土木工程材料第四章水泥

唐山啟新水泥廠辦公樓，震后只有二樓破壞嚴(yán)重，墻磚塌落，鋼筋尤存唐山啟新水泥廠倉庫三樓窗柱水泥分類性能和用途鋁酸鹽系列水泥、硫鋁酸鹽系列水泥、鐵鋁酸鹽系列水泥

水泥硅酸鹽系列水泥通用水泥專用水泥特性水泥化學(xué)成分

用于—般土木工程的水泥,如普通硅酸鹽水泥專門用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥

第一節(jié)硅酸鹽水泥第二節(jié)摻混合材料的硅酸鹽水泥第三節(jié)特種水泥

一、硅酸鹽水泥的概念二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝

及礦物組成

三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化

四、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治六、硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用硅酸鹽水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)特性應(yīng)用生產(chǎn)礦物組成和特性腐蝕與防止

凡由硅酸鹽水泥熟料、05%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱型硅酸鹽水泥，其代號為P。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質(zhì)量5%石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱型硅酸鹽水泥，其代號為P。1、生產(chǎn)工藝熟料石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料鐵質(zhì)原料水泥成品石膏生料煅燒1450°C磨細磨細按比例混合水泥回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)示意圖2、礦物組成硅酸鹽水泥的主要熟料礦物的名稱和含量范圍如下：硅酸三鈣3CaOSiO2，簡寫為C3S，含量37%60%硅酸二鈣2CaOSiO2，簡寫為C2S,含量15%37%鋁酸三鈣3CaOAl2O3

，簡寫為C3A，含量7%15%鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3，簡寫C4AF，10%18%

各種熟料礦物單獨與水作用時表現(xiàn)出的特征各種熟料礦物的強度增長凝結(jié)：水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強度的過程。硬化：隨后產(chǎn)生明顯的強度，并逐漸發(fā)展而成為堅硬的人造石。有關(guān)概念：凝結(jié)

初凝

終凝硬化膠凝材料＋水流動性可塑性強度1、水泥的水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物2C3S+6H2O==3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)22C2S+4H2O==3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2

C3A+6H2O==3CaOAl2O36H2O

C4AF+7H2O==3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O

4CaOAl2O313H2O+3(CaSO42H2O)

+14H2O==

3CaOAl2O33CaSO432H2O+Ca(OH)2

2C3A+3CaOAl2O33CaSO432H2O+4H2O==3(3CaOAl2O3CaSO412H2O)2、水泥凝結(jié)硬化過程（機理）（a）分散在水中未水化的水泥顆粒（b）在水泥顆粒表面形成水化物膜層（c）膜層長大并互相連接（凝結(jié)）（d）水化物進一步發(fā)展，填充毛細孔(硬化)1—水泥顆粒2—水分3—凝膠4—晶體

5—水泥顆粒的未水化內(nèi)核6—毛細孔硬化后的水泥石包含有凝膠、晶體、未水化的水泥內(nèi)核、水和孔隙。

硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的特點：（1）是由表及里進行的。（2）水分和溫度是硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化的必要條件。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度水化熱標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度

細度是指水泥的粗細程度，水泥顆粒粒徑一般在0.007—0.2mm范圍內(nèi)。測定:比表面積法（單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面積）《通用硅酸鹽水泥》（GB2007）規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300㎡/kg。水化熱2、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量3、凝結(jié)時間4、體積安定性5、強度1、細度

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：為了使水泥凝結(jié)時間、體積安定性等的測定具有準(zhǔn)確的可比性，按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用標(biāo)準(zhǔn)稠度儀測定水泥凈漿達到標(biāo)準(zhǔn)稠度時的用水量。水化熱標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度

初凝：自加水拌和起，到標(biāo)稠凈漿開始失去可塑性所需的時間。

終凝：自加水拌和起，到標(biāo)稠凈漿完全失去可塑性，并產(chǎn)生強度所需的時間。

GB規(guī)定：初凝不大于45min，終凝不遲于390min。凝結(jié)時間不滿足要求者為不合格品。水化熱標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度

體積安定性：水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性能。原因：（1）熟料中f-CaO，f-MgO過多；（2）石膏過量。測定方法：沸煮法、雷氏法。規(guī)定:f-MgO≯5%SO3≯3.5%水化熱案例1

1994年10月28日～11月17日，由南通市建筑總公司開發(fā)建設(shè)、施工的錦?；▓@錦普大廈工程，第11～14層結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)重大質(zhì)量事故。事故原因是該結(jié)構(gòu)使用了由上海中山商務(wù)實業(yè)公司莊木建材分公司供應(yīng)的安徽濉溪縣供電局水泥廠生產(chǎn)的電力牌普通硅酸鹽425號水泥。經(jīng)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站等專業(yè)部門檢測，這種產(chǎn)品是不合格的水泥。為此，市建委、市建管辦決定將其推倒重澆，并追究有關(guān)部門、單位對事故造成的經(jīng)濟損失和事故的責(zé)任。案例2

衡陽“11·3”火災(zāi)中倒塌的衡州大廈殘樓日前已全部拆除完畢，火災(zāi)坍塌事故原因調(diào)查取得進展。聯(lián)合調(diào)查組初步認(rèn)定，導(dǎo)致大廈坍塌的根本原因是大火燃燒時，大廈西部偏北的5根柱子損毀嚴(yán)重，這5根柱子在重載的壓力下倒塌，繼而引起衡州大廈3000多平方米建筑的坍塌。記者從聯(lián)合調(diào)查組了解到，坍塌的衡州大廈建筑質(zhì)量存在問題，在大廈的一些局部地方，鋼筋數(shù)量比較少，用的鋼筋沒有按照標(biāo)準(zhǔn)配備那么粗，在澆注大廈西南部位的時候，用了20噸不合格的水泥。

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度

GB規(guī)定：用水泥膠砂強度測定。試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸:4040160mm水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5養(yǎng)護條件：20+1℃水中摻標(biāo)準(zhǔn)砂的原因：（1）水泥凈漿體積收縮，易產(chǎn)生裂縫，不利于強度的測定（2）實際中均用砂漿，而很少用凈漿。水化熱硅酸鹽水泥各齡期的強度要求(GB2007)強度等級抗壓強度compressivestrength抗折強度bendingstrength3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度細度

1—3d齡期內(nèi)水化放熱量為總放熱量的50%，7d為75%，6個月為83—91%。水化熱五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止軟水腐蝕（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型亦稱溶出性侵蝕，雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水等都屬于軟水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O

溶析自動填實鹽類腐蝕酸類腐蝕強堿腐蝕1、硫酸鹽的腐蝕4CaO?Al2O3?12H2O+3CaSO4+20H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+Ca(OH)2水泥桿菌2、鎂鹽的腐蝕MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4

?2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)21、碳酸腐蝕Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O==CaH(CO3)22、一般酸的腐蝕2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO4?2H2O3CaO?Al2O3+6NaOH=3NaO?Al2O3+3Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2CO3+H2O（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因1、水泥石內(nèi)含有易引起腐蝕的成分2、水泥石本身不密實3、外界有腐蝕的介質(zhì)存在（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止1、根據(jù)環(huán)境，合理選擇水泥品種。2、提高水泥石的密實度。3、加做保護層，加不透水的瀝青層。4、對具有特殊要求的抗侵蝕混凝土，采用聚合物混凝土。

六、硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用

1.強度等級高、強度發(fā)展快；2.水化熱高，抗凍性好；3.干縮小，耐磨好；4.抗碳化較好；5.耐腐蝕性差；6.耐熱性較差，應(yīng)用溫度低于250℃。

一、水泥混合材料二、混合材料的類別三、普通硅酸鹽水泥四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥摻入目的：（1）提高產(chǎn)量，降低成本。（2）充分利用工業(yè)廢料。（3）調(diào)節(jié)水泥強度等級。（4）改善性能，擴大應(yīng)用范圍。

活性混合材料非活性混合材料活性混合材料非活性混合材料

混合材料磨成細粉，與石灰或與石灰和石膏拌合在一起，并加水后，在常溫下，能生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，既能在水中，又能在空氣中硬化的，稱為活性混合材料。?；郀t礦渣,火山灰質(zhì),粉煤灰活性混合材料非活性混合材料

非活性混合材料是指不與水泥成分起化學(xué)作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填充作用，摻入的目的主要是為了提高水泥的產(chǎn)量，調(diào)整水泥的標(biāo)號，減少水化熱，故又被稱為填充性混合材料?；旌喜乃嗥贩N水泥熟料+6~20%活性混合材普通硅酸鹽水泥P.O20~50%礦渣A型礦渣硅酸鹽水泥P.S.A50~70%礦渣B型礦渣硅酸鹽水泥P.S.B20~40%火山灰火山灰硅酸鹽水泥P.P20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥P.F20~50%兩種以上混合材復(fù)合硅酸鹽水泥P.C混合材水泥的水化特點-----二次反應(yīng)水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣氫氧化鈣鈣礬石水泥熟料+水混合材SiO2/Al2O3+Ca(OH)2+H2O水化硅酸鈣水化鋁酸鈣第一次反映第二次反應(yīng)三、普通硅酸鹽水泥性能與硅酸鹽水泥基本相同。是用量最大的水泥品種之一。四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥

二次水化：1、水泥熟料水化，水化生成Ca(OH)2。2、Ca(OH)2與混合材料中的活性物質(zhì)SiO2、Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鹽鈣、水化鋁酸鈣。性質(zhì)：1、強度發(fā)展：凝結(jié)硬化速度較慢，早期強度發(fā)展慢，后期發(fā)展較快。2、耐腐蝕性較強3、水化熱低4、適于蒸汽養(yǎng)護5、抗凍性差6、抗碳化能力差7、礦渣水泥耐熱性好，干縮大；火山灰水泥抗?jié)B性強，粉煤灰水泥收縮性小，抗裂性好。復(fù)合水泥綜合性質(zhì)好。

第三節(jié)特種水泥

一、高鋁水泥(high-aluminacement)

二、快硬硅酸鹽水泥三、白水泥與彩色水泥四、膨脹水泥與自應(yīng)力水泥一、高鋁水泥

凡以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量50%的熟料磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為高鋁水泥原料為石灰石、鋁礬土（Al2O3>50%）

礦物組成:鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣、鋁方柱石、七鋁酸十二鈣一、高鋁水泥水化產(chǎn)物：

<20C

CA+10H2O===CaO.Al2O3.10H2O20C-30C

CA+11H2O===2CaO.Al2O3.8H2O+Al2O3.3H2O

>30C

3CA+12H2O===3CaO.Al2O3.6H2O+2(Al2O3.3H2O)一、高鋁水泥性質(zhì):

1、強度發(fā)展迅速，24小時內(nèi)可達到最高強度的80%左右。2、低溫下（5-10C）能很好硬化。3、耐腐蝕性好。4、耐濃酸、堿溶液性能不好5、放熱大且集中。6、耐高溫好。7、長期強度及其他性能有下降的趨勢。一、高鋁水泥水泥類型Kindsofcement抗壓強度(MPa)compressivestrength抗折強度(MPa)bendingstrength6h1d3d28d6h1d3d28dCA-50204050---3.05.56.5---CA-60---204585---2.55.010.0CA-70---3040------5.06.0---CA-