1、u基本要求基本要求u简介简介u硅酸盐水泥硅酸盐水泥u本章课时：授课本章课时：授课4h,课堂讨论课堂讨论1h，实验，实验 2hu内容内容 u难点难点以及根据工程及环以及根据工程及环境特点合理选用水泥境特点合理选用水泥u概念概念u水泥（水泥（cement）是指加水拌和形成塑性浆体后，不仅能在空）是指加水拌和形成塑性浆体后，不仅能在空气中、而且能更好地在水中凝结硬化，胶结砂、石等材料，气中、而且能更好地在水中凝结硬化，胶结砂、石等材料，并且产生强度的并且产生强度的水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料。u基础原材料，广泛应用于土木工程领域。基础原材料，广泛应用于土木工程领域。u发展简史发展简史u水泥的历史最早
2、可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，用它胶结碎石制成混凝土。山灰的混合物，用它胶结碎石制成混凝土。u1824年，英国人年，英国人J.阿斯普丁申请专利：石灰石和粘土为原料阿斯普丁申请专利：石灰石和粘土为原料，煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因颜色与波特兰石头相，煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因颜色与波特兰石头相似，被命名为波特兰（似，被命名为波特兰（Portland）水泥，即硅酸盐水泥。）水泥，即硅酸盐水泥。简介简介u20世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建
3、筑工程的水泥，拓宽研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，拓宽了水泥的品种及应用范围。了水泥的品种及应用范围。u品种及用量品种及用量u全世界的水泥品种已发展到全世界的水泥品种已发展到100多种多种u2011年世界水泥年产量达到年世界水泥年产量达到34亿吨，其中我国水泥亿吨，其中我国水泥年产量超过年产量超过20亿吨，占世界水泥总产量的亿吨，占世界水泥总产量的59%。u2012年中国水泥年产量约年中国水泥年产量约22亿吨。亿吨。简介简介水泥具有以下优点，因此，在土木工程领水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。域得到广泛的应用。简介简介特性水泥特性水泥 快硬水泥快硬水泥 膨胀水泥膨胀
4、水泥 抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥 中热水泥中热水泥 低热水泥等低热水泥等简介简介硅酸盐水泥硅酸盐水泥一般工程一般工程铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥快硬、早强。主要用于紧急抢快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。抗蚀、抗冻等工程。早强、膨胀。适用于抢修工早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地下工程等。程、锚固和地下工程等。简介简介u通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（CommonPortlandCement）以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏以及规定的以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。混合材料制成的水硬性
5、胶凝材料。u六大水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣六大水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥盐水泥和复合硅酸盐水泥。简介简介通用硅酸盐水泥的组分通用硅酸盐水泥的组分品种品种代号代号组组 分分熟料熟料+石膏石膏粒化高炉粒化高炉矿渣矿渣火山灰质火山灰质混合材料混合材料粉煤灰粉煤灰石灰石灰石石硅酸盐水泥硅酸盐水泥PI100-P955-95-5普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥PO80且且5且且20a-矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥PSA50且且20且且50b-PSB30且且50且且70b-火山灰质硅
6、酸盐火山灰质硅酸盐水泥水泥PP60且且20且且40c-粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥PF60且且20且且40d-复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥PC50且且20且且50e引自引自通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥GB175-2007 GrindingP P Mixing materialsLimestoneClayIron ore powderBleedingGrinding1450Raw materialClinkerGypsum矿物成分矿物成分硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3缩写缩写C
7、3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）37-6015-377-1510-18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p水化水化p水化水化机理机理p石膏调节凝结时间的原理石膏调节凝结时间的原理p水化产物水化产物p凝结与硬化凝结与硬化p何为凝结、硬化？何为凝结、硬化？p凝结硬化过程凝结硬化过程p影响因素影响因素 2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 3CaOAl2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+H
8、2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2Ol 石膏与水化铝酸钙反应生成石膏与水化铝酸钙反应生成l 为什么石膏用量不能过多？为什么石膏用量不能过多？ 3CaOAl2O36H2O+ H2O+CaSO42H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 水泥熟料水化产物水泥熟料水化产物水化产物水化产物-凝胶体凝胶体孔隙孔隙未水化水泥未水化水泥p何为凝结？何为凝结？p何为硬化？何为硬化？初始反应期初始反应期初始的溶解和水化，约持续初始的溶解和水化，约持续5-105-10分分钟。钟。潜伏期潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，泥颗粒成长，1h 1h
9、凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，粒进一步水化，6h6h。多孔的空间网。多孔的空间网络络凝聚结构，失去可塑性凝聚结构，失去可塑性凝结期凝结期凝胶体填充毛细管，凝胶体填充毛细管，6h-6h-若干年硬若干年硬化石状体密实空间网化石状体密实空间网硬化期硬化期水泥的凝结硬化过程示意详见本课教学课件相关内容水泥的凝结硬化过程示意详见本课教学课件相关内容u硅酸盐水泥的细度用比表面积表示硅酸盐水泥的细度用比表面积表示u按照按照 GB175-2007GB175-2007u硅酸盐水泥的比表面积硅酸盐水泥的比表面积 300 m/kg 300 m/kg u比表面积可采用比表面
10、积仪测定（图比表面积可采用比表面积仪测定（图4.2.44.2.4）u用比表面积测定仪测试颗粒粒径分布情况。用比表面积测定仪测试颗粒粒径分布情况。u测量一定量空气通过水泥石时，流速变化。测量一定量空气通过水泥石时，流速变化。比表面积测定方法示意详见本课教学课件相关内容比表面积测定方法示意详见本课教学课件相关内容GB/T1346-2011标准稠度及标标准稠度及标准稠度用水量、安定性及凝结时准稠度用水量、安定性及凝结时间测定方法间测定方法P%=水量ml/水泥1g。标准稠度用水量测试方法有不变(固定)水量法和调整水量法2种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。u固定水量法采用以下固定水量法采用以下方法
11、配制标准稠度净方法配制标准稠度净浆浆u称取称取500g500g水泥水泥u加入加入500500P%mlP%ml水水u采用标准稠度测定采用标准稠度测定仪（图仪（图4.2.5）u测量测量 P%P%标准稠度用水量测定示意详见本标准稠度用水量测定示意详见本课教学课件想过内容课教学课件想过内容图图4.2.5 4.2.5 标准稠度测定仪标准稠度测定仪 水泥凝结时间测定示意详见本课教学相关内容水泥凝结时间测定示意详见本课教学相关内容过量游离的过量游离的CaO过量游离的过量游离的MgO过量石膏过量石膏 图图4.2.8 煮沸法测定仪煮沸法测定仪图图4.2.7 体积安定性不良体积安定性不良图图4.2.9 雷氏夹法体
12、积安定性测定仪雷氏夹法体积安定性测定仪 图图4.2.10 强度测定仪强度测定仪bending strength instrument图图4.2.10 强度测定仪强度测定仪Compressive strengthinstrument水泥胶砂强度的测定方法见本课教学录像相关内容水泥胶砂强度的测定方法见本课教学录像相关内容等级 抗压强度(MPa) 抗折强度（MPa） 3d 28d 3d 28d 42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R 32.0 6
13、2.5 5.5 8.0 表表4.2.4硅酸盐水泥各龄期的强度要求硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007） 3.0-3.15g/cm3.0-3.15g/cm3 3, , 通常通常3.1g/cm3.1g/cm3 31000-1600kg/m1000-1600kg/m3 3简介简介腐蚀类型腐蚀类型腐蚀原因腐蚀原因防止措施防止措施水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度增长期强度水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，在一些腐蚀性介质中，水泥石
14、的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。腐蚀类型腐蚀类型软水侵蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀、碳酸盐的腐软水侵蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀、碳酸盐的腐蚀、酸的腐蚀、碱的腐蚀蚀、酸的腐蚀、碱的腐蚀软水侵蚀软水侵蚀硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀镁盐侵蚀镁盐侵蚀碳酸盐侵蚀碳酸盐侵蚀酸的侵蚀酸的侵蚀碱的侵蚀碱的侵蚀n 特点特点 介质软水（含HCO3-少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。 n 过程过程 当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低
15、；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解。软水侵蚀软水侵蚀软水侵蚀相关动画见第四章第一软水侵蚀相关动画见第四章第一课课堂授课动画课课堂授课动画人工碳化人工碳化将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层软水侵蚀软水侵蚀防止措施防止措施n 特点l以硫酸盐为介质的海水、地下水等以硫酸盐为介质的海水、地下水等l硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀性晶体，使水泥石破坏性晶体，使水泥石破坏n 腐蚀过程举例：硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀2243224232OHCaOH31CaSO3OAlCaO3
16、OH20CaSO3OH12OAlCaO4结晶膨胀结晶膨胀n 特点l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l镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石n腐蚀过程举例：镁盐腐蚀镁盐腐蚀 MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+Ca(OH)2+H2O=Mg(OH)2+CaSO42H2O结晶膨胀结晶膨胀易溶于水易溶于水 Ca(OH)2+CO2+H2O CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2n特点特点u以碳酸盐为介质的海水、地下水
17、等u碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石n腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：碳酸盐腐蚀碳酸盐腐蚀u特点特点u以酸性介质为主的工业环境等以酸性介质为主的工业环境等u酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石晶膨胀的产物，破坏水泥石u腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2OH2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2H2O易溶于水易溶于水结晶膨胀结晶膨胀 易溶于水易溶于水 结晶膨胀结晶膨胀CHOAlONaNaOHAC3223OHCONaCONaOH2322干燥空气干燥空气p
18、内因内因水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易于进入其内部；于进入其内部；腐蚀与介质相互作用；腐蚀与介质相互作用； p外因外因腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度 聚脲保护聚脲保护硅酸盐水泥的特点和应用硅酸盐水泥的特点和应用l强度高强度高 适用于高强混凝土和预应力钢筋适用于高强混凝土和预应力钢筋 混凝土工程混凝土工程 l硬化快硬化快适用于要求凝结快、早强高的工适用于要求凝结快、早强高的工 程，冬季施工，预制、现浇等工程，冬季施工，预制、现浇等工程程l抗冻
19、性好抗冻性好适用于冬季施工及严寒地区遭适用于冬季施工及严寒地区遭 受反复冻融的工程受反复冻融的工程 l耐蚀性差耐蚀性差 不适用与淡水及海水等腐蚀性介不适用与淡水及海水等腐蚀性介 质接触的工程质接触的工程 l耐热性差耐热性差不适用于有耐热要求的混凝土不适用于有耐热要求的混凝土 工程工程 l水化热大水化热大 不适用于大体积混凝土工程，不适用于大体积混凝土工程， 但有利于低温季节畜热法施工但有利于低温季节畜热法施工 l耐磨性好耐磨性好 适用于公路、地面工程适用于公路、地面工程l抗碳化性好抗碳化性好 对钢筋的保护作用强，适合对钢筋的保护作用强，适合 CO CO2 2 浓度高的环境浓度高的环境 硅酸盐水
20、泥的特点和应用硅酸盐水泥的特点和应用WordsandPhasesofChapterFour4.1Portland cement: 硅酸盐水泥，波特兰水泥calcium silicate hydrate: 水化硅酸钙ordinary Portland cement: 普通硅酸盐水泥strength: 强度sulfate: 硫酸盐masonry: 砌筑architectural: 建筑的high-alumina cement: 高铝水泥magnesium-oxy-chloride cement: 氯氧镁水泥WordsandPhasesofChapterFour4.1hydraulicity: 水硬
21、性plasticity: 可塑性durability: 耐久性aggregates: 骨料steel: 钢筋general cement: 通用水泥special cement: 专用水泥characteristic cement: 特性水泥aluminous cement: 铝酸盐水泥WordsandPhasesofChapterFour4.1sulfoaluminate cement: 硫铝酸盐水泥silicate: 硅酸盐anti-corrosion: 抗腐蚀freezing resistance: 抗冻anchor: 锚固 clay: 粘土limestone: 石灰石carbon di
22、oxide: 二氧化碳（CO2）calcium oxide: 氧化钙（CaO）WordsandPhasesofChapterFour4.1gypsum: 石膏tricalcium silicate: 硅酸三钙dicalcium silicate: 硅酸二钙tricalcium aluminate: 铝酸三钙tetracalcium aluminoferrite: 铁铝酸四钙shrinkage: 收缩setting: 凝结hardening: 硬化calcium silicate hydrate gel: 水化硅酸钙WordsandPhasesofChapterFour4.1calcium hy
23、droxide: 氢氧化钙calcium aluminate hydrate: 水化铝酸钙calcium ferrite hydrate: 水化铁酸钙ettringite: 水化硫铝酸钙（钙矾石）paste: 浆体initial period: 初始反应期induction period: 潜伏期capillaries: 毛细管fineness: 细度WordsandPhasesofChapterFour4.1density: 密度stacking density: 堆积密度specific surface area: 比表面积screening method: 筛分析法negative pressure sieving method: 负压筛法water pressure sieving method: 水筛法dry sieving method: 干筛法normal consistency: 标准稠度initial Setting: 初凝时间WordsandPhasesofChapterFour4.1final setting: 终凝时间soundness: 体积安定性poor dimensional stability: 体积安定性不良disassociated: 游离的Le chatelier soundness test: 雷氏夹法
