土木工程材料 水泥.pptx

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1、第一节第一节 硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的基本组成基本组成与生产原与生产原理理定义：定义：凡是由硅酸盐水泥熟料、凡是由硅酸盐水泥熟料、0 05 5石灰石或石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥材料，称为硅酸盐水泥(国外称波特兰水泥国外称波特兰水泥)。硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为I I型型硅酸盐水泥，代号硅酸盐水泥，代号P PI I；在硅酸盐水泥熟料中掺；在硅酸盐水泥熟料中掺加不超过水泥质量加不超过水泥质量5 5的石灰石或粒化高炉矿渣的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的为混合材料的为

2、IIII型型硅酸盐水泥，代号硅酸盐水泥，代号P PIIII。一、硅酸盐水泥的生产工艺概述一、硅酸盐水泥的生产工艺概述 二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性第1页/共84页一、硅酸盐水泥的生产工艺概述一、硅酸盐水泥的生产工艺概述生 料水 泥按比例混合、磨细石膏混合材料煅烧（约（14500C）磨细石灰石CaO、CO2粘 土SiO2、Al2O3、Fe2O3铁矿粉校正原料Fe2O3熟 料第2页/共84页一、硅酸盐水泥的生产工艺概述一、硅酸盐水泥的生产工艺概述水泥生产线示意图：水泥生产线示意图：1.1.生料贮存；生料贮存；2.2.磨细设施；磨细设施；3.3.生料混合设

3、施；生料混合设施；4.4.预热预热/预煅预煅烧装置；烧装置；5.5.回转窑；回转窑；6.6.熟料贮存；熟料贮存；7.7.外加剂；外加剂；8.8.熟料磨细；熟料磨细；9.9.水泥贮存水泥贮存&灌装灌装第3页/共84页第4页/共84页二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性性 1.1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙 3CaO3CaOSiOSiO2 2（C C3 3S S）：）：363660%60%，硅酸二钙硅酸二钙 2CaO2CaOSiOSiO2 2（C C2 2S S）：）：151537%37%，铝酸三钙铝酸三钙 3CaO3CaO

4、AlAl2 2O O3 3（C C3 3A A）：）：7 715%15%，铁铁铝铝酸酸四四钙钙 4CaO4CaOAlAl2 2O O3 3FeFe2 2O O3 3（C C4 4AFAF）：101018%18%。硅硅酸酸三三钙钙和和硅硅酸酸二二钙钙称称为为硅硅酸酸钙钙矿矿物物，一一般般占占总总量量的的75758282(国国家家标标准准中中规规定定不不小小于于66%,66%,CaOCaO与与SiOSiO2 2的质量比不小于的质量比不小于2.0)2.0)。第5页/共84页二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性2 2水泥熟料主要矿物与水作用时的特性水泥熟料主要矿物与

5、水作用时的特性磨磨细细后后能能与与水水发发生生水水化化反反应应，生生成成具具有有水水硬硬性性的的水化产物。水化产物。C C3 3S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF水化快，水化快，C C2 2S S水化慢，水化慢，C C3 3A AC C3 3S SC C4 4AFAFC C2 2S S水化反应过程中会放出热量水化反应过程中会放出热量,C,C3 3A A、C C3 3S S放热量大，放热量大，C C3 3A AC C3 3S SC C4 4AFAFC C2 2S SCC3 3S S早早期期强强度度和和后后期期强强度度均均较较高高，C C2 2S S早早期期强强度度低低，后后期期强强

6、度度高高。C C3 3A A、C C4 4AFAF强强度度均均不不高高。四四个个矿矿物物的的强度均随龄期成曲线变化，见图强度均随龄期成曲线变化，见图3.23.2。第6页/共84页图图5-2 5-2 水泥熟料各矿物的强度增长曲线水泥熟料各矿物的强度增长曲线第7页/共84页图图5-3 5-3 水泥熟料各矿物的放热曲线水泥熟料各矿物的放热曲线 第8页/共84页第二节第二节 硅酸盐水泥的硬化机理硅酸盐水泥的硬化机理 水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性和流动性的水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性和流动性的浆体浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为变稠失去

7、可塑性，这一过程称为凝结凝结。随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高，。随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高，并形成并形成坚硬的石状体坚硬的石状体水泥石水泥石，这一过程称为，这一过程称为硬化硬化。水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥一水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列的技术性能。因此，了解水泥的凝结与硬化过程，对于了解水泥的性能有着重要的系列的技术性能。因此，了解水泥的凝结与硬化过程，对于了解水泥的性能有着重要的意义。意义。第9页/共84页一、硅酸盐水泥的一、硅酸盐水泥的水化水化 水水泥泥颗颗粒粒与与水水接接触触

8、后后，水水泥泥熟熟料料各各矿矿物物立立即即与与水水发发生生水水化化作作用用，生生成成新新的的水水化化物物，并放出一定的热量。并放出一定的热量。第10页/共84页一、硅酸盐水泥的一、硅酸盐水泥的水化水化水化硅酸钙水化硅酸钙几乎不溶于水，形成后立即以胶体微粒几乎不溶于水，形成后立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成为析出，并逐渐凝聚而成为凝胶体凝胶体。氢氧化钙呈六方晶体氢氧化钙呈六方晶体。由于氢氧化钙可溶于水，但。由于氢氧化钙可溶于水，但溶解度不大，所以溶液的溶解度不大，所以溶液的CaOCaO浓度很快达到饱和状浓度很快达到饱和状态。态。因此，各矿物成分的水化主要是在因此，各矿物成分的水化主要是在CaO

9、CaO饱和溶液中饱和溶液中进行的。式中水化硅酸钙的组成只是理论上的组成，进行的。式中水化硅酸钙的组成只是理论上的组成，实际上各氧化物之间的比例是不确定的，通常随水实际上各氧化物之间的比例是不确定的，通常随水化时的温度、溶液中的化时的温度、溶液中的CaOCaO浓度等因素的变化而变浓度等因素的变化而变化。化。第11页/共84页电镜下的水泥水化产物图电镜下的水泥水化产物图CHCH氢氧化钙晶体氢氧化钙晶体 C-S-H C-S-H 水化硅酸钙水化硅酸钙凝胶凝胶第12页/共84页一、硅酸盐水泥的一、硅酸盐水泥的水化水化水化铝酸钙为立方晶体水化铝酸钙为立方晶体。由于铝酸三钙的水化、凝。由于铝酸三钙的水化、凝

10、结和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在结和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水水泥中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸钙会与石膏作用，生成化铝酸钙会与石膏作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，三硫型水化硫铝酸钙，也称钙矾石晶体（以也称钙矾石晶体（以AFtAFt表示），表示），其反应式如下：其反应式如下：第13页/共84页一、硅酸盐水泥的一、硅酸盐水泥的水化水化钙钙矾矾石石呈呈针针状状（或或柱柱状状）晶晶体体，它它难难溶溶于于水水。当当石石膏膏耗耗尽尽后后，钙钙钒钒石石将将与与水水化化铝铝酸酸钙反应生成钙反应生成单硫型水化硫铝酸钙晶体（以单

11、硫型水化硫铝酸钙晶体（以AFmAFm表示）表示）：铁铝酸四钙与水反应后生成铁铝酸四钙与水反应后生成水化铝酸钙晶体水化铝酸钙晶体和和水化铁酸钙凝胶体水化铁酸钙凝胶体。第14页/共84页一、硅酸盐水泥的一、硅酸盐水泥的水化水化综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物有两类：产物有两类：凝胶体凝胶体：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体；：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体；晶体晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在

12、完全水化的水泥石中，在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶体约占水化硅酸钙凝胶体约占7070，而而氢氧化钙约占氢氧化钙约占2020，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占约占7 7。第15页/共84页水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石第16页/共84页硬化前硬化前未水化水未水化水泥颗粒泥颗粒水水C-S-H钙矾石钙矾石氢氧化钙氢氧化钙硬化后硬化后水灰比第17页/共84页二、硅酸盐水泥的凝结硬化二、硅酸盐水泥的凝结硬化水泥浆开始凝结完全凝结人工石材初凝时间终凝时间硬化凝结第18页/共84页水 泥水水化产物水水 泥水 泥水 泥水水水化产物水化产物第19页/共84页n水水

13、泥泥颗颗粒粒的的水水化化是是从从表表面面向向内内部部进进行行的的，水水化化程程度度受受水水和和水水化化物物的的扩扩散散所所控控制制，水水泥泥颗颗粒粒的的内内核核很很难难完完全全水水化化。因因此此。硬硬化化的的水水泥泥石石是是由由水水化化产产物物(凝凝胶胶体体和和结结晶晶体体)、未未水水化化的的水水泥泥颗颗粒粒、水水和和孔孔隙隙(毛毛细细孔孔和和凝凝胶胶孔孔)组组成成的的。水水泥泥石石的的工工程程性性质质决决定定于于水水泥泥石石的的组成和结构组成和结构。n水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。水泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产水泥的水

14、化是随着时间的延长而不断进行的，水化产物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少，物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少，凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前28d28d的水化的水化速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强度速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强度增加幅度减小。增加幅度减小。二、硅酸盐水泥的凝结硬化二、硅酸盐水泥的凝结硬化第20页/共84页三、影响水泥凝结和硬化的主要因素三、影响水泥凝结和硬化的主要因素 1.1.水泥熟料的矿物组成水泥熟料的矿物组成 水泥中水泥中C C3 3S S和和C C3 3A A含量越高，凝结硬化也

15、越快。含量越高，凝结硬化也越快。2.2.水泥的细度水泥的细度水水泥泥越越细细，颗颗粒粒就就越越小小，其其与与水水接接触触的的面面积积也也就就越越大大，则则水化速度越快，凝结硬化也越快。水化速度越快，凝结硬化也越快。3 3水泥浆体的水灰比水泥浆体的水灰比水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比，水泥完全水，水泥完全水化所需的用水量约为水泥质量的化所需的用水量约为水泥质量的2525，但这样的水量很难，但这样的水量很难形成具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较形成具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较多的水，以便取得较好的塑性。多的水，以便取得较好

16、的塑性。水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体的稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。的稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。第21页/共84页三、影响水泥凝结和硬化的主要因素三、影响水泥凝结和硬化的主要因素4.4.水泥的水化程度水泥的水化程度 水水灰灰比比相相同同时时，水水化化程程度度愈愈高高，则则水水泥泥浆浆体体中中水化产物愈多，凝结硬化也越快。水化产物愈多，凝结硬化也越快。5 5石膏掺量石膏掺量 石膏石膏(常用常用CaSOCaSO4 42H2H2 2O)O)是水泥的是水泥的缓凝剂缓凝剂，能调，能调节水泥的凝结硬化速度。在磨制水泥时

17、，若不掺入节水泥的凝结硬化速度。在磨制水泥时，若不掺入少量石膏，则水泥浆凝结很快。当掺入少量石膏后，少量石膏，则水泥浆凝结很快。当掺入少量石膏后，硫酸钙将与水化铝酸钙作用，生成难溶的水化硫铝硫酸钙将与水化铝酸钙作用，生成难溶的水化硫铝酸钙晶体酸钙晶体(钙矾石钙矾石)，减少了溶液中的铝离子，延缓，减少了溶液中的铝离子，延缓了水泥浆体的凝结速度。了水泥浆体的凝结速度。但石膏掺量必须适当，掺入过多的石膏不仅缓凝作但石膏掺量必须适当，掺入过多的石膏不仅缓凝作用不大，而且会引起凝结硬化后的水泥石出现开裂。用不大，而且会引起凝结硬化后的水泥石出现开裂。第22页/共84页三、影响水泥凝结和硬化的主要因素三、

18、影响水泥凝结和硬化的主要因素5 5环境的温度和湿度环境的温度和湿度环境因素（环境因素（主要是温度和湿度主要是温度和湿度）对水泥的凝结硬）对水泥的凝结硬化有着明显的影响。化有着明显的影响。温度温度越高，水泥水化速度越快，凝结硬化的速度越高，水泥水化速度越快，凝结硬化的速度就越快。就越快。环境湿度环境湿度大，水泥浆中的水分不仅不易蒸发，使大，水泥浆中的水分不仅不易蒸发，使水泥石中保持有水泥水化及凝结硬化所需要的化水泥石中保持有水泥水化及凝结硬化所需要的化学用水，而且在水泥石中水分不足时，能使水泥学用水，而且在水泥石中水分不足时，能使水泥石吸收环境中的水分，保证水泥进行水化和硬化。石吸收环境中的水分

19、，保证水泥进行水化和硬化。如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水如果环境干燥，水泥浆中的水分蒸发过快，当水分蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化停止，分蒸发完后，水化作用将无法进行，硬化停止，强度不再增长，甚至还会在制品表面产生干缩裂强度不再增长，甚至还会在制品表面产生干缩裂缝。缝。第23页/共84页第三节第三节 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质 及其性能特点及其性能特点一、一、硅酸盐水泥的主要硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质二、二、硅酸盐水泥的技术标准硅酸盐水泥的技术标准三、三、硅酸盐水泥的腐蚀硅酸盐水泥的腐蚀四、四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用硅酸盐水泥的主要特性及工程应用第2

20、4页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质1.1.密度密度2.2.细度细度3.3.标准稠度用水量标准稠度用水量4.4.凝结时间凝结时间5.5.体积安定性体积安定性6.6.强度和强度等级强度和强度等级7.7.其它技术指标其它技术指标 第25页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质 1.1.密度密度 硅酸盐水泥的密度一般在3.053.053.15g3.15gcmcm3 3，平均可取为3.103.10 g gcmcm3 3，其大小主要取决于水泥熟料的矿物组成。堆积密度为100010001600kg/m1600kg/m3 3。第26页/共84页一

21、、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质2.2.细度细度水泥颗粒的粗细程度。对水泥性质有很大影响。水泥颗粒的粗细程度。对水泥性质有很大影响。水水泥泥颗颗粒粒粒粒径径一一般般在在7 7200m200m范范围围内内，颗颗粒粒愈愈细细，与与水水起起反反应应的的表表面面积积就就愈愈大大，因因而而水水化化速速度度较较快快，而而且且较较完完全全，早早期期强强度度和和后后期期强强度度都都较较高高。水水泥泥颗颗粒粒过过粗粗，则则不不利利于于水水泥泥活性的发挥，但水泥过细，在空气中的硬化收缩性较大，生产成本也较高。活性的发挥，但水泥过细，在空气中的硬化收缩性较大，生产成本也较高。硅酸盐水泥的细度采

22、用硅酸盐水泥的细度采用比表面积法比表面积法检验检验。第27页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质比表面积比表面积单位质量的粉末所具有的总表面积，用单位质量的粉末所具有的总表面积，用m m2 2kgkg表示。表示。比表面积法是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引比表面积法是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的比表面积。起流速的变化来测定水泥的比表面积。硅酸盐水泥的细度采用勃氏透气法比表面积仪（硅酸盐水泥的细度采用勃氏透气法比表面积仪（GB/T8074-2008GB/T8074-2008）进行

23、检验，要求其）进行检验，要求其比表面积大于比表面积大于300m300m2 2kgkg。第28页/共84页第29页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质3.3.标标准准稠稠度度用用水水量量水水泥泥净净浆浆达达到到标标准准稠稠度度时时的的拌和用水量，按水泥质量百分比计；拌和用水量，按水泥质量百分比计；水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆（或试锥）水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆（或试锥）的沉入达到一定阻力时的稠度。我国国标的沉入达到一定阻力时的稠度。我国国标（GB/T1346-2001GB/T1346-2001）中规定，水泥标准稠度的标准）中规定，水泥标准稠度的标准

24、测定方法为试杆法（标准法），或试锥法（代用法）。测定方法为试杆法（标准法），或试锥法（代用法）。硅酸盐水泥的标准稠度用水量通常在硅酸盐水泥的标准稠度用水量通常在2424 3030之之间。间。标准稠度用水量的大小，可以反映出水泥的需水性，标准稠度用水量的大小，可以反映出水泥的需水性，标准稠度用水量愈大，表明其需水性愈大。标准稠度用水量愈大，表明其需水性愈大。第30页/共84页标准稠度和凝结时间测定仪标准稠度和凝结时间测定仪第31页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质4.4.凝结时间凝结时间凝结时间分为初凝时间和终凝时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间初凝时

25、间是指水泥与水拌和至标准稠度净浆达到是指水泥与水拌和至标准稠度净浆达到初凝状态（即开始失去可塑性）所需的时间；初凝状态（即开始失去可塑性）所需的时间；终凝时间终凝时间是水泥与水拌和至标准稠度净浆达到终是水泥与水拌和至标准稠度净浆达到终凝状态（即完全失去可塑性并开始产生强度）所凝状态（即完全失去可塑性并开始产生强度）所需的时间。需的时间。国家标准（国家标准（GB 175-2007GB 175-2007）规定，硅酸盐水泥的）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于初凝时间不得早于45min45min，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于6.5h6.5h。为何这样规定为何这样规定?第32页/共84页规定初凝

26、时间和终凝时间的意义：规定初凝时间和终凝时间的意义：为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥的初凝时间不能过为使混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑，水泥的初凝时间不能过短。当施工完毕，则要求尽快硬化而产生强度，故终凝时间不能太长，否则会使施工周短。当施工完毕，则要求尽快硬化而产生强度，故终凝时间不能太长，否则会使施工周期变长。期变长。影响水泥凝结时间的主要因素影响水泥凝结时间的主要因素：（1 1）铝酸三钙含量与石膏掺量的匹配；）铝酸三钙含量与石膏掺量的匹配；（2 2）水泥的细度；（）水泥的细度；（3 3）水灰比；）水灰比；（4 4）凝结时的温度；）凝结时的温

27、度；（5 5）混合材料掺量。）混合材料掺量。第33页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质5.5.体体积积安安定定性性水水泥泥净净浆浆硬硬化化过过程程中中体体积积变变化化的的均匀性和稳定性。均匀性和稳定性。如如果果在在水水泥泥硬硬化化过过程程中中，产产生生不不均均匀匀的的体体积积变变化化，就就会会使使水水泥泥石石产产生生膨膨胀胀性性裂裂缝缝，这这种种现现象象称称为为水水泥泥体积安定性不良。体积安定性不良。引起水泥体积安定性不良的原因及引起水泥体积安定性不良的原因及控制方法控制方法：游离游离 CaOCaO过多过多；控制；控制方法方法：沸煮法（雷氏夹法或试饼法）：沸煮法

28、（雷氏夹法或试饼法）检验合格；检验合格；游离游离 MgOMgO过多过多；控制；控制方法方法：压蒸法：压蒸法检验合格检验合格，或生产控制，或生产控制，MgOMgO含量含量5%5%掺入的石膏过多掺入的石膏过多，生产控制，生产控制,SO,SO3 3含量含量3.5%3.5%第34页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质6.6.强度及强度等级强度及强度等级强强度度是是评评价价水水泥泥质质量量、确确定定水水泥泥强强度度等等级级的的重重要要指指标标。水水泥泥强强度度除除了了与与水水泥泥矿矿物物组组成成和和细细度度有有关关外外，还还与与水水灰灰比比、试试件件制制作作方方法法、养养护

29、护条条件件和和龄龄期期等等因因素有关。素有关。根根据据现现行行国国标标（GB GB 17671-199917671-1999）中中规规定定，水水泥泥胶胶砂强度检验方法是：砂强度检验方法是：将将水水泥泥和和标标准准砂砂以以1 13 3的的比比例例混混合合后后，以以0.50.5的的水水灰灰比比 拌拌 制制 成成 一一 组组 塑塑 性性 胶胶 砂砂，用用 标标 准准 方方 法法 制制 成成40mm40mm160mm40mm40mm160mm的的 标标 准准 试试 件件，在在 标标 准准 条条 件件（201201，相相对对湿湿度度不不小小于于90%90%或或水水中中）下下养养护护，达达到到规规定定龄龄

30、期期（3d3d、28d28d）时时，测测定定其其抗抗折折强强度度和和抗压强度。抗压强度。第35页/共84页6.6.强度及强度等级强度及强度等级水泥的强度等级水泥的强度等级是根据规定龄期（是根据规定龄期（3d3d和和28d28d）测定的抗压强度和抗折强度来划分的，）测定的抗压强度和抗折强度来划分的，各强度等级水泥在各龄期的强度不得低于表各强度等级水泥在各龄期的强度不得低于表5-25-2规定的数值。按国家标淮规定的数值。按国家标淮(GBl75(GBl752007)2007)规定，硅酸盐水泥的强度等级有规定，硅酸盐水泥的强度等级有42.542.5、42.5R42.5R、52.552.5、52.5R5

31、2.5R、62.562.5、62.5R62.5R六种。六种。强度等级中强度等级中有有R R的为早强型的为早强型，无无R R的为普通型的为普通型。早强型水泥的。早强型水泥的3d3d抗压强度可达抗压强度可达28d28d抗压抗压强度的强度的50%50%左右，并比同强度等级的普通型水泥的左右，并比同强度等级的普通型水泥的3d3d强度提高强度提高10%10%以上以上。第36页/共84页一、硅酸盐水泥的主要一、硅酸盐水泥的主要技术性质技术性质7.7.其它技术指标其它技术指标（1 1）有害成分含量）有害成分含量为为了了保保证证水水泥泥的的使使用用质质量量，要要求求水水泥泥中中的的氧氧化化镁镁MgOMgO和和

32、三三氧氧化化硫硫SOSO3 3含含量量、碱碱含含量量不不得得超超过过标标准准规规定定的限量（见表的限量（见表5-35-3）。）。碱含量碱含量(选择性指标选择性指标):指水泥中指水泥中Na2O和和K2O的含量。的含量。水泥中水泥中Na2O和和K2O含量较高时，可能在混凝土中含量较高时，可能在混凝土中与活性集料发生与活性集料发生碱碱集料反应集料反应，使混凝土出现开，使混凝土出现开裂、强度降低或破坏。裂、强度降低或破坏。用户要求低碱时：用户要求低碱时：Na2O+0.685 K2O0.60%第37页/共84页7.7.其它技术指标其它技术指标（2 2）不溶物含量）不溶物含量不不溶溶物物将将影影响响水水泥

33、泥的的有有效效成成分分含含量量，所所以以不不溶溶物物含量不得超过标准规定的限量（见表含量不得超过标准规定的限量（见表5-35-3）。）。（3 3）烧失量）烧失量 不得超过标准规定的限量（见表不得超过标准规定的限量（见表5-35-3）。）。(4)(4)氯离子含量氯离子含量 不得超过不得超过0.06%0.06%。第38页/共84页二、硅酸盐水泥的技术标准二、硅酸盐水泥的技术标准 我国现行的硅酸盐水泥国家标准为我国现行的硅酸盐水泥国家标准为通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（GB 175-2007GB 175-2007）。标标准准规规定定，凡凡化化学学指指标标(包包括括氧氧化化镁镁含含量量、三三氧氧化化硫

34、硫SOSO3 3含含量量、碱碱含含量量、不不溶溶物物含含量量、烧烧失失量量、氯氯离离子子含含量量)、凝凝结结时时间间、安安定定性性和和强强度度符符合合规规定定要要求求的的为为合合格格品品，凡凡化化学学指指标标、凝凝结结时时间间、安安定定性性和和强强度度中中的的任任何何一一项项技技术术指指标标不不符符合合规规定定要要求求的的为为不不合合格格品。品。第39页/共84页三、硅酸盐水泥的腐蚀三、硅酸盐水泥的腐蚀当水泥石长期处在某些介质中，水泥石中的水化产当水泥石长期处在某些介质中，水泥石中的水化产物会与介质发生各种物理、化学作用，并导致水泥物会与介质发生各种物理、化学作用，并导致水泥石强度降低，甚至发

35、生破坏，这种现象称为石强度降低，甚至发生破坏，这种现象称为水泥石水泥石腐蚀腐蚀。1.1.水泥石腐蚀的主要类型 （1 1）软水腐蚀）软水腐蚀(溶出性腐蚀溶出性腐蚀)软水是指暂时硬度较小的水。软水是指暂时硬度较小的水。在流动的在流动的软水软水中，特中，特别是在有水压作用而且水泥石的渗透性又较大的情别是在有水压作用而且水泥石的渗透性又较大的情况下，水流不断将氢氧化钙溶出并带走，从而使水况下，水流不断将氢氧化钙溶出并带走，从而使水泥石中氢氧化钙的含量不断减少。随着氢氧化钙含泥石中氢氧化钙的含量不断减少。随着氢氧化钙含量的降低，其他水化产物，如水化硅酸钙、水化铝量的降低，其他水化产物，如水化硅酸钙、水化

36、铝酸钙等，亦将发生分解，从而使水泥石结构逐渐遭酸钙等，亦将发生分解，从而使水泥石结构逐渐遭到破坏，强度不断降低，严重时会引起整个建筑物到破坏，强度不断降低，严重时会引起整个建筑物的毁坏。的毁坏。第40页/共84页三、硅酸盐水泥的腐蚀三、硅酸盐水泥的腐蚀（2 2）硫酸盐的腐蚀）硫酸盐的腐蚀 以以硫酸钠硫酸钠为例，反应式如下：为例，反应式如下：由于是在已经固化的水泥石中发生上述反应，所以生成由于是在已经固化的水泥石中发生上述反应，所以生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）时，时，产生的体积增加对水泥石将产生破坏作用。由于钙矾石呈针状或杆状结晶，故常称其为产生的体积增加对水泥石

37、将产生破坏作用。由于钙矾石呈针状或杆状结晶，故常称其为“水泥杆菌水泥杆菌”。第41页/共84页硅酸盐水泥的抗腐蚀性硅酸盐水泥的抗腐蚀性软水腐蚀(溶出性腐蚀)硫酸盐的腐蚀第42页/共84页三、硅酸盐水泥的腐蚀三、硅酸盐水泥的腐蚀（3 3）镁盐腐蚀镁盐腐蚀在在海海水水及及地地下下水水中中常常含含有有大大量量镁镁盐盐，主主要要是是硫硫酸酸镁镁及及氯氯化化镁镁。它它们们与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙起起置置换换作作用用，生生成成松松软软而而无无胶胶结结能能力力的的氢氢氧氧化化镁镁，或或易易溶溶于于水水的的氯氯化化钙钙，生生成成的的二二水水石石膏膏则则引引起起上上述述的的硫硫酸盐破坏作用。化学

38、反应式如下：酸盐破坏作用。化学反应式如下：第43页/共84页三、硅酸盐水泥的腐蚀三、硅酸盐水泥的腐蚀（4 4）碳酸性腐蚀碳酸性腐蚀 若若天天然然水水中中游游离离的的二二氧氧化化碳碳过过多多时时，将将会会起起破破坏坏作作用用。首首先先，硬硬化化水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙受受到到碳碳酸酸的的作作用，生成碳酸钙，反应式为：用，生成碳酸钙，反应式为：由由于于水水中中含含有有较较多多的的二二氧氧化化碳碳，它它与与生生成成的的碳碳酸酸钙钙之间可发生下列可逆反应：之间可发生下列可逆反应：水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙通通过过转转变变为为易易溶溶的的重重碳碳酸酸钙钙而而流流失失。随随着着水水泥

39、泥石石中中氢氢氧氧化化钙钙含含量量的的降降低低，还还会会导导致致水水泥泥石石中中其其他他水水化化物物的的分分解解，使使腐腐蚀蚀作作用用进进一一步步加剧。加剧。第44页/共84页三、硅酸盐水泥的腐蚀三、硅酸盐水泥的腐蚀（5 5）一般酸性腐蚀一般酸性腐蚀在在工工业业废废水水、地地下下水水、沼沼泽泽水水中中常常含含有有无无机机酸酸和和有有机机酸酸。各各种种酸酸类类对对水水泥泥石石有有不不同同程程度度的的腐腐蚀蚀作作用用。它它们们与与水水泥泥石石中中的的氢氢氧氧化化钙钙反反应应后后生生成成的的化化合合物物，或溶于水，或体积膨胀，对水泥石产生破坏作用。或溶于水，或体积膨胀，对水泥石产生破坏作用。以以上上

40、论论述述了了水水泥泥石石腐腐蚀蚀的的几几种种主主要要类类型型，但但在在实实际际工工程程中中水水泥泥石石的的腐腐蚀蚀很很少少只只是是单单一一因因素素造造成成的的，而而可可能能是是两两种种或或几几种种腐腐蚀蚀同同时时发发生生，并并互互相相影影响响，使腐蚀程度更加严重。使腐蚀程度更加严重。第45页/共84页2.2.水泥石腐蚀的原因及防止措施水泥石腐蚀的原因及防止措施 腐蚀的原因（内因）：腐蚀的原因（内因）：（1 1）水泥石中含有）水泥石中含有氢氧化钙氢氧化钙和和水化铝酸钙水化铝酸钙；（2 2）水泥石中有水泥石中有孔隙孔隙。腐蚀的预防措施：腐蚀的预防措施：根据侵蚀特点，合理选择水泥品种根据侵蚀特点，合

41、理选择水泥品种 ；减小孔隙率，提高水泥石的密实程度；减小孔隙率，提高水泥石的密实程度；采用保护层，采用保护层，构件表面敷设防护物质。构件表面敷设防护物质。第46页/共84页四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用 1 1、硬化快、强度高、硬化快、强度高硅酸盐水泥中硅酸盐水泥中C C3 3S S及及C C3 3A A含量较多，它们水化速度快，所以含量较多，它们水化速度快，所以硅硅酸盐酸盐水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高，水化凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高，适用于早期强度要求高和冬季施工的混凝土工程。一般用于适用于早期强度要求高和冬季施工的混凝土工程。一般用于

42、配制配制C40C40以上的混凝土，主要用于地上、地下和水中重要结以上的混凝土，主要用于地上、地下和水中重要结构钢筋混凝土和预应力混凝土工程。构钢筋混凝土和预应力混凝土工程。2 2水化热高、抗冻性好水化热高、抗冻性好 水化速度快，放热量大，因而不宜用于大体积混凝土工程。水化速度快，放热量大，因而不宜用于大体积混凝土工程。但放热量大对水泥石的抗冻性有利。硅酸盐水泥如采用适宜但放热量大对水泥石的抗冻性有利。硅酸盐水泥如采用适宜的水灰比，并经充分养护，可获得密实的水泥石，具有较高的水灰比，并经充分养护，可获得密实的水泥石，具有较高的抗冻性。因此，这种水泥适用于严寒地区会遭受反复冻融的抗冻性。因此，这种

43、水泥适用于严寒地区会遭受反复冻融作用的混凝土工程。作用的混凝土工程。第47页/共84页四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用四、硅酸盐水泥的主要特性及工程应用3 3耐腐蚀性和耐热性较差耐腐蚀性和耐热性较差 硅硅酸酸盐盐水水泥泥水水化化后后形形成成较较多多的的氢氢氧氧化化钙钙和和水水化化铝铝酸酸钙钙，所所以以不不宜宜用用于于受受流流动动及及压压力力水水作作用用的的混混凝凝土土工工程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。硅酸盐水泥石的主要成分在高温下会发生脱水和分硅酸盐水泥石的主要成分在高温下会发生脱水和分解，使其结构遭受破坏。此外，水泥石经高温作用

44、解，使其结构遭受破坏。此外，水泥石经高温作用后，其中的氢氧化钙已经分解为氧化钙，如再受水后，其中的氢氧化钙已经分解为氧化钙，如再受水润湿或长期置放时，由于氧化钙重新与水反应，在润湿或长期置放时，由于氧化钙重新与水反应，在生成氢氧化钙的同时，产生体积膨胀，从而对水泥生成氢氧化钙的同时，产生体积膨胀，从而对水泥石造成破坏。石造成破坏。第48页/共84页第四节第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥一、一、混合材料概述混合材料概述二、二、普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥三、三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥四、四、复合

45、硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥第49页/共84页一、混合材料概述一、混合材料概述混合材料是指在生产水泥时加入的混合材料是指在生产水泥时加入的各种矿物质材料各种矿物质材料。通常分为活性混合材料和非活性混合材料两类。通常分为活性混合材料和非活性混合材料两类。1.1.活活性性混混合合材材料料能能与与石石灰灰、石石膏膏或或硅硅酸酸盐盐水水泥泥一一起起，加加水水拌拌和和后后能能发发生生化化学学反反应应，并并生生成成具具有有胶胶凝凝性性和和水水硬硬性性水水化化物物的的混混合合材材料料。活活性性混混合合材材料料的这种性质也称为的这种性质也称为火山灰性火山灰性。活活性性混混合合材材料料中中一一般般均均含含有有活活性

46、性SiOSiO2 2和和活活性性AlAl2 2O O3 3，它它们们是是主主要要的的活活性性成成分分，能能与与水水泥泥水水化化生生成成的的氢氢氧氧化化钙钙作作用用，生生成成水水硬硬性性水水化化产产物物。常常用用的的活活性性混混合合材材料料有有粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣、火火山山灰灰质质混混合合材材料料和和粉粉煤煤灰灰等。等。第50页/共84页一、混合材料概述一、混合材料概述（1 1）粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣钢钢铁铁厂厂用用水水淬淬方方法法，将将炼炼铁铁高高炉炉的的熔熔融融矿矿渣渣进进行行急急速速冷冷却却处处理理后后得得到到的的质质地地疏疏松松、多多孔孔的的粒粒状状物物。在在一一般般矿矿渣渣中中C

47、aOCaO、SiOSiO2 2、AlAl2 20 03 3含含量量占占9090以以上上。国国家家标标准准规规定定，水水泥泥用用粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣的的质质量量系系数数不不得得小小于于1.21.2。（2 2）火火山山灰灰质质混混合合材材料料泛泛指指天天然然的的或或人人工工的的以以活活性性氧氧化化硅硅和和活活性性氧氧化化铝铝为为主主要要成成分分，具具有有火火山山灰灰活活性性的的矿矿物物质质材材料料，其其本本身身一一般般无无水水硬硬性性，但但在在常常温温下下能能与与石石灰灰和和水水作用，生成水硬性的水化物。作用，生成水硬性的水化物。（3 3）粉粉煤煤灰灰火火力力发发电电厂厂从从煤煤粉粉炉炉烟烟道

48、道气气体体中中收收集集的的粉粉末末状状废废渣渣。粉粉煤煤灰灰中中含含有有较较多多的的活活性性SiOSiO2 2和和活活性性AlAl2 2O O3 3，两两者者总总含含量量可可达达6060以以上上。由由于于它它是是由由煤煤粉粉在在煤煤粉粉炉炉中中，经经悬悬浮浮态态燃燃烧烧后后急急冷冷而而成成，所所以以多多呈呈直直径径为为1 150m50m的的实实心或空心的玻璃态球粒状。心或空心的玻璃态球粒状。第51页/共84页粉煤灰的球形颗粒粉煤灰的球形颗粒第52页/共84页一、混合材料概述一、混合材料概述2.2.非非活活性性混混合合材材料料不不具具有有活活性性或或活活性性非非常常低低的的人人工工或或天天然然的

49、的矿矿物物质质材材料料。这这类类材材料料在在水水泥泥水水化化过过程程中中不不发发生生化化学学反反应应，或或者者化化学学反反应应甚甚微微。石石英英砂砂、石石灰灰石石、粘粘土土、慢慢冷冷矿矿碴碴以以及及不不符符合合质质量量标标准准的的活活性性混混合合材材料料均均可可以以作作为为非非活活性性混混合合材材料应用。料应用。非活性混合材料掺入到水泥中仅能起调节水泥强非活性混合材料掺入到水泥中仅能起调节水泥强度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。非度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。非活性混合材料应具有足够的细度，不含或极少含活性混合材料应具有足够的细度，不含或极少含对水泥有害的杂质。对水泥有害的杂质

50、。第53页/共84页二、普通硅酸盐水泥二、普通硅酸盐水泥1.1.概述概述根根据据国国家家标标准准(GBl75(GBl752007)2007)，普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥是是由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料、规规定定掺掺加加量量的的混混合合材材料料、适适量量石石膏膏磨磨细细制制成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，简简称称普普通通水水泥泥，代号代号P PO O。普通水泥中混合材料的掺加量按重量百分比计，活普通水泥中混合材料的掺加量按重量百分比计，活性混合材料的掺加量性混合材料的掺加量5 5且且2020，其中允许用不，其中允许用不超过水泥质量超过水泥质量5 5的窑灰的窑灰(水泥回转窑窑尾废气中收