1919（1 1 1 1）意义）意义）意义）意义为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性。为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性。为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性。为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性。（2 2 2 2）测试）测试）测试）测试采用采用采用采用维卡仪维卡仪维卡仪维卡仪测定，以试杆沉入净浆距底板测定，以试杆沉入净浆距底板测定，以试杆沉入净浆

20、距底板测定，以试杆沉入净浆距底板时的稠度为时的稠度为时的稠度为时的稠度为“标准稠度标准稠度标准稠度标准稠度”，此时的用水量为标准稠度用水，此时的用水量为标准稠度用水，此时的用水量为标准稠度用水，此时的用水量为标准稠度用水量，以量，以量，以量，以水占水泥质量之比的百分数水占水泥质量之比的百分数水占水泥质量之比的百分数水占水泥质量之比的百分数表示。表示。表示。表示。（3 3 3 3）影响因素）影响因素）影响因素）影响因素矿物组分需水量：矿物组分需水量：C C3 3ACAC3 3SCSC4 4AFCAFC2 2S S；细度细，用水量多；细度细，用水量多；混合材料掺量多，用水量多。混合材料掺量多，用水

21、量多。1.1.标准稠度用水量标准稠度用水量3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥四四.硅酸盐水泥的技术性质和要求硅酸盐水泥的技术性质和要求2022/12/1920（1 1 1 1）影响因素）影响因素）影响因素）影响因素矿物成分：矿物成分：C C3 3ACAC3 3SCSC4 4AFCAFC2 2S S；细度细，水化热大；细度细，水化热大；混合材料掺量多，水化热低。混合材料掺量多，水化热低。（2 2 2 2）对工程的影响）对工程的影响）对工程的影响）对工程的影响冬季施工：水化热有利于水泥的正常凝结便化；冬季施工：水化热有利于水泥的正常凝结便化；冬季施工：水化热有利于水泥的正常凝结便化；冬季施工：水

22、化热有利于水泥的正常凝结便化；大体积砼：水化热大易引起温度变形。大体积砼：水化热大易引起温度变形。大体积砼：水化热大易引起温度变形。大体积砼：水化热大易引起温度变形。3.3.密度和堆积密度密度和堆积密度密度通常取密度通常取3.10g/cm3.10g/cm；堆积密度通常取；堆积密度通常取1300kg/m1300kg/m 2.2.水化热水化热3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1921（1 1）概念）概念 初凝初凝：从：从加水拌和起加水拌和起至至开始失去可塑性开始失去可塑性所需时间所需时间 终凝终凝：从：从加水拌和起加水拌和起至至完全失去可塑性完全失去可塑性所需时间所需时间（2 2

23、）对混凝土施工的意义）对混凝土施工的意义 初凝不宜过早初凝不宜过早，以便有足够的时间完成砼的操作工序，以便有足够的时间完成砼的操作工序 终凝不宜过迟终凝不宜过迟，以免拖延施工工期。，以免拖延施工工期。（3 3）要求）要求 硅酸盐水泥初凝硅酸盐水泥初凝45min45min；硅酸盐水泥终凝硅酸盐水泥终凝6.5h6.5h。强制性技术要求强制性技术要求1.1.凝结时间凝结时间3.1 3.1 常用水泥常用水泥2022/12/1922水泥标准稠度与凝结时间的测定水泥标准稠度与凝结时间的测定3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1923（1 1）概念）概念 水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀

24、性。水泥在凝结硬化过程中，体积变化的均匀性。（2 2）安定性不良的原因：）安定性不良的原因：熟料中含有过量的熟料中含有过量的 游离氧化钙游离氧化钙 f-CaOf-CaO 游离氧化镁游离氧化镁f-MgOf-MgO 掺入的掺入的石膏石膏过多过多2.2.体积安定性体积安定性3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1924（3 3）检验与要求）检验与要求 采用采用煮沸法煮沸法检验检验f-CaOf-CaO引起的安定性不良，包括引起的安定性不良，包括试饼法试饼法和和雷氏法雷氏法 试饼法试饼法：无裂纹和弯曲。：无裂纹和弯曲。雷氏法雷氏法：膨胀值：膨胀值 5.0mm5.0mm。同时规定：同时规定：

25、硅酸盐水泥中硅酸盐水泥中f-MgOf-MgO5.0%5.0%，若经若经压蒸试验合格压蒸试验合格，则，则允许放宽到允许放宽到6.0%6.0%，三氧化硫三氧化硫 3.5%3.5%。3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1925（1)1)测定方法测定方法软练胶砂法软练胶砂法 水泥与标准砂之比为水泥与标准砂之比为 1 1：3 3，水胶比，水胶比W/B=W/B=0.50.5，按规，按规定方法制作成尺寸为定方法制作成尺寸为4cm4cm4cm4cm16cm16cm的胶砂试件，在的胶砂试件，在20201 1C C的水中养护到规定的的水中养护到规定的d d和和28d28d龄期时分别检验：龄期时分别

26、检验：抗折强度抗折强度 抗压强度抗压强度3.3.水泥的强度与等级水泥的强度与等级3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(A=40(A=4040 mm40 mm2 2)(b=h=40(b=h=40 mm mm)2022/12/1926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）3d 3d 28d28d3d 3d 28d28d42.542.542.5R42.5R52.552.552.5R52.5R62.562.562.5R62.5R17.017.022.022.023.023.027.027.028.028.032.032.042.542.542.542.55

27、2.552.552.552.562.562.562.562.53.53.54.04.04.04.05.05.05.05.05.55.56.56.56.56.57.07.07.07.08.08.08.08.0硅酸盐水泥各龄期的强度要求硅酸盐水泥各龄期的强度要求 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（2 2）强度等级）强度等级硅酸盐水泥分为硅酸盐水泥分为42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R52.5R、62.562.5、62.5R62.5R六个六个强度等级强度等级（注：（注：R R早强型水泥早强型水泥 ）。）。2022/12/19274.4.氯离子含量氯离子含量 GB

28、GB规定：规定：氯离子氯离子 0.06%0.06%。5.5.不溶物含量不溶物含量 不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。剩的物质。GBGB规定：规定：P PI I 0.75%0.75%；P PIIII 1.50%1.50%。6.6.烧失量烧失量 烧失量一定程度上反映了熟料的烧成质量，同时也烧失量一定程度上反映了熟料的烧成质量，同时也反映了混合材料掺量是否适当以及水泥的风化情况反映了混合材料掺量是否适当以及水泥的风化情况 GBGB规定：规定：P

29、PI I 3.0%3.0%；P PIIII 3.5%3.5%。3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1928 选择性技术要求选择性技术要求1.1.细度细度（1 1）细度对水泥性能的影响）细度对水泥性能的影响水泥越细水泥越细:凝结越快，凝结越快，早期强度越高；早期强度越高；水化热越大。水化热越大。但过细时但过细时:需水量过多，反而影响了强度；需水量过多，反而影响了强度；容易受潮而降低活性；容易受潮而降低活性；硬化时收缩也较大；硬化时收缩也较大；成本高。成本高。3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2022/12/1929（2 2）细度的检验与要求）细度的检验与要求 检验：检验：比表面

30、积法比表面积法 要求：硅酸盐水泥比表面积要求：硅酸盐水泥比表面积 300m300m2 2/kg./kg.3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2.2.碱含量碱含量 碱含量碱含量按按NaNa2 2O O0.658K0.658K2 2O O计算值来表示。计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥低碱水泥时，时，碱含量碱含量0.60%0.60%或由供需双方或由供需双方商定商定。GB GB规定：规定：凡检验结果不符合凡检验结果不符合强制性技术要求强制性技术要求中任一项规定中任一项规定为为不合格品不合格品。2022/12/1930 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥五

31、、水泥石的腐蚀与防护五、水泥石的腐蚀与防护1.1.1.1.腐蚀的类型与机理腐蚀的类型与机理腐蚀的类型与机理腐蚀的类型与机理 1 1）软水软水侵蚀侵蚀溶出性溶出性腐蚀腐蚀 水泥石长期接触软水时，其中的水泥石长期接触软水时，其中的CaCa（OHOH）2 2不断被不断被溶出。溶出。在在静水静水及及无压无压水中：水中：CaCa（OHOH）2 2 很快饱和很快饱和溶解逐渐溶解逐渐停止停止侵蚀仅限于表面侵蚀仅限于表面影响不大。影响不大。流动的流动的或或有压力有压力的水中：的水中：CaCa（OHOH）2 2 不断流失不断流失水泥水泥石碱度不断石碱度不断 其他水化物分解溶蚀其他水化物分解溶蚀水泥石孔隙水泥石孔

32、隙强度强度 结构结构溃裂。溃裂。2022/12/1931 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥2 2）盐类腐蚀）盐类腐蚀 某些盐类某些盐类+水化产物水化产物=产物：产物：易溶易溶或或无胶结能力无胶结能力或或膨胀膨胀水泥石结构破坏。水泥石结构破坏。如如硫酸镁硫酸镁反应过程如下：反应过程如下：MgSOMgSO4 4+Ca(OH)+Ca(OH)2 2+2H+2H2 2O OMg(OH)Mg(OH)2 2+CaSOCaSO4 42H2H2 2O O 3(CaSO3(CaSO4 42H2H2 2O)+3CaOO)+3CaOA1A12 2O O3 36H6H2 2O+19HO+19H2 2OO 3CaO

33、3CaOAlAl2 2O O3 33CaSO3CaSO4 431H31H2 2O O 生生成成高高硫硫型型水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙（钙钙矾矾石石），产产生生1.51.5倍倍的的体体积积膨膨胀胀，导致水泥石结构的开裂，甚至崩溃；导致水泥石结构的开裂，甚至崩溃；若若硫硫酸酸盐盐浓浓度度较较高高，硫硫酸酸钙钙会会在在水水泥泥石石的的孔孔隙隙中中直直接接结结晶晶成成二二水石膏水石膏。体积也膨胀，同样导致水泥石破坏；。体积也膨胀，同样导致水泥石破坏；生成的生成的氢氧化镁氢氧化镁松软而无胶结能力。松软而无胶结能力。所以硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重侵蚀作用。所以硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐的双重侵

34、蚀作用。2022/12/1932 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 3 3）酸类腐蚀）酸类腐蚀（1 1）碳酸碳酸的腐蚀的腐蚀离子交换离子交换腐蚀腐蚀(溶解性溶解性腐蚀腐蚀)雨雨水水及及地地下下水水中中常常溶溶有有较较多多的的二二氧氧化化碳碳，形形成成了碳酸。其腐蚀反应过程为：了碳酸。其腐蚀反应过程为：Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2+H+H2 2O=CaCOO=CaCO3 3+2H+2H2 2O O CaCO CaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=Ca(HCOO=Ca(HCO3 3)2 2若若水水中中碳碳酸酸超超过过其其平平衡衡浓浓度度，氢氢氧氧化化钙钙通通过过

35、转转变变为为易易溶溶的的碳碳酸酸氢氢钙钙而而溶溶失失，导导致致其其它它水水化化物物分分解解，使使水水泥石结构破坏；泥石结构破坏；若水中碳酸低于平衡浓度，不起腐蚀破坏作用。若水中碳酸低于平衡浓度，不起腐蚀破坏作用。2022/12/1933 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（2 2）一般酸一般酸的腐蚀的腐蚀离子交换离子交换腐蚀腐蚀 酸性介质酸性介质+氢氧化钙氢氧化钙产物：产物：易溶易溶或者或者膨胀膨胀 水泥石结构破坏。水泥石结构破坏。如如盐酸盐酸腐蚀反应过程：腐蚀反应过程：2HCl+Ca(OH)2HCl+Ca(OH)2 2CaClCaCl2 2(易溶易溶)+2H)+2H2 2O O 2022/

36、12/1934 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥）强碱强碱腐蚀腐蚀（1 1）对于）对于铝酸盐铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥来说，遇到含量较高的硅酸盐水泥来说，遇到强碱强碱（如氢氧化钠）时，生成（如氢氧化钠）时，生成易溶易溶的的铝酸钠铝酸钠，其反应为：，其反应为：3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3+6NaOH=3Na+6NaOH=3Na2 2O OAlAl2 2O O3 3+3Ca+3Ca（OHOH）2 2 （2)2)水泥石被水泥石被氢氧化钠氢氧化钠溶液浸透后，又在空气中干燥，溶液浸透后，又在空气中干燥，与二氧化碳用作生成与二氧化碳用作生成碳酸钠碳酸钠：2NaOH+CO2NaOH+CO2

37、 2=Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O 碳酸钠碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，可使水泥石在水泥石毛细孔中结晶沉积，可使水泥石胀裂胀裂。2022/12/1935 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 2.2.水泥石腐蚀的原因水泥石腐蚀的原因（）水泥石中存在易被腐蚀的（）水泥石中存在易被腐蚀的氢氧化钙氢氧化钙和和水化铝酸钙水化铝酸钙。（）水泥石（）水泥石不密实不密实。（）外部存在（）外部存在腐蚀介质：腐蚀介质：流动的或有压力的软水流动的或有压力的软水 硫酸盐、镁盐硫酸盐、镁盐 酸性介质酸性介质 二氧化碳浓度较高二氧化碳浓度较高 强碱强碱2022/12/1936 3.1 3.1 硅

38、酸盐水泥硅酸盐水泥3.3.防止水泥石腐蚀的方法防止水泥石腐蚀的方法 （1 1）根根据据工工程程的的环环境境特特点点，合合理理选选择择水水泥泥品品种种，或或适适当当掺加混合材料。掺加混合材料。如如处处于于软软水水环环境境的的工工程程，常常选选用用掺掺混混合合材材料料的的矿矿渣渣水水泥泥、火火山山灰灰水水泥泥或或粉粉煤煤灰灰水水泥泥，因因为为这这些些水水泥泥的的水水泥泥石石中中氢氢氧氧化化钙钙含含量量低低，对对软软水水侵侵蚀的抵抗能力强。蚀的抵抗能力强。（2 2）提高混凝土的密实度提高混凝土的密实度。如如合合理理设设计计混混凝凝土土的的配配合合比比，降降低低水水灰灰比比，仔仔细细选选择择骨骨料料，

39、掺掺外外加加剂，以及改善施工方法等，均可提高混凝土的抗侵蚀能力。剂，以及改善施工方法等，均可提高混凝土的抗侵蚀能力。（3 3）在水泥石结构的）在水泥石结构的表面设置保护层表面设置保护层。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石。2022/12/1937 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥六、硅酸盐水泥的特性与应用六、硅酸盐水泥的特性与应用（1 1）凝结硬化快，强度高凝结硬化快，强度高 原因原因：熟料多：熟料多C C3 3S S多多f f早期早期和和f f后期后期较高。较高。适用适用:f:f早期早期要求较高及冬季施工的工程；要求较高及冬季施工的工程

40、；地上、地下重要结构物；地上、地下重要结构物；高强砼和预应力砼。高强砼和预应力砼。（2 2）抗冻性好抗冻性好 原因原因：水灰比低：水灰比低密实度较高密实度较高抗冻性好。抗冻性好。适用适用：严寒地区遭受反复冻融的砼工程。：严寒地区遭受反复冻融的砼工程。2022/12/1938 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（3 3）水化热高水化热高 原因原因：C C3 3S S多和多和C C3 3A A较多较多放热快且水化热大。放热快且水化热大。适用适用：冬季施工：冬季施工避免冻害避免冻害 不宜不宜：大体积砼工程：大体积砼工程温度变形温度变形开裂。开裂。（4 4）耐腐蚀性差耐腐蚀性差 原因原因：水泥石中的

41、：水泥石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2及及3CaO3CaOA1A12 2O O3 36H6H2 2O O较多较多耐软水及耐化学腐蚀能力差。耐软水及耐化学腐蚀能力差。不宜不宜：经常与流动的淡水接触及有水压作用的砼；：经常与流动的淡水接触及有水压作用的砼；受海水、矿物水、硫酸盐等作用的砼。受海水、矿物水、硫酸盐等作用的砼。2022/12/1939 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（5 5）耐热性差耐热性差 原因原因：250250300300水化产物脱水水化产物脱水收缩和强度收缩和强度降降70070010001000水泥石结构破坏。水泥石结构破坏。不宜不宜:配制耐热砼和耐热要求较高的工程。配

42、制耐热砼和耐热要求较高的工程。（6 6）耐磨性好耐磨性好 原因原因：密实度、强度高：密实度、强度高耐磨性好。耐磨性好。适用适用：道路、地面工程。：道路、地面工程。2022/12/1940 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（7 7）干缩小干缩小 原因原因：游离水少：游离水少干缩小干缩小不易开裂。不易开裂。适用适用：干燥环境下的砼工程。：干燥环境下的砼工程。（8 8）抗碳化能力强抗碳化能力强 碳化碳化：Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO+CO2 2=CaCO=CaCO3 3碱度碱度钢筋锈蚀。钢筋锈蚀。原因原因：密实度、碱度高：密实度、碱度高抗碳化能力强。抗碳化能力强。适用适用：重要的钢筋砼结

43、构、预应力砼工程：重要的钢筋砼结构、预应力砼工程 二氧化碳浓度高的环境。二氧化碳浓度高的环境。2022/12/1941 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥七、七、水泥的风化与储存水泥的风化与储存1.1.风化风化 水泥在储运过程中，易吸收空气中的水分和二氧化碳，水泥在储运过程中，易吸收空气中的水分和二氧化碳，使水泥颗粒表面水化甚至碳化，丧失胶凝能力，强度使水泥颗粒表面水化甚至碳化，丧失胶凝能力，强度大为下降。大为下降。2.2.储存储存 （1 1）防水防潮；）防水防潮；（2 2）存储不宜超过）存储不宜超过3 3个月；个月；（4 4）一般应入库存放，设立标示牌。）一般应入库存放，设立标示牌。（3

44、3）分别储运，不得混杂；）分别储运，不得混杂；2022/12/1942 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥3.3.受潮水泥的处理受潮水泥的处理（1 1）无结块、结粒，烧失量小于）无结块、结粒，烧失量小于5 5%：水泥尚未受潮水泥尚未受潮按原强度等级使用。按原强度等级使用。（2 2）有松块、结有小球粒，手捏可成粉末，无硬块，烧）有松块、结有小球粒，手捏可成粉末，无硬块，烧失量在失量在（4 46 6）%：水泥开始受潮，强度约在一个等级内水泥开始受潮，强度约在一个等级内将松块、小将松块、小球粒压成粉末，加强搅拌，可使用到强度要求低的工球粒压成粉末，加强搅拌，可使用到强度要求低的工程。程。2022/

45、12/1943 3.1 3.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（3 3）已部分结成硬块或外部结成硬块内部尚有粉末状，）已部分结成硬块或外部结成硬块内部尚有粉末状，烧失量在烧失量在（6 68 8）%：水泥严重受潮，强度损失水泥严重受潮，强度损失50%50%左右左右筛除硬块，将松筛除硬块，将松块压碎成粉末，可用于砂浆等非受力部位。块压碎成粉末，可用于砂浆等非受力部位。（4 4）结块坚硬，无粉末状，烧失量）结块坚硬，无粉末状，烧失量大于大于8%8%；水泥活性已丧失殆尽水泥活性已丧失殆尽重新粉磨后用作混合材料。重新粉磨后用作混合材料。2022/12/1944 3.2 3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅

46、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：在在硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的中，掺入一定量的混合材料混合材料和和适量适量石膏石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。共同磨细制成的水硬性胶凝材料。品种：品种：普通普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥 矿渣矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥 火山灰质火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥 粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥 复合复合硅酸盐水泥。硅酸盐水泥。一、混合材料一、混合材料 生产水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等生产水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等生产水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等生产水泥时，为改善水泥性能、调节水泥强度等级而加入的人

47、工和天然的矿物材料。级而加入的人工和天然的矿物材料。级而加入的人工和天然的矿物材料。级而加入的人工和天然的矿物材料。1.1.种类种类（1 1）活性混合材）活性混合材 有有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。等。其主要化学成分为其主要化学成分为活性氧化硅和活性氧化铝活性氧化硅和活性氧化铝。在。在氢氧氢氧化钙化钙或或石膏石膏等溶液中，它们能产生明显的水化反应。等溶液中，它们能产生明显的水化反应。（2 2）非活性混合材。）非活性混合材。有有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。起填充等。起填充作用，可调节作用，可调节水泥强

48、度，降低水化热及增加水泥产量水泥强度，降低水化热及增加水泥产量。3.2 3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 2.2.活性混合材料的作用机理活性混合材料的作用机理 x xCa(OH)Ca(OH)2 2+SiO SiO2 2+mH+mH2 2O=xCaOO=xCaOSiOSiO2 2（x+mx+m）H H2 2O Oy yCa(OH)Ca(OH)2 2 +A1A12 2O O3 3+nH+nH2 2O=yCaOO=yCaOA1A12 2O O3 3（y+ny+n）H H2 2O O3(3(CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O)+yCaO)+yCaOA1A12 2O O3

49、 3（y+ny+n）H H2 2O+O+aHaH2 2O=yCaOO=yCaOA1A12 2O O3 3 3CaSO 3CaSO4 4（y+n+ay+n+a）H H2 2O O 激发剂激发剂：Ca(OH)Ca(OH)2 2和和CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O 3.2 3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥2022/12/1947 3.2 3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥3.3.掺混合材料的硅酸盐水泥的二次水化：掺混合材料的硅酸盐水泥的二次水化：（1 1）首首先先是是熟熟料料矿矿物物的的水水化化，生生成成水水化化硅硅酸酸钙钙、氢氢氧氧化化钙钙等。等

50、。（2 2）氢氢氧氧化化钙钙再再与与活活性性混混合合材材料料的的活活性性氧氧化化物物发发生生反反应应，生生成成水水化化硅硅酸酸钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙；当当有有石石膏膏存存在在时时，还还会进一步反应生成会进一步反应生成水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙。2022/12/1948 二、掺混合材料的硅酸盐水泥的组分和代号二、掺混合材料的硅酸盐水泥的组分和代号品种品种代号代号组分（质量百分数）组分（质量百分数）熟料熟料+石膏石膏粒化高炉粒化高炉矿渣矿渣火山灰质火山灰质混合材料混合材料粉煤灰粉煤灰普通普通水泥水泥 P PO O8080且且95 95 5 5且且20 20 矿渣矿渣水泥水泥P PS SA A5