建筑材料课件第04章-水泥演示教学.ppt

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1、第第1页页建筑材料课件第04章-水泥第第2页页庞贝遗址庞贝遗址第第3页页第第4页页n目前，世界上水泥的品种已达目前，世界上水泥的品种已达200多种。解放后，我国水泥产多种。解放后，我国水泥产量快速上升，量快速上升，1985年我国水泥产量已跃居世界第一位，品种年我国水泥产量已跃居世界第一位，品种亦达亦达70多种。现在已有多种。现在已有100余种。余种。n我国水泥品种虽然很多，但大量使用的是五大品种水泥：我国水泥品种虽然很多，但大量使用的是五大品种水泥：n硅酸盐水泥硅酸盐水泥n普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥n矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥n火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥n粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅

2、酸盐水泥4.1硅酸盐水泥硅酸盐水泥第第6页页第第7页页4.1.1 4.1.1 硅酸盐水泥的生产和基本组成硅酸盐水泥的生产和基本组成n1.硅酸盐水泥的定义与分类硅酸盐水泥的定义与分类n根据根据GB1751999，凡是由硅酸盐水泥熟料、，凡是由硅酸盐水泥熟料、05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（即国外通称的波特兰水泥）。为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。n硅酸盐水泥分两种类型：硅酸盐水泥分两种类型：nI型硅酸盐水泥：不掺混合材料，代号型硅酸盐水泥：不掺混合材料，代号PI。nII型硅酸盐水泥：在硅

3、酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质型硅酸盐水泥：在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量量5的石灰石或粒化高炉矿渣，代号的石灰石或粒化高炉矿渣，代号PII。第第8页页2.硅酸盐水泥的原料和生产硅酸盐水泥的原料和生产n原料主要有：原料主要有：石灰质原料（如石灰石、白垩等，主要提供氧石灰质原料（如石灰石、白垩等，主要提供氧化钙）和粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供氧化硅及化钙）和粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供氧化硅及氧化铝与氧化铁），还有少量辅助原料，如铁矿石。氧化铝与氧化铁），还有少量辅助原料，如铁矿石。第第9页页n硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“二磨一烧二磨一

4、烧”，如图所，如图所示：示：第第10页页n从窑内出来的水泥熟料经冷却后从窑内出来的水泥熟料经冷却后加入加入35石膏石膏(控制水泥中控制水泥中SO33.5)，在磨机内研细，制，在磨机内研细，制成硅酸盐水泥。成硅酸盐水泥。n加入石膏的目的加入石膏的目的是调节水泥的凝是调节水泥的凝结时间，使之不发生急凝现象。结时间，使之不发生急凝现象。n水泥粉常用纸袋包装，但近年来水泥粉常用纸袋包装，但近年来已大量改用散装船、散装车输送，已大量改用散装船、散装车输送，提高了装运效率，降低了成本。提高了装运效率，降低了成本。第第11页页 3.3.硅酸盐水泥的化学和矿物组成硅酸盐水泥的化学和矿物组成 n熟料的化学成分见

5、表熟料的化学成分见表4.2n硅酸三钙硅酸三钙(简称简称C3S)3CaOSiO2，含量，含量3660%。n硅酸二钙硅酸二钙(简称简称C2S)2CaOSiO2，含量，含量1537%。n铝酸三钙铝酸三钙(简称简称C3A)3CaOAl2O3，含量，含量7%15%。n铁铝酸四钙铁铝酸四钙(简称简称C4AF)4CaOAl2O3Fe2O3，含量，含量10%18%。n前两种矿物称硅酸盐矿物，一般占总量的前两种矿物称硅酸盐矿物，一般占总量的7582%。后两种。后两种矿物称溶剂矿物，一般占总量的矿物称溶剂矿物，一般占总量的1825。n还含有少量的游离氧化钙和游离氧化镁及少量的碱还含有少量的游离氧化钙和游离氧化镁及

6、少量的碱(氧化钠和氧化钠和氧化钾氧化钾)。第第12页页4.1.2硅酸盐水泥的水化硬化硅酸盐水泥的水化硬化n1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化硅酸盐水泥熟料矿物的水化n(1)硅酸三钙硅酸三钙n硅酸三钙与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水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（化硅酸钙（C-S-H凝胶）及氢氧化钙：凝胶）及氢氧化钙：2C3S+6H2O=C3S2H3+3CHn水化硅酸钙几乎不溶于水，而立即以胶体微粒析出，并逐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。渐凝聚而成为凝胶。氢氧化钙呈六方板状晶体析出。第第13页页13

7、Construction MaterialsC-S-H 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶CH Crystal 氢氧化钙晶体氢氧化钙晶体 电镜下的水泥水化下的水泥水化产物物图第第14页页(2)硅酸二钙硅酸二钙n硅酸二钙与水作用时，反应慢，水化放热小，生成水化硅酸钙，也有氢氧硅酸二钙与水作用时，反应慢，水化放热小，生成水化硅酸钙，也有氢氧化钙析出：化钙析出：2C2S+4H2O=C3S2H3+CHn所形成的水化硅酸钙在所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别，故水化生成的都无大区别，故也称为也称为C-S-H凝胶。但凝胶。但CH生成量比生成量比C3S的少，结晶却粗大些。

8、的少，结晶却粗大些。第第15页页(3)铝酸三钙铝酸三钙n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）：铝酸三钙（水石榴石）：C3A+6H2O=C3AH6n水化铝酸三钙为立方晶体，它易溶于水。水化铝酸三钙为立方晶体，它易溶于水。第第16页页(4)铁铝酸四钙铁铝酸四钙n铁铝酸四钙为水作用时，反应也较快，水化放热中等，生成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：水化铝酸三钙及水化铁酸钙：C4AF+7H2O=C3AH6+CFHn为调节水泥凝结时间而掺入的少量石膏，与水化铝酸钙作用，为调

9、节水泥凝结时间而掺入的少量石膏，与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙，也称钙矾石：生成水化硫铝酸钙，也称钙矾石：3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaOAl2O33CaSO4+31H2On在在有有石石膏膏的的情情况况下下，C3A水水化化的的最最终终产产物物与与石石膏膏掺掺入入量量有有关关。最最初初形形成成的的三三硫硫型型水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙，简简称称钙钙矾矾石石，常常用用AFt表表示示。若若石石膏膏在在C3A完完全全水水化化前前耗耗尽尽，则则钙钙矾矾石石与与C3A作作用用转转化化为单硫型水化硫铝酸钙为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。第第17页页水泥浆扫描电镜照

10、片（水泥浆扫描电镜照片（7d龄期龄期）C-S-H钙矾石钙矾石第第18页页n硅酸盐水泥主要水化产物有：硅酸盐水泥主要水化产物有：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙水化硅酸钙凝胶、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。凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体、水化硫铝酸钙晶体。n在完全水化的水泥中：在完全水化的水泥中：n水化硅酸钙约占水化硅酸钙约占70%n氢氧化钙约占氢氧化钙约占20%n水化铝酸钙约占水化铝酸钙约占3n钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%第第19页页各种矿物的特性各种矿物的特性性能指标性能指标 熟料矿物熟料矿物 C C3 3S S C C2

11、2S S C C3 3A A C C4 4AFAF 水化速率水化速率 快快 慢慢 最快最快 快，仅次于快，仅次于C C3 3A A 凝结硬化速率凝结硬化速率 快快 慢慢 快快 快快 放热量放热量 多多 少少 最多最多 中中 强度强度 早期早期 高高 低低 低低 低低 后期后期 高高 高高 低低 低低 表中所列各种矿物的放热量和强度，是指全部放热量和最终强度。表中所列各种矿物的放热量和强度，是指全部放热量和最终强度。第第20页页第第21页页矿物组成对早期强度及水化热的影响矿物组成对早期强度及水化热的影响n以下是以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分

12、比含量，请分析A、B两种两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。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。第第22页页挡墙开裂与水泥的选用挡墙开裂与水泥的选用n现象：现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙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

13、窑水泥厂生产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：型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S：61；C2S：14C3A：14；C4AF：11第第23页页第第24页页n原因分析：原因分析：由于该工程所使用的水泥由于该工程所使用的水泥C3AC3A和和C3SC3S含量高，导致含量高，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。成混凝土贯穿型的纵向裂缝。n防治

14、措施：防治措施：首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即即C3AC3A和和C3SC3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。需适当控制。第第25页页5.硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化n硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期凝结期、硬化期4个阶段。个阶段。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

15、）；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毛细孔毛细孔第第26页页n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。进行的。第第27页页4.影响凝结硬化的主要因素影响凝结硬化的主要因素n(1)水泥的熟料矿物组成及细度水泥的熟料矿物组成及细度n水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿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

16、不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。n水泥磨得愈细，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝水泥磨得愈细，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。结硬化快，早期强度就高。n(2)石膏的掺量石膏的掺量n水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。n掺量约占水泥重量的掺量约占水泥重量的35%，具体掺量通过试验确定。，具体掺量通过试验确定。n(3)水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比n水泥浆的水泥浆的水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水灰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

17、以充分进行，但水泥浆凝结比大，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。较慢，水泥石的强度低。第第28页页4.影响凝结硬化的主要因素影响凝结硬化的主要因素n(4)龄期龄期（养护时间）（养护时间）n一般在一般在28天内强度发展最快，天内强度发展最快，28天后显著减慢。天后显著减慢。n(5)环境温度和湿度环境温度和湿度n提高温度可加速硅酸盐水泥的早期水化，使早期强度能较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。快发展，但对后期强度反而可能有所降低。n环境湿度大，水泥的水化及凝结硬化就能够保持足够的化环境湿度大，水泥的水化及凝结硬

18、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。法进行，硬化即行停止，还会在制品表面产生干缩裂缝。n保持水泥浆温度和湿度的措施，称保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护水泥的养护。第第29页页硅酸盐水泥的技术要求硅酸盐水泥的技术要求n1.细度细度n水泥的细度既可用筛析法和比表面积法检验。水泥的细度既可用筛析法和比表面积法检验。n筛析法：筛析法：采用边长为采用边长为0.080mm的方孔筛对水泥试样进行筛析试验，用的方孔筛对水泥试样进行筛析试验，用筛余百分数表示。筛析法有筛余

19、百分数表示。筛析法有负压筛法负压筛法、水筛法及干筛法、水筛法及干筛法。当试验结果。当试验结果发生争议时，以负压筛法为准。发生争议时，以负压筛法为准。n比表面积法：比表面积法：根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层时所受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测定水泥的比表面积。比表面积即单位重阻力不同而引起流速的变化测定水泥的比表面积。比表面积即单位重量水泥颗粒的总表面积（量水泥颗粒的总表面积（m2/kg）。比表面积越大，表明水泥颗粒越）。比表面积越大，表明水泥颗粒越细。细。n国家标准（国家标准（GB1751999）规定，硅酸盐水泥细度以比表面积表示，其比）

20、规定，硅酸盐水泥细度以比表面积表示，其比表面积须大于表面积须大于300m2/kg；普通水泥细度用筛析法检验，要求在；普通水泥细度用筛析法检验，要求在0.080毫米毫米方孔筛余量不得超过方孔筛余量不得超过10.0%。n凡水泥细度不符合规定者为不合格品。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。第第30页页2.凝结时间凝结时间n水泥的凝结时间分初凝和终凝。水泥的凝结时间分初凝和终凝。n初凝时间初凝时间为自水泥加水拌合时起，到水泥浆（标准稠度）为自水泥加水拌合时起，到水泥浆（标准稠度）开始失去可塑性为止所需的时间。开始失去可塑性为止所需的时间。n终凝时间终凝时间为自水泥加水拌合时起，至水泥浆完全失去可塑为自

21、水泥加水拌合时起，至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。性并开始产生强度所需的时间。n初凝的时间不宜过快。终凝时间又不宜过迟。初凝的时间不宜过快。终凝时间又不宜过迟。n水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和温度条件下，用凝结时间测定仪进行。国家标准度和温度条件下，用凝结时间测定仪进行。国家标准（GB1751999）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于）规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。小时。n凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为凡初凝时间不符

22、合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。不合格品。第第31页页凝结时间的测试凝结时间的测试仪仪第第32页页3.体积安定性体积安定性n水泥的体积安定性水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。匀性。n当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。会降低建筑物质量，甚至引起严重事故。n水泥安定性不良的原因有三个：水泥安定性不良的原因有三个：n熟料中游离

23、氧化钙过多。熟料中游离氧化钙过多。n熟料中游离氧化镁过多。熟料中游离氧化镁过多。n石膏掺量过多。石膏掺量过多。第第33页页安定性的测定方法安定性的测定方法n安定性的测定方法可以用安定性的测定方法可以用雷氏法雷氏法和和试饼法试饼法。当试饼法与雷氏。当试饼法与雷氏法有争议时以雷氏法为准。法有争议时以雷氏法为准。第第34页页n游离氧化钙引起的安定性不良，必须采用沸煮法检验。游离游离氧化钙引起的安定性不良，必须采用沸煮法检验。游离氧化镁引起的安定性不良，必须采用压蒸法才能检验出来，氧化镁引起的安定性不良，必须采用压蒸法才能检验出来，因为游离氧化镁的水化比游离氧化钙更缓慢。三氧化硫造成因为游离氧化镁的水

24、化比游离氧化钙更缓慢。三氧化硫造成的安定性不良，则需长期浸在常温水中才能发现。的安定性不良，则需长期浸在常温水中才能发现。n国家标准规定：国家标准规定：n水泥中氧化镁含量不得超过水泥中氧化镁含量不得超过5.5.0%，如果水泥经压蒸安定性，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到试验合格，则水泥中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。n三氧化硫含量不得超过三氧化硫含量不得超过3.5%。n水泥安定性必须合格水泥安定性必须合格。安定性不良的水泥应作废品处理，不。安定性不良的水泥应作废品处理，不得用于工程中。得用于工程中。第第35页页左边雷氏煮沸箱左边雷氏煮沸箱n 右边试饼法右边试饼法第

25、第36页页4.强度强度n将水泥、标准砂及水按规定比例拌制成塑性水泥胶砂，并按将水泥、标准砂及水按规定比例拌制成塑性水泥胶砂，并按规定方法制成规定方法制成4416cm的试件的试件，在标准温度（，在标准温度（201）的）的水中养护，测定其水中养护，测定其抗折及抗压强度抗折及抗压强度。第第37页页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n各强度等级、各类型水泥的各龄期强度不得低于表中的数值，如有一项指各强度等级、各类型水泥的各龄期强度不得低于表中的数值，如有一项指标低于表中数值，则应降低强度等级使用。标低于表中数值，则应降低强度等级使用。强度等级强度等级抗压强度抗压强度MPaMPa抗折强

26、度抗折强度MPaMPa3d3d28d28d3d3d28d28d42.542.517.017.042.542.53.53.56.56.542.5R42.5R22.022.042.542.54.04.06.56.552.552.523.023.052.552.54.04.07.07.052.5R52.5R27.027.052.552.55.05.07.07.062.562.528.028.062.562.55.05.08.08.062.5R62.5R32.032.062.562.55.55.58.08.0第第38页页5.碱含量碱含量n水泥中碱含量按水泥中碱含量按Na2O0.653K2O计算值来表示

27、。当用户计算值来表示。当用户要求时，由供需双方协商，但指定低碱水泥时，标准规定要求时，由供需双方协商，但指定低碱水泥时，标准规定碱含量不得大于碱含量不得大于0.6。n导致混凝土不均匀膨胀而破坏。导致混凝土不均匀膨胀而破坏。第第39页页6.水化热水化热n每克硅酸盐水泥能放出达大约每克硅酸盐水泥能放出达大约500J的热量。的热量。n为了选择适于特定的目的最适宜的水泥，就需知道水泥的放为了选择适于特定的目的最适宜的水泥，就需知道水泥的放热性能。热性能。n对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热大是不利的，常使内部温度高达热大是不利的，常使

28、内部温度高达5060。n冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。第第40页页洞洞庭庭湖湖大大桥桥第第41页页洞庭湖大桥洞庭湖大桥桥梁的热裂缝桥梁的热裂缝第第42页页桥梁的热裂缝桥梁的热裂缝第第43页页n水泥水化热几乎等于每种化合物分别水化时水化热的总量。水泥水化热几乎等于每种化合物分别水化时水化热的总量。伍茨（伍茨（Woods）等提出，水化放热量可用下式大致估算：）等提出，水化放热量可用下式大致估算：1克水泥的水化热量（卡）克水泥的水化热量（卡）136（C3S）+62(C2S)+200(C3A)+30(C4AF)式中括号内系指矿物含量的百分率。式

29、中括号内系指矿物含量的百分率。n博格（博格（Bogue）研究得出，对于硅酸盐水泥，）研究得出，对于硅酸盐水泥，13d龄期内水龄期内水化放热量为总放热量的化放热量为总放热量的50，7d为为75，6个月为个月为8391。第第44页页7.密度与堆积密度密度与堆积密度n密度：密度：3.03.15g/cm3，通常采用，通常采用3.1g/cm3。n堆积密度：堆积密度：n松堆状态为松堆状态为10001100kg/m3n紧密时可达紧密时可达1600kg/m3n在配制混凝土和砂浆时，堆积密度可取在配制混凝土和砂浆时，堆积密度可取12001300kg/m3。第第45页页4.1.8硅酸盐水泥的腐蚀与防止硅酸盐水泥的

30、腐蚀与防止n1.水泥石腐蚀的原因水泥石腐蚀的原因n硅酸盐水泥硬化后，在通常的使用条件下有较高的耐久性。硅酸盐水泥硬化后，在通常的使用条件下有较高的耐久性。n但是，在某些介质中，水泥石中的各种水化产物会与介质但是，在某些介质中，水泥石中的各种水化产物会与介质发生各种物理化学作用，导致混凝土强度降低，甚至遭到发生各种物理化学作用，导致混凝土强度降低，甚至遭到破坏。破坏。n水泥石腐蚀的原因很多，下面仅就几种典型介质对水泥石水泥石腐蚀的原因很多，下面仅就几种典型介质对水泥石的腐蚀加以介绍。的腐蚀加以介绍。第第46页页(1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）n软水软水是指暂时硬度较小的水。暂时

31、硬度是以每是指暂时硬度较小的水。暂时硬度是以每L水中重碳酸盐含量来计算，水中重碳酸盐含量来计算，当含量为当含量为10mg（按（按CaO计）时，称为计）时，称为1度。硬度在度。硬度在8以下的为软水。以下的为软水。n在各种水化物中，氢氧化钙的溶解度最大（在各种水化物中，氢氧化钙的溶解度最大（25时约为时约为1.2g/L），所以首），所以首先被溶解。先被溶解。第第47页页(1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）n如在静水及无水压的情况下，由于周围的水迅速被溶出的如在静水及无水压的情况下，由于周围的水迅速被溶出的氢氧化钙所饱和，溶出作用很快终止。溶出仅限于表面，氢氧化钙所饱和，溶出作用很快终

32、止。溶出仅限于表面，影响不大。影响不大。n但在流动水中，特别是在有水压作用的情况下，水流不断但在流动水中，特别是在有水压作用的情况下，水流不断将氢氧化钙溶出并带走，降低了周围氢氢氧化钙的浓度。将氢氧化钙溶出并带走，降低了周围氢氢氧化钙的浓度。随氢氧化钙浓度的降低，其它水化产物，如水化硅酸钙、随氢氧化钙浓度的降低，其它水化产物，如水化硅酸钙、水化铝酸钙等，亦将发生分解，使水泥石结构遭到破坏。水化铝酸钙等，亦将发生分解，使水泥石结构遭到破坏。n当氢氧化钙溶出当氢氧化钙溶出5时，强度下降时，强度下降7，溶出，溶出24时，强度时，强度下降下降29。第第48页页(1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出

33、性侵蚀）n当环境水的水质较硬，即水中重碳酸盐含量较高时，可与水泥石中的氢氧当环境水的水质较硬，即水中重碳酸盐含量较高时，可与水泥石中的氢氧化钙起作用，生成几乎不溶于水的碳酸钙：化钙起作用，生成几乎不溶于水的碳酸钙：Ca（OH）2+Ca（HCO3）2=2CaCO3+2H2O重碳酸钙重碳酸钙n生成的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内，形成密实的保护层，阻止介质水的生成的碳酸钙积聚在水泥石的孔隙内，形成密实的保护层，阻止介质水的渗入。渗入。第第49页页溶解性化学腐蚀溶解性化学腐蚀(1)碳酸性腐蚀碳酸性腐蚀n首先，氢氧化钙受到碳酸的作用，生成碳酸钙：首先，氢氧化钙受到碳酸的作用，生成碳酸钙：Ca(OH)2+C

34、O2+H2O=CaCO3+2H2On二氧化碳与生成的碳酸钙按下列可逆反应作用二氧化碳与生成的碳酸钙按下列可逆反应作用n由于天然水中总有一些重碳酸钙，水中部分的二氧由于天然水中总有一些重碳酸钙，水中部分的二氧化碳与这些重碳酸钙保持平衡，这部分二氧化碳无化碳与这些重碳酸钙保持平衡，这部分二氧化碳无侵蚀作用，称为侵蚀作用，称为平衡碳酸平衡碳酸。n当水中含有较多的二氧化碳，超过平衡浓度的部分当水中含有较多的二氧化碳，超过平衡浓度的部分称为称为侵蚀性碳酸侵蚀性碳酸，这时上式反应向右进行。，这时上式反应向右进行。n随着氢氧化钙浓度的降低，还会导致水泥石中其它随着氢氧化钙浓度的降低，还会导致水泥石中其它水化

35、物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。水化物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。第第50页页溶解性化学腐蚀溶解性化学腐蚀(2)一般酸性腐蚀一般酸性腐蚀n盐酸与水泥石中的氢氧化钙作用：盐酸与水泥石中的氢氧化钙作用：2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2On硫酸与水泥石中的氢氧化钙作用：硫酸与水泥石中的氢氧化钙作用：H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+2H2On生成的二水石膏或者直接在水泥石隙中结晶发生膨胀，或生成的二水石膏或者直接在水泥石隙中结晶发生膨胀，或者再与水泥石中的水化铝酸钙作用，生成水化硫者再与水泥石中的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙，铝酸钙，其破坏作用更大。其破坏作用更大。n环境水中

36、酸的氢离子浓度越大，即环境水中酸的氢离子浓度越大，即pH值越小时，侵蚀性越严值越小时，侵蚀性越严重。重。第第51页页溶解性化学腐蚀溶解性化学腐蚀(3)镁盐腐蚀镁盐腐蚀n在海水及地下水中常含有大量镁盐，主要是硫酸镁及氯化镁。在海水及地下水中常含有大量镁盐，主要是硫酸镁及氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用：它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2n生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙是溶于水，二水生成的氢氧化镁松软而无胶结能力，氯化钙是溶于水，二水石膏则引起上述的硫酸

37、盐破坏作用。石膏则引起上述的硫酸盐破坏作用。n镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于镁盐侵蚀的强烈程度，除决定于Mg2+含量外，还与水中含量外，还与水中SO42含量有关，当水中同时含有含量有关，当水中同时含有SO42时，将产生镁盐与硫酸盐时，将产生镁盐与硫酸盐两种侵蚀，故显得特别严重。两种侵蚀，故显得特别严重。第第52页页膨胀性化学腐蚀膨胀性化学腐蚀n硫酸盐对水泥石有侵蚀作用。以硫酸钠为例，硫酸钠与水泥硫酸盐对水泥石有侵蚀作用。以硫酸钠为例，硫酸钠与水泥石中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙：石中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙：Ca（OH）2+Na2SO410H2O=CaSO42H2O+NaOH+8H2On所生成的

38、硫酸钙与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙：所生成的硫酸钙与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙：3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2On生成的水化硫铝酸钙体积比原有体积增加生成的水化硫铝酸钙体积比原有体积增加1.5倍。水化硫铝酸倍。水化硫铝酸钙呈针状结晶，故常称为钙呈针状结晶，故常称为“水泥杆菌水泥杆菌”。n水中硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙也会在水泥石的孔隙水中硫酸盐浓度较高时，生成的硫酸钙也会在水泥石的孔隙中直接结晶成二水石膏，导致水泥石破坏。中直接结晶成二水石膏，导致水泥石破坏。第第53页页膨胀裂缝膨胀裂缝第第54页页膨胀裂

39、缝膨胀裂缝第第55页页n上述各类型侵蚀作用，可以概括为下列上述各类型侵蚀作用，可以概括为下列三种破坏形式：三种破坏形式：n溶解浸析。溶解浸析。主要是介质将水泥石中某些组分逐渐溶解带主要是介质将水泥石中某些组分逐渐溶解带走，造成溶失性破坏。走，造成溶失性破坏。n离子交换。离子交换。侵蚀性介质与水泥石的组分发生离子交换反侵蚀性介质与水泥石的组分发生离子交换反应，生成容易溶解或是没有胶结能力的产物，破坏了原有应，生成容易溶解或是没有胶结能力的产物，破坏了原有的结构。的结构。n形成膨胀组分。形成膨胀组分。在侵蚀性介质的作用五，所形成的盐类在侵蚀性介质的作用五，所形成的盐类结晶长大时体积增加，产生有害的

40、内应力，导致膨胀性破结晶长大时体积增加，产生有害的内应力，导致膨胀性破坏。坏。第第56页页水泥石腐蚀的原因水泥石腐蚀的原因n内因有二：内因有二：n一是水泥石中存有易被腐蚀的组分，即一是水泥石中存有易被腐蚀的组分，即Ca(OH)2和水化铝和水化铝酸钙；酸钙；n二是水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质二是水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易于进入其内部。易于进入其内部。n外因外因:n侵蚀性介质的存在。侵蚀性介质的存在。第第57页页2.水泥石腐蚀的防止水泥石腐蚀的防止n(1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种n遭受软水等侵蚀时，可选用水化产物中

41、氢氧化钙含量较少遭受软水等侵蚀时，可选用水化产物中氢氧化钙含量较少的水泥。的水泥。n处在硫酸盐的腐蚀环境中，可采用铝酸三钙含量较低的抗处在硫酸盐的腐蚀环境中，可采用铝酸三钙含量较低的抗硫酸盐水泥。硫酸盐水泥。n(2)提高水泥石的密实程度提高水泥石的密实程度n尽量提高水泥石的密实度，是阻止侵蚀介质深入内部的有尽量提高水泥石的密实度，是阻止侵蚀介质深入内部的有力措施。力措施。n(3)加做保护层加做保护层n当侵蚀作用较强时，可在水泥制品的表面加做一层耐腐蚀当侵蚀作用较强时，可在水泥制品的表面加做一层耐腐蚀性高，且不透水的保护层。一般可用耐酸石料、耐酸陶瓷、性高，且不透水的保护层。一般可用耐酸石料、耐

42、酸陶瓷、玻璃、塑料、沥青等。玻璃、塑料、沥青等。第第58页页4.1.5硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥的特性与应用n1.强度等级高、强度发展快强度等级高、强度发展快n硅酸盐水泥强度等级比较高（硅酸盐水泥强度等级比较高（42.562.5），主要用于地），主要用于地上、地下和水中重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土上、地下和水中重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程；由于这种水泥硬化较快，还适用于早期强度要求高工程；由于这种水泥硬化较快，还适用于早期强度要求高和冬季施工的混凝土工程。和冬季施工的混凝土工程。n2.抗冻性好抗冻性好n水泥石的抗冻性主要取决于它的孔隙率和孔隙特征。硅酸水泥石的抗冻性主

43、要取决于它的孔隙率和孔隙特征。硅酸盐水泥如采用较小水灰比，并经充分养护，可获得密实的盐水泥如采用较小水灰比，并经充分养护，可获得密实的水泥石。水泥石。n硅酸盐水泥的早期强度高，水化热大，也使得这种水泥的硅酸盐水泥的早期强度高，水化热大，也使得这种水泥的抗冻能力大。抗冻能力大。n适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。第第59页页n3.耐腐蚀性差耐腐蚀性差n硅酸盐水泥石中含有较多的氢氧化钙和水化铝酸钙，所以不宜用于受硅酸盐水泥石中含有较多的氢氧化钙和水化铝酸钙，所以不宜用于受流动及压力水作用的混凝土工程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性流动及压力水作用的混凝

44、土工程，也不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。作用的工程。n4.耐热性较差耐热性较差n硅酸盐水泥石在高温下发生脱水和分解，结构遭受破坏。硅酸盐水泥石在高温下发生脱水和分解，结构遭受破坏。n水泥石经高温作用后，氢氧化钙已经分解，如再受水润温或长期置放水泥石经高温作用后，氢氧化钙已经分解，如再受水润温或长期置放时，由于石灰重新熟化，水泥石随即破坏。所以，硅酸盐水泥不能用时，由于石灰重新熟化，水泥石随即破坏。所以，硅酸盐水泥不能用于耐热混凝土。但应指出，在受热温度不高时（于耐热混凝土。但应指出，在受热温度不高时（100250），强度），强度反而有所提高，因此时尚存有游离水，水化可继续进行，使得水

45、泥石反而有所提高，因此时尚存有游离水，水化可继续进行，使得水泥石进一步密实。进一步密实。n5.水化热高水化热高n硅酸盐水泥中硅酸盐水泥中C3S及及C3A含较高，它们的放热大，因而不宜用于大体积含较高，它们的放热大，因而不宜用于大体积混凝土工程中。混凝土工程中。第第60页页硅酸盐水泥的储存硅酸盐水泥的储存n水泥储存日久，易吸收空气中的水分和二氧化碳，在水泥颗水泥储存日久，易吸收空气中的水分和二氧化碳，在水泥颗粒表面进行缓慢的水化和碳化作用，从而丧失其胶结能力，粒表面进行缓慢的水化和碳化作用，从而丧失其胶结能力，降低强度，即使在条件良好的仓库里贮存，时间也不宜过长。降低强度，即使在条件良好的仓库里

46、贮存，时间也不宜过长。n一般贮存三个月后，水泥强度降低一般贮存三个月后，水泥强度降低1020；n六个月后，约降低六个月后，约降低1530；n一年后约降低一年后约降低2540。n水泥自出厂至使用，不宜超过六个月。超过期限的，必须重水泥自出厂至使用，不宜超过六个月。超过期限的，必须重新试验，鉴定后方可使用。细度大、强度等级高的水泥更易新试验，鉴定后方可使用。细度大、强度等级高的水泥更易吸湿变质。吸湿变质。4.2掺混合材料的其他通用水泥掺混合材料的其他通用水泥第第62页页4.2.1混合材料混合材料n混合材料：混合材料：在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强

47、度等级，而加到水泥中的人工的和天然的矿物材料。等级，而加到水泥中的人工的和天然的矿物材料。混合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。按其性能可分活性混合材料和非活性混合材料。n1.非活性混合材料非活性混合材料起填充作用起填充作用n2.活性混合材料活性混合材料活性氧化硅和氧化铝活性氧化硅和氧化铝与氢氧化钙反应与氢氧化钙反应n（二次反应）（二次反应）第第63页页活性混合材料的作用活性混合材料的作用n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，生只有在氢氧化钙饱和溶液中，才会

48、发生明显的水化反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙：成水化硅酸钙和水化铝酸钙：xCa(OH)2+SiO2+m1H2O=xCaOSiO2n1H2OyCa(OH)2+Al2O3+m1H2O=yCaOAl2O3n1H2On溶液中的石灰是激发活性混合材料活性的物质，所以称为溶液中的石灰是激发活性混合材料活性的物质，所以称为激激发剂发剂。n激发剂分激发剂分碱性激发剂和硫酸盐激发剂碱性激发剂和硫酸盐激发剂。n氢氧化钙为碱性激发剂；氢氧化钙为碱性激发剂；n石膏为硫酸盐激发剂。石膏为硫酸盐激发剂。第第64页页常用活性混合材料常用活性混合材料(1)粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣n是将炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却处理而成

49、的、质地疏是将炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却处理而成的、质地疏松、多孔的粒状物。松、多孔的粒状物。n化学成分：化学成分：CaO、Al2O3、SiO2、MgO、Fe2O3等氧化物和少等氧化物和少量的硫化物。在一般矿渣中量的硫化物。在一般矿渣中CaO、Al2O3、SiO2含量占含量占90以以上，其化学成分与硅酸盐水泥的化学成份相似，只不过上，其化学成分与硅酸盐水泥的化学成份相似，只不过CaO含量较低，而含量较低，而SiO2含量偏高。含量偏高。第第65页页(2)火山灰质混合材料火山灰质混合材料n是以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分的矿物材料。火山是以活性氧化硅和活性氧化铝为主要成分的矿物材料。火山灰

50、质混合材料没有水硬性，但具有火山灰性，即在常温下能灰质混合材料没有水硬性，但具有火山灰性，即在常温下能与石灰和水作用生成水硬性的水化物。与石灰和水作用生成水硬性的水化物。n火山灰质混合材料的品种：火山灰质混合材料的品种：n天然的有：天然的有：火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土等；火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土等；n人工的有：人工的有：煤矸石、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣等。煤矸石、烧页岩、烧粘土、煤渣、硅质渣等。第第66页页(3)粉煤灰粉煤灰n粉煤灰中含有较多的粉煤灰中含有较多的SiO2和和Al2O3，两者总含量可达，两者总含量可达60以上。以上。第第67页页4.2.2普通硅酸盐水泥普