建筑材料課件七

第五章水泥

水泥，指加水拌和成塑性漿后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：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、粉煤灰硅酸鹽水泥等品種。

第一節(jié)硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、０～５％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥在國際上分為兩種類型：不摻混合材的稱I型硅酸鹽水泥，其代號為P.I；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱II型硅酸鹽水泥，其代號為Ｐ.II。一.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質(zhì)和粘土質(zhì)兩類原料。為了補充鐵質(zhì)及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。生產(chǎn)水泥的基本工序可以概括為：“兩磨一燒”：先將原材料破碎并按其化學(xué)成分配料后，在球磨機中研磨為生料。然后入窯鍛燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料在球磨機中研磨至一定細(xì)度，即得到硅酸鹽水泥。二.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為:（ｌ）硅酸三鈣硅酸三鈣的化學(xué)成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產(chǎn)生水化反應(yīng)，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結(jié)硬化，特別是對水泥３～７天內(nèi)的早期強度以及后期強度都起主要作用。（２）硅酸二鈣硅酸二鈣的化學(xué)成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的15％～37％。硅酸二鈣遇水后反應(yīng)較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結(jié)，對水泥的后期強度起主要作用。（３）鋁酸三鈣鋁酸三鈣的化學(xué)成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～15％。鋁酸三鈣遇水后反應(yīng)極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結(jié)起主導(dǎo)作用，但其水化產(chǎn)物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻。（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學(xué)成分為:４CaO·Al2O3·Fe2O3，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應(yīng)也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻不大，主要對抗折強度貢獻較大。3.硅酸鹽水泥的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(yīng)，生成各種水化物。

硅酸三鈣 水 水化硅酸鈣氫氧化鈣

硅酸二鈣 水 水化硅酸鈣 氫氧化鈣鋁酸三鈣水 水化鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣水水化鋁酸三鈣 水化鐵酸鈣水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結(jié)晶體，也稱為鈣礬石晶體：

水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應(yīng)后，水泥漿中不斷增加的水化產(chǎn)物主要有：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等新生礦物。4.硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化水泥加水拌合后的劇烈水化反應(yīng)，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結(jié)構(gòu)。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。由于鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結(jié)，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石膏后，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應(yīng)生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解于水，可以形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。當(dāng)摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失，直到終凝。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，加之水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強度的水泥石，從而進入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強度不斷發(fā)展。隨著水泥水化的不斷進行，水泥漿結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨后產(chǎn)生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。實際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內(nèi)部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離水及氣孔等組成的不均質(zhì)體。5.影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素（１）礦物組成不同礦物成分和水起反應(yīng)時所表現(xiàn)出來的特點是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強度低，后期強度增長迅速等。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結(jié)硬化情況將產(chǎn)生明顯變化。水泥的礦物組成是影響水泥凝結(jié)硬化的最重要的因素.（２）水泥漿的水灰比水泥漿的水灰比是指水泥漿中水與水泥的質(zhì)量之比。當(dāng)水泥漿中加水較多時，水灰比較大，此時水泥的初期水化反應(yīng)得以充分進行；但是水泥顆粒間原來被水隔開的距離較遠，顆粒間相互連接形成骨架結(jié)構(gòu)所需的凝結(jié)時間長，所以水泥漿凝結(jié)較慢。另外水泥漿的水灰比較大時，多余的水分蒸發(fā)后形成的孔隙較多,造成水泥石的強度較低，因此水泥漿的水灰比過大時，會明顯降低水泥石的強度。

（3）石膏摻量石膏起緩凝作用的機理可解釋為：水泥水化時，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)時間。（4）水泥的細(xì)度在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細(xì)，水泥顆粒平均粒徑小，比表面積大，水化時與水的接觸面大，水化速度快，相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就快，早期強度就高。

（5）環(huán)境溫度和濕度在適當(dāng)溫度條件下，水泥的水化、凝結(jié)和硬化速度較快。反應(yīng)產(chǎn)物增長較快，凝結(jié)硬化加速，水化熱較多。相反，溫度降低，則水化反應(yīng)減慢，強度增長變緩。但高溫養(yǎng)護往往導(dǎo)致水泥后期強度增長緩慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反應(yīng)的必要條件。當(dāng)環(huán)境濕度十分干燥時，水泥中的水分將很快蒸發(fā)，以致水泥不能充分水化，硬化也將停止；反之，水泥的水化將得以充分進行，強度正常增長。（6）齡期（時間）水泥的凝結(jié)硬化是隨時間延長而漸進的過程，只要溫度、濕度適宜，水泥強度的增長可持續(xù)若干年。

6.硅酸鹽水泥的技術(shù)要求（１）細(xì)度水泥顆粒的粗細(xì)程度對水泥的使用有重要影響。水泥顆粒粒徑一般在7～200μm范圍內(nèi)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999規(guī)定，水泥的細(xì)度可用比表面積或0.08mm方孔篩的篩余量（未通過部分占試樣總量的百分率）來表示。其篩余量不得超過規(guī)定的限值。比表面積是指單位質(zhì)量的水泥粉末所具有的表面積的總和（cm2/g或m2/kg）。一般常為317～350m2/kg。（２）輕標(biāo)準(zhǔn)稠搬度用水語量稠度枕是水腿泥漿濟達到謹(jǐn)一定襖流動嚷度時齡的需都水量蜻。國效家標(biāo)劣準(zhǔn)規(guī)滴定檢刪驗水暫泥的枯凝結(jié)瘦時間兵和體迷積安總定性狹時需超用“步標(biāo)準(zhǔn)舒稠度聲”的拔水泥成凈漿狗?！笆[標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)稠度醫(yī)”是潛人為守規(guī)定躲的稠成度，辭其用提水量容采用促水泥訊標(biāo)準(zhǔn)繼稠度較測定忘儀測倍定?？坠杷岜K鹽水籍泥的瞇標(biāo)準(zhǔn)蔬稠度小用水絕量一障般在光２１墳％～碗２８膚％之務(wù)間。（3）凝衣結(jié)時立間水泥都從加突水開翁始到釀失去污其流蠟動性直，即稈從液遲體狀千態(tài)發(fā)烈展到突較致謊密的晴固體鼻狀態(tài)租的過滿程稱召為水堤泥的獻凝結(jié)甲過程衣。這淋個過肢程所稻需要爛的時篩間稱顧為凝芹結(jié)時扶間。凝結(jié)令時間陰分初革凝時幫間和譯終凝著時間諸。初凝時你間為水貧泥加刪水拌廈和至旦標(biāo)準(zhǔn)悶稠度戒的凈小漿完然全失侍去可稠塑性牢所需冰的時愉間。終凝踏時間為水泥冊加水拌芳和至標(biāo)孤準(zhǔn)稠度蝦的凈漿蛋完全失但去可塑亦性并開馳始產(chǎn)生觸強度所現(xiàn)需的時叛間。國家標(biāo)奇準(zhǔn)規(guī)定檔，水泥挽的凝結(jié)搭時間是訴以標(biāo)準(zhǔn)跑稠度的披水泥凈登漿，在蓋規(guī)定溫掙度及濕駕度環(huán)境犯下用水頭泥凈漿勁凝結(jié)時歐間測定企儀測定第。硅酸贏鹽水泥笑的初凝佩時間不蓮得早于45碎mi餅n，終凝否時間不薦得遲于6h霞3司0m刃in。（４）篩體積安甚定性水泥歷漿體炸硬化脅后體嚼積變癥化的積均勻或性稱暢為水寧泥的全體積峰安定它性。史即水頭泥硬蘿化漿浩體能檔保持企一定律形狀覆，不監(jiān)開裂追，不創(chuàng)變形倘，不厭潰散店的性敘質(zhì)。甲體積音安定叨性不唐良的新水泥久應(yīng)作災(zāi)廢品省處理堪，不去得應(yīng)封用于抽工程字中，美否則志將導(dǎo)患致嚴(yán)閑重后歌果。導(dǎo)致水昏泥安定闊性不良鐮的主要痕原因一是般是由節(jié)于熟料網(wǎng)中的游蝴離氧化傾鈣、游瘡離氧化淡鎂或摻女入石膏樹過多等瘡原因造受成的，感其中游著離氧化庭鈣是一沈種最為哲常見，裁影響也楊是最嚴(yán)買重的因繁素。熟饑料中所在含游離適氧化鈣飼或氧化膛鎂都是禮過燒的披，結(jié)構(gòu)盯致密，刊水化很雨慢。加喝之被熟錘料中其鮮它成分撫所包裹竭，使得勞其在水該泥已經(jīng)幼硬化后砌才進行液熟化，效生成六陷方板狀詞的Ca（OH）2晶體，園這時體乞積膨脹譽９７％霞以上，泊從而導(dǎo)復(fù)致不均灑勻體積集膨脹，滔使水泥攻石開裂野。當(dāng)石膏砌摻量過繭多時，滾在水泥異硬化后獅，殘余紗石膏與撥水化鋁乎酸鈣繼犁續(xù)反應(yīng)綠生成鈣盞礬石，肝體積增赴大約1.僻5倍，從罰而導(dǎo)致腿水泥石殖開裂。國家則標(biāo)準(zhǔn)請規(guī)定梢．水箏泥的他體積牛安定援性用提雷氏織法或繞試餅挽沸煮路法檢哭驗。（5）強度強度是令評價硅聯(lián)酸鹽水櫻泥質(zhì)量追的又一肉個重要致指標(biāo)。巡壽水泥的宋強度是崇按照GB啦/T雖17盞96火1-悅19灰99屬《水泥腰膠砂或強度蛇檢驗群方法輸（IS噸O）法》的標(biāo)準(zhǔn)堅方法制賊作的水充泥膠砂償試件，嚷在20乞±1楚°C溫度的蝴水中，的養(yǎng)護到努規(guī)定齡艱期時檢志測的強舅度值。臟其中標(biāo)黑準(zhǔn)試件讓尺寸為4c瘋m×登4c裕m×烏16寺cm，膠彈砂中額水泥承與標(biāo)奪準(zhǔn)砂出之比儉為1：3（W/C暫=0.方5），巾標(biāo)準(zhǔn)訪試驗地齡期山分別心為膛３d和28岡d．分佛別檢疼驗其努抗壓稠強度脆和抗猶折強黎度。輛按照裹測定限結(jié)果校，將綠硅酸止鹽水批泥分我為42.歷5、42爛.5落R、52.蘋5、52.約5R、62.創(chuàng)5、62典.5泡R六個強度恥等級。(6)堿含小量水泥中制含有較狼多的強童堿物Na2O或K2O時，普容獨易發(fā)膚生不愁良反煌應(yīng)對把結(jié)構(gòu)黑造成單危害侵。因紙而國艘家標(biāo)秀準(zhǔn)規(guī)鼠定，至水泥段中的億含堿瘋量不廚得大斥于0.6秘%。7.水泥雅石的添腐蝕7.1水泥沸石腐愉蝕的典方式（１）摸軟水侵編蝕(含或背含較凈少可做溶性吩鈣、便鎂化肅合物銳的水層叫做絡(luò)軟水獄（so愿ft劫w丟at雞er）。軟獵水不易欺與肥皂站產(chǎn)生浮濱渣，而筑硬水相桂反。天顧然軟水庫一般指氧江水、捉河水、紗湖(淡水湖)水。經(jīng)紡軟化處消理的硬謝水指鈣棟鹽和鎂可鹽含量爛降為1.0～50毫克政／升交后得身到的穿軟化剩水。)水泥石倘長期接亞觸軟水茄時，會爽使水泥罵石中的恢氫氧化雅鈣不斷題被溶出腿，當(dāng)水升泥石中色游離的貨氫氧化君鈣減少閉到一定窯程度時挪，水泥冠石中的慢其它含集鈣礦物忌也可能略分解和黎溶出，射從而導(dǎo)君致水泥拜石結(jié)構(gòu)肚的強度孟降低，削甚至破聰壞。當(dāng)身水泥石甜處于軟元水環(huán)境覺時，特確別是處箏于流動翼的軟水股環(huán)境中甘時，水炊泥被軟爽水侵蝕知的速度哄更快。（２純）一逃般酸榮的腐售蝕工程釋結(jié)構(gòu)修處于饑各種辮酸性騾介質(zhì)麥中時系，酸距性介倚質(zhì)易轉(zhuǎn)與水派泥石愈中的提氫氧界化鈣玩反應(yīng)床，其備反應(yīng)曲產(chǎn)物月可能喝溶于挪水中猾而流思失，觀或發(fā)付生體哲積膨沫脹造雁成結(jié)匹構(gòu)物肌的局經(jīng)部被五脹裂雕，破胸壞了啊水泥瓣石的林結(jié)構(gòu)光。其嶺基本尿化學(xué)亦反應(yīng)亡式為幟：（３世）碳閃酸的乏腐蝕雨水捉及地瓜下水爆中常陰溶有漠較多坐的二刺氧化胞碳，巾形成殖了碳別酸。敲碳酸市水先誦與水周泥石帥中的佛氫氧飯化鈣盤反應(yīng)板，中錘和后蠻使水燥泥石滲碳化龍，形汪成了石碳酸奏鈣，弦碳酸絕鈣再贊與碳舒酸反氧應(yīng)生疼成可碼溶性爆的碳程酸氫蛋鈣，充并隨夾水流脖失，烈從而片破壞仆了水急泥石啄的結(jié)塌構(gòu)。霞其腐丟蝕反辣應(yīng)過宜程為粗：（４）咸硫酸鹽衰的腐蝕當(dāng)環(huán)境糕中含有手硫酸鹽妨的水滲親入到水集泥石結(jié)醫(yī)構(gòu)中時栗，會與逃水泥石斜中的氫阿氧化鈣涼反應(yīng)生斷成石膏姨，石膏歇再與水爸泥石中渴的水化陽鋁酸鈣摧反應(yīng)生靈成鈣礬燭石，產(chǎn)逆生1.5倍的體解積膨脹龍，這種徐膨脹必引然導(dǎo)致冷脆性水在泥石結(jié)伯構(gòu)的開嫂裂，甚收至崩潰削。由于棋鈣礬石使為微觀繪針狀晶跳體，人玩?zhèn)兂７Q械其為水處泥桿菌豆。此外，販有些其揪它物質(zhì)仗也能腐指蝕水泥荒石，如慈鎂鹽、撇強堿、摟糖類、修脂肪等毫。7.2防止返水泥師石腐抄蝕的翠方法（１謊）根叨據(jù)工只程的鑰環(huán)境蹦特點音，合語理選治擇水吩泥品前種，汪或適腸當(dāng)摻滴加混今合材婦料，幅減少梯可腐涂蝕物個質(zhì)的持濃度盒，防奔止或襖延緩雅水泥門的腐使蝕。類如處具于軟稱水環(huán)件境的阻工程宵，常鞏選用鏈摻混世合材栽料的牛礦渣捏水泥徑、火徒山灰獎水泥豬或粉衛(wèi)煤灰秘水泥魄，因陶為這嗎些水鑄泥的策水泥凳石中備氫氧聽化鈣輛含量真低，預(yù)對軟治水侵宣蝕的牢抵抗映能力倍強。（２昌）提選高混侵凝土電的密競實度罪，采揮取措捎施減衫少水?dāng)n泥石箭結(jié)構(gòu)巖的孔味隙率陶，特喉別是峰提高把表面效的密榜實度及