第3章水泥清華版土木工程材料

教學(xué)目標(biāo)掌握：普通硅酸鹽水泥組成材料、熟料礦物基本特性，通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求及選用原則。熟悉：水泥的水化、凝結(jié)和硬化，水泥性能指標(biāo)、水泥石的腐蝕及預(yù)防了解：水泥的分類(lèi)，其他品種水泥，新型膠凝材料。教學(xué)重點(diǎn)通用硅酸鹽水泥的礦物組成、性能及選用原則水泥主要性能指標(biāo)及檢測(cè)方法水泥石的腐蝕及預(yù)防本章主要教學(xué)內(nèi)容與要求水泥（Cement）水泥概述通用硅酸鹽水泥通用硅酸鹽水泥的生產(chǎn)水泥組成材料水泥技術(shù)要求水泥水化與凝結(jié)硬化水泥石的腐蝕與預(yù)防通用硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)及選用其他品種硅酸鹽水泥其他品種水泥新型膠凝材料及其在土木工程中的應(yīng)用根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類(lèi)有哪些？按安用途和性能：通用水泥、特性水泥和專(zhuān)用水泥。水泥的化學(xué)成分硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類(lèi)有哪些？按安用途和性能：通用水泥、特性水泥和專(zhuān)用水泥。水泥的特性膨脹水泥快硬水泥低熱水泥抗腐蝕水泥硬化時(shí)膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類(lèi)有哪些？按安用途和性能：通用水泥、特性水泥和專(zhuān)用水泥。水泥在土木工程中的重要作用水泥是當(dāng)今產(chǎn)量與用量最大的土木工程材料！水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)！其性能和正確選用對(duì)土木工程功能與質(zhì)量至關(guān)重要！原料：硅質(zhì)：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補(bǔ)充Fe2O3

與SiO2制造工藝的“兩磨一燒”工藝流程：硅酸鹽水泥的生產(chǎn)硅質(zhì)(粘土)鈣質(zhì)(石灰石)1450℃調(diào)節(jié)原料(鐵質(zhì))石膏水泥生料熟料混合材粉磨煅燒粉磨

通用硅酸鹽水泥的種類(lèi)根據(jù)混合材料的用量和種類(lèi)的不同，可得到不同種類(lèi)的通用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥

PⅠ（無(wú)混合材）PⅡ（≤5粒化高爐礦渣或石灰石粉）普通硅酸鹽水泥PO（6~20%混合材）大摻量混合材硅酸鹽水泥不同種類(lèi)、較大用量混合材摻大量混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋20~70%礦渣礦渣硅酸鹽水泥20~40%火山灰火山灰硅酸鹽水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥20~50%兩種混合材復(fù)合硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類(lèi)與摻量密切相關(guān)！通用硅酸鹽水泥的品種及代號(hào)硅酸鹽水泥的組成硅酸鹽水泥熟料主要膠凝物質(zhì)，能水化硬化石膏適量時(shí)，調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間（延緩）；過(guò)量時(shí)，引起提價(jià)安定性不良；天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏混合材料調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級(jí)；降低水泥成本活性混合材：粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)材料非活性混合材：石灰石等，活性未達(dá)標(biāo)的活性混合材窯灰：水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集的粉塵助磨劑：水泥粉磨時(shí)加入，不超過(guò)水泥質(zhì)量的0.5%必要組分熟料又是如何組成的呢？礦物名稱(chēng)英文名稱(chēng)縮寫(xiě)分子式礦物式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二鈣BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)36~6015~377~1510~18化學(xué)組成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，F(xiàn)e2O3(=F)少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。礦物組成：硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求化學(xué)指標(biāo)不溶物燒失量三氧化硫氧化鎂氯離子堿含量（選擇性指標(biāo)）物理指標(biāo)凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度細(xì)度（選擇性指標(biāo)）耐腐蝕性軟水侵蝕鹽類(lèi)侵蝕酸類(lèi)腐蝕強(qiáng)堿腐蝕1.化學(xué)指標(biāo)堿含量主要從水泥生產(chǎn)原材料，尤其是粘土中帶入，堿含量高有可能產(chǎn)生堿-集料反應(yīng)。水泥中堿含量按Na2O+0.658K2O計(jì)算值表示，按照《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T176）進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。若使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時(shí)，水泥中的堿含量應(yīng)不大于0.60%或由買(mǎi)賣(mài)雙方協(xié)商確定。2.堿含量3.1物理指標(biāo)——凝結(jié)時(shí)間

概念：

凝結(jié)時(shí)間—水泥加水開(kāi)始到水泥漿失去流動(dòng)性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。初凝：從水泥加水拌和到水泥漿開(kāi)始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝：從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開(kāi)始具有強(qiáng)度所需的時(shí)間。測(cè)定方法：用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀來(lái)測(cè)定。國(guó)標(biāo)要求：硅酸鹽水泥：初凝≥45min；終凝＜390min。其它通用水泥：初凝≥45min；終凝時(shí)間＜600min。按規(guī)定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定儀上，試桿沉入凈漿底座（6

1）mm時(shí)的水泥凈漿的稠度為標(biāo)準(zhǔn)稠度。水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需要的水量稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，通常為水泥質(zhì)量的24%~30%試桿下降高度（34

1）水泥漿試桿400.2水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿離底4±1mm為初凝，用分鐘表示min園弧形壓痕終凝0.5mm

答：水泥凝結(jié)時(shí)間的規(guī)定是為了有足夠的時(shí)間進(jìn)行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量；初凝時(shí)間太短，來(lái)不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無(wú)使用價(jià)值；終凝時(shí)間太長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，也會(huì)影響施工。國(guó)標(biāo)規(guī)定：凡初凝時(shí)間、終凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為不合格品。為什么？基本概念：水泥凝結(jié)硬化過(guò)程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)稱(chēng)為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當(dāng)，則體積安定性良好；若水泥石發(fā)生不均勻體積變化：翹曲、開(kāi)裂等，則水泥的體積安定性不良。水泥體積安定性不良的原因：水泥熟料中含有過(guò)多的游離CaO、MgO和石膏。因?yàn)樗嗍炝现械挠坞xCaO、MgO都是過(guò)燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增大1.98%和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開(kāi)裂、翹曲。石膏量過(guò)多，在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹。3.2物理指標(biāo)——安定性

試餅法雷氏夾法合格標(biāo)準(zhǔn)：＜5mm。肉眼觀察表面有無(wú)裂紋用直尺檢查有無(wú)彎曲合格標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)裂紋、無(wú)彎曲。試餅法用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒(méi)有裂紋，用直尺檢查沒(méi)有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法測(cè)量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時(shí)，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。檢驗(yàn)方法（對(duì)于游離氧化鈣引起的安定性不良）對(duì)于游離氧化鎂引起的體積安定性不良，必須根據(jù)《水泥壓蒸安定性試驗(yàn)方法》（GB/T750）用壓蒸法檢驗(yàn)其危害作用3.3物理指標(biāo)——強(qiáng)度

檢驗(yàn)方法——軟練膠砂法，分別測(cè)量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試件尺寸：40

40

160mm 棱柱體；膠砂配比：水泥:ISO標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5；振動(dòng)成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實(shí)臺(tái)上成型。振動(dòng)時(shí)間120s。試件養(yǎng)護(hù)：在20

C

1

C，相對(duì)濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h，然后脫模在20

C

1

C的水中養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期；——《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T17671）100mm160mmP抗折強(qiáng)度試驗(yàn)PP抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)量：將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。受壓面積為40

40=1600mm2。結(jié)果計(jì)算：抗折強(qiáng)度以三個(gè)試件的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個(gè)試件的平均值。根據(jù)3天和28天強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，將水泥強(qiáng)度劃分若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)

強(qiáng)度等級(jí)3d28d時(shí)間（d）強(qiáng)度（MPa）水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律答：水泥膠砂試件的強(qiáng)度與水泥的組成、試件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及試件的大小有關(guān)，而水泥的水化程度與養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)；水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)具有確定組成的水泥的強(qiáng)度，因此，為排除其它因素的影響，將這些因素統(tǒng)一規(guī)定，以便相互比較。為什么水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法要規(guī)定試件尺寸、試件配比、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等？定義細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。測(cè)量方法篩析法：以80

m或45

m方孔篩的篩余量表示；比表面積法（勃氏法）：以1kg水泥顆粒所具有的總表面積來(lái)表示。國(guó)標(biāo)要求硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg；其它通用硅酸鹽水泥的80

m方孔篩的篩余量不得超過(guò)10.0%，或45

m方孔篩的篩余量不得超過(guò)30.0%。為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度，是不是水泥越細(xì)越好？3.4物理指標(biāo)——細(xì)度

答：水泥顆粒細(xì)度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；雖然水泥越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度會(huì)越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對(duì)水泥石性能不利；水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加；水泥越細(xì)，對(duì)水泥的儲(chǔ)存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強(qiáng)度。為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度，是不是水泥越細(xì)越好？擴(kuò)展介紹：水泥的水化熱

概念：水泥的水化是放熱反應(yīng)，放出的熱量就是水化熱。放熱特征：水泥放熱過(guò)程可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但大部分在3d內(nèi)釋放。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，尤其是大體積混凝土，更是如此。水化熱和放熱速度的影響因素：水泥礦物組成水泥細(xì)度

初始放熱峰放熱主峰放熱速度逐漸減慢實(shí)測(cè)的水泥水化放熱全曲線放熱速度很低水泥的水化和凝結(jié)硬化水化——水泥加適量水拌合后，立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，水泥的各組分開(kāi)始溶解并產(chǎn)生復(fù)雜的物理、化學(xué)與力學(xué)的變化，可稱(chēng)之為水泥的水化。凝結(jié)——從水泥加水?dāng)嚢栝_(kāi)始到水泥漿體失去塑性的過(guò)程，此時(shí)水泥漿體還不具備強(qiáng)度。硬化——隨著水泥水化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，凝結(jié)的水泥漿體產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐漸發(fā)展而成為堅(jiān)硬水泥石的過(guò)程。水泥漿體轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程。

水泥水化是其凝結(jié)硬化的前提，而凝結(jié)硬化則是水泥水化的結(jié)果。水泥的水化和凝結(jié)硬化水泥與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——水化反應(yīng)；水化反應(yīng)將結(jié)合占水泥質(zhì)量30％左右的拌和水；水化反應(yīng)的產(chǎn)物——水化物能相互凝聚成三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很大的表面能，而且相互間有很強(qiáng)的次價(jià)鍵力。水泥熟料礦物的水化反應(yīng)水泥漿的凝結(jié)硬化水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素礦物名稱(chēng)英文名稱(chēng)縮寫(xiě)分子式礦物式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二鈣BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化學(xué)組成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，F(xiàn)e2O3(=F)少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。礦物組成：硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成（回顧）水化速度較快慢最快快放熱量多少最多中強(qiáng)度較高后期高低較低耐侵蝕中良差優(yōu)水泥熟料礦物的水化反應(yīng)特征：水泥熟料顆粒中的四種主要礦物同時(shí)進(jìn)行水化反應(yīng)；其水化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)；水化反應(yīng)是固－液異相反應(yīng)。反應(yīng)速度序列：半水石膏CaSO4

0.5H2O和游離氧化鈣f-CaO的水化鋁酸三鈣C3A的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸三鈣C3S的水化硅酸二鈣

-C2S的水化來(lái)自水泥粉磨過(guò)程中二水石膏的脫水分解：CaSO4

2H2O

CaSO4

0.5H2O+1.5H2OC3S與

-C2S的水化水化生成水化硅酸鈣C3S2H3—C-S-H凝膠和Ca(OH)2,并放熱

硅酸三鈣：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羥鈣石特征：形成相同的水化物—組成不確定的C-S-H凝膠，組成為：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2

nH2O(x,z與溫度、水灰比有關(guān))其中鈣硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反應(yīng)速度比C2S快，其放熱量比C2S大。水化機(jī)理溶液中反應(yīng)固相顆粒表面的局部反應(yīng)。水化度％水化時(shí)間（天）C－S－H凝膠體結(jié)構(gòu)水化硅酸鈣的形成重新排列和凝聚后的凝膠體結(jié)構(gòu)硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產(chǎn)物——C-S-H與Ca(OH)鋁酸三鈣C3A的水化鋁酸鈣C3A的水化行為在水泥水化早期特別重要純C3A與水反應(yīng)迅速，生產(chǎn)水化鋁酸鈣：C3A+18H2O

[C2AH8+C4AH13]C3AH6(不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物)(穩(wěn)定產(chǎn)物)

這一反應(yīng)導(dǎo)致水泥漿閃凝或假凝，必須避免！避免閃凝的有效途徑——加入石膏CaSO4

2H2O這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！這一發(fā)明是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。石膏緩凝機(jī)理：鈣釩石的形成反應(yīng)(1)速度比純C3A的反應(yīng)(3)慢；在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。鐵鋁酸四鈣C4AF的水化鐵鋁酸四鈣C4AF與水發(fā)生類(lèi)似于C3A的水化反應(yīng)，也形成類(lèi)似的產(chǎn)物鈣釩石和單硫型水化物：

C4AF+7HC3AFH6

＋CFH

C4AF

+3C?·H2+26H

C3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+20H

C3(A,F)·C?3·H16C4AF水化物的組成是可變的，屬于鋁酸鹽與鐵酸鹽的固溶體，并由鐵相凝膠產(chǎn)生。C4AF的水化反應(yīng)對(duì)整個(gè)水泥的行為影響較小。水泥熟料礦物強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線示意圖單一水泥顆粒在大量水中的水化過(guò)程模型新拌1小時(shí)后數(shù)小時(shí)后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶體水泥顆粒水水泥顆粒分散在水中形成水泥漿體硅酸鹽水泥水化物理過(guò)程模型水泥水化物膜層水泥顆粒的水化從表面開(kāi)始，在表面形成水化物膜層——誘導(dǎo)期水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，進(jìn)入潛伏期。在滲透壓的作用下，膜層破裂、擴(kuò)展，占據(jù)原來(lái)被水占據(jù)的空間，進(jìn)入凝結(jié)期。凝結(jié)期：水化物不斷填充被水占據(jù)的空間，成為連續(xù)相，拌和水不斷減少，并被水化物分割成非連續(xù)相。隨著水泥顆粒的不斷水化，水化物不斷填充毛細(xì)孔和水所占據(jù)的空間，固體相成為連續(xù)相，并具有一定強(qiáng)度。進(jìn)入硬化期。先在固－液界面發(fā)生，水化物圍繞每顆水泥顆粒未水化的內(nèi)核區(qū)域沉積；早期水化物在顆粒上形成表面膜層，阻礙了進(jìn)一步反應(yīng)——進(jìn)入潛伏期；因滲透壓或Ca(OH)2的結(jié)晶或二者，水化物膜層破裂，導(dǎo)致水化繼續(xù)迅速進(jìn)行——進(jìn)入水化的加速期；隨著水化的不斷進(jìn)行，水占據(jù)的空間越來(lái)越少，水化物越來(lái)越多，水化物顆粒逐漸接近，構(gòu)成較疏松的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿失去流動(dòng)性，可塑性降低——凝結(jié)；由于水泥內(nèi)核的繼續(xù)水化，水化物不斷填充結(jié)構(gòu)網(wǎng)中的毛細(xì)孔隙，使之越來(lái)越致密，空隙越來(lái)越少，水化物顆粒間作用增強(qiáng)，導(dǎo)致漿體完全失去可塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度——硬化。水泥漿凝結(jié)硬化的物理過(guò)程熟料礦物水化物量隨時(shí)間的增長(zhǎng)情況隨著水泥的水化，水化產(chǎn)物量不斷增加，水化物固相所占據(jù)的空間越來(lái)越多，而原來(lái)由水占據(jù)的空間越來(lái)越少，固體連續(xù)相逐漸形成。水灰比0.55的水泥漿水化1天黑色箭頭指示部分水化物殼層；白色箭頭指示完全水化物殼層。水泥漿凝結(jié)硬化過(guò)程的微觀觀察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥漿水化9個(gè)月I,：C-S-H內(nèi)產(chǎn)物相;A：鐵相/CH;B：水化belite;白色箭頭指示完全水化物殼層水泥漿中氫氧化鈣的生長(zhǎng)3天7天28天365天應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問(wèn)題水泥生產(chǎn)中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應(yīng)很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的聚集，Al3＋對(duì)凝膠微粒聚集有促進(jìn)作用；石膏與C3A反應(yīng)形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應(yīng)速度減緩，并減少了溶液中的Al3＋濃度，延緩了水泥漿的凝結(jié)速度。為什么水泥硬化后能產(chǎn)生強(qiáng)度？水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹?lái)越致密的固體；在漿體硬化過(guò)程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)生的強(qiáng)度越來(lái)越高。

水泥漿體強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律是什么？

水泥漿體的強(qiáng)度隨齡期而逐漸增長(zhǎng)，早期增長(zhǎng)快，后期增長(zhǎng)較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強(qiáng)度可在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)增長(zhǎng)。這與水泥礦物的水化反應(yīng)規(guī)律是一致的。為什么強(qiáng)度發(fā)展與環(huán)境溫、濕度有關(guān)？

水泥的水化需要水，如果沒(méi)有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度就會(huì)減緩水泥的凝結(jié)硬化。為什么水泥的儲(chǔ)存與運(yùn)輸時(shí)應(yīng)防止受潮？

水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強(qiáng)度大為降低。

應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問(wèn)題（1）水泥礦物組成（2）水泥細(xì)度（3）養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）與時(shí)間（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加劑水泥凝結(jié)硬化的主要影響因素

水泥漿的凝結(jié)硬化取決于水泥的水化，水泥水化速度是礦物組成及其含量、粉磨細(xì)度、溫度和水灰比的函數(shù)：

R(t)=f(C3S)·f(細(xì)度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時(shí)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＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝結(jié)硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝結(jié)硬化速度越慢；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(jié)較快；過(guò)多，凝結(jié)硬化影響不大。石膏摻量對(duì)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(shí)間(h)石膏摻量增加：放熱速度減慢放熱峰延后石膏摻量對(duì)C3A與硅酸鈣漿體初凝時(shí)間的影響石膏摻量增加，凝結(jié)硬化加快；摻量達(dá)到一定后，再增加，影響不大。水泥顆粒細(xì)度的影響水泥顆粒越細(xì)，水化速度越快，為什么？答：水泥的水化反應(yīng)是液－固異相反應(yīng)，反應(yīng)首先發(fā)生在液－固界面上；水泥顆粒越細(xì)，比表面積越大，界面區(qū)越大，反應(yīng)點(diǎn)越多，因此水化速度越快。比表面積m2/kg放熱速度時(shí)間/小時(shí)細(xì)度(比表面積)對(duì)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(shí)間的關(guān)系水化度(%)比表面積(m2/cm3)水泥細(xì)度FinenessofCement粒徑：<3μm水化非常迅速，需水量增大；

<40μm水化較慢，內(nèi)芯難以水化。

>90μm幾乎接近惰性。溫度與濕度的影響溫度升高，水化反應(yīng)加快，凝結(jié)硬化加速，為什么？溫度升高10

C，速度加快一倍。溫度低于0

C時(shí)，水化反應(yīng)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(dǎo)期時(shí)間縮短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(zhì)量之比(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(jié)硬化所需時(shí)間越長(zhǎng)；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。未水化水泥毛細(xì)孔水泥凝膠體積比水灰比長(zhǎng)時(shí)間放置在水中的水泥漿體水化最終生成物問(wèn)題？水泥凝結(jié)硬化速度快，有什么不利影響？答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結(jié)硬化形成的微結(jié)構(gòu)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(shí)產(chǎn)生大量微裂縫，致使結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度與滲透性（耐久性）受到嚴(yán)重影響。水泥宜在什么條件下凝結(jié)硬化？答：水泥宜在常溫(20±10

C)與相對(duì)濕度較高的條件下，凝結(jié)硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化所需水分供應(yīng)充足的條件。水泥石的腐蝕與預(yù)防

基本概念：在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質(zhì)的作用，其組成和結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化或受到損害，導(dǎo)致性能改變、強(qiáng)度下降等。水泥是結(jié)構(gòu)的腐蝕可分為物理腐蝕和化學(xué)腐蝕。水泥石腐蝕性破壞外因：環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等水泥石腐蝕性破壞內(nèi)因：水泥石內(nèi)存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質(zhì)侵入提供了通道；水泥石內(nèi)有在某些腐蝕性介質(zhì)下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細(xì)孔通道的共同作用加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞

軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

機(jī)理：當(dāng)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；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(dǎo)致水化物分解、溶失和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。破壞形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密實(shí)度下降，孔縫增多、強(qiáng)度降低，直至整體破壞。

預(yù)先在空氣中碳化，可一定程度上阻止溶出性侵蝕。鹽類(lèi)腐蝕

硫酸鹽的腐蝕腐蝕機(jī)理：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石（高硫型水化硫鋁酸鈣），其體積增加1.5倍，引起水泥石的破壞。當(dāng)硫酸鈣濃度高時(shí)，他們可直接結(jié)晶，生成二水石膏晶體，造成膨脹壓力，引起破壞。鎂鹽的腐蝕

腐蝕機(jī)理：主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應(yīng)，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。

鈣礬石水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內(nèi)部形成膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開(kāi)裂酸類(lèi)腐蝕

腐蝕機(jī)理：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(yīng)生成可溶性鹽。另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會(huì)導(dǎo)致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。破壞形式：溶失性破壞，組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生很大改變。

水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落強(qiáng)堿腐蝕腐蝕機(jī)理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應(yīng)，生成可溶性鋁酸鹽。當(dāng)介質(zhì)中強(qiáng)堿濃度較高時(shí)，會(huì)造成水泥石的嚴(yán)重破壞。水泥耐蝕性的定量表示

——耐蝕系數(shù)同齡期下，水泥試件在侵蝕性溶液中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度與在淡水中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度之比。防止水泥石腐蝕的措施

主要針對(duì)引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施，根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩(wěn)定組分的含量；提高水泥石的密實(shí)度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。

問(wèn)題？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對(duì)水泥的耐腐蝕性有什么作用？為什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的能力。因?yàn)?，化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。Summary物理力學(xué)性能密度強(qiáng)度體積穩(wěn)定性細(xì)度水化熱耐久性能軟水腐蝕鹽類(lèi)腐蝕酸類(lèi)腐蝕強(qiáng)堿腐蝕為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能施工性能凝結(jié)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量通用硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)及選用硅酸鹽水泥水化、凝結(jié)與硬化速度快，早期強(qiáng)度高。水化熱大，且放熱較集中。抗凍性好，干縮性相對(duì)較小，耐磨性好。耐腐蝕性差。水化產(chǎn)物中有較多的氫氧化鈣。耐熱性差。環(huán)境溫度100℃以上時(shí)，強(qiáng)度有所提高；溫度超過(guò)250℃，強(qiáng)度開(kāi)始下降；溫度超過(guò)400℃后，強(qiáng)度明顯下降；超過(guò)700℃以上后，發(fā)生嚴(yán)重破壞。（普通硅酸鹽水泥）普通水泥的抗凍、耐磨等性能較硅酸鹽水泥稍差；同等級(jí)時(shí)，普通水泥早期硬化速度表現(xiàn)稍慢，3d抗壓強(qiáng)度也稍低。通用硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)及選用高摻量混合材硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)潛力大。水化熱低。較好的軟水侵蝕和硫酸鹽侵蝕抵抗能力。對(duì)溫度敏感，適合高溫養(yǎng)護(hù)?？箖鲂暂^差，耐磨性較差?？固蓟芰^差。耐熱性較強(qiáng)。硬化后干縮較大。保水性較差，泌水性較大。通用硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)及選用硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期強(qiáng)度高；水化熱較大；抗凍性較好；耐蝕性差；干縮較小與硅酸鹽水泥基本相同早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化熱較低；耐熱性好；耐蝕性較強(qiáng)；抗凍性差；干縮性較大；泌水較多早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化熱較低；耐蝕性較強(qiáng)；抗抗?jié)B性好；抗凍性差；干縮性大早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度才長(zhǎng)較快；水化熱較低；耐蝕性較強(qiáng)；干縮性較小；抗裂性較高；抗凍性差適用范圍一般土建工程中鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；受反復(fù)冰凍作用的結(jié)構(gòu)；配制高強(qiáng)混凝土高溫車(chē)間和有耐熱耐火要求的混凝土結(jié)構(gòu)；大體積混凝土結(jié)構(gòu)；蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件；有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程地下、水中大體積混凝土結(jié)構(gòu)和有抗?jié)B要求的混凝土結(jié)構(gòu)；蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件；有杭硫酸鹽侵蝕要求的工程地上、地下及水中大體積混凝土結(jié)構(gòu)；蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件；抗裂性要求較高的構(gòu)件；有抗硫酸鹽侵蝕要求的工程不適用大體積混凝土結(jié)構(gòu)；受化學(xué)及海水侵蝕的工程早期強(qiáng)度要求高的工程；有抗凍要求的混凝土工程處在干燥環(huán)境中的混凝土工程；其他同礦渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同礦渣水泥白色硅酸鹽水泥（彩色硅酸鹽水泥）

組成特點(diǎn)：水泥中的氧化鐵的含量低于水泥質(zhì)量的0.5%。性能特點(diǎn)：外觀為白色，按白度分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)；技術(shù)要求與普通水泥同。強(qiáng)度等級(jí)分為32.5,42.5和52.5三個(gè)等級(jí)細(xì)度（80μm方孔篩篩余不超過(guò)10%），初凝≥45min，終凝≤600min彩色硅酸鹽水泥（相當(dāng)于白色硅酸鹽水泥加入著色劑和混合材）強(qiáng)度等級(jí)分為27.5，32.5和42.5三個(gè)等級(jí)細(xì)度（80μm方孔篩篩余不超過(guò)6%），初凝≥60min，終凝≤600min應(yīng)用特點(diǎn)：

白水泥熟料與顏料、石膏共同磨細(xì)可制得彩色水泥；主要用于建筑室內(nèi)外裝飾等。道路硅酸鹽水泥由道路硅酸鹽水泥熟料，適量石膏，加入0~10%符合要求的?；郀t礦渣、?；姞t磷渣或鋼渣等活性混合材料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為道路硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱(chēng)道路水泥），代號(hào)P·R。組成特點(diǎn)：水泥熟料主要礦物——硅酸鈣和鐵鋁酸鈣鐵鋁酸四鈣高，C4AF的含量≥16.0％，C3A≤5.0%。性能特點(diǎn)：初凝時(shí)間較長(zhǎng)，≥1h；抗折強(qiáng)度高；耐磨性好，磨損率≤3.60kg/m2；抗裂性好，28d干縮率≤0.10%；使用特點(diǎn)：主要用于混凝土路面工程?？沽蛩猁}水泥組成特點(diǎn)：

C3S、C3A的含量低，要求C3S的含量低于50.0~55.0%；C3A的含量低于5.0~3.0%。（為什么？）性能特點(diǎn)：具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵蝕能力，抗蝕能力以抗硫酸鹽腐蝕系數(shù)F來(lái)評(píng)定。要求F≥0.8。中抗硫水泥中，C3S和C3A的計(jì)算含量分別不應(yīng)超過(guò)55.0％和5.0％；高抗硫水泥中C3S<50.0％，C3A<3.0％；燒失量應(yīng)小于3.0％，水泥中SO3含量小于2.5％；水泥比表面積不得小于280m2/kg；凝結(jié)時(shí)間初凝不早于45min，終凝不遲于600min。

應(yīng)用特點(diǎn)：主要用于受硫酸鹽腐蝕的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和橋梁基礎(chǔ)等工程。

中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥組成特點(diǎn)：熟料中C3S、C3A的含量較低，后一種摻加20~60%的?；郀t礦渣。性能特點(diǎn)：水化熱低，凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，中熱水泥抗凍性和耐磨性較好。應(yīng)用特點(diǎn)：適用于大體積混凝土，如大壩水利工程；和要求低水化熱、高抗凍性和耐磨性的工程。快硬硅酸鹽水泥組成特點(diǎn)：熟料中C3S、C3A的含量較高，石膏的摻量略大（其中SO3≤4.0%）。性能特點(diǎn)：水泥的細(xì)度較細(xì)，凝結(jié)硬化快，早期強(qiáng)度增進(jìn)率高。應(yīng)用特點(diǎn)：早期強(qiáng)度要求高、緊急搶修、低溫施工工程和高標(biāo)號(hào)混凝土預(yù)制構(gòu)件等。膨脹水泥和自應(yīng)力水泥組成特點(diǎn)：含有在水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程中能產(chǎn)生適量體積膨脹的成分，如：氧化鈣、氧化鎂、硫鋁酸鈣、明礬石、石膏等。種類(lèi)：硅酸鹽型、鋁酸鹽型、硫鋁酸鹽型。性能特點(diǎn)：凝結(jié)硬化過(guò)程中體積不收縮，而略有膨脹，提高密實(shí)性和抗?jié)B性。應(yīng)用特點(diǎn)：可用于配制防水砂漿和防水混凝土、管道接頭、堵縫和自應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程和構(gòu)件等。

鋁酸鹽水泥（高鋁水泥）定義：鋁酸鹽水泥是以鋁釩土和石灰石為原料，經(jīng)鍛燒（至熔融狀態(tài)）后所得以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量約為50%的熟料，再經(jīng)磨制成的水硬性膠凝材料。由于它是以礬土為主要原料，且其鋁含量較高，故又被稱(chēng)為礬土水泥或高鋁水泥；因?yàn)樗哂心透邷氐奶攸c(diǎn)，故又稱(chēng)為耐火水泥。主要礦物有：鋁酸一鈣CaO

Al2O3CA，50%~70%；鋁酸鹽水泥的水化和硬化主要取決于鋁酸一鈣的水化及其水化物的結(jié)晶。特點(diǎn)及應(yīng)用快凝早強(qiáng)，1d強(qiáng)度可達(dá)最高強(qiáng)度的80%以上。水化熱大，且放熱量集中，1d內(nèi)放熱占總量的70%～80%?？沽蛩猁}性能很強(qiáng)，因其水化后無(wú)Ca(OH)2及水化鋁酸三鈣。耐熱性好，能耐1300～1400℃高溫。長(zhǎng)期強(qiáng)度要降低，一般降低40%～50%。各種搶修工程、緊急軍事工程；高溫窯爐的爐體和爐襯、高溫車(chē)間的部分結(jié)構(gòu)等；可以用于某些腐蝕環(huán)境中的工程。硫鋁酸鹽水泥定義：以適當(dāng)成分的生料，經(jīng)煅燒所得以無(wú)水硫鋁酸鈣3(CaO·Al2O3)·CaSO4和β型