1、建筑材料建筑材料 第第4章章甘肃农业大学工学院土木工程系第第4章章 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料建筑材料建筑材料 第第4章章学习目标 掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性，掌握硅酸盐水泥的组成材料、其特性，掌握硅酸盐水泥的组成材料、凝结硬化过程、技术性质、质量鉴定凝结硬化过程、技术性质、质量鉴定方法及其应用。了解其他水泥的特性方法及其应用。了解其他水泥的特性及其应用。及其应用。建筑材料建筑材料 第第4章章硅酸盐水泥兴起于硅酸盐水泥兴起于1919世纪。世纪。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。它的化学成成分复杂，但主要的胶结成
2、分是水化硅酸钙。它的化学成成分复杂，但主要的胶结成分是水化硅酸钙。普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可用于制备砂浆。用于制备砂浆。为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥的概念、特点和适用范围什么是水泥什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的特点水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不
3、仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。造石材。水泥适用范围水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。于潮湿环境及水中的工程部位。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。广泛的应用。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥的分类建筑材料建筑材料 第第4章章水泥的分类按性能和用途分类水
4、水 泥泥通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥特性水泥特性水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水水泥矿渣硅酸盐水水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等快硬硅酸盐水泥等建筑材料建筑材料 第第4章章水泥的分类按主要水硬性物质分水泥种类水泥种类主要水硬性物质主要水硬性物质主主 要要 品品 种种硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸钙硅酸钙绝大多数通用水泥、专用
5、水泥和特绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水泥性水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸钙铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。硬高强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙硅酸二钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙酸钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸
6、氟铝酸钙、硅酸二钙二钙氟铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥等以火山灰或潜在水硬性以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料材料以及其他活性材料为主要组分的水泥为主要组分的水泥活性二氧化硅活性二氧化硅活性氧化铝活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等低热钢渣矿渣水泥等建筑材料建筑材料 第第4章章水泥在土木工程中的重要作用水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量至关重要！建筑材料建筑材料 第第4章章建筑材料建筑材料 第第4章章第一节 硅酸盐水
7、泥建筑材料建筑材料 第第4章章学 习 目 的学习硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别；水泥的生产过程及其对性质的影响。掌握水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素；应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。熟悉水泥各种性质的含义和工程意义；水泥性质的影响因素及其规律；水泥性质的检验方法和评定标准。建筑材料建筑材料 第第4章章一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺硅酸盐水泥硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料(即国外通称的Portland Cement)。硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材的称型硅酸
8、盐水泥型硅酸盐水泥，其代号为P；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥，其代号为P。建筑材料建筑材料 第第4章章硅酸盐水泥的原材料硅酸盐水泥的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料生产硅酸盐水泥熟料的原材料石灰质原料石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩、石灰等。似的材料如白垩、石灰等。粘土质原料粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为，其次为Al2O3和少量和少量Fe2O3。铁矿粉铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为采用赤铁矿，
9、化学成分为Fe2O3。石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等。混合材料混合材料 包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺建筑材料建筑材料 第第4章章硅酸盐水泥是以石灰质原料(如石灰石等)与粘土质原料(如粘土、页岩等)为主，有时加入少量铁矿粉等，按一定比例配合，磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生产)，经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分
10、的水泥熟料，再与适量石膏共同磨细，即可得到P型硅酸盐水泥。一、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺建筑材料建筑材料 第第4章章一、硅酸盐水泥是怎样制造的？原原 料：料：硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，占占1/3 钙质：石灰石、白垩等，钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占，占2/3调节原料：铁矿与砂，调节与补充调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与与SiO2制造工艺：制造工艺：原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料经窑内生料经窑内煅烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合混合后得到后得到水泥水泥
11、“两磨一烧”水泥生料可以是：u 与水混合成浆体湿法工艺u 加少量水制成料球半干法工艺u 加稍多水制成湿球半湿法工艺u 干粉混合物干法工艺建筑材料建筑材料 第第4章章硅质(粘土)钙 质(石灰石)1450调节原料石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 原料采掘原料采掘原料磨细原料磨细原料混合原料混合反应物产物反应物产物中间产物中间产物预热器回转窑产产 物物熟料冷却熟料冷却熟料储存熟料储存硅酸盐水泥熟料制造工艺流程建筑材料建筑材料 第第4章章水泥制造厂全貌水泥的制造工艺全貌水泥生料煅烧回转窑回转窑尾14501500C建筑
12、材料建筑材料 第第4章章水泥煅烧过程排气原料入口气体温度进料温度50oC450oC600oC800oC1000oC1200oC1350oC1350oC1450oC1550oC12345671.失去自由水4.初化合物形成7.C3S初形成2.粘土分解5.C2S初形成3.石灰岩分解6.熔胶形成建筑材料建筑材料 第第4章章二、熟料的矿物组成及其特性熟料的矿物组成水泥熟料矿物水泥熟料矿物硅酸二钙硅酸二钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙铝酸三钙硅酸三钙硅酸三钙碱类及杂质碱类及杂质2CaOSiO2，C2S4CaOAl2O3Fe2O3，C4AFfCaO和和fMgO3CaOAl2
13、O3，C3A3CaOSiO2，C3S化学式及简写化学式及简写建筑材料建筑材料 第第4章章矿物名称英文名称缩写分子式矿 物 式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaOSiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)376015377151018 化学组成：化学组成：主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO
14、3、P2O5等。等。矿物组成：矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成建筑材料建筑材料 第第4章章水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构建筑材料建筑材料 第第4章章二、熟料的矿物组成及其特性水泥熟料矿物的主要特性水泥熟料矿物的主要特性 熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。其特点见上表。矿物名称矿物名称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含量范围（质量）含量范围（质量）376015377151018水化反应速度水化
15、反应速度快快慢慢最快最快快快强强 度度高高早期低，早期低，后期高后期高低低低（含量多时对抗低（含量多时对抗折强度有利）折强度有利）水水 化化 热热较高较高低低最高最高中中耐腐蚀性耐腐蚀性较差较差好好最差最差中中建筑材料建筑材料 第第4章章 矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。硅酸三钙高强水泥 铝酸三钙、硅酸三钙 硅酸二钙 水化热大坝水泥建筑材料建筑材料 第第4章章1.熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响 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
16、、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差别。讨论：硅酸盐水泥熟料矿物各具特性。C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多；但其耐腐蚀性较差。C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；而其水化热少；耐腐蚀性好。C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在13 d或稍长的时间内的强度起到一定作用；C3A的水化热多；耐腐蚀性最差。C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热和耐腐蚀性均属中等。A水泥的C3S及C3A含量高，而C3S
17、及C3A的早期强度及水化热都较高，故A硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于B水泥。二、熟料的矿物组成及其特性观察与讨论建筑材料建筑材料 第第4章章2.挡墙开裂与水泥的选用挡墙开裂与水泥的选用 现象：某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：C3S 61；C2S14；C3A14；C4AF11。讨论：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，产生冷缩，造成贯穿型的纵向裂缝。首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即
18、C3A和C3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。二、熟料的矿物组成及其特性观察与讨论建筑材料建筑材料 第第4章章p水化水化p水化机理水化机理p水化产物水化产物三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化建筑材料建筑材料 第第4章章三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 建筑材料建筑材料 第第4章章三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2建筑材料建筑材料 第第4章章 3CaOAl2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化
19、铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化建筑材料建筑材料 第第4章章4CaOAl2O3Fe2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化建筑材料建筑材料 第第4章章熟
20、料矿物的水化反应熟料矿物的水化反应硅酸三钙硅酸三钙2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2硅酸二钙硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O 铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O37H2O=3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化建筑材料建筑材料 第第4章章三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化凝结硬化的概念凝
21、结硬化的概念凝结凝结：水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、：水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结凝结”；硬化硬化：随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚：随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为硬固体，这个过程即为“硬化硬化”。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。期的过程，在一定温度和湿度下可持续
22、几十年。建筑材料建筑材料 第第4章章 先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入进入潜伏期；潜伏期；因渗透压或因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行速进行进入水化的进入水化的加速期加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松
23、的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低塑性降低凝结凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度去可塑性，并产生强度硬化硬化。水泥浆凝结硬化的物理过程建筑材料建筑材料 第第4章章水泥水化过程1.初拌水泥浆2.7天3.28天4.90天未水化颗粒充满水的毛细孔C-S-H胶体氢氧化钙日期建筑材料建筑材料 第第
24、4章章3、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 实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥熟料水化后的主要水化产物有：水泥熟料水化后的主要水化产物有：水泥石的结构水泥石的结构 水泥石主要由凝胶水泥石主要由
25、凝胶体、晶体、孔隙、体、晶体、孔隙、水、空气和未水化水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和存在固相、液相和气相。因此硬化后气相。因此硬化后的水泥石是一种多的水泥石是一种多相多孔体系。相多孔体系。水泥石的结构（水水泥石的结构（水化产物的种类及相化产物的种类及相对含量、孔的结构）对含量、孔的结构）对其性能影响最大。对其性能影响最大。3、硬化水泥浆体水泥石的组成与结构建筑材料建筑材料 第第4章章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建筑材料建筑材料 第第4章章水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜
26、照片(7d龄期龄期)C-S-H钙矾石钙矾石建筑材料建筑材料 第第4章章未水化的水泥内核未水化的水泥颗粒内核，处于水化物包裹中水灰比越小，其含量越多。水泥石中未水化的水泥内核水泥石中未水化的水泥内核建筑材料建筑材料 第第4章章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建筑材料建筑材料 第第4章章三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化l 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？这个问题将通过水泥石腐蚀的学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。习得到答案。3CaOAl2O36H2O+H2O+
27、CaSO42H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙建筑材料建筑材料 第第4章章铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙钙矾石晶体，并放出大量热：C3A+3CH2+26H C3A3C3H32+300 cal/g (1)(钙钒石)反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物：C3A+C3A3C3H32+4H C3AC3H12 (2)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A +18H2O C3AH6 (3)石膏缓凝机理：v 钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢；v 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻
28、碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。建筑材料建筑材料 第第4章章石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。调节水泥的凝结时间。导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。建筑材料建筑材料 第第4章章生长在水泥石孔隙中的针状的钙钒石晶体建筑材料建筑材料 第第4章章AgeBlend of GypsumHumidityTemperatureTypesFinenessFactors三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化建筑材料建筑材料 第第4章章应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题 水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；水泥的凝结速
29、度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3对凝胶微粒聚集有促进作用；对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力
30、不断增强，产生的强度越来越颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。高。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥浆体强度的增长规律是什么？水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温
31、度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质1.密度、堆积密度和各成分含量技术性质技术性质质质 量量 标标 准准密度，密度，kg/m331003200堆积密度，堆积密度，kg/m313001600不溶物不溶物型：不溶物不得超过型：不溶物不得超过0.75；型：不溶物不得超过型：不溶物不得超过1
32、.50烧失量烧失量 型：烧失量不得大于型：烧失量不得大于3.0；型：烧失量不得大于型：烧失量不得大于3.5氧化镁氧化镁水泥中氧化镁含量不宜超过水泥中氧化镁含量不宜超过5.0。如果水泥经压蒸法检验安定。如果水泥经压蒸法检验安定性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至性合格，则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0三氧化硫三氧化硫3.5碱含量碱含量水泥中碱含量按水泥中碱含量按Na2O0.658K2O计算值来表示。若使用活性集计算值来表示。若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双方商定或由供需双方商定注：表中百分数均为质量百分数
33、。建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质2.细度细度(Fineness of Cement)细度是指水泥颗粒的粗细程度。国家标准细度是指水泥颗粒的粗细程度。国家标准GB175-1999GB175-1999规定，规定，水泥的细度可用比表面积或水泥的细度可用比表面积或0.08 mm0.08 mm方孔筛的筛余量（未通方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）来表示。其筛余量不得超过过部分占试样总量的百分率）来表示。其筛余量不得超过规定的限值。比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的规定的限值。比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（表面积的总和（cmcm2 2/g/g
34、 或或 m m2 2/kg/kg）。一般常为）。一般常为317317350m350m2 2/kg/kg。国标要求国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥普通水泥80 m方孔筛的筛余量不得超过方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为细度不符合要求的水泥为不合格品不合格品！建筑材料建筑材料 第第4章章测量方法测量方法筛分析法筛分析法 以以80 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示；水泥试样筛余百分率按下式计算:式中：F 水泥试样筛余百分率，%；ms水泥试样在80m筛上筛余 质量，g；m水泥试样的质量，g。比表面积法比表面积法 以以1
35、kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。水泥颗粒所具有的总表面积来表示。比表面积采用勃氏法测定。比表面积采用勃氏法测定。100%smFm四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越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；低，不利于凝结硬化；粒径：3m 水化非常迅速，需水量增大；90 m 几乎接近惰性。一般认为，水泥颗粒粒径小于
36、一般认为，水泥颗粒粒径小于40m40m时才具有较大的活性。时才具有较大的活性。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，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，对水泥石性能不利；水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，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，反而降低强度。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。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章 根据GB/T1345-2005GB/T1345-2005水泥细度检验方法水泥细度
37、检验方法，水泥细度测定方法有负压筛法、水筛法及干筛法。当实验结果有争议，以负压筛法为准。1负压筛析法(GB13451991)试验筛：试验筛由圆形筛框和筛网组成(筛网孔边长为80 m)负压筛析法测定水泥细度。(1)筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至40006000Pa范围内。(2)称取试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min；在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量筛余物。(3)当工作负压小于4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。以两次筛余平均值作为筛分结果，若两次筛
38、余误差大于0.5%（筛余值大于5%可放宽至1%），应重做，取两次相近结果算术平均值作为实验结果点击图标观看水泥负压筛析法测定细度实验点击图标观看水泥负压筛析法测定细度实验四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章2干筛法 在没有负压筛仪和水筛的情况下，允许用手工干筛法测定。(1)称取水泥试样25g（精确至0.01g）倒入符合GB33507要求的干筛内（0.08mm方空筛，筛框有效直径150mm，高50mm，并附有筛盖）。(2)用一只手执筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，拍打速度每分钟约120次，每40次向同一方向转动60，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过的试样量不超过0.05g
39、为止。用天平称量筛余物，称准至0.01g。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章 在测定水泥的在测定水泥的凝结时间凝结时间和和安定性安定性时，为使其测定结果具有可比性，必须采时，为使其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净浆进行测定。用标准稠度的水泥净浆进行测定。水泥标准稠度用水量以水泥净浆达到规水泥标准稠度用水量以水泥净浆达到规定稀稠程度时的用水量占水泥用量的百分数表示。定稀稠程度时的用水量占水泥用量的百分数表示。按按GB/T1346-2001GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法方法，标准稠度用
40、水量可用标准法或代用法测定，代用法又有调整，标准稠度用水量可用标准法或代用法测定，代用法又有调整用水量和固定用水量法两种，当发生争议时以标准法为主。用水量和固定用水量法两种，当发生争议时以标准法为主。现行国家标准现行国家标准(GB/T 1346-2001)(GB/T 1346-2001)规定，以标准法维卡仪的试杆沉入净浆规定，以标准法维卡仪的试杆沉入净浆距底板的距离为距底板的距离为6mm6mm1mm1mm时的水泥浆的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准时的水泥浆的稠度作为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需拌和水量称为标准稠度用水量。稠度时所需拌和水量称为标准稠度用水量。四、硅酸盐水泥的主要技术
41、性质100%用 水 量水 泥 的 标 准 稠 度 用 水 量水 泥 用 量 硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。建筑材料建筑材料 第第4章章v 标准法测定水泥标准稠度用水量实验标准法测定水泥标准稠度用水量实验 (1)水泥标准稠度用水量试验试验前的准备A.试验前必须检查维卡仪的金属棒能否 自由滑动。B.调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点。C.搅拌机运转正常。D.水泥净浆搅拌机的筒壁及叶片先用湿布 擦抹干净。(2)水泥净浆的拌和 用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内，在510s内将称好的500g水泥全部加入水中，防止水和水
42、泥溅出；拌和时，先将锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，旋紧定位螺钉，连接好时间控制器，将净浆搅拌机右侧的快停慢扭拨到“停”；手动停自动拨到“自动”一侧，启动控制器上的按钮，搅拌机将自动低速搅拌120s，停15s，接着高速搅拌120s停机。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆；抹平后速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在标准稠度试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触。A降低试杆至水泥净浆表面后，拧紧螺丝12 s，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。B在试杆停止沉
43、入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离。C.整个操作应在搅拌后1.5 min内完成。试验结果以试杆沉入净浆并距底板61 mm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量，按水泥质量的百分比计。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章水泥净浆搅拌机标准法维卡仪四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章代用法测定水泥标准稠度用水量采用不变代用法测定水泥标准稠度用水量采用不变(固定固定)水量法和调整水量法水量法和调整水量法2种。种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。初学者多用前者，有争议时以后者为准。点击图标观看代用法测定水泥标准稠度用水量（固定
44、用水量法）点击图标观看代用法测定水泥标准稠度用水量（固定用水量法）四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？解答：解答：与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量与水泥细度、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。同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质3.凝结时间凝结时间 凝结时间凝结时间水泥加水开始
45、到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。固体状态所需要的时间。初凝时间初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。强度所需的时间。水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝时间终凝时间建筑材料建筑材料 第第4章章 水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟。水泥初凝时间不宜过早，终凝时间不宜过迟。国家标准国家标准GB175GB175199
46、91999规定：硅酸盐水泥初凝不得早于规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min45min，终凝不得，终凝不得迟于迟于6.5h6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min45min，终凝不得迟于，终凝不得迟于10h10h。现行国家标准现行国家标准(GB/T1346-2001)(GB/T1346-2001)规定：将标准稠度的水泥净浆装入凝结时规定：将标准稠度的水泥净浆装入凝结时间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝用试针）测试。间测定仪的试模中，以标准试针（分初凝用试针和终凝用试针）测试。点击图标观看水泥凝结时间的测定点击图标观看水泥凝结时间的测定四、硅酸盐水
47、泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章 四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章 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；终凝时间不符合规定的水泥为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操作和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；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、性能差，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
48、为水泥无使用价值，即为废品废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合不合格品格品。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥凝结时间前后变化水泥凝结时间前后变化 现象：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。观察与讨论 讨论：该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌和后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其它熟料矿物的水化速度。从而产生了较多的水化产物，
49、形成了凝聚结晶网结构，凝结时间较短。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。故此时加入拌和水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其它水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章四、硅酸盐水泥的主要技术性质4.体积安定性体积安定性体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积
50、安定性不良。体积安定性不良的表现体积安定性不良的表现国家标准国家标准GB175GB17519991999规定，硅酸盐水泥的安定性用沸规定，硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。煮法检验必须合格。体积安定性不良的水泥为废品！用于工程使建筑质量下体积安定性不良的水泥为废品！用于工程使建筑质量下降，甚至引起严重的建筑事故。降，甚至引起严重的建筑事故。建筑材料建筑材料 第第4章章水泥熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。四、硅酸盐水泥的主要技术性质建筑材料建筑材料 第第4章章 点击图标观看水泥体积安定性的测定点击图标观看水泥体积安定性的测定四、硅酸盐水泥的主要技术
