土木工程材料：水泥

7.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。C3S

b-C2S

C3A

C4AF

FreeCaO

FreeMgO

OrdinaryPortlandcements

Sulphate-resistingandblast-furnacecements

Pozzolaniccements

Highaluminacements500

250

1340

420

1150

840

375-525

355-440

315-420

545-585各種熟料礦物的水化放熱量：J/g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1)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。8.

水泥的耐腐蝕性

2)鹽類(lèi)腐蝕（硫酸鹽、鎂鹽）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，其體積增加2.22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，造成膨脹壓力，引起破壞。

Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4?2H2O+2NaOHC3A+3CaSO4?2H2O+26H2O─C3A·3CaSO4·32H2OMgCl2+Ca(OH)2→CaCl2+Mg(OH)2

MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4?2H2O+Mg(OH)23)酸類(lèi)腐蝕

A:一般酸腐蝕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。

Ca(OH)2+2H+——Ca2++H2OB:碳酸腐蝕

Ca(OH)2+CO2+H2O——CaCO3

+H2OCaCO3+

CO2+H2O——Ca（HCO3）2水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落4)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)堿濃度較高是，會(huì)造成水泥石的嚴(yán)重破壞。

3CaO·Al2O3+6NaOH──Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2

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，

1.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；

2.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；

3.表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。五、硅酸鹽水泥的應(yīng)用和存放一、水泥混合材

在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)所加入的天然或人工礦物材料，均稱(chēng)為水泥混合材料。分為活性、非活性(惰性)兩大類(lèi)?！?.2摻混合材的硅酸鹽水泥

1.非活性混合材

與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。非活性（惰性）混合材料的品種：磨細(xì)石英砂石灰石粉粘土慢冷礦渣粉水泥熟料+石膏···2.活性混合材

能夠與水泥礦物或水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)的礦物質(zhì)混合材料——活性混合材?；钚越M分：SiO2、Al2O3常用品種：粉煤灰水淬礦渣火山灰水泥熟料+石膏···

活性混合材的作用1.火山灰反應(yīng)：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO

SiO2

nH2OxCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O2.稀釋作用減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中Ca(OH)2的含量。3.超細(xì)粉末的密實(shí)填充效應(yīng)

注：從工業(yè)生產(chǎn)角度水泥中加入混合材料可以：調(diào)整水泥強(qiáng)度等級(jí)、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量。二、摻混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6-20%混合材普通硅酸鹽水泥20-70%礦渣礦渣硅酸鹽水泥20-50%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P·CP·OP·SP·PP·F四、活性混合材水泥的共性密度較小2.70～3.10。強(qiáng)度等級(jí)要求較硅酸鹽水泥及普通水泥低。早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高。普硅水泥混合材水泥對(duì)養(yǎng)護(hù)溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護(hù)。P型水泥或P·O水泥混合材硅水泥水化熱較小。耐腐蝕性較好?？固蓟芰Σ?；抗凍性、耐磨性不及硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。五、活性混合材水泥的特性礦渣水泥：保水性差，泌水性大，干縮較大，耐熱性較好。火山灰水泥：易吸水，需水量較大，結(jié)構(gòu)較致密，抗?jié)B性和耐水性較好，體積收縮較大，干燥環(huán)境中“起粉”。粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量較低，干縮性較小，結(jié)構(gòu)致密，抗裂性較好。復(fù)合水泥：取決于所摻的混合材種類(lèi)。各種混合材料性能方面取長(zhǎng)補(bǔ)短，性能優(yōu)于單一混合材水泥。

以鋁礬土和石灰石為原料，按一定比例配合，經(jīng)煅燒、磨細(xì)所制得的一種以鋁酸鈣為主要礦物成分的水硬性材料，又稱(chēng)高鋁水泥。

1.鋁酸鹽水泥的礦物組成：鋁酸一鈣CaO

Al2O3CA，50%~70%；硅酸二鈣2CaO

SiO2C2S，七鋁酸十二鈣12CaO

7Al2O3，

C12A7

二鋁酸一鈣CaO

2Al2O3，

CA2

硅鋁酸二鈣2CaO

Al2O3

SiO2C2AS§5.3鋁酸鹽水泥

2.鋁酸鹽水泥的水化和硬化1.鋁酸一鈣的水化和硬化特點(diǎn)起決定作用。2.鋁酸一鈣的水化：

T≤20

CCA+10H2O—CAH10

20

C≤T≤30

C2CA+11H2O—C2AH8+AH3T≥30

C3CA+12H2O—C3AH6+2AH3

注：

CAH10

、C2AH8呈亞穩(wěn)態(tài)3.水化反應(yīng)集中在早期，而且，反應(yīng)速度較快，因此，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快；4.水化物是針片狀晶體，而且，穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生相互間的轉(zhuǎn)化，因而引起強(qiáng)度降低。3.鋁酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)1.外觀：黃色或黃褐色或灰色；2.密度與堆積密度：與硅酸鹽水泥相近；3.細(xì)度：80

m篩余不得超過(guò)10%；4.凝結(jié)時(shí)間：初凝≥30min，終凝≤6h；5.強(qiáng)度：見(jiàn)表5-4。4.鋁酸鹽水泥的性能與應(yīng)用

⑴凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高適用于緊急搶修工程。

⑵耐熱性好宜用于配制在900～1300℃使用的耐熱砼。

⑶抗?jié)B性及抗硫酸鹽性好可用于抗?jié)B性要求高及經(jīng)常與硫酸鹽等腐蝕介質(zhì)接觸的工程。

⑷水化熱大且放熱集中不宜用于大體積砼工程

⑸耐堿性很差不宜用于與堿接觸的砼工程。⑹不得與硅酸鹽水泥或石灰等能析出Ca(OH)2的材料混合使用,易出現(xiàn)閃凝。⑺不得用于高溫高濕環(huán)境，也不能在高溫季節(jié)施工或采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。⑻長(zhǎng)期性能下降不宜用于長(zhǎng)期承受荷載的工程.一、白色硅酸鹽水泥

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。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?！?.4其它水泥二、膨脹水泥和自應(yīng)力水泥1.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。2.種類(lèi)：硅酸鹽型、鋁酸鹽型、硫鋁酸鹽型。3.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。4.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。三、道路硅酸鹽水泥組成特點(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％。性能特點(diǎn)：初凝時(shí)間較長(zhǎng)，≥1.5h；抗折強(qiáng)度高；耐磨性好，磨損率≤3.00kg/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。四、抗硫酸鹽水泥組成特點(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。

五、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%的粒化高爐礦渣。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。六、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。七、快硬硫鋁酸鹽水泥

以鋁礬土、石灰石和石膏為原料,經(jīng)二磨一燒而成的水硬性膠凝材料。礦物組成無(wú)水硫鋁酸鈣（C3A3.CaSO4）、C2S為主。性能特