膠凝材料學(xué)水泥

膠凝材料學(xué)水泥第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容回顧影響水泥石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素?水泥石體積變化?加入引氣劑提高水泥石耐久性的原因？第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四【案例1】某砼工程工期較短，現(xiàn)有強(qiáng)度等級同為42.5級的硅酸鹽水泥和礦渣水泥。從有利于完成工期的角度來看，選用哪種水泥更為有利？【案例2】何謂水泥凝結(jié)時間？國家標(biāo)準(zhǔn)對通用硅酸鹽水泥凝結(jié)時間是如何規(guī)定的？有何工程意義？【案例3】現(xiàn)有四種白色粉末，已知其為建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸鹽水泥，請加以鑒別（化學(xué)分析除外，從特性和試驗角度分析）？水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥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)合硅酸鹽水泥成分0`5%混合材料5`20%混合材料20`70%混合材20`40%混合材料20`40%混合材料20`50%混合材料特性水化熱高較高低低低低凝結(jié)硬化快較快較慢，低溫尤慢慢慢慢強(qiáng)度發(fā)展早期高早期較高早期低后期增長快早期低，后期增長快早期最低,后期增快早期低,后期增長快抗腐蝕、耐水性最差較差較好較好較好較好保水性較好較好最差較好一般

抗?jié)B性一般較好最差好差抗凍性好好差差差差干縮性較小較小較大較大小，抗裂好耐熱性僅次于礦渣水泥較差好差差

耐磨性好較好較差最差最差差抗碳化性好較好差差差差濕熱處理不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四第四章硅酸鹽水泥第一節(jié)硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程與方法第二節(jié)硅酸鹽水泥熟料礦物形成的物理化學(xué)過程第三節(jié)硅酸鹽水泥熟料礦物的組成、結(jié)構(gòu)及其與膠凝性能的關(guān)系第四節(jié)硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及機(jī)理第五節(jié)水泥漿結(jié)構(gòu)的形成過程與特性第六節(jié)水泥石的結(jié)構(gòu)第七節(jié)水泥的工程性質(zhì)第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四第七節(jié)水泥石的工程性質(zhì)第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四四、水泥石腐蝕的方式1、軟水侵蝕（溶出性侵蝕）2、酸的腐蝕（溶解性化學(xué)腐蝕）酸的腐蝕碳酸水的腐蝕3、強(qiáng)堿腐蝕4、鎂鹽腐蝕5、硫酸鹽腐蝕(膨脹性腐蝕)淡水侵蝕離子交換侵蝕膨脹侵蝕第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四1．軟水侵蝕（溶出性侵蝕）1）何謂軟水侵蝕？當(dāng)水泥石處在軟水環(huán)境中，軟水能使水泥石中的水化產(chǎn)物氫氧化鈣溶解，進(jìn)而促使其它水化產(chǎn)物分解，稱之為軟水侵蝕或溶出性侵蝕。2)侵蝕機(jī)理：水泥石中的水化產(chǎn)物必須在一定堿性濃度的液相中才能穩(wěn)定存在，否則易被分解。第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)水泥石長期與軟水接觸時，

Ca(OH)2最先被溶出：在靜水及無壓水的情況下，由于周圍的水易為溶出的Ca(OH)2所飽和，溶解作用很快中止。Ca(OH)2溶出僅限于表層，影響不大。當(dāng)水泥石在流動水及壓力水作用下，Ca(OH)2不斷溶解、流失，而且由于石灰濃度的繼續(xù)降低，還會引起其它水化物的分解溶蝕，使水泥石的結(jié)構(gòu)遭受進(jìn)一步的破壞，這種現(xiàn)象稱為“溶析”。溶出性侵蝕的強(qiáng)弱程度，與水質(zhì)的暫時硬度有關(guān)。當(dāng)水質(zhì)較硬，侵蝕作用較弱。第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四硬水條件下第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

2．酸類腐蝕（1）碳酸腐蝕當(dāng)水中CO2濃度較高時，CO2與水泥石中的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成易溶的重碳酸鈣而溶失。Ca(OH)2

濃度降低，還會導(dǎo)致水泥石中的其它水化物分解，腐蝕加劇。（2）一般酸的腐蝕各種酸對水泥石都有不同程度的腐蝕。酸與水泥石中的Ca(OH)2作用后的生成物，或者易溶于水，或者體積膨脹，導(dǎo)致水泥石破壞。且由于Ca(OH)2被大量消耗，引起水泥石堿度降低，促使其它水化物大量分解，從而引起水泥石強(qiáng)度的急劇下降。

第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四3．強(qiáng)堿腐蝕堿類溶液如濃度不大時一般是無害的。但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強(qiáng)堿（如NaOH）作用后也會破壞：①氫氧化鈉與水泥熟料中未水化的鋁酸鹽作用，生成易溶的鋁酸鈉：

3C3A+6NaOH＝3Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2

②當(dāng)水泥石被NaOH浸透后又在空氣中干燥，與空氣中的CO2作用而生成碳酸鈉：

NaOH+CO2

＝Na2CO3

+H2O碳酸鈉在水泥石毛細(xì)孔中結(jié)晶沉積,使水泥石脹裂。第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四4.鎂鹽的腐蝕鎂鹽與水泥石中的Ca(OH)2起復(fù)分解反應(yīng)，如：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O＝CaSO4·2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2

＝CaCl2+Mg(OH)2因此，MgSO4對水泥石起鎂鹽及硫酸鹽的雙重腐蝕作用。Mg(OH)2松軟無膠凝能力CaCl2易溶于水二水石膏則引起水泥石的硫酸鹽破壞生成物第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四5.硫酸鹽的腐蝕

硫酸鹽對水泥石產(chǎn)生膨脹性化學(xué)腐蝕。

①硫酸鹽與水泥石中的Ca(OH)2起置換反應(yīng)，生成硫酸鈣，硫酸鈣與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣作用生成三硫型水化硫鋁酸鈣，體積增大，對水泥石起極大的破壞作用。三硫型水化硫鋁酸鈣呈針狀晶體，通常稱為“水泥桿菌”。

②在水中硫酸鹽濃度較高時，CaSO4將在孔隙中直接結(jié)晶成二水石膏，體積膨脹，從而導(dǎo)致水泥石破壞。第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四水泥石腐蝕的基本原因內(nèi)因：水泥石中易腐蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣施工質(zhì)量差，水泥石本身不夠密實，侵蝕性介質(zhì)易于進(jìn)入

外因：腐蝕性介質(zhì)存在、溫度、濕度、介質(zhì)濃度等防止水泥石腐蝕的措施1、改變熟料礦物組成2、加入外加劑3、提高混凝土的密實度。4、在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層。5、根據(jù)工程的環(huán)境特點，合理選擇水泥品種。第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四五、通用水泥的性能及應(yīng)用

硅酸鹽水泥水化硬化是硅酸鹽水泥熟料及少量石膏與水發(fā)生水化反應(yīng)。普通硅酸鹽水泥混合材摻量較少，與硅酸鹽水泥性能相近。礦渣水泥等通用水泥混合材料摻量較大。硅酸鹽水泥熟料先水化，生成水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠、氫氧化鈣，氫氧化鈣再與混合材料中的活性SiO2及Al2O3發(fā)生水化反應(yīng)，稱之“二次水化反應(yīng)”。一般來說，摻入較多的混合材料會使水化速度減慢，故對早期強(qiáng)度有所影響；另一方面，又降低了水泥石中氫氧化鈣的含量，對水泥性能有較大影響。第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四1、硅酸鹽水泥的特性及應(yīng)用凝結(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?？箖鲂院茫m合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。不適于用有海水、礦物水及硫酸鹽侵蝕介質(zhì)存在的環(huán)境。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?？固蓟院谩Ｒ蛩髿溲趸}含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護(hù)作用強(qiáng)（電化學(xué)知識）。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。耐熱性差。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。耐磨性好，適用于高速公路、道路和地面工程。第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四2.普通硅酸鹽水泥的性能特點及應(yīng)用

1).特性（與硅酸鹽水泥相比）：①水化熱略低

②早期強(qiáng)度略低③耐腐蝕性稍好④抗凍性略差⑤耐磨性略差⑥抗碳化性略差2).用途：與硅酸鹽水泥相同，廣泛應(yīng)用于各種砼或鋼筋砼工程。

第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

①發(fā)生二次水化反應(yīng)。水泥熟料礦物水化后的產(chǎn)物在激發(fā)劑的作用下又與混合材料中的活性氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成新的水化產(chǎn)物，稱二次水化反應(yīng)。②早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長較快。

早期（3d、7d）強(qiáng)度低，后期（28d以后）強(qiáng)度增長較快，甚至超過同強(qiáng)度等級普通硅酸鹽水泥。不適于早強(qiáng)砼工程。③水化熱較低。適用于大體積砼工程。熟料少，水化慢，水化熱低。④耐熱性較好?？捎糜谀蜔犴殴こ?。當(dāng)受到高溫（不大于200℃）作用，強(qiáng)度不顯著降低。耐熱性較好?？捎糜诟邷剀囬g和有耐熱耐火要求的砼結(jié)構(gòu)。⑤耐腐蝕性較強(qiáng)(抵抗軟水、海水和硫酸鹽腐蝕的能力較強(qiáng))。宜用于水工和海港工程。3.礦渣硅酸鹽水泥的性能特點及應(yīng)用

第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四⑥保水性較差，泌水性較大，干縮性較大。

∵礦渣水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較大，但保持水分的能力較差，泌水性較大，故礦渣水泥的干縮性較大。如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，就容易產(chǎn)生裂紋。⑦抗?jié)B性、抗凍性、耐磨性和抵抗干濕交替循環(huán)的性能均較差。不宜用于承受凍融交替部位及受高速水流或挾砂水流沖刷部位。且使用時要注意加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。⑧濕、熱敏感性強(qiáng)，適于蒸汽養(yǎng)護(hù)、蒸壓養(yǎng)護(hù)的預(yù)制構(gòu)件。在常溫下二次水化反應(yīng)較慢，若采用蒸汽養(yǎng)護(hù)或蒸壓養(yǎng)護(hù)等濕熱處理方法，則能顯著加快硬化速度。⑨抗碳化能力差?！叩V渣水泥水化、硬化以后堿度較低。第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四4.火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥的性能特點及應(yīng)用

特性及應(yīng)用：（與礦渣水泥相近，主要差別）①抗?jié)B性好。適用于抗?jié)B要求較高的工程。②火山灰水泥的干燥收縮性比礦渣水泥還大，在干熱環(huán)境中容易產(chǎn)生裂縫。不宜用于干熱環(huán)境的工程。

應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間。③抗凍性、耐磨性比礦渣水泥還差。不宜用于有抗凍、耐磨要求的工程。第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四

5.粉煤灰硅酸鹽水泥的性能特點及應(yīng)用

特性及應(yīng)用：與礦渣水泥、火山灰水泥比較，性質(zhì)相似，主要區(qū)別：①干縮性較小，抗裂性好。適于抗裂要求較高的構(gòu)件。②砼拌和物的和易性好。特別適用于大體積砼結(jié)構(gòu)、高流動性泵送砼。

③早期強(qiáng)度更低(比礦渣水泥、火山灰水泥還要低)。適于承受荷載較遲的砼工程。

第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四6.復(fù)合硅酸鹽水泥的性能特點及應(yīng)用

特性及應(yīng)用：特性：復(fù)合硅酸鹽水泥的特性取決于所摻兩種混合材料的種類、摻量及相對比例，與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似或略有改善。用途：與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥相似。第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四六、水泥的選用1、水泥品種的選用水泥品種應(yīng)根據(jù)砼工程特點、所處的環(huán)境條件和施工條件等進(jìn)行選擇。

水泥性能必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2、水泥強(qiáng)度等級的選擇水泥強(qiáng)度等級應(yīng)與砼的設(shè)計強(qiáng)度等級相適應(yīng)。原則上：配制高強(qiáng)度等級的砼，應(yīng)選用高強(qiáng)度等級的水泥；配制低強(qiáng)度等級的砼，應(yīng)選用低強(qiáng)度等級的水泥。第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥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)合硅酸鹽水泥成分0`5%混合材料5`20%混合材料20`70%混合材20`40%混合材料20`40%混合材料20`50%混合材料特性水化熱高較高低低低低凝結(jié)硬化快較快較慢，低溫尤慢慢慢慢強(qiáng)度發(fā)展早期高早期較高早期低后期增長快早期低，后期增長快早期最低,后期增快早期低,后期增長快抗腐蝕、耐水性最差較差較好較好較好較好保水性較好較好最差較好一般

抗?jié)B性一般較好最差好差抗凍性好好差差差差干縮性較小較小較大較大小，抗裂好耐熱性僅次于礦渣水泥較差好差差

耐磨性好較好較差最差最差差抗碳化性好較好差差差差濕熱處理不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥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)合硅酸鹽水泥適用范圍1.高強(qiáng)砼、預(yù)應(yīng)力砼；2.要求快硬早強(qiáng)砼；3.冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融循環(huán)的工程4.耐磨要求高的工程。與硅酸鹽水泥基本相同1.一般地面工程；2.特別適于地下、水中砼工程；3.大體積砼工程；4.蒸汽養(yǎng)護(hù)砼工程；5.抗硫酸鹽侵蝕工程；6.受荷較遲砼工程。耐熱砼工程抗?jié)B要求高工程抗裂要求高工程不適用范圍1.大體積砼工程；2.經(jīng)常與流動的淡水接觸及有壓水作用工程；3.受海水、礦物水作用工程；同與硅酸鹽水泥基本相同1.早強(qiáng)砼工程；2.嚴(yán)寒地區(qū)水位升降范圍內(nèi)的工程；3.耐磨要求高的砼工程。4.干燥環(huán)境砼工程。第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四【案例1】某砼工程工期較短，現(xiàn)有強(qiáng)度等級同為42.5級的硅酸鹽水泥和礦渣水泥。從有利于完成工期的角度來看，選用哪種水泥更為有利？【案例2】何謂水泥凝結(jié)時間？國家標(biāo)準(zhǔn)對通用硅酸鹽水泥凝結(jié)時間是如何規(guī)定的？有何工程意義？【案例3】現(xiàn)有四種白色粉末，已知其為建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸鹽水泥，請加以鑒別（化學(xué)分析除外，從特性和試驗角度分析）？水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥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)合硅酸鹽水泥成分0`5%混合材料5`20%混合材料20`70%混合材20`40%混合材料20`40%混合材料20`50%混合材料特性水化熱高較高低低低低凝結(jié)硬化快較快較慢，低溫尤慢慢慢慢強(qiáng)度發(fā)展早期高早期較高早期低后期增長快早期低，后期增長快早期最低,后期增快早期低,后期增長快抗腐蝕、耐水性最差較差較好較好較好較好保水性較好較好最差較好一般

抗?jié)B性一般較好最差好差抗凍性好好差差差差干縮性較小較小較大較大小，抗裂好耐熱性僅次于礦渣水泥較差好差差

耐磨性好較好較差最差最差差抗碳化性好較好差差差差濕熱處理不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)不適于蒸汽養(yǎng)護(hù)適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃適于蒸養(yǎng),>80℃第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四3、水泥的運輸和儲存①水泥在運輸和儲存過程中不得混入雜物，應(yīng)按不同品種、強(qiáng)度等級、出廠日期分別運輸、分別存放，并加以明確標(biāo)示。②散裝水泥分庫存放，袋裝水泥堆放高度一般不超過10袋，并先存先用?！静煌贩N、不同生產(chǎn)廠家的水泥使用時不得混用，且檢測時儀器必須每次洗凈】。③防潮。

對于結(jié)塊水泥的處理方法：僅有輕微結(jié)塊，可壓碎后按實測強(qiáng)度等級使用；對于部分結(jié)成硬塊，可篩除或壓碎硬塊后，用于次要部位；對于大部分結(jié)塊的，不能使用。④水泥儲存時間不宜過長，一般不超過3個月。鋁酸鹽水泥儲存期一般不超過2個月。受潮水泥作適當(dāng)處理可以降級使用。但安定性不良的水泥應(yīng)作廢品處理。注意第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四七、水泥粉磨摻合料1、混材的定義混合材料：為改善水泥性能、提高水泥產(chǎn)量，在生產(chǎn)時摻入的天然或人工礦物質(zhì)材料。2、混材的分類活性混合材料具有潛在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潛在水硬性和火山灰特性的混合材料（指能與氫氧化鈣或水泥發(fā)生反應(yīng)的具有水硬性水化產(chǎn)物的混材）。如：?；郀t礦渣；粉煤灰；火山灰質(zhì)混合材料【摻混合材料的目的】改善水泥的某些性能、調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級、節(jié)約水泥熟料、提高水泥產(chǎn)量、降低水泥成本、利用工業(yè)廢渣等。第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期四火山灰特性：磨細(xì)的礦物質(zhì)材料和水拌和成漿后，單獨不具有水硬性，但在常溫下與外加的石灰一起和水拌和后的漿體，能形成具有水硬性化合物的性能。

如：火山灰、粉煤灰、硅藻土潛在水硬性：該類礦物質(zhì)材料只需在少量外加劑的激發(fā)條件下，即可利用自身溶出的化學(xué)成分，生成水硬性的化合物。

如：?；郀t礦渣（類似熟料礦物）①粒化高爐礦渣：是煉鐵高爐的熔融礦渣，經(jīng)急速冷卻而成的松軟顆粒，粒徑一般為0.5～5mm。急冷一般用水淬方法進(jìn)行，故又稱水淬高爐礦渣。主要成分：活性SiO2

、Al2O3。具有較高的活性。②粉煤灰：是火力發(fā)電廠鍋爐以煤粉做燃料，由收塵器從其煙氣中收集下來的灰粉，又稱飛灰。呈玻璃態(tài)實心或空心的球狀顆粒，粒徑一般為0.001～0.05mm。主要成分：活性SiO2、Al2O3。具