第三章 通用硅酸鹽水泥

1、 土木工程材料第五講硅酸鹽水泥（I） 土木工程材料引言43.1.1硅酸鹽水泥的生產和礦物組成8 3.1.1.1 硅酸鹽水泥的生產9 3.1.1.2 硅酸鹽水泥的礦物組成.153.1.2硅酸鹽水泥的水化與凝結硬化18 3.1.2.1 硅酸鹽水泥的水化19 3.1.2.2 硅酸鹽水泥的凝結硬化過程34 3.1.2.3 影響水泥凝結硬化的主要因素55小結 67目錄無機膠凝材料無機膠凝材料鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥硅酸鹽水泥 通用水泥 專用水泥 特性水泥 化學化學成分成分水泥性能性能用途用途引言無機膠凝材料無機膠凝材料 特性水泥特性水泥 快硬水泥快硬水泥 膨脹水泥膨脹水泥 抗硫酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥 中熱

2、水泥中熱水泥無機膠凝材料無機膠凝材料硅酸鹽水泥的歷史 埃及時代 煅燒石膏金字塔 希臘與羅馬人 發(fā)明了煅燒石灰石快硬石灰磚石結構砂漿 希臘與羅馬人 黏土獲泥土、石灰與砂膠凝材料 羅馬人 用火山灰、石灰與砂水硬性膠凝材料混凝土、砌塊 中世紀，該項技術失傳，到11世紀建材低到最低點 14世紀后期，石灰技術和火山灰利用再次升起 17591759年, 英國人John Smeaton將石灰與火山灰混合膠凝材料； 法國的Lesage 和Vicat，英國的Frost 和Parke，煅燒石灰與粘土混合物水泥 1824年，英國的磚瓦匠Joseph Aspdin發(fā)明了現(xiàn)代生產硅酸鹽水泥的專利技術 1871年，美國賓

3、夕法尼亞，發(fā)明世界上第一臺回轉窯，使水泥生產大規(guī)?；?無機膠凝材料無機膠凝材料硅酸鹽水泥特性應用腐蝕與防止生 產礦物組成和特性技術標準定義3.1硅酸鹽水泥無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.1 硅酸鹽水泥的生產3.1.1.1 硅酸鹽水泥的生產3.1.1.2 水泥熟料無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.1.1 硅酸鹽水泥的生產無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料原料：石灰質原料（如石灰石、白堊等，主要提供氧化鈣）黏土質原料（如黏土，提供氧化硅及氧化鋁與氧化鐵）輔助原料(鐵礦石)礦化劑（螢石）硅酸鹽水泥的生產工藝概括起來就是“二磨一燒”無機膠凝材

4、料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.1.2 水泥熟料礦物組成無機膠凝材料無機膠凝材料水泥顆粒顯微外貌無機膠凝材料無機膠凝材料名稱 礦物成分簡稱 含量（%） 密度（g/cm3） 硅酸三鈣3CaOSiO2C3S37-603.25硅酸二鈣2CaOSiO2C2S15-373.28鋁酸三鈣3CaOAl2O3C3A7-153.04鐵鋁酸四鈣 4CaOAl2O3Fe2O3C4AF10-183.77少量礦物：游離氧化鈣和游離氧化鎂及堿無機膠凝材料無機膠凝材料q 1. 水化水化 q 水化反應水化反應q 單礦物水化特點單礦物水化特點q 石膏作用原理石膏作用原理q 2. 凝結與硬化

5、凝結與硬化q 何為凝結硬化？何為凝結硬化？q 凝結硬化過程凝結硬化過程q3.影響水化、凝結與硬化的因素影響水化、凝結與硬化的因素3.1.2硅酸鹽水泥的水化、凝結和硬化無機膠凝材料無機膠凝材料2 2C C3 3S + 6HS + 6H2 2O = C-S-H + 3Ca(OH)O = C-S-H + 3Ca(OH)2 22C2C2 2S + 4HS + 4H2 2O = C-S-H + Ca(OH)O = C-S-H + Ca(OH)2 2C C3 3A + 6HA + 6H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O O2C2C4 4AF + 7HA

6、F + 7H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaOO + CaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O 硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應，生成各種水化物。反應，生成各種水化物。 水化反應水化反應 水化硅酸鈣凝膠水化硅酸鈣凝膠六方板結晶六方板結晶水化速度最快；水化速度最快；閃凝閃凝 立方板狀結晶立方板狀結晶 水化速度快，早強水化速度快，早強 水化速度慢，后強水化速度慢，后強 立方板狀結晶立方板狀結晶 水化速度適中水化速度適中 無機膠凝材料無機膠凝材料

7、硅酸鈣（C3S、C2S）的水化 3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)22CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2 特別說明（僅作了解）水化硅酸鈣凝膠一般表示為C-S-H氫氧化鈣簡寫為CH產物形貌： CH為六方板狀晶體。無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料含鐵、鋁相的水化CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O3 6H2O4CaO Al2O3 Fe2O3+7H2O=3CaO Al2O3 6H2O+CaO Fe2O3 H2OC3AH6為

8、立方晶體為立方晶體無機膠凝材料無機膠凝材料含鐵、鋁相的水化OHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO2432224232313319)2(363高硫型水化硫鋁酸鈣鈣礬石，AFt)123 ( 3)62( 2313324322322432OHCaSOOAlCaOOHOAlCaOOHCaSOOAlCaO低硫型水化硫鋁酸鈣AFm無機膠凝材料無機膠凝材料含鐵、鋁相的水化無機膠凝材料無機膠凝材料礦物種類礦物種類硅酸三鈣硅酸三鈣硅酸二鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣縮寫縮寫C3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度水化速度快快慢慢最快

9、最快快快水化熱水化熱多多少少最多最多較多較多強度強度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蝕性抗腐蝕性好好好好差差極好極好收縮收縮中中較大較大大大小小無機膠凝材料無機膠凝材料例題礦物組成C3S/C2S/C3A/C4AF/A水泥6015169B水泥47281015以下是A、B兩種硅酸鹽水泥熟料礦物組成百分比含量，請分析A、B兩種硅酸鹽水泥的早期強度及水化熱的差別。無機膠凝材料無機膠凝材料石膏作用原理石膏作用原理石膏也很快與水化鋁酸鈣反應生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結石膏也很快與水化鋁酸鈣反應生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結晶體（稱為鈣礬石）。晶體（稱為鈣礬石）。該晶體難溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保護膜

10、，阻礙水該晶體難溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保護膜，阻礙水分進入水泥顆粒內部，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，降低了水泥分進入水泥顆粒內部，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，降低了水泥的水化速度，使水泥的凝結時間得以延緩。的水化速度，使水泥的凝結時間得以延緩。所以，石膏在水泥中起調節(jié)凝結時間的作用。所以，石膏在水泥中起調節(jié)凝結時間的作用。3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaSOO + CaSO4 4 2 2H H2 2O O + H+ H2 2O O 3CaO 3CaO AlAl2 2O O3 3 3 3CaSOCaSO4 4 32 32H H2 2O O無機膠凝

11、材料無機膠凝材料2. 凝結與硬化凝結與硬化q何為凝結？何為凝結？ 水泥加水拌合后形成具有一定流動性和可塑性的漿體，隨水泥加水拌合后形成具有一定流動性和可塑性的漿體，隨著水化的不斷進行，水分的不斷蒸發(fā)，起潤滑作用的自由水著水化的不斷進行，水分的不斷蒸發(fā)，起潤滑作用的自由水分逐漸減少，水泥漿逐漸變稠失去可塑性的過程。有初凝和分逐漸減少，水泥漿逐漸變稠失去可塑性的過程。有初凝和終凝之分。終凝之分。q何為硬化？何為硬化？ 失去可塑性的漿體隨著時間的增長產生明顯的強度，并逐失去可塑性的漿體隨著時間的增長產生明顯的強度，并逐漸發(fā)展成為堅硬的水泥石的過程。漸發(fā)展成為堅硬的水泥石的過程。無機膠凝材料無機膠凝材

12、料水泥的硬化機理cement+waterpaste基本假設溶解沉淀反應理論就地反應理論(局部反應理論)無機膠凝材料無機膠凝材料溶液中的反應 機理：溶解機理：溶解 擴散擴散 沉淀沉淀離子在水中的擴散C3S表面離子水化弱化晶體中的化學鍵，增加pH值水化產物成核CSH析出、凝聚、脫水離開水相，形成凝膠，CH結晶生長無機膠凝材料無機膠凝材料表面局部反應 機理：顆粒表面水化物層的形成與擴散 水化物層在固液界面上形成，并不斷增厚顆粒表面離子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生長無機膠凝材料無機膠凝材料凝結硬化過程凝結硬化過程初始反應期初始反應期潛伏期潛伏期凝結期凝結期硬化期硬化期初始的水解

13、和水化，約持續(xù)初始的水解和水化，約持續(xù)510分鐘。分鐘。流動性可塑性好凝膠體膜層圍繞水泥顆粒生長，流動性可塑性好凝膠體膜層圍繞水泥顆粒生長，1h。凝膠膜破裂、水化產物長大并連接，水泥顆粒進一步水化凝膠膜破裂、水化產物長大并連接，水泥顆粒進一步水化6h。多孔的空間網絡。多孔的空間網絡-凝聚結構，失去可塑性。凝聚結構，失去可塑性。 凝膠體填充毛細管，凝膠體填充毛細管， 6h 若干年硬化石狀體密實空間網。若干年硬化石狀體密實空間網。無機膠凝材料無機膠凝材料（a）分散在水中未水化的水泥）分散在水中未水化的水泥顆粒顆粒（b）在水泥顆粒表面形成水化）在水泥顆粒表面形成水化物膜層物膜層（c）膜層長大并互相連

14、接（凝）膜層長大并互相連接（凝結）結）（d）水化物進一步發(fā)展，填充）水化物進一步發(fā)展，填充毛細孔毛細孔(硬化硬化) 1水泥顆粒水泥顆粒 2水分水分 3凝膠凝膠 4晶體晶體 5水泥顆粒的未水化內核水泥顆粒的未水化內核 6毛細孔毛細孔凝結硬化過程凝結硬化過程示意圖示意圖無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料硬化水泥漿體水泥石的組成與結構 水泥石的組成固相水泥水化物與未水化的水泥顆粒u膠體相：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；u晶體相：硫鋁酸鈣水化物、水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體等；氣相各種尺寸的孔隙與空隙u凝膠孔u毛細孔u工藝空隙液相水或孔溶液u自由水u吸附水u凝膠水 水泥石的組成隨水泥

15、水化度而變無機膠凝材料無機膠凝材料硬化水泥漿體水泥石的微觀結構 水泥漿體凝結硬化后形成的固體稱為水泥石 水泥石微結構特點多物相固體顆粒堆聚的多孔結構體；各種物相分布不均；各種物相的尺寸不等，形貌不一。 由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內核相互聚集形成連續(xù)固體顆粒堆聚結構，大小不等的凝膠孔和毛細孔分布其中。水化良好的水泥石微結構： “A”代表結晶性差、膠體尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.53.0nm； “H”代表六方晶體相，尺寸為1m； “C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據(jù)的毛細孔隙或空隙，尺寸在10nm m 。無機膠凝材料無機膠凝材料背散射掃描電鏡照片背

16、散射掃描電鏡照片未水化水泥顆粒未水化水泥顆粒C-S-H氫氧化鈣氫氧化鈣單硫型硫單硫型硫鋁酸鹽鋁酸鹽無機膠凝材料無機膠凝材料水泥漿掃描電鏡照片水泥漿掃描電鏡照片(7d齡期齡期)C-S-H鈣礬石鈣礬石無機膠凝材料無機膠凝材料水泥漿中的固體相 水泥石中有四種主要固體相硅酸鈣水化物氫氧化鈣硫鋁酸鈣水化物未水化的水泥顆粒無機膠凝材料無機膠凝材料水泥漿中的固體相（1）硅酸鈣水化物）硅酸鈣水化物 Calcium Silicate Hydrate縮寫縮寫: C-S-H體積含量體積含量: 占水泥石體積的占水泥石體積的5060 %。主要特性主要特性: 高比表面積高比表面積(100 to 700 m2/ g) 次價

17、鍵（范得華力）次價鍵（范得華力）很強很強 強度。強度。結構特點：結構特點： 結晶性很差，呈折疊層狀結構；結晶性很差，呈折疊層狀結構；組成特點：組成特點： 組成可變，鈣組成可變，鈣/硅硅(C/S)比比=1.5 2.0 ，結構水不等。，結構水不等。形貌：形貌： 結晶性差的纖維網狀，膠體尺寸顆粒的聚集體。結晶性差的纖維網狀，膠體尺寸顆粒的聚集體。C-S-H形貌C-S-H的分子的分子結構結構硅酸鈣水化物C-S-H的膠體結構無機膠凝材料無機膠凝材料C-S-H 凝膠結構模型凝膠結構模型A=結合鍵結合鍵次價鍵次價鍵B=C-S-H片片C=分散的層分散的層O=物理吸附水物理吸附水X=層間水層間水無機膠凝材料無機

18、膠凝材料( 2 ) Ca(OH)2羥鈣石(portlandite)縮寫：縮寫：CH體積含量體積含量: 占水泥石體積的占水泥石體積的20 25 %；特征：特征： 表面積較小、次價鍵力弱表面積較小、次價鍵力弱 耐久性和強度。耐久性和強度。組成特點：組成特點： 組成確定組成確定Ca(OH)2。 結構特點：結構特點： 六方片狀晶體，與天然羥鈣石六方片狀晶體，與天然羥鈣石Portlandite 相似。相似。形貌：形貌： 大片狀晶體的堆積體。大片狀晶體的堆積體。氫氧化鈣晶體形貌生長在水泥石孔隙中的六方片狀的羥鈣石晶體無機膠凝材料無機膠凝材料（3）水化硫鋁酸鈣）水化硫鋁酸鈣Calcium Sulfoalum

19、inate Hydrates縮寫：縮寫：Aft、Afm含量：含量： 占水泥石體積的占水泥石體積的 15 20 %。 組成特點：組成特點：開始時，形成三硫型硫鋁酸鈣開始時，形成三硫型硫鋁酸鈣鈣釩石鈣釩石 ettringite(Aft)后期，轉變?yōu)楹笃?，轉變?yōu)?單硫型硫鋁酸鈣單硫型硫鋁酸鈣 monosulfate hydrates(Afm)結構特點：結構特點： 結晶性好的晶體結晶性好的晶體形貌：形貌： Aft針狀晶體；針狀晶體；Afm六方片狀晶體六方片狀晶體典型Afm六方片狀晶體和Aft針狀晶體的形貌水泥漿中的鈣釩石生長在水泥石孔隙中的針狀的鈣釩石晶體無機膠凝材料無機膠凝材料硬化水泥漿體中水化物固

20、相的分布固體相含量()C3AH6時間(天)C-S-H無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石中的孔隙 C-S-H凝膠中的層間孔隙凝膠孔 gel pores尺寸尺寸 = 5 25 含量：約占含量：約占C-S-H凝膠的凝膠的28%對強度和抗?jié)B性無害，對干縮和徐變有一定影響對強度和抗?jié)B性無害，對干縮和徐變有一定影響 毛細孔 Capillary Voids尺寸50 nm ，與水灰比有關 對強度和抗?jié)B性有害，對干縮和徐變有重大影響 空隙 Air Voids夾雜的空氣泡: 3 mm引入的空氣泡: 50 200 m對強度和抗?jié)B性非常有害黑色代表孔隙黑色代表孔隙無機膠凝材料無機膠凝材料凝膠孔凝膠孔毛細孔毛細孔凝膠凝膠水

21、泥石的孔結構模型水泥石中孔分布與水灰比水泥石中孔分布與水化齡期無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石中的水 水蒸氣 大的孔隙部分被水填充，剩余空間是與環(huán)境溫、濕度和壓力平衡的水蒸氣。 毛細孔水毛細孔和 大的凝膠孔中的水 孔徑50nm的孔隙中的水自由水 孔徑50nm的孔隙中的水毛細張力水 吸附水 固體表面吸附的水，5個水分子層，厚度1.3nm，干燥到30的相對濕度，可失去。 層間水 小于2.6nm的 凝膠孔中的水，強干燥到10 相對濕度時，可失去。 化學結合水 水泥水化反應所結合到水化物中的水，只有加熱到9001000C才會失去。化學結合水量可用于測定水泥水化度。 (105C)可蒸發(fā)水(105C)不可蒸

22、發(fā)水無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石中的水的分布模型層間水層間水毛細孔水毛細孔水吸附水吸附水無機膠凝材料無機膠凝材料3.影響水泥凝結硬化的因素影響水泥凝結硬化的因素 影響水泥凝結硬化的因素：水泥的礦物組成、細度、石膏影響水泥凝結硬化的因素：水泥的礦物組成、細度、石膏摻量、水灰比、溫度、濕度和齡期等摻量、水灰比、溫度、濕度和齡期等影響因素影響因素礦物組成礦物組成細細 度度石膏摻量石膏摻量水灰比水灰比溫度、濕度溫度、濕度齡齡 期期無機膠凝材料無機膠凝材料水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度()時間(天)水泥熟料礦物組成的影響 水泥熟料礦物的水化速度： C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF

23、 C2S 水泥的C3A和C3S含量越高，凝結硬化速度越快； 水泥的C3A和C3S含量越低，凝結硬化速度越慢；無機膠凝材料無機膠凝材料石膏摻量的影響 石膏主要降低C3A的水化速度； 摻量太少，凝結較快； 過多，凝結硬化影響不大。石膏摻量對C3A漿體(水/固比1.0)水化速度(放熱量)的影響放熱速度(W/kg)試時間(h)石膏摻量增加： 放熱速度減慢 放熱峰延后石膏摻量對石膏摻量對C3A與硅酸鈣與硅酸鈣漿體初凝時間的影響漿體初凝時間的影響 石膏摻量增加，凝結硬化加快； 摻量達到一定后，再增加，影響不大。無機膠凝材料無機膠凝材料水泥顆粒細度的影響 水泥顆粒越細，水化速度越快，為什么？ 答：水泥的水化

24、反應是液固異相反應，反應首先發(fā)生在液固界面上； 水泥顆粒越細，比表面積越大，界面區(qū)越大，反應點越多，因此水化速度越快。比表面積比表面積 m2/kg放熱速度放熱速度時間時間/小時小時細度(比表面積)對C3S漿體(水/固比1.0)水化速度(放熱量)的影響水泥漿比表面積與水化度隨時間的關系水泥漿比表面積與水化度隨時間的關系水化度(%)比表面積(m2/cm3)無機膠凝材料無機膠凝材料水泥細度水泥細度Fineness of Cement粒徑： 3m 水化非常迅速，需水量增大； 90 m 幾乎接近惰性。無機膠凝材料無機膠凝材料溫度與濕度的影響 溫度升高，水化反應加快，凝結硬化加速，為什么？ 溫度升高10C

25、，速度加快一倍。 溫度低于0C時，水化反應基本停止。 保持一定濕度，有利于水泥的水化。溫度升高，放熱速度加快，誘導期時間縮短溫度升高，放熱速度加快，誘導期時間縮短無機膠凝材料無機膠凝材料未水化未水化水泥水泥毛細孔毛細孔水泥凝膠水泥凝膠體積比體積比水灰比水灰比長時間放長時間放置在水中置在水中的水泥漿的水泥漿體水化最體水化最終生成物終生成物無機膠凝材料無機膠凝材料體積比體積比未水化未水化水泥水泥水泥凝膠水泥凝膠毛細孔毛細孔長時間密長時間密封放置的封放置的水泥漿體水泥漿體水化最終水化最終生成物生成物水灰比水灰比無機膠凝材料無機膠凝材料拌和用水量的影響 重要概念：水灰比水泥漿體中拌和水量與水泥質量之比

26、(W/C)； 水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比0.23； 水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結硬化所需時間越長； 水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強度越低。無機膠凝材料無機膠凝材料水灰比對水泥漿體中水化物與孔隙體積的影響無機膠凝材料無機膠凝材料Summary C3S、C3A含量多，凝結硬化快，反之亦然。含量多，凝結硬化快，反之亦然。 摻加混合材，熟料減少，凝結硬化速度減慢。摻加混合材，熟料減少，凝結硬化速度減慢。 有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。 細度越小，水化反應越快，凝結硬化越快。細度越小，水化反應越快，凝結硬化越快。 水灰比越大，漿體需填充

27、的孔隙越多，凝結硬化水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結硬化速度越慢。速度越慢。 提高溫度，加快水泥的凝結硬化；保持足夠的水提高溫度，加快水泥的凝結硬化；保持足夠的水分有利于水泥的凝結硬化分有利于水泥的凝結硬化 無機膠凝材料無機膠凝材料問題？ 水泥凝結硬化速度快，好嗎？ 答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結硬化形成的微結構體積較疏松，且在隨后的降溫期間，或受干燥環(huán)境作用收縮變形時產生大量微裂縫，致使結構混凝土強度與滲透性（耐久性）受到嚴重影響。 水泥宜在什么條件下凝結硬化？ 答：水泥宜在常溫(2010C)與相對濕度較高的條件下，凝結硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化 所需水分供應充

28、足的條件。無機膠凝材料無機膠凝材料小 結水泥的定義P.I、P.II水泥的燒成燒成溫度礦物組成C3S,C2S,C3A,C4AF礦物水化C-S-H，CH，C3AH6無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.3 硅酸鹽水泥的技術性質細度細度密度密度凝結凝結時間時間 安定性安定性 強度強度堿堿含含量量等等 無機膠凝材料無機膠凝材料 8. 8. 不溶物和燒失量 為什么要限制水泥的不溶物含量和燒失量？ 答：不溶物是指水泥經酸和堿處理后，答：不溶物是指水泥經酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物；燒失量是指水泥經不能被溶解的殘余物；燒失量是指水泥經高溫灼燒后的質量損失率。這兩項指標超高溫灼燒后的質量損失率。這兩項指標超標表

29、示水泥中不能水化的雜質含量大，影標表示水泥中不能水化的雜質含量大，影響水泥硬化后的性能。響水泥硬化后的性能。1. 1. 化學品質指標化學品質指標- -不容物和燒失量 無機膠凝材料無機膠凝材料水泥中堿含量按Na2O0.653K2O計算值來表示。若使用活性骨料，用戶要求提供低水泥時，水泥中堿含量不得大于0.60%或由供需雙方商定。 1. 1. 化學品質指標化學品質指標- -堿含量 無機膠凝材料無機膠凝材料 硅酸鹽水泥的比表面積應大于300m2kg。細度是指水泥顆粒的粗細程度。水泥細度采用篩分法或比表面法測定。比表面積以 lkg水泥所具有的總表面積(m2kg)表示。以0.08mm方孔篩的篩余量表示。

30、其篩余量不得超過10.0。凡水泥細度不符合規(guī)定者為不合格品。無機膠凝材料無機膠凝材料為什么需要規(guī)定水泥的細度？思考題 解答：解答： 水泥顆粒細度影響水化活性和凝結硬化速度，水泥顆粒水泥顆粒細度影響水化活性和凝結硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝結硬化； 雖然水泥越細，凝結硬化越快，早期強度會越高，但是雖然水泥越細，凝結硬化越快，早期強度會越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；利； 水泥越細，生產能耗越高，成本增加；水泥越細，生產能耗越高，成本增加； 水泥越細，對水泥的儲存也不

31、利，容易受潮結塊，反而水泥越細，對水泥的儲存也不利，容易受潮結塊，反而降低強度。降低強度。無機膠凝材料無機膠凝材料 標準稠度：標準稠度： 按規(guī)定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標準稠度測定儀上，試桿下沉（61）mm時的水泥凈漿的稠度。 標準稠度用水量：標準稠度用水量： 是指水泥凈漿達到標準稠度時所需要的水量，用水與水泥質量的比來表示。硅酸鹽水泥的標準稠度用水泥量一般在21%28%。 無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料 標準稠度測定儀標準稠度測定儀無機膠凝材料無機膠凝材料問題：標準稠度用水量與什么因素有關？為什么？ 解答：解答： 與水泥細度、水泥礦物組成、混合材與水泥細度、水泥礦物組成

32、、混合材摻量等有關。因為水泥顆粒越細，比表摻量等有關。因為水泥顆粒越細，比表面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組成和混合材摻量不同，顆粒的表面吸附成和混合材摻量不同，顆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。 無機膠凝材料無機膠凝材料 無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料初凝初凝終凝終凝定義標準不符合標準廢 品不符合標準不合格品測定為了調節(jié)硅酸鹽水泥的凝結時間，生產水泥時應摻入適量的 。 a)石灰 b)石膏 c)水玻璃 d)火山灰 凝結時間凝結時間 無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料 國標國標

33、 規(guī)定：凡初凝時間不符合規(guī)定的水泥為規(guī)定：凡初凝時間不符合規(guī)定的水泥為廢品廢品；終凝時間不符合規(guī)定的水泥為終凝時間不符合規(guī)定的水泥為不合格品不合格品。為什么？。為什么？ 答：答： 水泥凝結時間的規(guī)定是為了有足夠的時間進行施工水泥凝結時間的規(guī)定是為了有足夠的時間進行施工操作和硬化的混凝土質量；操作和硬化的混凝土質量； 初凝時間太短，來不及施工，水泥石結構疏松、性初凝時間太短，來不及施工，水泥石結構疏松、性能差，水泥無使用價值，即為能差，水泥無使用價值，即為廢品廢品； 終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工，即終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工，即為為不合格品不合格品。無機膠凝材料無機膠凝

34、材料某立窯水泥廠生產的普通水泥游離氧化鈣含量較高，加水拌和后初凝時間僅40 min，本屬于廢品。但后放置1個月，凝結時間又恢復正常，而強度下降，請分析原因。工程實例分析無機膠凝材料無機膠凝材料思考題 測定水泥凝結時間時的用水量為什么要規(guī)定為標準稠度用水量？解答：與水泥細度、水泥礦物組成、混合材摻量等有關。因為水泥顆粒越細，比表面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組成和混合材摻量不同，顆粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。無機膠凝材料無機膠凝材料水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻性。水泥熟料中游離氧化鈣過多 氧化鎂過多 石膏量過多體積安定性的測定方法體積安定性不良的原因安定性不良的表現(xiàn)形態(tài)雷氏法試餅

35、法 無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料無機膠凝材料 無機膠凝材料無機膠凝材料填空：水泥中游離CaO和游離MgO含量過多，對水泥產生體積安定性不良的基本原因是由于（ ），安定性不合格的水泥作（ ）處理。 無機膠凝材料無機膠凝材料 檢驗方法檢驗方法軟練膠砂法，分別測量抗壓強度軟練膠砂法，分別測量抗壓強度和抗折強度。和抗折強度。試件尺寸：試件尺寸：4040160mm棱柱體；棱柱體；膠砂配比：膠砂配比： 水泥水泥 : ISO標準砂標準砂 : 水水= 1 : 3 : 0.5；振動成型：振動成型： 在頻率為在頻率為28003000次次/min，振幅，振幅0

36、.75mm的振實臺的振實臺上成型。振動時間上成型。振動時間120s。試件養(yǎng)護：試件養(yǎng)護： 在在20 C 1C，相對濕度不低于，相對濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護的霧室或養(yǎng)護箱中箱中24h，然后脫模在，然后脫模在20C 1 C的水中養(yǎng)護至測試的水中養(yǎng)護至測試齡期；齡期； 無機膠凝材料無機膠凝材料100mm160mmP抗折強度試驗抗折強度試驗PP抗壓強度試驗抗壓強度試驗強度測量：強度測量： 將試件從水中取出，先進行抗折強度試驗，折斷后每截再進行抗壓強度試驗。受壓面積為4040=1600mm2。 結果計算：結果計算： 抗折強度以三個試件的平均值，抗壓強度以六個試件的平均值。無機膠凝材料無機膠凝材料 強

37、度測定儀強度測定儀無機膠凝材料無機膠凝材料bending strength instrument 強度測定儀強度測定儀Compressive strengthinstrument無機膠凝材料無機膠凝材料強度等級：根據(jù)強度等級：根據(jù)3 3天和天和2828天強度測試結果，將水泥強度劃分若天強度測試結果，將水泥強度劃分若干個強度等級干個強度等級 無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石強度的影響因素 水泥石強度來自水化物顆粒間的相互作用力次價鍵力在整個表面積上的積分和； 水泥石內部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強度大于600MPa； 影響水泥石強度的關鍵因素是孔隙率P： Powerss公式：k(1-P3)

38、 影響孔隙率的因素均影響水泥石的強度 水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，強度越低 水泥組成：熟料礦物、混合材 養(yǎng)護條件：溫度、濕度、齡期 水泥細度：水泥顆粒越細，強度發(fā)展越快水泥石強度與孔隙率的關系水泥熟料礦物組成對強度的影響水泥品種對強度的影響水泥細度對強度的影響無機膠凝材料無機膠凝材料 概念：概念： 水泥的水化是放熱反應，放出的熱量就是水化熱。水泥的水化是放熱反應，放出的熱量就是水化熱。 放熱特征：放熱特征： 水泥放熱過程可持續(xù)很長時間，但大部分在水泥放熱過程可持續(xù)很長時間，但大部分在3d內釋放。內釋放。 水化熱的益處與危害：水化熱的益處與危害： 水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但

39、如果水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化熱發(fā)散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大水化熱發(fā)散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大體積混凝土，更是如此。體積混凝土，更是如此。 水化熱和放熱速度的影響因素：水化熱和放熱速度的影響因素：水泥礦物組成水泥礦物組成水泥細度水泥細度 無機膠凝材料無機膠凝材料 密度密度 3.053.20，混凝土配合比計算時，混凝土配合比計算時，一般取一般取3.10。 堆積密度堆積密度 10001600kg/m3，在工地計算水泥倉，在工地計算水泥倉庫時，一般取庫時，一般取1300 kg/m3 。 密度的測量方法密度的測量方法 排液法，用煤油作為測量液體

40、。排液法，用煤油作為測量液體。 8. 8. 密度和堆積密度 無機膠凝材料無機膠凝材料硅酸鹽水泥技術標準小結水泥質量的判定技術性質 不符合要求細 度 不合格品凝結時間 （初凝）廢品（初凝）廢品 （終凝）不合格品體積安定性 廢廢 品品強 度 不合格品或降低等級不溶物和燒失量 不合格品無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.4 水泥石的腐蝕與防止 基本概念：基本概念： 在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質的作用，其組成和結某些腐蝕性介質的作用，其組成和結構會逐漸發(fā)生變化或受到損害，導致構會逐漸發(fā)生變化或受到損害，導致性能改變、強度下降等。水泥石抵抗性能改變、強度下降等。水泥

41、石抵抗這種作用、而保持不變的能力稱為其這種作用、而保持不變的能力稱為其耐腐蝕性。耐腐蝕性。 無機膠凝材料無機膠凝材料導致水泥石腐蝕性破壞的原因 外因：外因： 環(huán)境中的腐蝕性介質，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等。 內因：內因：水泥石內存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質侵入提供了通道；水泥石內有在某些腐蝕性介質下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細孔通道的共同作用 加劇水泥石結構的破壞。 3.1.4 水泥石的腐蝕與防止無機膠凝材料無機膠凝材料3.1.4 水泥石的腐蝕與防止水泥石的腐蝕水泥石的腐蝕 水泥石的防腐水泥石的防腐 軟水侵蝕 鹽類腐蝕 a.硫酸鹽腐蝕 b.鎂鹽腐蝕 酸類腐

42、蝕 a.碳酸性腐蝕 b.一般酸腐蝕 強堿腐蝕無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石的腐蝕水泥石的腐蝕 軟水侵蝕3.1.4 水泥石的腐蝕與防止無機膠凝材料無機膠凝材料軟水侵蝕（溶出性侵蝕）軟水侵蝕（溶出性侵蝕） 機理：機理：當水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的當水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的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，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離另一方面，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離子的濃度低于水化物的溶度積，導致水化物分解、子的濃度低于水化物的溶度積，導致水化物分解、溶失和轉變，產生大量孔隙。尤其是處于壓力水或溶失和轉變，產生

43、大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。流水條件下，腐蝕越快。 破壞形式：破壞形式： 水化物水化物的分解、溶失，造成水泥石密實度下降，孔縫的分解、溶失，造成水泥石密實度下降，孔縫增多、強度降低，直至整體破壞。增多、強度降低，直至整體破壞。 無機膠凝材料無機膠凝材料鹽類腐蝕鹽類腐蝕 硫酸鹽的腐蝕硫酸鹽的腐蝕 腐蝕機理：腐蝕機理：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應，生成硫酸鈣。硫酸硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應，生成鈣礬石，其鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應，生成鈣礬石，其體積增加體積增加2.22倍，引起水泥石的破壞。倍，引起水泥石的破壞。當

44、硫酸鈣濃度高時，他們可直接結晶，造成膨脹壓力，當硫酸鈣濃度高時，他們可直接結晶，造成膨脹壓力，引起破壞。引起破壞。 鎂鹽的腐蝕鎂鹽的腐蝕 腐蝕機理：腐蝕機理： 主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應，生成主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。 鈣礬石鈣礬石水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內部水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內部形成膨脹性結晶產物形成膨脹性結晶產物水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結晶產物引起的開裂結晶產物引起的開裂無機膠凝材料無機膠凝材料酸類腐蝕酸類腐蝕 腐蝕機理：腐蝕機理：

45、水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應生酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應生成可溶性鹽。成可溶性鹽。另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會導致另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會導致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。加劇。 破壞形式破壞形式： 溶失性破壞，組成與結構發(fā)生很大改變。溶失性破壞，組成與結構發(fā)生很大改變。 水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石的腐蝕水泥石的腐蝕碳酸性腐蝕OnHCaCOOmHCOCa23222現(xiàn)象：堿度下降結構收

46、縮結果：防腐減弱應力裂紋碳化無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石的腐蝕水泥石的腐蝕一般酸腐蝕石膏可溶無機膠凝材料無機膠凝材料強堿腐蝕強堿腐蝕 腐蝕機理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強堿腐蝕機理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應，生成可溶性鋁酸鹽。當介質中強堿應，生成可溶性鋁酸鹽。當介質中強堿濃度較高時，會造成水泥石的嚴重破壞濃度較高時，會造成水泥石的嚴重破壞。 無機膠凝材料無機膠凝材料水泥石的腐蝕水泥石的腐蝕 水泥石的防腐水泥石的防腐根據(jù)侵蝕環(huán)境特點，合理選用水泥品種。提高水泥石的密實度表面加保護層。3.1.4 水泥石的腐蝕與防止 軟水侵蝕 鹽類腐蝕 a.硫酸鹽腐蝕 b