《土木工程材料》第4章无机胶凝材.ppt

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录第 4 章 无机胶凝材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录本章提要本章提要•胶凝材料的基本概念•胶凝材料凝结硬化机理及其影响因素是什么?•土木工程对胶凝材料有哪些性能要求？•怎样正确选择和使用胶凝材料？•本章重点：常用六大水泥的技术要求、性能特点并能合理选用；•本章难点：硅酸盐水泥的缓凝机理 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录本 章 主 要 内 容•概述•4.1 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料•石膏•石灰•4.2 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料•通用硅酸盐水泥•其它品种水泥•案例分析土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录概述•基本概念•胶凝材料的分类土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录基本概念：什么是胶凝材料？•定义： 经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。

•特征：Ø严格意义上胶凝材料应指浆体；Ø能在常温下凝结硬化为固体；Ø有较强的胶结能力；Ø具有一定的使用性能土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录胶凝材料的种类？•按其化学组成：Ø 有机胶凝材料：沥青、树脂等Ø 无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰、磷酸钙、磷酸镁等•按其硬化条件：Ø 气硬性胶凝材料 石膏、石灰等；Ø 水硬性胶凝材料 各种水泥等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录气硬性与水硬性胶凝材料的特点•气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度； 关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！•水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4.1 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料•4.1.1 石石 膏膏•1．石膏胶凝材料的制备•2．建筑石膏的水化及硬化•3．建筑石膏的特性与技术要求•4．建筑石膏的应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录1．石膏胶凝材料的制备•石膏的矿物组成：： CaSO4·xH2OX为结晶水为结晶水H2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5 ，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)•石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录Ø天然二水石膏；Ø天然无水石膏；Ø工业副产物——磷石膏、氟石膏等。

•生产工序： 原料(破碎)  脱水  磨细•生产(脱水)的工艺：Ø非密闭煅烧(干燥空气中)： Ø 密闭蒸练(湿的水蒸气)：•不同工艺得到不同组成和结构的石膏天然石膏矿纤维状晶体原料土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录我国石膏矿分布非常广泛土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录生产工艺与产品的组成CaSO42H2O 120~180C干燥空气125~180C水蒸气 -CaSO42O -CaSO42O -CaSO4(ⅢⅢ)可溶 -CaSO4(ⅢⅢ)可溶200~360C 200~360C 400~800C400~800CCaSO4(ⅡⅡ)不溶 800~1180CCaSO4(ⅠⅠ)不溶＋＋CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成型和型半水石膏，虽然化学成分相同，但宏观性能上相差很大型半水石膏结晶完整，常是短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小型半水石膏结晶较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。

因此，型半水石膏的水化速度慢，水化热低，需水量小，硬化体的强度高，其强度比型半水石膏高2～7倍，所以称为高强石膏 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2．建筑石膏的水化及硬化•凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应： CaSO42O ＋＋2O  CaSO4·2H2O＋＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应•凝结硬化机理凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论溶解－沉淀理论”l 溶解溶解l 沉淀沉淀l 硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀 二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录凝结硬化的物理化学过程 石膏浆体 半水石膏颗粒 二水石膏晶体石膏胶体石膏硬化体水孔隙随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体水化初期：二水石膏晶体较少土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录 半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。

石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多半水石膏全部水化成二水石膏 所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防潮、防水，以免失效！土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3．建筑石膏的特性与技术要求•（（1）建筑石膏的特性）建筑石膏的特性•1）凝结硬化快•2）凝结硬化时体积微膨胀凝结硬化时体积微膨胀 •3）孔隙率高、表观密度小、强度低孔隙率高、表观密度小、强度低 •4）保温隔热性和吸声性良好 •5）防火性能好 •6）具有一定的调温调湿性 •7）耐水性和抗冻性差 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•（2）建筑石膏的技术要求•建筑石膏密度为～3，堆积密度为800～100kg/m3•建筑石膏按其细度、凝结时间及强度指标分为三个等级，见表4－1 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4．建筑石膏的应用•（1）粉刷石膏•（2）石膏墙材 •（3）石膏艺术制品土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录五、建筑石膏的应用•建筑石膏是一种很好的绿色建材！•应用中扬长避短，正确应用！•建筑上的主要应用有：Ø建筑石膏制品：Ø各种板材：墙板、天花板等Ø艺术装饰品Ø粉刷石膏：Ø墙面粉刷Ø雕饰各种墙板德国一所教堂的外墙面雕饰室内墙面和天花板的雕饰土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录纸面石膏板的生产工艺流程纸面石膏板生产线土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录Summary•性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是-半水石膏CaSO42O; •生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在120~180 C干燥下脱水制备；•凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；•性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、耐火、对人体和环境无害。

•应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录进一步研究开发的课题•先进纤维石膏基复合材料•高强石膏及其制品•提高石膏及其制品的耐水性土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录学会辨证思考问题！1、石膏制品孔隙率较大，在应用上有哪些优点和缺点？ 答：答：优点优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻可作为墙板、保温隔热性、吸声隔声性好；质轻可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等天花板、墙面粉刷砂浆等 缺点缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差不能用作结构强度低、吸水率较大、耐水性差不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等材料，不宜用于潮湿环境等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2. 为什么石膏制品的耐水性差？ 答：二水石膏在水中的溶解度较大；答：二水石膏在水中的溶解度较大； 晶体颗粒间以化学键结合时，由于接触点缺陷多，溶晶体颗粒间以化学键结合时，由于接触点缺陷多，溶解度更大。

解度更大 晶体颗粒间以氢键结合时，由于石膏晶体是亲水性很强晶体颗粒间以氢键结合时，由于石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，因此，水分子进入，降低了颗粒间的相互作的离子晶体，因此，水分子进入，降低了颗粒间的相互作用力，导致强度下降；用力，导致强度下降； 其软化系数只有；其软化系数只有；学会分析和思考问题！3、如何改善石膏制品的耐水性? 答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4、为什么石膏制品的防火性好，但耐火性差? 答：答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；但二水石膏脱水后，强度下降较并蒸发吸收和带走热量；但二水石膏脱水后，强度下降较多，结构产生破坏，失去了防火功能。

多，结构产生破坏，失去了防火功能学会分析和辩证思考问题！5、试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？6、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4.1.2 建筑石灰建筑石灰•建筑石灰的概述建筑石灰的概述•1．石灰的熟化与硬化．石灰的熟化与硬化•2．建筑石灰的特性与技术．建筑石灰的特性与技术•3、建筑石灰的应用、建筑石灰的应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录概述•主要原料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰石、白云石、白垩、贝壳等•分类•块状生石灰：CaO；•生石灰粉：CaO；•熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录制备工艺与产品石灰石1000～1200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时， 过火石灰减轻或消除过火石灰的危害土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录1．石灰的熟化与硬化•（1）石灰的熟化•CaO+H2O Ca(OH) 2+64kJ•两个显著特点：–放出大量的热；–体积增大1～倍。

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录石灰浆体 氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体石灰凝胶体石灰碳化体水孔隙水分损失碳化（2）石灰的硬化•结晶作用结晶作用Ø生石灰或熟石灰＋水成为生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；浆体；Ø浆体中游离水的不断损失，导致浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；结晶；Ø晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化•碳化作用碳化作用ØCa(OH)2与空气中的与空气中的CO2气体反应，在表面形成气体反应，在表面形成CaCO3膜层Ø提高耐久性提高耐久性土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2．建筑石灰的特性与技术要求•建筑石灰的特性：建筑石灰的特性： 1）可塑性好可塑性好2）硬化缓慢硬化缓慢 3）硬化）硬化后强度低后强度低4）硬化过程中体积收缩大硬化过程中体积收缩大 5）耐水性差耐水性差 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录建筑石灰的技术要求：建筑石灰的技术要求：土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问 题？1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。

可采用延水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉2.2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？如何避免？ 答：答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致开裂在使用时，避免单独使收缩，因而容易导致开裂在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4.2 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料内容提要内容提要概述概述4.2.1 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥4.2.2 特性水泥特性水泥土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录内容提要•学习Ø通用硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别；Ø水泥的生产过程及其对性质的影响 •掌握Ø水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素；Ø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Ø水泥各种性质的含义和工程意义；Ø水泥性质的影响因素及其规律；Ø水泥性质的检验方法和评定标准 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录概 述 •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•水泥的种类有哪些？水泥的特性膨胀水泥快 硬 水 泥低 热 水 泥抗腐蚀水泥Ø 根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等硬化时膨胀硬化速度快水化热低耐腐蚀性好Ø 根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录概 述 硅酸盐系水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥•硅酸盐系水泥品种Ø硅酸盐水泥Ø普通硅酸盐水泥；Ø掺大量混合材的硅酸盐水泥Ø特性硅酸盐水泥硅酸盐水泥有硅酸盐水泥有PⅠPⅠ和和PⅡPⅡ两类，后者含有两类，后者含有混合混合土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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！土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4.2.1 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥•1．通用硅酸盐水泥的定义、类型和代号•2．通用硅酸盐水泥的组成、水化与凝结硬化•3．通用硅酸盐水泥的技术要求•4．水泥石的腐蚀及防止•5．通用硅酸盐水泥的特性与应用u重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。

基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录1．通用硅酸盐水泥的定义、类型和代号定义:以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料 类型和代号a本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替b本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%其它活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替c本组分材料为的活性火山灰混合材料d本组分材料为符合要求的粉煤灰活性混合材料e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准的活性混合材料或/和符合标准的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的窑灰代替掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录通用硅酸盐水泥类型硅酸盐水泥熟料＋石膏 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋20 ≥ x ＞5混合材普通硅酸盐水泥70 ≥ x ＞20矿 渣矿渣硅酸盐水泥40 ≥ x ＞20火山灰火山灰硅酸盐水泥40 ≥ x ＞20粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥50 ≥ x ＞20两种混合材复合硅酸盐水泥Ⅰ硅酸盐水泥5 ≥ x ＞ 0混合材Ⅱ硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2．通用硅酸盐水泥的组成•（1）硅酸盐水泥熟料•（2）石膏•（3）混合材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•通用硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥Ø硅酸盐水泥熟料 ClinkersØ石膏(CaSO42H2O) GypsumØ混合材 Mineral Additives•各物质的作用Ø熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；Ø石膏：调节水泥的凝结时间；Ø混合材：调节水泥的强度等级；必要组分v（1）通用硅酸盐水泥的组成土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录通用硅酸盐水泥生产•原原 料：料：Ø硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、、Al2O3)，， 占占1/3 Ø钙质：石灰石、白垩等，钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，，占占2/3Ø调节原料：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2•制造工艺：制造工艺：Ø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Ø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Ø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•自动化生产过程自动化生产过程“两磨一烧”土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录硅质(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通用硅酸盐水泥熟料制造工艺流程土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录矿物名称 英文名称 缩写分子式矿 物 式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含 量(mass%)37~6015~377~1510~18•化学组成：化学组成：Ø主要成分：主要成分：CaO(=C)，，SiO2(=S)，， Al2O3(=A)，， Fe2O3(=F)Ø少量杂质：少量杂质：MgO、、K2O、、Na2O、、SO3、、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：通用硅酸盐水泥熟料的组成土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（2）石膏•石膏是硅酸盐水泥中必不可少的组成材料，主要作用是调节水泥的凝结时间，用于水泥中的石膏有天然石膏和工业副产石膏工业副产石膏采用前应经过试验证明对水泥性能无害•品位要求：石膏+硬石膏含量一般大于60%（至少55%，由供需双方确定）土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（3）混合材料•定义：定义： 在在水水泥泥生生产产过过程程中中，，为为改改善善性性能能、、调调节节强强度度等等级级所所加加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料•种类：种类：Ø活性活性Ø非活性两类非活性两类•作用：作用： 在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。

降低成本、增加产量、降低水化热等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录活性混合材 •定义定义——具有水化活性的混合材具有水化活性的混合材•活性组分：活性组分：SiO2、、Al2O3•常用品种：常用品种：Ø粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣—炼钢铁的废料炼钢铁的废料Ø火山灰质粉末火山灰质粉末—天然岩石和人工煅烧物天然岩石和人工煅烧物Ø粉煤灰粉煤灰—火电厂的废料火电厂的废料土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录非活性混合材 •定义：定义： 与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材•常见的有：常见的有：Ø磨细石英砂磨细石英砂Ø石灰石粉石灰石粉Ø粘土粘土Ø慢冷矿渣慢冷矿渣Ø窑灰窑灰土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3．通用硅酸盐水泥水化与凝结硬化•（1）通用硅酸盐水泥的水化•硅酸盐水泥熟料单矿物的水化反应 •1）硅酸三钙的水化•2）硅酸二钙的水化•3）铝酸三钙的水化•4）铁铝酸四钙的水化•石膏的作用下铝酸三钙的水化化学过程——水泥熟料矿物的水化反应土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥熟料矿物的水化反应特征与顺序•特征：Ø水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；Ø其水化反应均是放热反应；Ø水化反应是固－液异相反应。

•反应速度序列：Ø铝酸三钙C3A的水化Ø铁铝酸四钙C4AF的水化Ø硅酸三钙C3S的水化Ø硅酸二钙 - C2S的水化土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录1）硅酸钙C3S2）- C2S的水化•硅酸钙水化生成水化硅酸钙C-S-H凝胶和Ca(OH)2—羟钙石，并放出热： 硅酸三钙：2C3S + 6H  C-S-H + 3CH + 120cal/g 硅酸二钙：2C2S + 4H  C-S-H + CH + 62cal/g•特征：Ø形成相同的水化物—组成不确定的C-S-H凝胶，组成为： CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2 nH2O (x, z与温度、水灰比等有关) 其中钙硅比(C/S)： CaO/SiO2 = (x＋z)/2 ØC3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大•水化机理Ø溶液中反应Ø固相颗粒表面的局部反应水水化化度度％％水化时间（天）水化时间（天）土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录溶液中的反应•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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录表面局部反应•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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录C－S－H凝胶体结构水化硅酸钙的形成重新排列和凝聚后的凝胶体结构土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物硅酸钙的水化产物——C-S-H——C-S-H与与Ca(OH)Ca(OH)土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3）铝酸三钙C3A的水化•铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要•纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙： C3A + 18H2O  C4AH19或或 C4AH13  C3AH6 (不稳定的中间产物) (稳定产物) 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！•避免闪凝的有效途径——加入石膏CaSO42H2O 这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！ 这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录铝酸三钙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+ 3CŜ·H2+26H C3A·3CŜ3·H32或C3A·3CŜ3·H31 + 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+ C3A·3CŜ3·H32 +4H C3A·CŜ3·H12 (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 在水泥颗粒表面析出致密的钙矾石凝胶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。

当凝胶体破裂（转变为晶体后，孔隙增加；或渗透压作用凝胶体破裂），矿物水化又正常进行土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4）铁铝酸四钙C4AF的水化•铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C3A的水化反应，也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物： C4AF + 7H  C3AFH6 ＋＋CFH C4AF + 3CŜ·H2 + 26H  C3(A,F)·3CŜ3·H32 C4AF + CŜ·H2 + 20H  C3(A,F)·CŜ3·H16•C4AF水化物的组成是可变，是铝酸盐与铁酸盐的固溶体，并由铁相凝胶产生•C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录5）活性混合材料的水化•火山灰反应：火山灰反应： xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O = xCaO SiO2 nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaO Al2O3 nH2O•稀释作用稀释作用Ø减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；Ø减少水泥石中减少水泥石中Ca(OH)2的含量的含量。

•超细粉末的密实填充效应超细粉末的密实填充效应土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录活性混合材的作用 活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应3d7d49d182d掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥石中掺加粉煤灰的水泥石中掺加粉煤灰的水泥石中掺加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)Ca(OH)2 2的含量的含量的含量的含量土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录Summary•硅酸钙的水化Ø2C3S + 6H  C3S2H3 + 3CH + 120cal/gØ2C2S + 4H  C3S2H3 + CH + 62cal/g C-S-H + 羟钙石羟钙石•铝酸钙的水化ØC3A + 18H2O  C2AH8 + C4AH13ØC3A+ 3CŜ·H2+26H C3A·3CŜ3·H32 + 300 cal / g （钙钒石）（钙钒石）ØC3A+ C3A·3CŜ3·H32 +4H C3A·CŜ3·H12•铁铝酸钙的水化ØC4AF + 13H  C4(A,F)H13Ø C4AF + 3CŜ·H2+26H C3(A,F)·3CŜ3·H32Ø C4AF + CŜ·H2+26H C3(A,F)·CŜ3·H12水泥的水化过程：•当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；•几分钟内，Ca2＋、SO4＋ 、 Al3＋ 、 OH－离子间反应，形成钙钒石；•几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；•几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。

•此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录石膏的作用•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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（3）硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体•凝结——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“凝结”；•硬化——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“硬化” 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程水泥浆如何转变成坚硬固体？土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录为什么水泥能由浆体变成固体？•水泥与水能发生化学反应水泥与水能发生化学反应——水化反应；水化反应；•水化反应将结合占水泥质量水化反应将结合占水泥质量30％左右的拌％左右的拌和水；和水；•水化反应的产物水化反应的产物——水化物能相互凝聚成水化物能相互凝聚成三向网络结构；三向网络结构；•水化反应产物有很大的表面能，而且相互水化反应产物有很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。

间有很强的次价键力土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散水泥浆的凝结硬化——物理过程土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌1小时后数小时后几天后几周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶体土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥颗粒水泥颗粒水水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体硅酸盐水泥水化物理过程模型水泥水化物膜层水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层——诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。

进入硬化期土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录硅酸盐水泥水化时的放热曲线水水化化放放热热速速度度溶解：溶解：钙钒石钙钒石形成形成诱导期：诱导期：Ca2＋＋浓度增加浓度增加C-S-H和和CH快速形成快速形成初凝初凝终凝终凝单硫型硫铝单硫型硫铝酸钙形成酸钙形成扩散控制反应扩散控制反应土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•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——进入潜伏期；•因渗透压或钙钒石钙钒石的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行——进入水化的加速期；•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——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——硬化水泥浆凝结硬化的物理过程土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（（1）水泥熟料矿物组成和水泥细度）水泥熟料矿物组成和水泥细度（（2）养护条件（温度、湿度）与时间）养护条件（温度、湿度）与时间 （（3）石膏）石膏（（4）混合材品种和用量）混合材品种和用量（（5）拌合用水量）拌合用水量（4）水泥凝结硬化的主要影响因素土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥熟料中单一矿物的水化速度水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度(％)时间(天)1）水泥熟料矿物组成和细度：矿物组成•水泥熟料矿物的水化速度： C3A＞ C3A＋CaSO42H2O＞ 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；土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥细度水泥细度Fineness of Cement粒径： < 3µm 水化非常迅速，需水量增大； < 40 µm 水化较慢，内芯难以水化。

> 90 µm 几乎接近惰性土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥颗粒细度的影响•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放放热热速速度度时间时间/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)土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2）温度、湿度和时间的影响•温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？•温度升高10C，速度加快一倍•温度低于0C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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥浆的收缩与相对湿度的关系水泥浆的收缩与相对湿度的关系土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥浆中矿物随时间的生长3 天7 天28 天365 天土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3）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•石膏掺量过多时，不仅缓凝作用不大，而且造成体积安定性不良土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录掺加粉煤灰的水泥强度发展掺加粉煤灰的水泥强度发展掺加粉煤灰的水泥强度发展掺加粉煤灰的水泥强度发展早期强度增长减慢，但掺量小于早期强度增长减慢，但掺量小于早期强度增长减慢，但掺量小于早期强度增长减慢，但掺量小于2020％时，％时，％时，％时，后期强度也有较多增长后期强度也有较多增长后期强度也有较多增长后期强度也有较多增长4）混合材品种与掺量4）混合材品种与掺量4）混合材品种与掺量）混合材品种与掺量土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录拌和用水量的影响•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＝；•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。

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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•细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快细度越小，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，凝水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢结硬化速度越慢•提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足提高温度，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够的水分有利于水泥的凝结硬化 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题？•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(20±10C)与相对湿度较高的条件下，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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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？ØC3A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；Ø水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的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，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；Ø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缓，并减少了溶液中的Al3＋＋浓度，延缓了水泥浆的浓度，延缓了水泥浆的凝结速度凝结速度•为什么水泥硬化后能产生强度？Ø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；Ø在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。

强，产生的强度越来越高 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•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内增长这与水泥矿物度，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；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降化就将停止；提高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低温度就会减缓水泥的凝结硬化•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，水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低强度大为降低 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4．通用硅酸盐水泥的技术要求•细度细度•标准稠度用水量标准稠度用水量•凝结时间凝结时间•体积安定性体积安定性•强度强度•不溶物和烧失量不溶物和烧失量•碱含量碱含量•氯离子氯离子土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（1）凝结时间•首先要测定标准稠度用水量标准稠度用水量•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，试锥下沉（282）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% 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录试锥下降高度试锥下降高度水水泥泥浆浆试试锥锥土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题：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 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（2）凝结时间•概念：概念： 凝结时间—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。

Ø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从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；所需的时间；Ø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，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并开始具有强度所需的时间•测定方法：测定方法： 用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定•国标要求：硅酸盐水泥国标要求：硅酸盐水泥Ø初凝时间初凝时间≥45min；；Ø终凝时间＜终凝时间＜390min土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定标准稠度标准稠度水泥浆水泥浆离底离底1～～2mm为初凝为初凝园弧形园弧形压痕压痕终终凝凝土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录 为什么要规定凝结时间？为什么要规定凝结时间？ 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，影响施工周期，即终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工周期，即为为不合格品不合格品。

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(3) 体积安定性 •基本概念：基本概念：Ø水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性Ø若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；Ø若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良•体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！！ 为什么？土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•水泥体积安定性不良的原因：Ø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Ø因为水泥熟料中的游离因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的水化速都是过烧的水化速度很慢在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体度很慢在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大积增大1.98%和倍产生不均匀体积变化，造成水泥石倍产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲开裂、翘曲Ø石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀生膨胀 3) 体积安定性 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•f-CaO检测方法：检测方法：Ø试饼法试饼法 Ø雷氏夹法雷氏夹法 (3) 体积安定性 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法合格标准：＜＜5mm。

肉眼观察表面肉眼观察表面有无裂纹有无裂纹用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值该值不大于时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(4) 强 度 •检验方法检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度和软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度抗折强度Ø试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体；Ø胶砂配比：胶砂配比： 水泥水泥 : ISO标准砂标准砂 : 水水= 1 : 3 : ；；Ø振动成型：振动成型： 在频率为在频率为2800~3000次次/min，，振幅振幅的振实台上成型的振实台上成型振动时间振动时间120sØ试件养护：试件养护： 在在20 C 1C，，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20C 1 C的水中养护至测试的水中养护至测试龄期；龄期；土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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Ø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4040=1600mm2 Ø结果计算：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录强度等级：根据强度等级：根据强度等级：根据强度等级：根据3 3 3 3天和天和天和天和28282828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干个强度等级干个强度等级 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3d28d时间（时间（d））强度强度（（MPa））水泥强度发展规律•早期增长快，随后逐渐减慢；•28天，基本达到极限强度的80％以上；•在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天 乃至几十年土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（（4）细度）细度•定义定义 细度是指水泥粉体的粗细程度细度是指水泥粉体的粗细程度。

•测量方法测量方法Ø筛分析法筛分析法 以以80，，45 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示；Ø比表面积法比表面积法 以以1kg水泥颗粒所具有的总表面积水泥颗粒所具有的总表面积来表示 •国标要求国标要求Ø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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题：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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？ •解答解答：：Ø水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；Ø水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。

一规定，以便相互比较土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录其它相关指标•（5）不溶物•（6）烧失量•（7）碱含量•（8）氯离子不溶物含量可以作为评价水泥在制造过程中烧成反应是否完全的指标国家标准规定I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%，II型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%根据烧失量可以大致判断水泥的受潮及风化程度国家标准规定I型硅酸盐水泥的烧失量不得大于3.0%，Ⅱ型硅酸盐水泥的烧失量不得大于3.5%国标规定若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定水泥中氯离子含量不大于0.06%以防在添加助磨剂等增加氯盐含量，对钢筋产生锈蚀作用 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录5．水泥石的腐蚀及防止．水泥石的腐蚀及防止•基本概念：基本概念： 在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。

化或受到损害，导致性能改变、强度下降等水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其为其耐腐蚀性耐腐蚀性 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录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：Ø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；Ø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；Ø腐蚀与毛细孔通道的共同作用 加剧水泥石结构的破坏 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀） •机理：机理：Ø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；Ø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 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录盐类腐蚀盐类腐蚀 •硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：Ø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，其体积增加倍，引起水泥石的破坏体积增加倍，引起水泥石的破坏Ø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，内部形水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录酸类腐蚀酸类腐蚀 •腐蚀机理：腐蚀机理：Ø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Ø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•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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录强碱腐蚀强碱腐蚀 •腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与腐蚀机理：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应，生成水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。

当介质中强碱浓度较高是，可溶性铝酸盐当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏会造成水泥石的严重破坏 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录防止水泥石腐蚀的措施防止水泥石腐蚀的措施 主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，•根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；泥石中不稳定组分的含量；•提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；道，如降低水灰比、掺加外加剂等； •表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题 ？•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，可以提高水泥的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。

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土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录5．通用硅酸盐水泥的特性与应用•1）凝结硬化快，早期强度与后期强度均高•硅酸盐水泥熟料多，快硬、早强，适用于现浇混凝土工程、预应力混凝土工程、高强混凝土工程及冬季施工工程等•2）抗冻性好•硅酸盐水泥石具有较高的密实度，且具有对抗冻性有利的孔隙特征，因此抗冻性好，适用于严寒地区遭受反复冻融作用的混凝土工程1）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用与应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用•3）水化热高•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，但如果水化热发散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，尤其是大体积混凝土，更是如此不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此•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：Ø水泥矿物组成水泥矿物组成Ø水泥细度水泥细度 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题？•为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？ 答答: : 水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水化反应速度越快水化反应速度越快•硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种水化热最小？大？哪一种水化热最小？ 答：答： 铝酸三钙铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸次之；硅酸二钙二钙C2S水化热最小。

水化热最小•为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？ 答：答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率这残余物；烧失量是指水泥经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，影响水两项指标超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泥硬化后的性能土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•（4）耐腐蚀性差•硅酸盐水泥石中的Ca(OH) 2 与水化铝酸钙较多，因此耐腐蚀性差，不适用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水及其他侵蚀性介质作用的工程•（5）耐热性差•水泥石中的水化产物在250～300°C时产生脱水，体积收缩，强度开始降低，当温度达到700～1000°C时，水化产物分解，水泥石的结构几乎完全破坏，所以硅酸盐水泥不适用于耐热、高温要求的混凝土工程硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•（6）抗碳化性好•硅酸盐水泥水化后水泥石中含有较多的Ca(OH) 2 ，因此，抗碳化性好。

•（7）干缩小•硅酸盐水泥硬化时干燥收缩小，不易产生干缩裂纹，因此适用于干燥环境硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性与应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录Summary•物理力学性能Ø密度Ø强度Ø体积稳定性Ø细度Ø水化热•耐久性能Ø软水腐蚀Ø盐类腐蚀Ø酸类腐蚀Ø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Ø凝结时间Ø标准稠度用水量土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题？•试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？ 答：答：Ø水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有强度和体积安定性；它必须具有强度和体积安定性；Ø细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度；强度；Ø为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；Ø水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响；影响；Ø碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；Ø为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。

为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2．普通硅酸盐水泥•普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别仅在于其中含有少量的混合材料，而绝大部分仍是硅酸盐水泥熟料，故其特性与硅酸盐水泥基本相同但由于掺入少量混合材料，因此与同等级硅酸盐水泥相比，普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢、3天强度稍低、抗冻性稍差、耐蚀性稍好、耐磨性稍有下降•初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min其细度的要求为300m2/kg；烧失量不得大于5.0%，其它如氧化镁、三氧化硫、安定性、碱含量均与硅酸盐水泥的规定相同土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录活性混合材水泥的共性•密度较小密度较小 ～•早期强度较低，后期强度增长率高早期强度较低，后期强度增长率高•对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护•水化热较小水化热较小•耐腐蚀性较好耐腐蚀性较好•抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。

酸盐水泥土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录活性混合材水泥的特性•矿渣水泥：矿渣水泥： 保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好•火山灰水泥：火山灰水泥： 易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差•粉煤灰水泥：粉煤灰水泥： 吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好抗裂性较好•复合水泥：复合水泥： 取决于所掺的混合材种类取决于所掺的混合材种类土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录问题 ？•各种掺混合材硅酸盐水泥的代号、组成区别、特各种掺混合材硅酸盐水泥的代号、组成区别、特性及使用范围是什么？性及使用范围是什么？（见表（见表2－－14）） 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4.2.3 特性水泥特性水泥1 1．白色和彩色硅酸盐水泥．白色和彩色硅酸盐水泥2 2．铝酸盐水泥．铝酸盐水泥3 3．膨胀水泥及自应力水泥．膨胀水泥及自应力水泥4 4．其它特性水泥．其它特性水泥土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录1．白色和彩色硅酸盐水泥•组成特点：组成特点： 水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.5%。

•性能特点：性能特点： 外观为白色，按白度分为一级、二级和三级外观为白色，按白度分为一级、二级和三级应用特点：应用特点： 白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等主要用于建筑室内外装饰等土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录2．铝酸盐水泥•高铝水泥的矿物组成•高铝水泥的水化•高铝水泥的技术性质•高铝水泥的特点与应用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(一) 高铝水泥的矿物组成 •定义：定义： 高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥•主要矿物有：主要矿物有：Ø铝酸一钙铝酸一钙 CaO Al2O3 CA，，50%~70%；；Ø硅酸二钙硅酸二钙 2CaO SiO2 C2S，，Ø七铝酸十二钙七铝酸十二钙 12CaO 7Al2O3，， C12A7Ø 二铝酸一钙二铝酸一钙 CaO 2Al2O3，， CA2Ø 硅铝酸二钙硅铝酸二钙 2CaO Al2O3 SiO2 C2AS水化活性很低水化活性很高土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(二) 高铝水泥的水化和硬化 •特点：特点：1. 高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；2. 铝酸一钙的水化物组成与温度有关：铝酸一钙的水化物组成与温度有关：Ø T≤20C CA + 10 H2O — CAH10 Ø20C≤T≤30C 2CA + 11 H2O — C2AH8 Ø 30C≤T 3CA + 12 H2O — C3AH6 + 2(Al2O3 3H2O) 3.水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强度增长快；度增长快；4.水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转化，因而引起强度降低。

化，因而引起强度降低 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录不同温度下铝酸盐水泥的水化物不同温度下铝酸盐水泥的水化物不同温度下铝酸盐水泥的水化物不同温度下铝酸盐水泥的水化物5 C20 C40 C60 C5 5 C C下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物————CAHCAH1010( ( ( (六方片状晶体）六方片状晶体）六方片状晶体）六方片状晶体）6565 C C下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物——C C3 3AHAH6 6( ( ( (立方晶体）立方晶体）立方晶体）立方晶体）土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(三) 高铝水泥的技术性质 1. 外观：黄色或黄褐色或灰色；外观：黄色或黄褐色或灰色；2. 密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；3. 细度：细度：80 m筛余不得超过筛余不得超过10%；；4. 凝结时间：初凝凝结时间：初凝≥40min，终凝，终凝≤10h；；5. 强度：强度： 见表见表2-20。

土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录(四) 高铝水泥的特点与应用 1. 耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆；耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆；2. 耐耐硫硫酸酸盐盐腐腐蚀蚀性性能能较较好好，，适适用用于于有有抗抗硫硫酸酸盐盐侵侵蚀蚀要要求求的工程；的工程；3. 耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；4. 水水化化热热较较大大，，适适用用于于冬冬季季施施工工，，不不适适用用于于大大体体积积混混凝凝土；土；5. 快硬早强，宜用于紧急抢修工程快硬早强，宜用于紧急抢修工程6. 高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计低稳定强度设计 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录3．膨胀水泥及自应力水泥•组成特点：组成特点： 含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。

分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等•种类：种类： 硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型•性能特点：性能特点： 凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性和抗渗性•应用特点：应用特点： 可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等自应力钢筋混凝土结构工程和构件等 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录4．其它特性水泥•（1）抗硫酸盐硅酸盐水泥•（ 2）快硬硫铝酸盐水泥与快硬铁铝酸盐水泥 •（3）中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（1）抗硫酸盐硅酸盐水泥•组成特点：组成特点： C3S、、C3A的含量低，要求的含量低，要求C3S的含量低于的含量低于50.0~55.0%；；C3A的含量低于的含量低于5.0~3.0%。

（为什么？）（为什么？）•性能特点：性能特点： 具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力，抗蚀能力以具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力，抗蚀能力以抗硫酸盐腐蚀系数抗硫酸盐腐蚀系数F来评定•应用特点：应用特点： 主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程引水、道路和桥梁基础等工程 抗硫酸盐腐蚀系数抗硫酸盐腐蚀系数F：： 将水泥试件在人工配制的硫酸根离子浓度分别为将水泥试件在人工配制的硫酸根离子浓度分别为2500mg/L和和8000mg/L的硫酸钠溶液中，浸泡的硫酸钠溶液中，浸泡6个月后个月后的强度与同时浸泡在饮用水中的试件的强度之比的强度与同时浸泡在饮用水中的试件的强度之比 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（2）快硬硫铝酸盐水泥与快硬铁铝酸盐水泥•组成特点：组成特点： 快硬硫铝酸盐水泥是以快硬硫铝酸盐水泥是以3CaO·3Al3CaO·3Al2 2O O3 3·CaSO·CaSO4 4和硅酸二和硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料。

钙为主要矿物成分的水泥熟料 快硬铁铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙、铁相快硬铁铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙、铁相（（4CaO·Al4CaO·Al2 2O O3 3·Fe·Fe2 2O O3 3、、6CaO·Al6CaO·Al2 2O O3 3·2Fe·2Fe2 2O O3 3等）和硅酸等）和硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料二钙为主要矿物成分的水泥熟料 •性能特点：性能特点： 比表面积应不小于比表面积应不小于350m2/kg350m2/kg，初凝不得早于，初凝不得早于25min25min，，终凝不得迟于终凝不得迟于180min180min应用特点：应用特点： 用于早期强度要求高的紧急抢修工程、负温混凝土工用于早期强度要求高的紧急抢修工程、负温混凝土工程和抗硫酸盐侵蚀混凝土，也用于浆锚、喷锚支护、地程和抗硫酸盐侵蚀混凝土，也用于浆锚、喷锚支护、地质固井、堵漏等混凝土工程质固井、堵漏等混凝土工程 土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录（3）中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥•组成特点：组成特点： 熟料中熟料中C3S、、C3A的含量较低，后一种掺加的含量较低，后一种掺加20~60%的粒的粒化高炉矿渣化高炉矿渣 。

•性能特点：性能特点： 水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较好•应用特点：应用特点： 适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化热、高抗冻性和耐磨性的工程热、高抗冻性和耐磨性的工程土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录案例分析案例分析•【工程案例分析【工程案例分析4-1】石灰陈伏时间短引起的砂浆】石灰陈伏时间短引起的砂浆抹灰层开裂抹灰层开裂•现象：某多层住宅楼室内抹灰采用石灰砂浆，施工验收时发现抹灰层有起鼓现象，伴有发射状裂纹，同时还发现不规则的网状裂纹请分析原因•分析讨论：抹灰层出现鼓包开裂主要是石灰陈伏时间不够，其中的过火石灰在石灰使用后已经变硬，才开始熟化，体积膨胀，使已硬化的抹灰层出现鼓包开裂•抹灰层出现不规则的网状裂纹主要是石灰硬化过程中体积大量收缩所致土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•【工程案分析【工程案分析4-2】使用石灰下脚料引起的三合土】使用石灰下脚料引起的三合土的拱起的拱起•江苏省大丰市某工程队将过筛后的石灰下脚料经简单敲碎后，用在道路地基处理的三合土中，三合土在压实10天后，出现众多凸出点和少量拱起裂纹，请分析原因。

•分析讨论：过筛后的石灰下脚料往往含有过烧的氧化钙和氧化镁，其水化速率较慢在压实的三合土中后，这些经过简单处理的过烧的氧化钙或氧化镁吸水水化，产生体积膨胀，颗粒小的产生凸点，颗粒大的产生拱起裂纹土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•【工程案例分析【工程案例分析4-3】可溶性硬石膏引起的凝结时间不正】可溶性硬石膏引起的凝结时间不正常常•分析讨论：江苏省盐城市某新型建材厂生产建筑石膏和砌块生产中发现有些建筑石膏稠化很快，来不及成型；放置几天后，凝结时间又正常，请分析原因•建筑石膏的生产是在170～250°C下进行的其矿物组成有β型CaSO4·1/2 H2O，可溶性硬石膏和难溶性硬石膏可溶性硬石膏水化极快，往往在拌和过程中就发生硬化，导致其制品来不及成型当放置几天后，这种可溶性的硬石膏很快会吸收空气中的水分，变成β型CaSO4·1/2 H2O，使凝结时间恢复正常土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•[案例分析案例分析4-4] 水泥体积安定性前后变化水泥体积安定性前后变化•现象：对某新出厂的普通水泥进行抽样检测，发现体积安定性不合格，本应作废品处理。

但存放十多天后再次进行检测，体积安定性变得合格，此时可以使用，请分析原因•分析讨论：有些体积安定性不合格的水泥是由于游离氧化钙含量高造成的，这些水泥在空气中存放一段时间后，游离氧化钙会吸收空气中的水分而熟化，使其含量减少，体积安定性变得合格，此时可以使用因此新出厂的水泥不宜立即使用土木工程材料土木工程材料土木工程材料土木工程材料ƒ上一内容上一内容„下一内容下一内容²回主目录回主目录•【案例分析案例分析4-5】未处理的磷石膏作水泥调凝剂导致的凝结时间太长的问题•现象：江苏省盐城市某水泥厂利用磷石膏作水泥调凝剂，在工程施工中频频出现凝结时间太长的质量事故，请分析原因•分析讨论：磷石膏是生产磷肥的废渣，其成分是二水石膏和少量的磷酸、氢氟酸和硫酸用其作为水泥缓凝剂可以实现二次资源的再利用，减少工业废渣的污染但磷石膏中的磷酸及其盐，对水泥水化有强烈的缓凝作用，添加少量就使水泥长时间不凝结，造成混凝土施工时间的显著延长未处理的磷石膏，磷酸分布极不均匀，往往导致凝结时间不能控制。