无机非金属课件：第十四章　硅酸盐水泥.ppt

1、第十四章硅酸盐水泥第十四章硅酸盐水泥(Portland cement) 在中国硅酸盐辞典中，将水泥的概念定义为：在中国硅酸盐辞典中，将水泥的概念定义为：凡以适当的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸凡以适当的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏磨钙为主的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏磨细制得的水硬性胶凝材料，称之为硅酸盐水泥。细制得的水硬性胶凝材料，称之为硅酸盐水泥。 GB 175-1999规定：硅酸盐水泥熟料，规定：硅酸盐水泥熟料，0%-5%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏制成。石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏制成。 水硬性：粉末状水泥与水泥混合后，经水硬性：粉末状水泥

2、与水泥混合后，经过一系列复杂的物理化学反应，可由可过一系列复杂的物理化学反应，可由可塑性浆体变成坚硬的石状体，将散粒材塑性浆体变成坚硬的石状体，将散粒材料胶结成整体，这一过程是水化在水环料胶结成整体，这一过程是水化在水环境下完成的，同时可以在水中更好的保境下完成的，同时可以在水中更好的保持石状体的概念。持石状体的概念。 水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥是一种水硬性胶凝材料。 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号P.。 普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。 矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号矿

3、渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。 火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。 粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号复合水泥，代号P.C。水泥的分类水泥的分类六大通用水泥六大通用水泥 还有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、还有其他水泥：如快硬水泥、油井水泥、彩色水泥、防辐射水泥等。彩色水泥、防辐射水泥等。14.2硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产 (两磨一烧两磨一烧) (1)生料的配制与粉磨生料的配制与粉磨 (2)硅酸盐水泥的煅烧硅酸盐水泥的煅烧 (3)

4、水泥熟料的粉磨水泥熟料的粉磨14.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 矿物名称矿物名称 化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量 硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 4462 硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1830 铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 512 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018 其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝其中，硅酸三钙和硅酸二钙为强度组分，铝酸三钙和铁铝酸四钙为熔剂组分。酸四钙为熔剂组分。 其他还有少部分其他还有少部分f-CaO、f-MgO及及玻璃体玻璃体等等14.

5、4硅酸盐水泥的水化和硬化硅酸盐水泥的水化和硬化q 1、水化、水化 q 水化反应水化反应q 石膏作用原理石膏作用原理q 水化产物水化产物q 2、 凝结与硬化凝结与硬化q 何为凝结硬化？何为凝结硬化？q凝结硬化过程凝结硬化过程q影响因素影响因素 水化反应水化反应 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。应，生成各种水化物。2 2C C3 3S + 6HS + 6H2 2O = C-S-H + 3Ca(OH)O = C-S-H + 3Ca(OH)2 2 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶2C2C2 2S + 4HS +

6、 4H2 2O = C-S-H + Ca(OH)O = C-S-H + Ca(OH)2 2 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶C C3 3A + 6HA + 6H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2 水化铝酸三钙水化铝酸三钙4C4C4 4AF + 7HAF + 7H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaOO + CaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 水化铁酸一钙水化铁酸一钙 水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶六方板结晶六方板结晶水化速度最快；水化速度最快

7、；闪凝闪凝 立方板状结晶立方板状结晶 水化速度快，早强水化速度快，早强 水化速度慢，后强水化速度慢，后强 立方体结晶立方体结晶 水化速度适中水化速度适中 石膏作用原理石膏作用原理石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体（称为钙矾石）。（称为钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥颗粒内部，从而阻碍了铝酸三钙的水化，降低了水泥的水化速入水泥颗粒内部，从而阻碍了铝酸三钙的水化，降低了水泥的水化速度，使水泥的凝结时间得以延缓。度，使水

8、泥的凝结时间得以延缓。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。为什么石膏用量不能过多，这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到为什么石膏用量不能过多，这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。答案。3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaSOO + CaSO4 4 2 2H H2 2O O + H+ H2 2O = O = 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 3 3CaSOCaSO4 4 32 32H H2 2O O 高硫型水化铝酸钙（高硫型水化铝酸钙（AFTAFT）水化产物水化产物 硅酸盐

9、水泥水化后生成的主要水化产物有硅酸盐水泥水化后生成的主要水化产物有：水化硅酸钙（水化硅酸钙（C-S-HC-S-H）：）：70%70%氢氧化钙氢氧化钙（Ca(OH)Ca(OH)2 2）：）：20%20%水化铝酸钙（水化铝酸钙（ 3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O O ）水化铁酸钙（水化铁酸钙（ CaOCaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O ）水化硫铝酸钙（钙矾石）（水化硫铝酸钙（钙矾石）（CaOCaO AlAl2 2O O3 3 3 3CaSOCaSO4 4 32 32H H2 2O O ）凝结与硬化凝结与硬化q凝结凝结 水泥加水拌合后形成具有一定

10、流动性和可塑性的浆体，随着水水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体，随着水化的不断进行，水分的不断蒸发，起润滑作用的自由水分逐渐减化的不断进行，水分的不断蒸发，起润滑作用的自由水分逐渐减少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分q硬化硬化 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。展成为坚硬的水泥石的过程。 水泥的凝结硬化过程由以下四个过程组成。水泥的凝结硬化过程由以下四个过程组成。凝结硬化过程凝结硬化过程初始反应期初始反应期潜伏期潜

11、伏期凝结期凝结期硬化期硬化期初始的水解和水化，约持续初始的水解和水化，约持续510分钟。分钟。流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒生长，流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒生长，1h。凝胶膜破裂、水化产物长大并连接，水泥颗粒进一步水化凝胶膜破裂、水化产物长大并连接，水泥颗粒进一步水化6h。多孔的空间网络。多孔的空间网络-凝聚结构，失去可塑性。凝聚结构，失去可塑性。 凝胶体填充毛细管，凝胶体填充毛细管， 6h 若干年硬化石状体密实空间网。若干年硬化石状体密实空间网。凝结硬化过程凝结硬化过程示意图示意图（a）分散在水中未水化的水泥）分散在水中未水化的水泥颗粒颗粒（b）在水泥颗粒表面形成水化）在水泥

12、颗粒表面形成水化物膜层物膜层（c）膜层长大并互相连接（凝）膜层长大并互相连接（凝结）结）（d）水化物进一步发展，填充）水化物进一步发展，填充毛细孔毛细孔(硬化硬化) 1水泥颗粒水泥颗粒 2水分水分 3凝胶凝胶 4晶体晶体 5水泥颗粒的未水化内核水泥颗粒的未水化内核 6毛细孔毛细孔水泥水化凝结硬化中可能出现的不正常现象： 1瞬凝：水泥中不加石膏或石膏量不足，使水泥发生“瞬凝”现象（急凝），其特征是水泥浆很快凝结成一种粗糙的、非塑性的混合物，并放出大量的热。 2假凝：主要是由于石膏加入到熟料中一起粉磨时，石膏失水，当水泥拌合水后，石膏先吸水，使水泥浆失去流动性，此为“假凝”。 3石膏量掺入过多，也

13、会引起凝结过快，同时，会引起水泥石的膨胀而破坏。 熟料中C3A高或碱含量高，石膏量可适当增加，而熟料SO32-较多时，则应减少石膏掺量。 4长时间不凝缓凝组分加的太多。矿物组分对水泥水化凝结及硬化后性能影响： 水化反应速度： C3AC3SC4AFC2S 水化放热量： C3AC3SC4AFC2S 早期强度： C3SC3AC4AFC2S 后期强度： C2SC3SC4AFC3A 耐腐蚀性： C4AFC2SC3SC3A 干缩性： C3AC3SC4AFC2S水泥石体积的变化(deformation of hardened cement1化学收缩(chemical shrinkage)：水泥在水化过程，由

14、水泥熟料水化成水化产物，由于这一过程产生的收缩叫化学收缩。 原因：水泥水化后的固相体体积比水化前大，虽然如此，就整个水泥水体系来讲，体积反而有的减少，其原因是主要原因是水化前体系体积包括固、液相，虽然反应生成物固相增大，但总体积减小。2干燥收缩（失水收缩）(dry-shrinkage)3碳化收缩(carbonation shrinkage) 当空气中有适当的湿度时，CO2+H2O会引起水泥石收缩CO2+H2O与Ca(OH)2不断作用。CO2与水化物发生置换反应，而发生碳化收缩。影响水泥凝结硬化的因素影响水泥凝结硬化的因素 影响水泥凝结硬化的因素：水泥的矿物组成、细度、石膏掺量、影响水泥凝结硬化

15、的因素：水泥的矿物组成、细度、石膏掺量、水灰比、温度、湿度和龄期等水灰比、温度、湿度和龄期等影响因素影响因素矿物组成矿物组成细细 度度石膏掺量石膏掺量水灰比水灰比温度、湿度温度、湿度龄龄 期期14.5 硅酸盐水泥的主要技术性能硅酸盐水泥的主要技术性能1. 1. 密度密度2. 2. 细度细度( (分散度分散度) )3. 3. 需水量需水量4. 4. 泌水性和保水性泌水性和保水性5. 5. 凝结时间凝结时间6. 6. 体积安定性体积安定性7. 7. 强度等级强度等级8. 8. 水化热水化热9. 9. 碱含量碱含量10. 10. 氯离子含量氯离子含量1 1密度密度 ( (Density) )一般在一

16、般在3.053.2间，其测试注意介质。与密度有关的因素：间，其测试注意介质。与密度有关的因素：c3Sc3S=3.25, =3.25, c2Sc2S=3.28, =3.28, c3Ac3A=3.04, =3.04, C4MC4M=3.71=3.71 存放时间越长，密度下降，这是因为水泥中的存放时间越长，密度下降，这是因为水泥中的f-f-CaO(=3.34)CaO(=3.34)吸水及吸收吸水及吸收COCO2 2，变成，变成Ca(OH)Ca(OH)2 2甚至甚至CaCOCaCO3 3(=2.23, =2.7)(=2.23, =2.7) 水泥欠烧比重小，过烧比重大水泥欠烧比重小，过烧比重大2 2细度（

17、分散度）细度（分散度）(Fineness)(Fineness) 水泥的细度是表示水泥磨细的程度或分泥分散度的指标。水泥的细度是表示水泥磨细的程度或分泥分散度的指标。 水泥细度的测试有两种方法：筛分法（水筛法或干筛法），水泥细度的测试有两种方法：筛分法（水筛法或干筛法），我国多用我国多用0.080(80nm)0.080(80nm)的方孔筛进行水筛或干筛，以其筛余百的方孔筛进行水筛或干筛，以其筛余百分数表征细度，一般筛余量分数表征细度，一般筛余量12%C3SC4AFC2S4泌水性与保水性泌水性与保水性 (water bleeding and water retentivity) 在拌制水泥浆以及砂

18、浆、砼时，为保证必要的和易性，往往加入比标准稠度用水量多的水。但是，水泥由于自重的原因，有可能下沉，而余水则向上移动被析出，从而使浆体分层，从而影响强度及耐久性等。（这一现象即称为泌水性） 与之有关的是保水性：此时余水不会析出，但当在真空抽吸时能析出，这种现象称为保水性。 减少泌水性的措施：增加水泥细度。增加C3A含量。掺入混合材。5凝结时间 (setting time) 凝结分为初凝和终凝。 初凝：水泥加水拌合时，到标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝：水泥加水拌合至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 硅酸盐水泥标准规定，初凝不得早于45min，终凝不迟于6h30m

19、in。 影响水泥凝结的因素：矿物组分，C3A越高，凝结越快。水泥细度。环境温、湿度。缓凝组分：a.石膏。b.缓凝剂及促凝剂。C.矿物掺合料。（特别是FA）6体积安定性(soundness) 水泥石硬化后，产生不均匀的体积变化，即体积安定性不良。 体积稳定性的危害：引起建筑物的破坏、构件崩溃。 原因：熟料中的f-CaO太多控制方法：沸煮法测定。熟料中的f-MgO太多 5.0%。掺入的石膏太多 3.5%。 、：一般是由于熟料烧结时温度高于石灰烧结时的温度，熟料中的f-CaO和f-MgO成死烧状态，而过熟的f-Ca与f-Mg熟化慢，待水泥凝结酸化后还在熟化，导致水泥石体积安定性不良。（熟化后体积膨胀

20、，水泥石开裂） ：主要是由于过量的石膏与C3A的水化物水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫酸钙，体积膨胀1.5倍，也引起水泥石开裂。 安定性测试：饼法雷化法。主要是促使f-CaO熟化）7强度等级(水泥标号)(strength grade) 强度是材料在外力荷载作用下，材料抵抗破坏的能力。（水泥硬化以后石的强度） 水泥强度与矿物组分和水泥细度关系明显。 影响强度的因素:水泥细度。水灰比。矿物组分：C3S早强与后期强度都高，而C2S早期强度较低，后期增长快，一年后可能超过C3S，C4AF和C3A早强都较高，但后期无增长。环境条件。 测定的方法有两种：硬练法、软练法。硬练法是采用干硬性成型的方法；软练法

21、是采用塑性成型的方法。它们之间的差别在于标准砂的掺入量，试件尺寸，成型方法，养护条件以及破型方法等都不相同。我国过去是采用的硬练法成型及定标号的试验方法标准。用这种方法来确定水泥标号，与干硬性混凝土的相关性较好，但是对我国目前大量使用塑性混凝土的相关性较差，特别对掺活性混合材料的硅酸盐水泥，如矿渣水泥、火山灰质水泥所配制的混凝土的相关性更差。 采用软练法定水泥标号的测定方法与塑性混凝土的相关性较好。根据我国的国情，又通过大量的试验，制定了一套软练标准的试验方法（GB17592）。为了使我国在加入世界贸易组织后，水泥强度检验方法能与国际标准接轨，参考ENV 197-1：1995欧洲水泥试行标准，

22、我国于1999年7月30日批准发布了第5次修订的的水泥标准，即：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-1999），并已于2001年4月1日正式实施，原GB175-92已于2000年12月1日起废止。 2008年月日，通用水泥国家标准GB175-2007替代GB175-1999、GB1344-1999、GB12958-1999 根据国标GB1752007规定，硅酸盐水泥分为42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R六个强度等级；强度等级的测试龄期为7天和28天，测试指标分别为两个龄期的抗者强度和抗压强度。品 种强度等级抗 压 强 度抗 折 强 度3d28d3d28d硅酸盐

23、水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.062.5R32.05.5普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0品 种强度等级抗 压 强 度抗 折 强 度3d28d3d28d普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥32.510.032.52

24、.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.58水化热水化热 (heat of hydration) 产生的原因：水化放热反应。产生的原因：水化放热反应。 矿物组分放热速度不同：矿物组分放热速度不同：C C3 3ACAC3 3SCSC4 4AFCAFC2 2S S。 影响水化热的因素：总的放热量一样，但可以控影响水化热的因素：总的放热量一样，但可以控制放热速度。制放热速度。 大体积禁用硅酸盐水泥，普硅也应控制使用。大体积禁用硅酸盐水泥，普硅也应控制使用。 水化热利用水化热利用自养护温度：

25、自养护温度： 消除水化热不利影响措施：低热水泥、冷却导流浇消除水化热不利影响措施：低热水泥、冷却导流浇注温度、养护等。注温度、养护等。9.水泥的碱含量 (alkali content) 碱集料反应问题 若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示不得大于0.6 。10. 氯离子含量 (Chloride content) Cl-的危害 Cl-含量: 要求不大于0.06%废品水泥和不合格水泥废品水泥和不合格水泥GB175-2007GB175-2007硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定：规定： 凡凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定

26、性氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合中任一项不符合 本标准规定时，均为本标准规定时，均为废品废品。 凡凡细度、终凝时间细度、终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺中任一项不符合本标准规定或混合材料掺 加量超过最大限量和低于商品强度等级指标时为加量超过最大限量和低于商品强度等级指标时为不合格品不合格品。 若仅强度一项不合格若仅强度一项不合格, ,可降级使用可降级使用. .水泥石的腐蚀和防止水泥石的腐蚀和防止 1 1、简介、简介2 2、腐蚀类型、腐蚀类型3 3、腐蚀原因、腐蚀原因4 4、腐蚀的防止措施、腐蚀的防止措施1 1、简、简 介介 水泥石硬化后水泥石硬化后, ,在正常条件

27、下在正常条件下, ,即在潮湿环境或水中即在潮湿环境或水中, ,仍可以逐渐仍可以逐渐 硬化并不断增长强度硬化并不断增长强度。 水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中在一些腐蚀性介质中, ,水泥石的结构会遭到破坏水泥石的结构会遭到破坏, ,强度和耐久强度和耐久性降低甚至完全破坏的现象性降低甚至完全破坏的现象. . 腐蚀类型腐蚀类型软水腐蚀软水腐蚀, ,盐类腐蚀盐类腐蚀, ,酸类和碱类腐蚀酸类和碱类腐蚀2 2、腐蚀类型、腐蚀类型1 1、软水腐蚀、软水腐蚀水泥石长期接触软水水泥石长期接触软水Ca(OH)2不断被溶出不断被溶出PH 下下 降降其它含钙矿物可能分解其它含钙矿物可能分解（C-S-H，C3

28、AH6等）等）Ca(OH)2 SiO2 无胶凝性，无胶凝性，水泥石结构水泥石结构破坏破坏 软水：雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等软水：雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等 腐蚀机理：溶出性侵蚀腐蚀机理：溶出性侵蚀 腐蚀原因：腐蚀原因： Ca(OH)2相对溶解度大，易溶于水相对溶解度大，易溶于水 腐蚀条件：流水破坏性大；静止水破坏性不大腐蚀条件：流水破坏性大；静止水破坏性不大2 2、酸类腐蚀、酸类腐蚀 一般酸的腐蚀：一般酸的腐蚀： 酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙发生中和反应，破坏水泥石的结构。酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙发生中和反应，破坏水泥石的结构

29、。其反应产物可能溶于水中而流失其反应产物可能溶于水中而流失溶解性侵蚀。溶解性侵蚀。 例例2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O其反应产物可能发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂其反应产物可能发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂 膨胀性侵蚀。膨胀性侵蚀。 例例H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O 碳酸腐蚀：碳酸腐蚀： 雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙。中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙。 碳酸钙再与碳酸碳酸钙再

30、与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。 Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3)23 3、盐类腐蚀、盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀： 特特 点：点： 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中，硫酸盐与水泥石中当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中，硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀

31、，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。开裂，甚至崩溃。 由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。 举举 例：例：Na2SO4+ Ca(OH)2=CaSO4+Na OHCaOAl2O3 6H2O+CaSO4+H2O CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+Ca(OH)23 3、盐类腐蚀、盐类腐蚀 镁盐腐蚀：镁盐腐蚀： 特特 点：点： 以镁盐为介质的海水、地下水等。以镁盐为介质的海水、地下水等。 镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的或松软无胶凝性的物镁盐与水泥石中的成分反应，

32、生成易溶于水的或松软无胶凝性的物质，破坏水泥石。质，破坏水泥石。 举举 例：例：MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2 MgSO4 + Ca(OH)2 + H2O CaSO4 2H2O + Mg(OH)2易溶于水易溶于水结晶膨胀结晶膨胀无胶凝性无胶凝性 特特 点：点： 固态碱腐蚀性不大等。固态碱腐蚀性不大等。 碱性强的液态碱腐蚀性强：碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于碱性强的液态碱腐蚀性强：碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的或膨胀性的物质，破坏水泥石。水的或膨胀性的物质，破坏水泥石。 举举 例：例： CaOAl2O3 + NaOHNa2O Al2O3 + Ca(

33、OH)2 2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O4 4、碱类腐蚀、碱类腐蚀易溶于水易溶于水干燥、结晶、膨干燥、结晶、膨胀胀3 3、腐蚀原因、腐蚀原因 内因内因： 水泥石内存在易受腐蚀的成分，如氢氧化钙和水化铝酸钙水泥石内存在易受腐蚀的成分，如氢氧化钙和水化铝酸钙 ； 水泥石本身不密实，使侵蚀性介质容易进入其内部；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质容易进入其内部；外因外因： 腐蚀性介质腐蚀性介质4 4、腐蚀的防止措施、腐蚀的防止措施根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水如处于软水环境的工程，常选

34、用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。水侵蚀的抵抗能力强。提高混凝土的密实度。提高混凝土的密实度。如采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，如采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护如采用涂料、贴面等致密

35、的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀。水泥石不被腐蚀。对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用浸渍混凝土。对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用浸渍混凝土。 硅酸盐水泥的特性和应用硅酸盐水泥的特性和应用 凝结硬化快凝结硬化快强强 度度 高高 抗冻性好抗冻性好 水化热高水化热高适用于要求凝结硬化快、早强要求的工程，如冬季施工、预制、适用于要求凝结硬化快、早强要求的工程，如冬季施工、预制、现浇等工程；现浇等工程；适用于高强度混凝土工程和预应力钢筋混凝土等工程适用于高强度混凝土工程和预应力钢筋混凝土等工程适用于冬季施工及严寒地区反复遭受冻融的工程。如水工混凝土适用于冬季施工及严寒地区反复遭受冻融

36、的工程。如水工混凝土不宜用于大体积混凝土工程；但有利于低温季节蓄热法施工不宜用于大体积混凝土工程；但有利于低温季节蓄热法施工抗碳化性好抗碳化性好适用于空气中二氧化碳浓度高的环境（因水化后氢氧化钙含量较适用于空气中二氧化碳浓度高的环境（因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强）。多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强）。 耐热性差耐热性差 不适用于承受高温作用的混凝土工程（不适用于承受高温作用的混凝土工程（ 因氢氧化钙不耐高温）因氢氧化钙不耐高温） 耐磨性好耐磨性好适用于高速公路、道路和地面工程。适用于高速公路、道路和地面工程。 耐蚀性差耐蚀性差不适与淡水及海

37、水等腐蚀性介质接触。不适与淡水及海水等腐蚀性介质接触。硅酸盐水泥的特性和应用硅酸盐水泥的特性和应用 50 kg aluminium oxide 750 kg limestone硅酸盐水泥生料的配制 原料 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供CaO）粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足的氧化铁，后者是补充原料中不足的的氧化铁，后者是补充原料中不足的SiO2） 矿化剂矿化剂 工艺 干法干法湿法湿法 150

38、kg silicon oxide 50 kg iron oxide生料的制备方法有干法与湿法两种： 干法制备干法制备先将原料进行干燥，然后进行粉碎、混先将原料进行干燥，然后进行粉碎、混合、磨细呈粉状，再经过均化而制成的生料粉。合、磨细呈粉状，再经过均化而制成的生料粉。 湿法制备湿法制备先将石灰石破碎至先将石灰石破碎至8mm25mm的颗粒，的颗粒，同时将粘土压碎送入淘泥机进行淘洗，然后，将石灰同时将粘土压碎送入淘泥机进行淘洗，然后，将石灰石与粘土泥浆按配料要求，共同在生料磨中进行湿磨，石与粘土泥浆按配料要求，共同在生料磨中进行湿磨，所得生料浆可以用泵送入料浆库，在料浆库中对其化所得生料浆可以用泵

39、送入料浆库，在料浆库中对其化学成分再进行调整，符合要求后待备用。学成分再进行调整，符合要求后待备用。硅酸盐水泥的煅烧 窑型 立窑 回转窑 煅烧过程 水分蒸发水分蒸发生料预热生料预热生料分解生料分解熟料煅烧熟料煅烧熟料冷却熟料冷却立窑立窑旋窑旋窑水泥熟料水泥熟料生料生料水泥熟料水泥熟料生料生料硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙简称硅酸三钙简称A矿（矿（Alite) 硅酸三钙晶体结构特点：硅酸三钙晶体结构特点： （1）是晶体结构是）是晶体结构是SiO44-四面体四面体和和CaO610-八八面体交联而成；面体交联而成； （2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性；定性

40、； （3）结构中由于）结构中由于Al3+、Mg2+等离子的搀杂，而形等离子的搀杂，而形成固溶体，固溶体程度越大，矿物矿性越高。成固溶体，固溶体程度越大，矿物矿性越高。 （4）Ca2+的配位数得不到满足；的配位数得不到满足； （5）CaO610-八面体中八面体中O2-分布不规则，结构中分布不规则，结构中存在较大的空穴，水分或存在较大的空穴，水分或OH-容易进入，易利水容易进入，易利水化。化。硅酸二钙硅酸二钙B矿（矿（Blite) 硅酸二钙有四种晶型：硅酸二钙有四种晶型： -C2S、 -C2S、 -C2S、 -C2S。水泥中出现的是水泥中出现的是 -C2S 。 结构特点结构特点: （1）晶体结构是

41、由）晶体结构是由 SiO44-四面体四面体和和Ca 2+组成；组成； （2）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性；）在常温下存在的假稳态，具有热力学不稳定性； （3）结构中的钙离子具有不规则的配位，配位数不能）结构中的钙离子具有不规则的配位，配位数不能满足，因此活性较高；满足，因此活性较高； （4）杂质和稳定剂的存在，有利于固溶体的形成，能）杂质和稳定剂的存在，有利于固溶体的形成，能提高矿物的活性；提高矿物的活性； （5）没有象硅酸三钙那样的空穴，因此水化速度较慢。）没有象硅酸三钙那样的空穴，因此水化速度较慢。铝酸三钙铝酸三钙 C3A的结构特征：的结构特征： （1）C3A晶体结构中，晶体结

42、构中，Ca2+、Al3+具有不规则的配具有不规则的配位数，其中，处于配位数为位数，其中，处于配位数为6的钙离子与配位数为的钙离子与配位数为12的钙离子成松散联结，具有较大的活性。的钙离子成松散联结，具有较大的活性。 （2）在）在C3A晶体结构中，铝离子也具有两种配位晶体结构中，铝离子也具有两种配位数（数（4，6），即），即AlO45四面体四面体 AlO69八面体，而且其中八面体，而且其中AlO45四面体变了形的，四面体变了形的，因此活性较大。因此活性较大。 （3）在）在C3A结构中具有较大的孔穴，结构中具有较大的孔穴，OH离子容离子容易进入晶体内部，因此易进入晶体内部，因此C3A水化速度快。水

43、化速度快。铁铝酸四钙铁铝酸四钙 C4AF的结构特征：的结构特征： 这种高温状态下形成的固溶体，由于这种高温状态下形成的固溶体，由于Al3+取代取代Fe3+引起晶格能降低，因此活性比引起晶格能降低，因此活性比C3A矿物差，水化也较慢。矿物差，水化也较慢。（五）游离氧化钙和游离氧化镁（五）游离氧化钙和游离氧化镁 因为因为fCaO结构致密，不易水化，通常遇水结构致密，不易水化，通常遇水3天后才水化，同时由天后才水化，同时由CaO变成变成Ca(OH)2，体积，体积也显著增大也显著增大97.92，这对于已结硬的水泥石，这对于已结硬的水泥石，无疑是种破坏作用。在熟料中无疑是种破坏作用。在熟料中fCaO明显

44、超明显超过限量时，首先表现出水泥的抗折、抗拉强度过限量时，首先表现出水泥的抗折、抗拉强度降低，降低，3天后强度值倒缩，严重时甚至于引起天后强度值倒缩，严重时甚至于引起安定性不良，导致水泥制品变形或开裂。安定性不良，导致水泥制品变形或开裂。 游离氧化镁的水化比游离氧化镁的水化比fCaO更为缓慢，要几更为缓慢，要几个月甚至于几年才表现出来，由个月甚至于几年才表现出来，由MgO变成变成Mg(OH)2体积膨胀体积膨胀148，导致水泥安定性不，导致水泥安定性不良的现象会更严重。为此国家标准规定，水泥良的现象会更严重。为此国家标准规定，水泥熟料中熟料中MgO含量含量 5。（六）玻璃体（六）玻璃体 玻璃相也

45、是水泥熟料中的一个重要组成部分。检玻璃相也是水泥熟料中的一个重要组成部分。检验玻璃体含量，是将经过急冷的水泥熟料，用验玻璃体含量，是将经过急冷的水泥熟料，用10KOH水溶液及水溶液及1的硝酸酒精溶液进行处理，的硝酸酒精溶液进行处理，使在反射光下能清楚地观察出玻璃相。它呈黑色使在反射光下能清楚地观察出玻璃相。它呈黑色的包裹体，其组成是不定的，主要成分是的包裹体，其组成是不定的，主要成分是Al2O3，Fe2O3，CaO及少数及少数MgO和和R2O。玻璃相的形成。玻璃相的形成是由于熟料烧至部分熔融时，在骤冷条件下，部是由于熟料烧至部分熔融时，在骤冷条件下，部分液相来不及结晶，而呈无定形态，因而具有热分液相来不及结晶，而呈无定形态，因而具有热力学不稳定性，水化活性大。力学不稳定性，水化活性大。