1、 土木工程材料引言43.1.1硅酸盐水泥的生产和矿物组成8 3.1.1.1 硅酸盐水泥的生产9 3.1.1.2 硅酸盐水泥的矿物组成.153.1.2硅酸盐水泥的水化与凝结硬化18 3.1.2.1 硅酸盐水泥的水化19 3.1.2.2 硅酸盐水泥的凝结硬化过程34 3.1.2.3 影响水泥凝结硬化的主要因素55小结 67目录无机胶凝材料无机胶凝材料铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥硅酸盐水泥 通用水泥 专用水泥 特性水泥 化学化学成分成分水泥性能性能用途用途引言无机胶凝材料无机胶凝材料特性水泥特性水泥 快硬水泥快硬水泥 膨胀水泥膨胀水泥 抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥 中热水泥中热水泥无机胶凝材料无机胶凝材料硅
2、酸盐水泥的历史 埃及时代 煅烧石膏金字塔 希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石快硬石灰砖石结构砂浆 希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂胶凝材料 罗马人 用火山灰、石灰与砂水硬性胶凝材料混凝土、砌块 中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点 14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起 17591759年, 英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合胶凝材料； 法国的Lesage 和Vicat，英国的Frost 和Parke，煅烧石灰与粘土混合物水泥 1824年，英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术 1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水
3、泥生产大规模化 无机胶凝材料无机胶凝材料硅酸盐水泥特性应用腐蚀与防止生 产矿物组成和特性技术标准定义3.1硅酸盐水泥无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.1 硅酸盐水泥的生产3.1.1.1 硅酸盐水泥的生产3.1.1.2 水泥熟料无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.1.1 硅酸盐水泥的生产无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料原料：石灰质原料（如石灰石、白垩等，主要提供氧化钙）黏土质原料（如黏土，提供氧化硅及氧化铝与氧化铁）辅助原料(铁矿石)矿化剂（萤石）硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“二磨一烧”无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料
4、无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.1.2 水泥熟料矿物组成无机胶凝材料无机胶凝材料水泥颗粒显微外貌无机胶凝材料无机胶凝材料名称 矿物成分简称 含量（%） 密度（g/cm3） 硅酸三钙3CaOSiO2C3S37-603.25硅酸二钙2CaOSiO2C2S15-373.28铝酸三钙3CaOAl2O3C3A7-153.04铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3C4AF10-183.77少量矿物：游离氧化钙和游离氧化镁及碱无机胶凝材料无机胶凝材料q 1. 水化水化 q 水化反应水化反应q 单矿物水化特点单矿物水化特点q 石膏作用原理石膏作用原理q 2. 凝结与硬化凝结与硬化q 何为凝结硬化？何为凝结硬
5、化？q 凝结硬化过程凝结硬化过程q3.影响水化、凝结与硬化的因素影响水化、凝结与硬化的因素3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化无机胶凝材料无机胶凝材料2 2C C3 3S + 6HS + 6H2 2O = C-S-H + 3Ca(OH)O = C-S-H + 3Ca(OH)2 22C2C2 2S + 4HS + 4H2 2O = C-S-H + Ca(OH)O = C-S-H + Ca(OH)2 2C C3 3A + 6HA + 6H2 2O = 3CaOO = 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O O2C2C4 4AF + 7HAF + 7H2 2O = 3CaOO
6、= 3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaOO + CaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O 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。反应，生成各种水化物。 水化反应水化反应 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；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 立方板状结晶立方板状结晶 水化速度适中水化速度适中 无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无
7、机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料含铁、铝相的水化OHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO2432224232313319)2(363高硫型水化硫铝酸钙钙矾石，AFt)123 ( 3)62( 2313324322322432OHCaSOOAlCaOOHOAlCaOOHCaSOOAlCaO低硫型水化硫铝酸钙AFm无机胶凝材料无机胶凝材料含铁、铝相的水化无机胶凝材料无机胶凝材料矿物种类矿物种类硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙缩写缩写C3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）3
8、7-6015-377-1510-18水化速度水化速度快快慢慢最快最快快快水化热水化热多多少少最多最多较多较多强度强度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蚀性抗腐蚀性好好好好差差极好极好收缩收缩中中较大较大大大小小无机胶凝材料无机胶凝材料例题矿物组成C3S/C2S/C3A/C4AF/A水泥6015169B水泥47281015以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量，请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。无机胶凝材料无机胶凝材料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）。晶
9、体（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度，使水泥的凝结时间得以延缓。的水化速度，使水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。3CaO3CaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + CaSOO + CaSO4 4 2 2H H2 2O O + H+ H2 2O O 3CaO 3CaO AlAl2 2O O3 3 3
10、 3CaSOCaSO4 4 32 32H H2 2O O无机胶凝材料无机胶凝材料2. 凝结与硬化凝结与硬化q何为凝结？何为凝结？ 水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体，随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少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和分逐渐减少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分。终凝之分。q何为硬化？何为硬化？ 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
11、泥石的过程。渐发展成为坚硬的水泥石的过程。无机胶凝材料无机胶凝材料水泥的硬化机理cement+waterpaste溶解沉淀反应理论就地反应理论(局部反应理论)无机胶凝材料无机胶凝材料溶液中的反应 机理：溶解机理：溶解 扩散扩散 沉淀沉淀离子在水中的扩散C3S表面离子水化弱化晶体中的化学键，增加pH值水化产物成核CSH析出、凝聚、脱水离开水相，形成凝胶，CH结晶生长无机胶凝材料无机胶凝材料表面局部反应 机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散 水化物层在固液界面上形成，并不断增厚颗粒表面离子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生长无机胶凝材料无机胶凝材料凝结硬化过程凝结硬化过程初始反应期
12、初始反应期潜伏期潜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。无机胶凝材料无机胶凝材料（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）
13、在水泥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毛细孔毛细孔凝结硬化过程凝结硬化过程示意图示意图无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料硬化水泥浆体水泥石的组成与结构 水泥石的组成固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒u胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；u晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；气相各种尺寸的孔隙与空隙u凝胶孔u毛细孔u工艺空隙液
14、相水或孔溶液u自由水u吸附水u凝胶水 水泥石的组成随水泥水化度而变无机胶凝材料无机胶凝材料硬化水泥浆体水泥石的微观结构 水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石 水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；各种物相分布不均；各种物相的尺寸不等，形貌不一。 由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。水化良好的水泥石微结构： “A”代表结晶性差、胶体尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.53.0nm； “H”代表六方晶体相，尺寸为1m； “C”代表没有被水化物填充，原来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10
15、nm m 。无机胶凝材料无机胶凝材料背散射扫描电镜照片背散射扫描电镜照片未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒C-S-H氢氧化钙氢氧化钙单硫型硫单硫型硫铝酸盐铝酸盐无机胶凝材料无机胶凝材料水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d龄期龄期)C-S-H钙矾石钙矾石无机胶凝材料无机胶凝材料水泥浆中的固体相 水泥石中有四种主要固体相硅酸钙水化物氢氧化钙硫铝酸钙水化物未水化的水泥颗粒无机胶凝材料无机胶凝材料水泥浆中的固体相（1）硅酸钙水化物）硅酸钙水化物 Calcium Silicate Hydrate缩写缩写: C-S-H体积含量体积含量: 占水泥石体积的占水泥石体积的5060 %。主要特性主要特性: 高比表
16、面积高比表面积(100 to 700 m2/ g) 次价键（范得华力）次价键（范得华力）很强很强 强度。强度。结构特点：结构特点： 结晶性很差，呈折叠层状结构；结晶性很差，呈折叠层状结构；组成特点：组成特点： 组成可变，钙组成可变，钙/硅硅(C/S)比比=1.5 2.0 ，结构水不等。，结构水不等。形貌：形貌： 结晶性差的纤维网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。结晶性差的纤维网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。C-S-H形貌C-S-H的分子的分子结构结构硅酸钙水化物C-S-H的胶体结构无机胶凝材料无机胶凝材料C-S-H 凝胶结构模型凝胶结构模型A=结合键结合键次价键次价键B=C-S-H片片C=分散的层分散的层
17、O=物理吸附水物理吸附水X=层间水层间水无机胶凝材料无机胶凝材料( 2 ) Ca(OH)2羟钙石(portlandite)缩写：缩写：CH体积含量体积含量: 占水泥石体积的占水泥石体积的20 25 %；特征：特征： 表面积较小、次价键力弱表面积较小、次价键力弱 耐久性和强度。耐久性和强度。组成特点：组成特点： 组成确定组成确定Ca(OH)2。 结构特点：结构特点： 六方片状晶体，与天然羟钙石六方片状晶体，与天然羟钙石Portlandite 相似。相似。形貌：形貌： 大片状晶体的堆积体。大片状晶体的堆积体。氢氧化钙晶体形貌生长在水泥石孔隙中的六方片状的羟钙石晶体无机胶凝材料无机胶凝材料（3）水化
18、硫铝酸钙）水化硫铝酸钙Calcium Sulfoaluminate Hydrates缩写：缩写：Aft、Afm含量：含量： 占水泥石体积的占水泥石体积的 15 20 %。 组成特点：组成特点：开始时，形成三硫型硫铝酸钙开始时，形成三硫型硫铝酸钙钙钒石钙钒石 ettringite(Aft)后期，转变为后期，转变为 单硫型硫铝酸钙单硫型硫铝酸钙 monosulfate hydrates(Afm)结构特点：结构特点： 结晶性好的晶体结晶性好的晶体形貌：形貌： Aft针状晶体；针状晶体；Afm六方片状晶体六方片状晶体典型Afm六方片状晶体和Aft针状晶体的形貌水泥浆中的钙钒石生长在水泥石孔隙中的针状的
19、钙钒石晶体无机胶凝材料无机胶凝材料硬化水泥浆体中水化物固相的分布固体相含量()C3AH6时间(天)C-S-H无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石中的孔隙 C-S-H凝胶中的层间孔隙凝胶孔 gel pores尺寸尺寸 = 5 25 含量：约占含量：约占C-S-H凝胶的凝胶的28%对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响 毛细孔 Capillary Voids尺寸50 nm ，与水灰比有关 对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响 空隙 Air Voids夹杂的空气泡: 3 mm引入的空气泡: 50 200 m对强度和抗渗性非常有害黑色代表孔隙黑色代表孔隙无
20、机胶凝材料无机胶凝材料凝胶孔凝胶孔毛细孔毛细孔凝胶凝胶水泥石的孔结构模型水泥石中孔分布与水灰比水泥石中孔分布与水化龄期无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石中的水 水蒸气 大的孔隙部分被水填充，剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水蒸气。 毛细孔水毛细孔和 大的凝胶孔中的水 孔径50nm的孔隙中的水自由水 孔径50nm的孔隙中的水毛细张力水 吸附水 固体表面吸附的水，5个水分子层，厚度1.3nm，干燥到30的相对湿度，可失去。 层间水 小于2.6nm的 凝胶孔中的水，强干燥到10 相对湿度时，可失去。 化学结合水 水泥水化反应所结合到水化物中的水，只有加热到9001000C才会失去。化学结合水量可用于
21、测定水泥水化度。 (105C)可蒸发水(105C)不可蒸发水无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石中的水的分布模型层间水层间水毛细孔水毛细孔水吸附水吸附水无机胶凝材料无机胶凝材料3.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、石膏影响水泥凝结硬化的因素：水泥的矿物组成、细度、石膏掺量、水灰比、温度、湿度和龄期等掺量、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 期期无机胶凝材料无机胶凝材料水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度()时间(天)水泥熟料矿物组成的影响 水泥熟料矿物的水化速
22、度： C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF C2S 水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快； 水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；无机胶凝材料无机胶凝材料石膏掺量的影响 石膏主要降低C3A的水化速度； 掺量太少，凝结较快； 过多，凝结硬化影响不大。石膏掺量对C3A浆体(水/固比1.0)水化速度(放热量)的影响放热速度(W/kg)试时间(h)石膏掺量增加： 放热速度减慢 放热峰延后石膏掺量对石膏掺量对C3A与硅酸钙与硅酸钙浆体初凝时间的影响浆体初凝时间的影响 石膏掺量增加，凝结硬化加快； 掺量达到一定后，再增加，影响不大。无机胶凝材料无机胶凝材料水泥颗粒细度的影
23、响 水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？ 答：水泥的水化反应是液固异相反应，反应首先发生在液固界面上； 水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。比表面积比表面积 m2/kg放热速度放热速度时间时间/小时小时细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比1.0)水化速度(放热量)的影响水泥浆比表面积与水化度随时间的关系水泥浆比表面积与水化度随时间的关系水化度(%)比表面积(m2/cm3)无机胶凝材料无机胶凝材料水泥细度水泥细度Fineness of Cement粒径： 3m 水化非常迅速，需水量增大； 90 m 几乎接近惰性。无机胶凝材料无机胶凝材料温度与湿度的影响 温度升
24、高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？ 温度升高10C，速度加快一倍。 温度低于0C时，水化反应基本停止。 保持一定湿度，有利于水泥的水化。温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短无机胶凝材料无机胶凝材料未水化未水化水泥水泥毛细孔毛细孔水泥凝胶水泥凝胶体积比体积比水灰比水灰比长时间放长时间放置在水中置在水中的水泥浆的水泥浆体水化最体水化最终生成物终生成物无机胶凝材料无机胶凝材料体积比体积比未水化未水化水泥水泥水泥凝胶水泥凝胶毛细孔毛细孔长时间密长时间密封放置的封放置的水泥浆体水泥浆体水化最终水化最终生成物生成物水灰比水灰比无机胶凝材料无机胶凝材料拌和用水量
25、的影响 重要概念：水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)； 水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比0.23； 水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长； 水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。无机胶凝材料无机胶凝材料水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响无机胶凝材料无机胶凝材料Summary C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。含量多，凝结硬化快，反之亦然。 掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。 有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。 细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。细度越
26、小，水化反应越快，凝结硬化越快。 水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。速度越慢。 提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化分有利于水泥的凝结硬化 无机胶凝材料无机胶凝材料问题？ 水泥凝结硬化速度快，好吗？ 答：水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重影响。 水泥宜在什么条件下凝结硬化？ 答：水泥宜在常温(2010C)与相对湿度较高的条件下，
27、凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水化 所需水分供应充足的条件。无机胶凝材料无机胶凝材料小 结水泥的定义P.I、P.II水泥的烧成烧成温度矿物组成C3S,C2S,C3A,C4AF矿物水化C-S-H，CH，C3AH6无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.3 硅酸盐水泥的技术性质细度细度密度密度凝结凝结时间时间 安定性安定性 强度强度碱碱含含量量等等 无机胶凝材料无机胶凝材料 8. 8. 不溶物和烧失量 为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？ 答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失量是指水泥经不能被溶解的残余物；烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失
28、率。这两项指标超高温灼烧后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。响水泥硬化后的性能。1. 1. 化学品质指标化学品质指标- -不容物和烧失量 无机胶凝材料无机胶凝材料水泥中碱含量按Na2O0.653K2O计算值来表示。若使用活性骨料，用户要求提供低水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。 1. 1. 化学品质指标化学品质指标- -碱含量 无机胶凝材料无机胶凝材料 硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2kg。细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥细度采用筛分法或比表面法测定。比表面积以 lkg水泥所具有的总表
29、面积(m2kg)表示。以0.08mm方孔筛的筛余量表示。其筛余量不得超过10.0。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。无机胶凝材料无机胶凝材料为什么需要规定水泥的细度？思考题 解答：解答： 水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化； 虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；利； 水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越
30、细，生产能耗越高，成本增加； 水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。降低强度。无机胶凝材料无机胶凝材料 标准稠度：标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试杆下沉（61）mm时的水泥净浆的稠度。 标准稠度用水量：标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%28%。 无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料 标准稠度测定仪标准稠度测定仪无机胶凝材料无机胶凝材料问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？ 解答：解答：
31、与水泥细度、水泥矿物组成、混合材与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。特性不同，吸附水量不同。 无机胶凝材料无机胶凝材料 无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料初凝初凝终凝终凝定义标准不符合标准废 品不符合标准不合格品测定为了调节硅酸盐水泥的凝结时间，生产水泥时应掺入适量的 。 a)石灰 b)石膏 c)水玻璃 d)火山灰 凝结时间凝结时间 无
32、机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料 国标国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品废品；终凝时间不符合规定的水泥为终凝时间不符合规定的水泥为不合格品不合格品。为什么？。为什么？ 答：答： 水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；操作和硬化的混凝土质量； 初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为能差，水泥无使用价值，即为废品废品； 终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即终凝时间太长，强度增长缓慢，也
33、会影响施工，即为为不合格品不合格品。无机胶凝材料无机胶凝材料某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40 min，本属于废品。但后放置1个月，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。工程实例分析无机胶凝材料无机胶凝材料思考题 测定水泥凝结时间时的用水量为什么要规定为标准稠度用水量？解答：与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。无机胶凝材料无机胶凝材料水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥熟料中游离氧化钙过多 氧化镁过多 石膏量过多体积安定性的测
34、定方法体积安定性不良的原因安定性不良的表现形态雷氏法试饼法 无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料无机胶凝材料 无机胶凝材料无机胶凝材料填空：水泥中游离CaO和游离MgO含量过多，对水泥产生体积安定性不良的基本原因是由于（ ），安定性不合格的水泥作（ ）处理。 无机胶凝材料无机胶凝材料 检验方法检验方法软练胶砂法，分别测量抗压强度软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。和抗折强度。试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体；胶砂配比：胶砂配比： 水泥水泥 : ISO标准砂标准砂 : 水水= 1 : 3 : 0.5；振动成型：振动成型： 在
35、频率为在频率为28003000次次/min，振幅，振幅0.75mm的振实台的振实台上成型。振动时间上成型。振动时间120s。试件养护：试件养护： 在在20 C 1C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养护的雾室或养护箱中箱中24h，然后脱模在，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试的水中养护至测试龄期；龄期； 无机胶凝材料无机胶凝材料100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验强度测量：强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。 结果计算：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，
36、抗压强度以六个试件的平均值。无机胶凝材料无机胶凝材料 强度测定仪强度测定仪无机胶凝材料无机胶凝材料bending strength instrument 强度测定仪强度测定仪Compressive strengthinstrument无机胶凝材料无机胶凝材料强度等级：根据强度等级：根据3 3天和天和2828天强度测试结果，将水泥强度划分若天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级干个强度等级 无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石强度的影响因素 水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力次价键力在整个表面积上的积分和； 水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，因此，理论强度大于600MPa； 影响水泥石强度的
37、关键因素是孔隙率P： Powerss公式：k(1-P3) 影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度 水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，强度越低 水泥组成：熟料矿物、混合材 养护条件：温度、湿度、龄期 水泥细度：水泥颗粒越细，强度发展越快水泥石强度与孔隙率的关系水泥熟料矿物组成对强度的影响水泥品种对强度的影响水泥细度对强度的影响无机胶凝材料无机胶凝材料 概念：概念： 水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。 放热特征：放热特征： 水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。内释放。 水化热的益处与危害：水化热的益
38、处与危害： 水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。体积混凝土，更是如此。 水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 无机胶凝材料无机胶凝材料 密度密度 3.053.20，混凝土配合比计算时，混凝土配合比计算时，一般取一般取3.10。 堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓，在工地计算水泥仓库时，一般取库时，一般取1300 kg/m3 。
39、密度的测量方法密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。排液法，用煤油作为测量液体。 8. 8. 密度和堆积密度 无机胶凝材料无机胶凝材料硅酸盐水泥技术标准小结水泥质量的判定技术性质 不符合要求细 度 不合格品凝结时间 （初凝）废品（初凝）废品 （终凝）不合格品体积安定性 废废 品品强 度 不合格品或降低等级不溶物和烧失量 不合格品无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.4 水泥石的腐蚀与防止 基本概念：基本概念： 在使用环境中，硅酸盐水泥石受在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致构会逐渐发生变化或受到损害，导致性
40、能改变、强度下降等。水泥石抵抗性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。耐腐蚀性。 无机胶凝材料无机胶凝材料导致水泥石腐蚀性破坏的原因 外因：外因： 环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。 内因：内因：水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；腐蚀与毛细孔通道的共同作用 加剧水泥石结构的破坏。 3.1.4 水泥石的腐蚀与防止无机胶凝材料无机胶凝材料3.1.4 水泥石的腐蚀与防止水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀 水泥石的防腐水泥石的防腐
41、软水侵蚀 盐类腐蚀 a.硫酸盐腐蚀 b.镁盐腐蚀 酸类腐蚀 a.碳酸性腐蚀 b.一般酸腐蚀 强碱腐蚀无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀 软水侵蚀3.1.4 水泥石的腐蚀与防止无机胶凝材料无机胶凝材料软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀） 机理：机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失
42、和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。流水条件下，腐蚀越快。 破坏形式：破坏形式： 水化物水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。增多、强度降低，直至整体破坏。 无机胶凝材料无机胶凝材料盐类腐蚀盐类腐蚀 硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加体积增
43、加2.22倍，引起水泥石的破坏。倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。引起破坏。 镁盐的腐蚀镁盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理： 主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。 钙矾石钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂结晶产物引起的开裂无机胶
44、凝材料无机胶凝材料酸类腐蚀酸类腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。成可溶性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。加剧。 破坏形式破坏形式： 溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。 水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀碳酸性腐蚀O
45、nHCaCOOmHCOCa23222现象：碱度下降结构收缩结果：防腐减弱应力裂纹碳化无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀一般酸腐蚀石膏可溶无机胶凝材料无机胶凝材料强碱腐蚀强碱腐蚀 腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高时，会造成水泥石的严重破坏浓度较高时，会造成水泥石的严重破坏。 无机胶凝材料无机胶凝材料水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀 水泥石的防腐水泥石的防腐根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。提高水泥石的密实度表面
46、加保护层。3.1.4 水泥石的腐蚀与防止 软水侵蚀 盐类腐蚀 a.硫酸盐腐蚀 b.镁盐腐蚀 酸类腐蚀 a.碳酸性腐蚀 b.一般酸腐蚀 强碱腐蚀无机胶凝材料无机胶凝材料问题 ？ 降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？有什么作用？为什么？ 答：降低水泥石中答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。 因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。密切相关。无机胶凝材料无机胶凝材料Summary 物理
47、力学性能密度强度体积稳定性细度水化热 耐久性能软水腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能 施工性能凝结时间标准稠度用水量无机胶凝材料无机胶凝材料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
48、遭受冻融的工程。如水工混凝土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3.1.5 硅酸盐水泥的特性、应用 无机胶凝材料无机胶凝材料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）。抗碳化性好抗碳化性好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） 耐热性差耐热性差 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。 耐磨性好耐磨
49、性好不适与淡水及海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。 耐蚀性差耐蚀性差无机胶凝材料无机胶凝材料问题讨论：某工地使用某厂生产的硅酸盐水泥，加水拌和后，水泥浆体在短时间内迅速凝结。后经剧烈搅拌，水泥浆体又恢复塑性，随后过三小时才凝结。请讨论形成这种现象的原因。此为水泥假凝现象。假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。假凝与快凝不同，前者放热量甚微，且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度无不利影响。 无机胶凝材料无机胶凝材料 (1)防潮防水 运输和储存时应保持干燥。对袋装水泥，地面垫板要高出地面30cm，四周离墙30cm，堆放高度一般不超过10袋。存放散装
50、水泥时，应将水泥储存于专用的水泥罐中。 (2)分类储存 不同品种、不同强度等级的水泥应分别存放，不可混杂。 3.1.6 硅酸盐水泥的储存 无机胶凝材料无机胶凝材料 (3)储存期不宜过长 储存期过长，由于空气中的水汽、二氧化碳作用而降低水泥强度。一般来说，贮存3个月后的强度降低10%20%。所以，水泥存放期一般不超过3个月，应做到先到的先用。快硬水泥、铝酸盐水泥的规定储存期限更短(12个月)。过期水泥，使用时必须经过试验，并按试验重新确定的强度等级使用。 无机胶凝材料无机胶凝材料 论述水及其用量在水泥凝结硬化中的作用，以及对水泥石组成、结构与性能的影响？ 论述水泥石强度的来源及其主要影响因素？思
