建筑材料學(xué)42水泥(二)課件

1、第四章 水泥（2）1. 礦物組成： C3S 、C2S 、C3A、C4AF復(fù)習(xí)舊課2.硬化水泥石中的組成 水化產(chǎn)物未水化的水泥顆粒 毛細(xì)孔 3. 水泥石強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律 早期強(qiáng)度發(fā)展快，后期強(qiáng)度發(fā)展慢，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度仍有緩慢的增長(zhǎng)。4. 水泥石強(qiáng)度發(fā)展的必要條件 溫度濕度 時(shí)間5.決定水泥石強(qiáng)度的因素 熟料礦物成分細(xì)度水灰比 常用水泥的技術(shù)要求 水泥石的腐蝕和防止水泥的性質(zhì)與應(yīng)用新課內(nèi)容一、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求體積安定性凝結(jié)時(shí)間強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)細(xì)度一、硅酸鹽水泥的細(xì)度定義細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。用比表面積（單位質(zhì)量粉末的總表面積，m2/kg）表示。影響水泥的需水量、水化速度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度及

2、收縮等性質(zhì)。同時(shí)規(guī)定凡細(xì)度不符合規(guī)定者為不合格品。討論與分析缺點(diǎn):水泥越細(xì)優(yōu)點(diǎn)：硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。GB規(guī)定總表面積越大，與水接觸面積也較大，需水量大，與水發(fā)生水化反應(yīng)的速度越快，水化產(chǎn)物越多，強(qiáng)度越高。細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。用比表面積（單位質(zhì)量粉末的總表面積，m2/kg）表示。影響水泥的需水量、水化速度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度及收縮等性質(zhì)。細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。用比表面積（單位質(zhì)量粉末的總表面積，m2/kg）表示。影響水泥的需水量、水化速度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度及收縮等性質(zhì)。細(xì)度指水泥顆粒的粗細(xì)程度。用比表面積（單位質(zhì)量粉末的總表面積，m2/kg）表示。影響水泥的需水量、水

3、化速度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度及收縮等性質(zhì)。缺點(diǎn):水泥越細(xì)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn):水泥越細(xì)優(yōu)點(diǎn)：硬化收縮越大；易受潮；生產(chǎn)能耗越多，機(jī)械磨損越多，成本越高。思考：對(duì)強(qiáng)度的影響？二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間定義討論與分析GB規(guī)定試驗(yàn)方法定義水泥的凝結(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終凝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（攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、成形）。討論與分析結(jié)論1：水泥的初凝時(shí)間不能過短，否則在施工前即已失去流動(dòng)性和可塑性而無法施工。結(jié)論2：水泥的終凝時(shí)間不能過長(zhǎng)，否則將延長(zhǎng)施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期。請(qǐng)觀看凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)動(dòng)畫試驗(yàn)方法結(jié)論1：水泥的初凝時(shí)間不能

4、過短，否則在施工前即已失去流動(dòng)性和可塑性而無法施工。初凝時(shí)間不得早于45min結(jié)論2：水泥的終凝時(shí)間不能過長(zhǎng)，否則將延長(zhǎng)施工進(jìn)度和模板周轉(zhuǎn)期。終凝時(shí)間不得遲于6.5h。同時(shí)規(guī)定:初凝時(shí)間不符合規(guī)定者為廢品， 終凝時(shí)間不符合規(guī)定者為不合格品。GB規(guī)定試針及圓模三、硅酸鹽水泥的體積安定性定義討論與分析GB規(guī)定試驗(yàn)方法定義水泥的體積安定性指水泥硬化過程中體積變化是否均勻的性質(zhì)。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。否則，為良好。不良：良好：注意：安定性不良的水泥為廢品水泥，嚴(yán)禁在工程中使用。即水泥硬化漿體能保持一定形狀，不開裂，不變形，不潰散的性質(zhì)。討論與分析引起安定性不良的原因

5、有哪些 熟料中含有過多的游離MgO; 熟料中含有過多的游離CaO; 石膏摻量過多。GB規(guī)定 用沸煮法檢驗(yàn)必須合格； 熟料中MgO含量5%； 熟料中SO3含量3.5%；游離CaO過多： CaO+H2O=Ca(OH)2 過燒CaO，其水化活性低，在水泥硬化后才進(jìn)行上述反應(yīng)，該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹97，引起不均勻的體積變化會(huì)導(dǎo)致水泥石開裂。用沸煮法檢驗(yàn)。游離MgO過多： MgO+H2O=Mg(OH)2 水泥中過燒MgO的水化速度比過燒CaO更為緩慢，要幾個(gè)月甚至幾年才能明顯水化，生成Mg(OH)2體積膨脹將導(dǎo)致水泥石安定性不良。用壓蒸法。石膏摻量過多： 3C3AH6+3CaSO4H2O=3AFt 水泥

6、中摻有石膏作為緩凝劑，當(dāng)石膏摻量過多時(shí)，在水泥硬化后還會(huì)繼續(xù)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成AFt，體積約增大1.5倍，也會(huì)引起體積安定性不良。長(zhǎng)期浸泡在溫水中。C3A的水化：檢驗(yàn)體積安定性不良原因游離氧化鎂（f-MgO）石膏游離氧化鈣（f-CaO）過燒態(tài)過燒態(tài)與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石檢驗(yàn)沸煮法（試餅法/雷氏法）檢驗(yàn)控制f-MgO含量控制SO3含量 試驗(yàn)方法 請(qǐng)觀看安定性（試餅法）試驗(yàn)沸煮法按抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分為六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度要求 強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度（MPa） 抗折強(qiáng)度（MPa） 3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R（早強(qiáng)型）22.042.54.06

7、.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0水泥膠砂水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂：水1：3：0.5 四、強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)思考：硅酸鹽水泥的標(biāo)號(hào)表示的是哪一天的強(qiáng)度值？水泥石在正常使用條件下，具有較好的耐久性，但在某些腐蝕性介質(zhì)作用下（軟水、含酸、含鹽等），水泥石的結(jié)構(gòu)受到破壞，強(qiáng)度明顯下降，甚至完全破壞的現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。表現(xiàn)形式：體積膨脹膨脹型腐蝕 體積收縮溶出型腐蝕腐蝕的種類：二 水泥石的腐蝕和防止 軟水腐蝕 鹽類腐蝕 一般酸的腐蝕（一）軟水腐蝕（溶出型腐蝕）軟水：指暫時(shí)硬度較小的水，即水中重碳酸

8、鹽（碳酸氫鹽）含量較小的水。如雨水、雪水、蒸餾水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水 。水泥石中水化產(chǎn)物以C-S-H凝膠為主，Ca(OH)2約占25。軟水腐蝕機(jī)理： 在靜水即無水壓的情況下，溶出僅限于表層，整個(gè)水泥石影響不大。 在流水或壓力水作用下，溶出的Ca(OH)2 將不斷流失而使水泥石孔隙率不斷增加，腐蝕也就不斷地進(jìn)行。同時(shí)由于水泥石中Ca(OH)2 濃度的降低，還會(huì)使水泥石中C-S-H等分解，引起水泥石的結(jié)構(gòu)破壞和強(qiáng)度下降。 軟水（soft water）指的是不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。軟水不易與肥皂產(chǎn)生浮渣，而硬水相反。天然軟水一般指雨、雪水。人工軟水是經(jīng)軟化處理的鈣鹽和鎂鹽含量降至

9、為 1.050 毫克/升 后得到的軟化水。 在日常生活中，我們經(jīng)常見到水壺用久后內(nèi)壁會(huì)有水垢生成，這是因?yàn)樵谖覀內(nèi)∮玫乃泻胁簧贌o機(jī)鹽類物質(zhì)，如鈣、鎂鹽等。這些鹽在常溫下的水中肉眼無法發(fā)現(xiàn)，一旦它們加溫煮沸，便有不少鈣、鎂鹽以碳酸鹽形式沉淀出來，它們緊貼壺壁就形成水垢。我們通常把水中鈣、鎂離子的含量用“硬度”這個(gè)指標(biāo)來表示。硬度1度相當(dāng)于每升水中含有10毫克氧化鈣。低于8度的水稱為軟水，高于17度的稱為硬水，介于817度之間的稱為中度硬水。雨、雪水都是軟水，泉水、深井水、海水、江、河、湖水都是硬水。 水的硬度對(duì)日常生活影響是很大的。如水的硬度大時(shí)洗衣服不起泡；旅居異地因飲水的硬度不適應(yīng)可出現(xiàn)

10、水土不服的癥狀；壺內(nèi)結(jié)水垢會(huì)使壺的導(dǎo)熱性下降；工業(yè)鍋爐的水垢可引起爆炸事故。所以，生活和工業(yè)用水均應(yīng)適當(dāng)控制水的硬度。一般來說，軟水多用于生活中，洗澡、洗衣服等。不用于飲用，所含礦物質(zhì)過少。 硬水中不腐蝕：當(dāng)環(huán)境水中含有較多的重碳酸鹽，即水的硬度較高時(shí)，重碳酸鹽會(huì)與水泥石中的Ca(OH)2作用。CaCO3或MgCO3幾乎不溶于水，積聚在水泥石的表面的孔隙內(nèi)，阻礙了外界水的侵入和Ca(OH)2的繼續(xù)溶出，使腐蝕作用停止。 （二）鹽類腐蝕 主要為硫酸鹽腐蝕和鎂鹽腐蝕硫酸鹽若硫酸鹽濃度較高：二水石膏結(jié)晶，體積膨脹破壞。若硫酸鹽濃度較低：二水石膏與C3AH6反應(yīng)生成鈣礬石，體積增加1.5倍以上，體積膨

11、脹破壞。鎂鹽Mg(OH)2松軟、無膠結(jié)能力、堿度降低，使腐蝕作用進(jìn)一步加劇。CaCl2極易溶解于水，加劇溶出型腐蝕。硫酸鎂對(duì)水泥石有鎂鹽和硫酸鹽雙重腐蝕的作用。 （三）一般酸的腐蝕碳酸腐蝕 一般酸腐蝕在一些工業(yè)廢水、地下水和沼澤水中，含有無機(jī)酸或有機(jī)酸。因?yàn)樗嗟乃a(chǎn)物Ca(OH)2呈堿性,這些酸與堿會(huì)發(fā)生反應(yīng)：在某些工業(yè)廢水和地下水中，溶有一定量的CO2及其鹽類,它們會(huì)與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)：如果酸的濃度較高，使水泥石腐蝕加劇。生成Ca(HCO3)2易溶于水，造成水泥石的腐蝕。“碳化”水泥石腐蝕的原因：內(nèi)因： 1. 水泥石中存在易受腐蝕的成分 Ca(OH)2和C3AH6 2. 水泥

12、石中存在孔隙外因： 環(huán)境中存在有害介質(zhì)（軟水、酸、鹽等），而且液態(tài)的腐蝕介質(zhì)較固態(tài)的引起腐蝕更為嚴(yán)重，較高的溫度、壓力、較快的流速、適宜的濕度等均可加速腐蝕過程。防止水泥石腐蝕的方法 （）根據(jù)工程的環(huán)境特點(diǎn)，合理選擇水泥品種，或適當(dāng)摻加混合材料，減少可腐蝕物質(zhì)的濃度，防止或延緩水泥的腐蝕。如處于軟水環(huán)境的工程，常選用摻混合材料的礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因?yàn)檫@些水泥的水泥石中氫氧化鈣含量低，對(duì)軟水侵蝕的抵抗能力強(qiáng)。（）提高混凝土的密實(shí)度，采取措施減少水泥石結(jié)構(gòu)的孔隙率，特別是提高表面的密實(shí)度，阻塞腐蝕介質(zhì)滲入水泥石的通道。（）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層，隔絕腐蝕介質(zhì)與水泥石的聯(lián)系。如

13、采用涂料、貼面等致密的耐腐蝕層覆蓋水泥石，能夠有效地保護(hù)水泥石不被腐蝕。1.凝結(jié)硬化快，早期及后期強(qiáng)度均高，適用于有早強(qiáng)要求的工程，（如冬季施工、預(yù)制、現(xiàn)澆等工程），高強(qiáng)度混凝土工程（如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）。2.抗凍性好，適合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。3.耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。4.水化熱高，不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。三 硅酸鹽水泥的性質(zhì)與應(yīng)用5.抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對(duì)鋼筋的保護(hù)作用強(qiáng)。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。6.耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高

14、溫作用的混凝土工程。7.耐磨性好，適用于高速公路、道路和地面工程。硅酸鹽水泥的運(yùn)輸與儲(chǔ)存1. 水泥在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中，應(yīng)按不同標(biāo)號(hào)、品種及出廠日期分別儲(chǔ)運(yùn)。2. 防水、防潮、防過期。在空氣中水蒸氣及二氧化碳的作用下，水泥會(huì)發(fā)生部分水化和碳化，使水泥的膠結(jié)能力及強(qiáng)度下降。一般儲(chǔ)存3個(gè)月后，強(qiáng)度降低約1020，6個(gè)月后降低1530，1年后降低2540。因此水泥的有效儲(chǔ)存期為3個(gè)月。如果超過6個(gè)月，在使用時(shí)應(yīng)重新檢測(cè)，按實(shí)際強(qiáng)度使用。3. 袋裝水泥的堆放高度不得超過10袋。例3-1 硅酸鹽水泥熟料由那些礦物成分所組成？這些礦物成分對(duì)水泥的性質(zhì)有何影響？解 硅酸鹽水泥熟料的主要礦物成分有硅酸三鈣3S、

15、硅酸二鈣C2S、鋁酸三鈣C3和鐵鋁酸四鈣4AF。這些礦物成分對(duì)水泥性質(zhì)產(chǎn)生的影響見下表： 例3-2 何謂水泥的體積安定性？水泥的體積安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥應(yīng)如何處理？解：水泥漿體硬化后體積變化的均勻性稱為水泥的體積安定性。即水泥硬化漿體能保持一定形狀，不開裂，不變形，不潰散的性質(zhì)。導(dǎo)致水泥安定性不良的主要原因是：（1） 由于熟料中含有的游離氧化鈣、游離氧化鎂過多；（2） 摻入石膏過多；其中游離氧化鈣是一種最為常見，影響也是最嚴(yán)重的因素。熟料中所含游離氧化鈣或氧化鎂都是過燒的，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已經(jīng)硬化后才進(jìn)行熟化，生成六方板狀的Ca（

16、OH）2晶體，這時(shí)體積膨脹97以上，從而導(dǎo)致不均勻體積膨脹，使水泥石開裂。當(dāng)石膏摻量過多時(shí)，在水泥硬化后，殘余石膏與水化鋁酸鈣繼續(xù)反應(yīng)生成鈣礬石，體積增大約1.5倍，也導(dǎo)致水泥石開裂。體積安定性不良的水泥，會(huì)發(fā)生膨脹性裂紋使水泥制品或混凝土開裂、造成結(jié)構(gòu)破壞。因此體積安定性不良的水泥，應(yīng)判為廢品，不得在工程中使用。例3-3 現(xiàn)有甲、乙兩廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，其礦物成分如下表，試估計(jì)和比較這兩廠所生產(chǎn)的硅酸鹽水泥的性能有何差異？解:由甲廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥的強(qiáng)度發(fā)展速度、水化熱、d時(shí)的強(qiáng)度均高于由乙廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥但耐腐蝕性則低于由乙廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥

17、。評(píng)注 甲廠硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣3S 、鋁酸三鈣C3 的含量均高于乙廠硅酸鹽水泥熟料，而乙廠硅酸鹽水泥熟料中硅酸二鈣C2S含量高于甲廠硅酸鹽水泥熟料。熟料礦物成分含量的不同是造成上述差異的主要原因。例3-4.試說明生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)為什么必須摻入適量石膏？解:水泥熟料中的鋁酸三鈣遇水后，水化反應(yīng)的速度最快，會(huì)使水泥發(fā)生閃凝或急凝。為了延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，方便施工，必須摻入適量石膏。評(píng)注在有石膏存在的條件下，水泥水化時(shí)，石膏能很快與鋁酸三鈣作用生成水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），鈣礬石很難溶解于水，它沉淀在水泥顆粒表面上形成保護(hù)膜，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化反應(yīng)，控制了水泥的水化反應(yīng)速度，延緩了凝結(jié)時(shí)間。

18、例3-5 為什么水泥必須具有一定的細(xì)度？ 在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑愈小，比表面積越大，水泥水化時(shí)與水的接觸面越大，水化速度越快，水化反應(yīng)越徹底。相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就越快，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度就越高。但其28d水化熱也越大，硬化后的干燥收縮值也越大。另外要把水泥磨得更細(xì)，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。因此水泥應(yīng)具有一定的細(xì)度。評(píng)注 國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999規(guī)定，水泥的細(xì)度可用比表面積或0.08 mm方孔篩的篩余量（未通過部分占試樣總量的百分率）來表示。如普通水泥的細(xì)度為0.08 mm方孔篩的篩余量不得超過10%。例3-6.影響硅酸鹽水泥水化熱的因素有那些

19、？水化熱的大小對(duì)水泥的應(yīng)用有何影響？解:影響硅酸鹽水泥水化熱的因素主要有硅酸三鈣3S、鋁酸三鈣C3的含量及水泥的細(xì)度。硅酸三鈣3S、鋁酸三鈣C3的含量越高，水泥的水化熱越高；水泥的細(xì)度越細(xì)，水化放熱速度越快。水化熱大的水泥不得在大體積混凝土工程中使用。在大體積混凝土工程中由于水化熱積聚在內(nèi)部不易散發(fā)而使混凝土的內(nèi)部溫度急劇升高，混凝土內(nèi)外溫差過大，以致造成明顯的溫度應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生裂縫。嚴(yán)重降低混凝土的強(qiáng)度和其它性能。但水化熱對(duì)冬季施工的混凝土工程較為有利，能加快早期強(qiáng)度增長(zhǎng)，使抵御初期受凍的能力提高。評(píng)注 水泥礦物在水化反應(yīng)中放出的熱量稱為水化熱。水泥水化熱的大小及放熱的快慢，主要取決于熟料的礦物組成和水泥細(xì)度。鋁酸三鈣C3的水化熱最大，硅酸三鈣3S的水化熱也很大。通常水泥等級(jí)越高，水化熱度越大。凡對(duì)水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化熱。反之，凡能延緩水化作用的因素均可降低水化熱。例3-7.為什么流動(dòng)的軟水對(duì)水泥石有腐蝕作用？解:水泥石中存在有水泥水化生成的氫氧化鈣。氫氧化鈣Ca（OH）2可以微溶于水。水泥石長(zhǎng)期接觸軟水時(shí)，會(huì)使水泥石中的氫氧化鈣不斷被溶出并流失，從而引起水泥石孔隙率增加。當(dāng)水泥石中游離的氫氧化鈣Ca（OH）2濃度減少到一定程度時(shí)，水泥石中的其它含鈣礦物也可能分解和溶出，從而導(dǎo)致水