土木工程材料 第三章 無(wú)機(jī)膠凝材料-水泥

1、磨細(xì)按混合材料的品種和摻量分為：通用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥（P.I 、P.II）普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥（P.O） 礦渣硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥（PSA 、PSB）粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥（PF）火山灰硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥（PP） 復(fù)合硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥（PC）n通用硅酸鹽水泥的組分：混合材料如石灰石，提供CaO。校正原料，補(bǔ)充Fe2O3不足。如粘土，提供SiO2和Al2O3。 1. C3S+ C2S70%, C3A+ C4AF25%， 故稱硅酸鹽水泥。 2. 水泥中還含有少量游離CaO,游離MgO及 少量堿(K2O、Na2O)。通用硅酸鹽水泥熟料各組分特性礦物

2、成分水化反應(yīng)速率水化熱強(qiáng) 度早期后期C3S快大高C2S慢小高低C3A最大最快低低中快C4AF備注1.含量可制得早強(qiáng)高強(qiáng)水泥。C3SC3S C3AC2S2.和 含量， 含量，可制得低水化熱的水泥(如大壩水泥),適用于大體積砼工程。但此類水泥早期強(qiáng)度較低。22222)(303236)3(2OHCaHSiOCaOOHSiOCaO水泥遇水后，水泥中的礦物組分立即與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，稱水化反應(yīng)。(1) C3S的水化水化硅酸鈣凝膠(2) C2S的水化22222)(3234)2( 2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOH

3、OFeOAlCaO232232232326374(3) C3A的水化 水化鋁酸鈣晶體 (4) C4AF的水化水化鐵酸鈣凝膠 OHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO2432224232313319)2( 363(5) 石膏高硫型水化硫鋁酸鈣晶體，又稱“鈣礬石”綜上：水泥水化的產(chǎn)物主要有：C3AH6晶體、C-S-H凝膠(70%)、Ca(OH)2晶體(20%)、C-F-H凝膠、AFt晶體。 水泥遇水后立即劇烈反應(yīng)，自由水不斷減少，水化產(chǎn)物不斷析出，并凝聚在一起，形成骨架結(jié)構(gòu)，水泥漿逐漸失去塑性，表現(xiàn)出“ ”現(xiàn)象。 隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，加之水化產(chǎn)物

4、中的Ca(OH)2晶體、水化鋁酸鈣晶體和水化硅酸鈣凝膠相互貫穿，逐漸形成具有一定強(qiáng)度的水泥石，且強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，進(jìn)入“ ”階段。凝結(jié)硬化水化產(chǎn)物（膠體顆粒、晶體顆粒），3. 石膏的作用 由于水泥熟料中鋁酸三鈣的水化速度極快，會(huì)使水泥很快凝結(jié)，為保證有足夠的施工操作時(shí)間，加入石膏以調(diào)節(jié)(延緩)水泥的凝結(jié)時(shí)間。4. 4. 影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素(1) 礦物組成礦物組成是影響水泥水化硬化的最主要因素。如C3A含量多，則水化速度快；C2S含量多，則水化速度慢。水泥愈細(xì)，水化速度愈快，早期強(qiáng)度愈高。(2) 細(xì)度水灰比愈大，水化凝結(jié)速度愈慢，強(qiáng)度愈低。(3) 水灰比水灰比：

5、水與水泥的質(zhì)量之比。(4) 石膏的摻量摻量過(guò)少，緩凝作用?。粨搅窟^(guò)多，會(huì)在水泥漿硬化后繼續(xù)生成鈣礬石，產(chǎn)生體積膨脹而導(dǎo)致已經(jīng)硬化的水泥石脹裂破壞。石膏摻量一般為水泥質(zhì)量的3%5%。4. 4. 影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素必要的濕度能保證水泥充分水化。過(guò)度干燥的環(huán)境，不利于水泥的水化硬化。(5) 溫度和濕度溫度升高，水化速度加快，負(fù)溫下水化停止，且能引起凍脹破壞。為保證水泥充分水化硬化，促使水泥強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，需對(duì)水泥漿進(jìn)行 養(yǎng)護(hù)。保溫保濕保溫保濕4. 4. 影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素影響水泥水化和凝結(jié)硬化的因素三、通用硅酸鹽水泥三、通用硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)的技術(shù)性質(zhì)

6、細(xì)細(xì)度度凝凝結(jié)結(jié)時(shí)時(shí)間間體體積積安安定定性性標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)稠稠度度用用水水量量強(qiáng)強(qiáng)度度化學(xué)指標(biāo)定義細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。討論與分析缺點(diǎn):水泥越細(xì)優(yōu)點(diǎn)： 水化反應(yīng)速度越快，水泥石的早期強(qiáng)度越高?？偙砻娣e越大，硬化收縮越大；易受潮而降低活性；成本越高。P.I、P.II和P.O細(xì)度以比表面積表示，不小于300m2/kg；P.S、P.P、P.F和P.C細(xì)度以方孔篩篩余表示，80m方孔篩篩余不大于10%或45m方孔篩篩余不大于30%。%100水泥用量用水量水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量定義不同的水泥品種，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量各不相同，一般在24%33%之間。例：A水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27%，B水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為30

7、%。討論與分析在測(cè)定水泥的凝結(jié)時(shí)間、體積安定性時(shí)，要將水泥凈漿拌到標(biāo)準(zhǔn)稠度？ ? ?為了使試驗(yàn)結(jié)果為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可比性具有可比性定義水泥的凝結(jié)時(shí)間分初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。水泥全部加入水中 開始失去可塑性 完全失去可塑性初凝時(shí)間終凝時(shí)間水泥的初凝和終凝時(shí)間對(duì)工程有重要意義。例如：混凝土的施工。討論與分析 否否則在施工前即則在施工前即已失去流動(dòng)性已失去流動(dòng)性和可塑性而無(wú)和可塑性而無(wú)法施工。法施工。 否則將延長(zhǎng)否則將延長(zhǎng)施工進(jìn)度和施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期模板周轉(zhuǎn)期。水泥的初凝時(shí)水泥的初凝時(shí)間不能過(guò)短間不能過(guò)短，水泥的終凝時(shí)水泥的終凝時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，通用硅酸鹽通用硅酸鹽水泥初凝時(shí)水泥初凝時(shí)間不得

8、早于間不得早于45min45min硅酸鹽水泥終凝硅酸鹽水泥終凝 不大于不大于390min390min；GB規(guī)定其它水泥終凝其它水泥終凝 不大于不大于600min600min。定義體積安定性指水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程指水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程 中體積變化的均勻性。中體積變化的均勻性。水泥硬化后體積發(fā)生不均勻膨脹，導(dǎo)致水泥石開裂、翹曲等現(xiàn)象。安定性不良：注意：安定性不良的注意：安定性不良的水泥嚴(yán)禁在工程中使用。水泥嚴(yán)禁在工程中使用。(四)體積安定性討論與分析引起安定性不良的原因有哪些熟料中的游離MgO過(guò)多;熟料中的游離CaO過(guò)多;石膏摻量過(guò)多。GB規(guī)定用沸煮法檢驗(yàn)合格；用沸煮法檢驗(yàn)合格；熟料中熟料中M

9、gOMgO含量：含量： P.IP.I、P.IIP.II、P.OP.O5%5%； 其它水泥其它水泥6%6%熟料中SO3含量： 礦渣水泥4%； 其它水泥3.5%試驗(yàn)方法 沸煮法試餅法雷氏夾法各強(qiáng)度等級(jí)水泥的各個(gè)齡期強(qiáng)度均不得低于GB175-2007的規(guī)定。（一）凡化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時(shí)間、安定性及強(qiáng)度指標(biāo)中有任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，該水泥視為不合格品，細(xì)度為選擇性指標(biāo)，不作為判定依據(jù)。（二)水泥包裝袋上應(yīng)標(biāo)明：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、水泥品種、代號(hào)、強(qiáng)度等級(jí)、生產(chǎn)者名稱、生產(chǎn)許可證標(biāo)志（QS）及編號(hào)、出廠編號(hào)、包裝日期、凈含量。散裝發(fā)運(yùn)時(shí)應(yīng)提交與袋裝標(biāo)志相同內(nèi)容的卡片。 （三）包裝袋兩側(cè)應(yīng)根據(jù)水泥的品種采用不同的顏色

10、印刷水泥名稱和強(qiáng)度等級(jí)，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥采用紅色，礦渣硅酸鹽水泥采用綠色；火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥采用黑色或藍(lán)色。軟水：溶有少量或不含Ca2+ 、Mg2+的水。在軟水中，尤其在流動(dòng)水中或有水壓作用下，Ca(OH)2會(huì)不斷地溶解流失，水泥石孔隙率增大，強(qiáng)度降低。此類軟水介質(zhì)有：蒸餾水、工業(yè)冷凝水、雨水、雪水等。1.軟水的腐蝕2.2.鹽類腐蝕鹽類腐蝕(1)硫酸鹽腐蝕腐蝕機(jī)理：24(OH)CaCaSO 2424與Na SO 、 K SO 等反應(yīng)與水化鋁酸鈣反應(yīng)高硫型水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石(體積增大，水泥石膨脹開裂,)鈣礬石呈針狀結(jié)晶，又稱“水泥桿菌”。此類腐蝕介

11、質(zhì)有：海水、地下水、湖水、工業(yè)污水等MgCl2腐蝕反應(yīng)： MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2(2) 鎂鹽腐蝕MgSO4腐蝕反應(yīng)： MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=Mg(OH)2+CaSO4.2H2O產(chǎn)物中：Mg(OH)2無(wú)膠凝能力；CaCl2易溶解流失；CaSO4.2H2O(體積增大)，也易生成水泥桿菌。地下水及海水中含有大量的鎂鹽。3. 酸腐蝕(1)一般酸的腐蝕如：HCl+Ca(OH)2=CaCl2(可溶)+2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O(體積膨脹)CaSO4還可生成“水泥桿菌” 。酸與Ca(OH)2反應(yīng)，生成物或溶于水流失，或體積膨脹，

12、產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。工業(yè)廢水、地下水或沼澤水常含有引起此類腐蝕的無(wú)機(jī)酸(HCl、H2SO4、HNO3、HF等)和有機(jī)酸(HAc、HCOOH等)。(2) 碳酸的腐蝕碳酸的腐蝕包含兩個(gè)過(guò)程：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2(可溶) H2CO3上述兩個(gè)反應(yīng)的最終結(jié)果使得水泥石中的Ca(OH)2轉(zhuǎn) 變?yōu)榭扇苄訡a(HCO3)2流失。工業(yè)污水、地下水中溶解有較多的CO2。4.4.強(qiáng)堿腐蝕強(qiáng)堿腐蝕對(duì)于鋁酸三鈣含量較高的水泥，容易引起強(qiáng)對(duì)于鋁酸三鈣含量較高的水泥，容易引起強(qiáng)堿腐蝕。堿腐蝕。 主要包含兩種腐蝕：主要包含兩種腐蝕：化學(xué)腐蝕：3CaO.

13、Al2O3(未水化)+6NaOH=3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2 結(jié)晶腐蝕： 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 生成的Na2CO3在水泥石毛細(xì)孔內(nèi)結(jié)晶沉積，使水泥石膨脹破壞。水泥腐蝕的主要原因：(1)水泥石中存在易被腐蝕的組分Ca(OH)Ca(OH)2 2和鋁酸鈣。 (2)水泥石不致密，有許多毛細(xì)孔通道， 腐蝕介質(zhì)容易滲入。(3)水泥石處在有腐 蝕介質(zhì)的環(huán)境。 五. 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.抗凍性好，可用于嚴(yán)寒地區(qū)砼工程。5.耐腐蝕性差，不宜用于經(jīng)常接觸淡水及 有水壓作用的工程，也不宜用于海水和礦 物水作用的工程。1.快硬早強(qiáng)高強(qiáng)，可用于高強(qiáng)砼或有早強(qiáng) 要求砼。3.抗碳

14、化性能好(堿度高)，可用于高CO2含 量地區(qū)。4.水化熱高，不宜用于厚大體積的砼工程。（一）硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用五五. . 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用 混合材料生產(chǎn)水泥時(shí)，為改善水泥的性能，調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級(jí)，提高水泥的產(chǎn)量，常在水泥中摻入一些人工的或天然的礦物材料，稱之為水泥混合材料。主要有：活性混合材料活性混合材料()+():(): 石灰 或石膏水混合材料 磨細(xì)水硬性產(chǎn)物，稱“活性混合材料”?；郀t礦渣:高爐煉鐵熔渣經(jīng)水淬急冷而成的小顆粒天然的:火山灰、火山灰沉積硅酸巖活性混合材料 火山灰質(zhì)材料人工的工業(yè)廢渣 煤灰、煤渣、煤矸

15、石粉煤灰 從火力發(fā)電廠煤粉爐煙道氣中收集的粉末分類 同時(shí)，水泥熟料中還有少量石膏，可與上述生成的水化鋁酸鈣再次反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣(體積微膨脹)，增加了水泥石的密實(shí)性。具有活性的原因： 活性混合材料的主要化學(xué)成分為活性SiO2和活性Al2O3，摻入水泥后，可與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2“二次反應(yīng)”，生產(chǎn)具有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，主要提高了水泥的后期強(qiáng)度。Ca(OH)2為堿性激發(fā)劑，石膏為硫酸鹽激發(fā)劑。 不與水泥成分起化學(xué)作用(無(wú)活性)或化學(xué)作用很小(活性很低)的混合材料。非活性混合材料而非活性玻璃體）形成無(wú)水硬性的晶體，和慢冷礦渣（石灰石石英砂非活性混合材料322OAlSiO非活性

16、混合材料摻入水泥后，主要起填充作用，可調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí)，降低水化熱，提高水泥產(chǎn)量等。 與硅酸鹽水泥相比，混合材料的摻量略有增加，所以早期強(qiáng)度、水化熱、抗凍性稍有降低，耐熱性和耐腐蝕性略增。 可以使用硅酸鹽水泥的工程，也可以使用普通水泥； 不能使用硅酸鹽水泥的工程，也不宜使用普通水泥。 總體性能相近，應(yīng)用范圍大致相同：1.普通硅酸鹽水泥性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五五. . 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.礦渣、粉煤灰、火山灰水泥、復(fù)合水泥的性能n凝結(jié)硬化慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度 發(fā)展較快；（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五五. . 通用硅酸

17、鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五五. . 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.礦渣、粉煤灰、火山灰水泥的性能第五節(jié) 其它品種水泥一.鋁酸鹽水泥 以石灰石和礬土為主要原料，燒制而得的以鋁酸鈣為主要礦物成分的水泥。代號(hào)： 。1.定義與代號(hào)CA 其主要化學(xué)成分為Al2O3和CaO，Al2O3含量較高(50%)。按Al2O3含量分為四類：23232323CA50 (50%Al O 60%)CA60 (60%Al O 68%)CA70 (68%Al O 77%)CA80 (77%Al O )鋁酸鹽水泥其中CA是鋁酸鹽水泥的主要強(qiáng)度

18、來(lái)源。2.鋁酸鹽水泥的礦物組成n鋁酸一鈣Al2O3n二鋁酸一鈣(CaO2Al2O3，簡(jiǎn)寫CA2)n硅鋁酸二鈣(2CaOAl2O3SiO2 ，簡(jiǎn)寫C2AS)n七鋁酸十二鈣(12CaO7Al2O3，簡(jiǎn)寫C12A7)主要成份4. 技術(shù)要求 應(yīng)符合GB201-2000規(guī)定。3.鋁酸鹽水泥的水化與硬化 水化產(chǎn)物與溫度有關(guān)。n耐堿性極差。5.鋁酸鹽水泥的性能與應(yīng)用n 快硬早強(qiáng)，適用于緊急搶險(xiǎn)工程。n 耐熱性強(qiáng)，可用于配制900以上的耐 熱砼或耐熱砂漿。n 水化熱高，放熱快，適用于低溫季節(jié) 施工，不適用于大體積砼。n 耐酸和耐硫酸鹽腐蝕強(qiáng)。(2)正是由于存在上述晶型的轉(zhuǎn)變，鋁酸鹽水泥的長(zhǎng)期強(qiáng)度會(huì)降低。因此鋁酸鹽水泥不能用于長(zhǎng)期承重結(jié)構(gòu)。6.鋁酸鹽水泥在使用時(shí)的注意事項(xiàng)(1)鋁酸鹽水泥配制的混凝土不能蒸汽養(yǎng)護(hù)， 也不宜在高溫季節(jié)施工。 這是因?yàn)殇X酸鹽水泥最適宜