土木工程材料水泥.ppt

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1、水泥,1824年10月21日，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）获得英国第5022号“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。,强生确定了水泥制造的两个基本条件：第一是烧窑的温度必须高到足以使烧块含一定量玻璃体并呈墨绿色；第二是原料比例必须正确而固定，烧成物内部不能含过量石灰，水泥硬化后不能开裂。这些条件确保了“波特兰水泥”质量，解决了阿普斯丁无法解决的质量不稳定问题。从此，现代水泥生产的基本参数已被发现。,1824年，英国石匠阿斯浦丁偶然发现 粘土+石灰+水人造石（波特兰水泥） 特点：强度高、耐久性好、防水、防火。,我是建筑业的粮食！,水泥系列,通用

2、水泥,下述百分含量为混合材料的掺量,按水泥的用途分类,在土木建筑工程中大量使用的水泥,按水泥的用途分类,彩色水泥,彩色水泥,彩色水泥,普通水泥,硅酸盐水泥的定义、类型及代号,硅酸盐水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 六个强度等级（R代表早强型水泥）,第一节 硅酸盐水泥,生产工艺概述 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段： 生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料（有时需加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。 熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。 水泥粉磨：

3、将熟料加适量石膏和05的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。,硅酸盐水泥的生产及主要矿物组成,1.原料 （1）石灰质原料：主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩和贝壳等。 （2）粘土质原料：主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。,主要原料,（3）校正原料（辅助原料）：为满足成分要求用。 如：铁矿粉的铁质原料补充氧化铁的含量。 砂岩的硅质原料增加二氧化硅的成分等。,硅酸盐水泥的生产,两磨一烧： 制备生料（一磨） 煅烧熟料（一烧） 粉磨水泥（二磨）,2.生产过程,石灰石 粘土 按比例混合生料进窑熟料 辅助原料,煅烧,磨细,磨细,石膏,1450,水泥成

4、品,3.生料 CaO： 62% 67% SiO2 : 20% 24% Al2O3 : 4% 7% Fe2O3： 2.5%6.0%,生料在窑内经历： 干燥预热分解烧成冷却,硅质 (粘土),钙 质 (石灰石),1450,调节 原料,石膏,石膏,水 泥,生 料,熟 料,混合材,水泥制造的“两磨一烧”工艺流程,粉 磨,煅 烧,粉 磨,原料采掘,原料磨细,原料混合,反应物产物中间产物,预热器 回转窑,产 物,熟料冷却,熟料储存,硅酸盐水泥熟料制造工艺流程,3.510m中卸烘干磨（生料粉磨 ）,生料粉磨工艺,熟料煅烧工艺,3.350m旋转窑,水泥粉磨及包装,3.813m水泥磨,水泥皮带输送机,八嘴回转式微

5、机包装机,水泥库,硅酸盐水泥熟料的矿物组成,1.主要成分：主要由四种矿物化学组成,硅酸盐水泥熟料的矿物组成及在水泥中的相对含量,2.其它成分: 游离CaO （=5%） 、MgO（=5%）及SO3 （1%-2%） ，其含量过高将造成水泥安定性不良。 碱矿物及玻璃体等，其中的Na2O和K2O含量较高时，遇到活性骨料时，易产生碱骨料反应，影响混凝土的质量。 3.石膏 辅助作用主要是缓凝作用，含量：2%5%。,硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,（一）硅酸盐水泥的水化,水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应各组分开始逐渐溶解放出一定热量固相体积也逐渐增加。其反应式如下：,2(3CaOSiO2)+6H2

6、O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O 铝酸三钙 水化铝酸钙 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 铁铝酸四钙 水化铁酸一钙 3CaOAl2O36H2O + CaSO43CaOAl2O33CaSO431H2O 水化铝酸钙 石膏 或3CaOAl2O3CaSO412H2O 水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙,主要水化产物（在完全水化的水泥石

7、中 ）：,水化硅酸钙 70%（凝胶） 氢氧化钙 20%（晶体） 水化铝酸钙（晶体） 水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）7%,是水泥石形成强度的最主要化合物,水化反应为放热反应，其放出的热量称为水化热。其水化热大，放热的周期也较长，但大部分（50%以上）热量是在3天以内。特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。,（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程 分为：早、中、晚 三个时期 1.水化早期，初始反应期（凝胶膜的生成期）（诱导期） 20，3h,3.水化后期，硬化 更长时间 水化反应减慢水化产物填充由水占据的空间晶体相互搭接整体水泥石硬化 硬化：浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体水泥石,2.水化中期，凝结

8、 20 30h，30%的水泥已经水化 包裹膜增厚 凝结：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程。,水泥浆水化放热过程,水泥熟料矿物的水化是放热反应，C3S和C3A放热最大，最快；而C2S放热最小，最慢。 水泥水化放热有明显的四个阶段： 初始放热水泥与水一接触，立即放热，放热速度dQ/dt 很快，表明反应激烈。 放热停滞期 放热很慢，接近停滞，表明反应停顿。 放热加速期 放热速度逐渐加快，达到放热峰值，表明反应逐渐加快。 放热减速期 放热达到峰值后，放热速度逐渐减慢，表明反应逐渐减速。,加水,初凝,终凝,凝结,硬化,诱导期,稠硬不流动浆体,刚性固体随时间增强,塑性流

9、动浆体,初凝时间,终凝时间,水泥凝结时间与水泥浆体状况的关系,水泥石的结构 A-未水化水泥颗粒； B-胶体粒子（C-S-H等）； C-晶体粒子（Ca(OH)2等）; D-毛细孔（毛细孔水）； E-凝胶孔,水泥石的组成： 凝胶体（水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体） 未水化的水泥颗粒内核 毛细孔及凝胶孔 它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质随之而改变。,水泥石的结构及影响其强度发展的因素,水泥石的结构,水泥石的工程性质(强度和耐久性)决定于水泥石的结构组成，即 水化物的类型 水化物的相对含量（可用水化程度表示） 孔的大小、形状和分布,水灰比即拌和时用水量与水泥用量之比表示,水泥石的结构,不同

10、水化程度水泥石的组成,1.水灰比相同时，水化程度愈高，则水化物愈多，而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。 2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构，水灰比越大，毛细孔所占比例相对增加，水泥石的强度和耐久性下降。,影响水泥石强度发展的主要因素 1.熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥熟料矿物组成，是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因素。 硅酸三钙（C3S）：Tricalcium sillicate； 硅酸二钙（ C2S）：Dicalcium sillicate 铝酸三钙（ C3A）： Tricalcium aluminate； 铁铝酸四钙 （C4AF

11、）：Tetriacalcium aluminoferrie,硅酸盐水泥熟料矿物的水化、凝结硬化特性,水化热大小比较,硅酸盐和铝酸盐与水反应， 同时放出热量，其每克的热量为： 3 2 3 4 120 60 320 100 说明:放热出现裂缝（内外温差高达50） 应用:水化热大，适于断面尺寸小的预应力砼。（冬季施工）,应用：,大坝水泥：大体积工程水化热小 应选低热水泥2S含量多。 冬季预应砼施工：水化热大（C3S、3） 道路水泥（抗折性好）：3、4,硅酸盐水泥熟料的矿物组成及在水泥中的相对含量,2. 水泥细度的影响 直接影响：水化，凝结硬化，强度，干缩及水化热。 越细:凝结速度越快，早期强度越高。

12、但过细易与空气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且成本高。 3. 拌合加水量的影响 影响硬化水泥石强度的主要因素。 拌合加入水量越大，硬化水泥石中毛细孔就越多。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈线性关系下降，从而强度低。 4. 养护湿度和温度的影响 （1）湿度应该保持潮湿状态 （2）温度提高温度也可以加速水化反应。在0以下，当水结成冰时，水泥的水化、凝结硬化作用将停止，因而，在冬季施工时，需要采取保温等措施。,5. 养护龄期的影响 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。 随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。 水泥在314d内强度增长较快，28d后增长缓慢。 养护到 28d 。

13、6. 水泥受潮与久存的影响 水泥也不可储存过久 三个月后其强度降低约10 20% 半年后降低约15 30% 一年后降低约25 40% 受潮水泥颗粒重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。 对于微结块的水泥，强度约降低1020%适当方式压碎后用于次要工程。 一般，南方，水泥放不能过雨季,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； 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； 石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。 为什

14、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； 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强，产生的强度越来越高。,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。 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。 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

15、，强度大为降低。,Summary,C3S、C3A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。 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。 水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。 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,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

16、)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。,硅酸盐水泥的技术性质 国家标准GB17599，对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。 1 ） 细度（Fineness） 细度是指水泥颗粒的粗细程度。 影响水泥性能的重要指标鉴定水泥品质的主要项目之一。 水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。 （1）筛分法是以80m方孔筛的筛余量表示。普通水泥的细度用筛余量表示，其筛余量不得超过10.0%。 （2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。 凡水泥细度不符合规定者为不合格品

17、。,测定方法： 筛析法：水筛法： 负压筛法(为准) 比表面积法： 规定：硅酸盐水泥的细度：比表面积不小于3000/ 其余四品种水泥在80m方孔筛上重筛余量不大于10%。,负压筛法 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。,水泥负压筛析仪,问题：为什么需要规定水泥的细度？,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； 水泥越细，生产能耗越高，成本增加； 水泥越细

18、，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。,2）凝结时间（Setting time） 凝结时间：是指水泥从开始加水到失去塑性，即从可 塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。 1.初凝时间（Initial setting time） 自开始加水拌和起，至水泥浆开始失去可塑性与流动性所需的时间，称为初凝时间。 国家标准规定了硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。 2.终凝时间（Final setting time） 自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。 凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不

19、符合规定者为不合格品。,国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？,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，水泥无使用价值，即为废品； 终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。,水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法水泥稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB1346）进行。 它是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度下， 用凝结时间测定仪来测定。 水泥净浆：水泥+水 3）.标准稠度用水量 标准稠度用水量：是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合

20、水量，以占水泥重量的百分率表示。 硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24 % 30%之间。 水泥熟料矿物成分不同时，其标准稠度用水量亦有所差别，磨得越细的水泥，标准稠度用水量越大。,测 定 水 泥 稠 度,滑动部分总质量为300g1g,标准稠度测定仪,凝结时间测定仪,圆模和试针,水泥净浆搅拌机,水泥砂浆搅拌机,标准稠度用水量的测定录像,硅酸盐水泥：初凝：不得早于45min； 终凝：不得迟于390min. 普通水泥：初凝：不得早于45min； 终凝：不得迟于10h。 测定条件： 初凝时间：加水起至试针距底板为41.0mm. 终凝时间： 沉入水泥净浆不超过0.5mm。,问题：标准稠度用水量与什么因

21、素有关？ 为什么？,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。,定义：水泥净浆在硬化过程中体积变化的均匀性。 不安定现象：裂纹、翘曲。 原因：熟料中活性MgO，水泥中SO3存在（石膏） 检测方法： 沸煮法测：SO3,4）体积安定性：,国家标准规定，水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫含量不得超过3.5%。,试饼法,雷氏夹法,合格标准：5mm。,肉眼观察表面有无裂纹,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

22、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5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。,5）强度,（1）水泥强度确定的条件及等级 在标准条件下的抗压强度和抗折强度来评定。 概述： GB规定用水泥胶砂试件测水泥强度 配合比：水泥：标准砂=1：3(平潭) 说明:试验采用水泥450g，标准砂1350g，水225g。,国家标准水泥胶砂强度试验方法（ISO法）（GB/T1767199）,标准砂是统一检验水泥强度用的材料，是以福建省平潭县芦洋浦的天然石英海砂经筛洗等加工制成。,

23、标准尺寸：4040160（mm3） （一天后脱模） 标准养护条件： 温度203 相对湿度：90%以上 龄期：早期3天 后期28天 相对湿度：空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。,100mm,160mm,P,抗折强度试验,P,P,抗压强度试验,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： 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。,水泥的强度等级： 硅酸盐水泥强度等级：(Mpa) 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R、 普通硅酸盐水泥强度等级：(M

24、pa) 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。 （六个新规范） 早强型优点： 3d强度较普通型强度提高10%24% 3d强度可达普通型强度28天的50%,各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表所示数值。,注：R早强型。,硅酸盐水泥的强度要求（GB17599）,3d,28d,时间（d）,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。,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？,解答： 水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰

25、比和砂灰比、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； 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，将这些因素统一规定，以便相互比较。,6）密度、堆积密度 密度主要决定于其熟料矿物组成，一般为3.10 3.20g/cm3。 受潮水泥的密度有所降低。 在进行混凝土配合比计算时，通常采用3.10g/cm3。 堆积密度：疏松堆积时约为1000 1100kg/m3 紧密堆积时可达1600kg/m3 （14001700 kg/m3 ） 。 在混凝土配合比计算中，通常采用1300kg/m3。,7）不溶物及烧失量,8）水化热 水化热是指水泥

26、和水之间发生化学反应放出的热量。大部分水化热是在水化初期（7d）放出的，以后则逐步减少 水泥水化热大小主要取决于水泥的矿物组成和细度。冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。但对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热大是不利的，可使混凝土产生裂缝。因此对大体积混凝土工程，应采用水化热较低的水泥，如中热水泥、低热矿渣水泥等。,不溶物指水泥经酸和碱处理后不能被溶解的残余物。 烧失量是指水泥在一定灼烧温度和时间内，烧失的量占原质量的百分数。,问题？,为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？ 答: 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。 硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪

27、一种水化热最大？哪一种水化热最小？ 答： 铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二钙C2S水化热最小。 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，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。,问题？,试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？ 答： 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； 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； 为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制； 水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定

28、性有影响； 碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质； 为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。,9）氧化镁、三氧化硫、碱含量 水泥中氧化镁含量不得超过5，三氧化硫的含量不得超过3.5。若使用活性骨料，水泥中碱含量不得大于0.6，因为当骨料中含有活性二氧化硅时，水泥的碱含量又较高时，则水泥会与骨料发生碱骨料反应，在骨料表面生成复杂的碱硅酸凝胶，凝胶吸水体积膨胀，从而导致混凝土开裂。,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 （终凝）不合格品 体积安定性 废 品 强 度 不合格品或降低等级 不溶物和烧失量 不合格品,水泥石的腐蚀与防止 水泥石的腐蚀：在某些环境

29、条件（如受到某些侵蚀性液体或气体的作用）下，引起水泥石的结构逐渐破坏，强度降低，以致全部溃裂的现象称为水泥石的腐蚀。 水泥石的抗腐蚀性能可用耐蚀系数表示。 耐蚀系数：以同一龄期的分别浸在侵蚀性溶液中的水泥石试件强度与在淡水中养护的试件强度的比值来表示。 耐腐蚀系数越大，水泥石的抗腐蚀性能也就越好。 水泥石腐蚀的原因很多，作用也很复杂，主要有软水腐蚀、盐类腐蚀、酸类腐蚀、强碱腐蚀等。 水泥中碱性物质：Ca(OH)2、水化铝酸钙。,2.盐类腐蚀 （1）硫酸盐腐蚀 当海水、沼泽水、工业污水等中含有碱性硫酸盐（如Na2SO4、K2SO4等）时，其中的水泥石还会受到的侵蚀。 Ca(OH)2 +硫酸盐Ca

30、SO4 硫酸钙亦能与水泥石中的固态水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体。 4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O3CaOAl2O33 CaSO431H20+Ca(OH)2 反应是在固相中进行的高硫型水化硫铝酸钙结合着大量结晶水其体积膨胀为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍水泥石产生很大的内应力水泥石开裂、强度降低和造成破坏。,（2）镁盐腐蚀 海水、地下水中常含有大量镁盐 硫酸镁 (MgSO4) 氯化镁(MgCl2) MgSO4十Ca(0H)2十2 H20 CaSO42 H20十Mg(0H)2 (3CaOAl2036 H20十3（CaSO42 H20）十19 H20 3CaOA

31、l2033CaSO431 H20 ) MgCl2十Ca(0H)2CaCl2十Mg(0H)2 反应的结果： 氢氧化镁（Mg(0H)2）松软而无胶凝能力 镁盐 二水硫酸钙（Ca SO42H20）又将引起硫酸盐的破坏作用 硫酸盐 氯化钙（CaC12）易溶解于水 均能使水泥石强度降低或破坏。 硫酸镁对水泥石起着和的双重腐蚀作用。,侵蚀,3.酸类腐蚀 （1）碳酸腐蚀 在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳 二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙继续与含碳酸的水作用变成易溶于水的碳酸氢钙（Ca（HCO3）2），由于碳酸氢钙的溶解使Ca（0H）2浓度降低，导致水泥石中其它产物的分解，而使水泥石结构破

32、坏。 开始：Ca（0H）2十C02十H20CaC03十2 H20 然后：CaC03十C02十H20 Ca（HCO3）2 可逆的，当碳酸超过平衡浓度（溶液中的pH7）时，则上式反应向右进行，形成碳酸腐蚀。,（2）一般酸的腐蚀（HCl、H2SO4） 在工业废水、地下水、沼泽水中常含无机酸和有机酸 工业窑炉中的烟气常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸。 各种酸类与水泥石中的氢氧化钙作用生成化合物或者易溶于水，或者体积膨胀而导致水泥石破坏。 对水泥石腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等。 例如，盐酸和硫酸分别与水泥石中氢氧化钙作用，其反应式如下： 2HCl十Ca

33、(0H)2CaCl2十2H20 氯化钙易溶于水而导致化学腐蚀型破坏 H2SO4十Ca(0H)2CaSO42H20 石膏对水泥石产生硫酸盐膨胀型破坏。,4.强碱腐蚀 碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱作用后也会破坏。 （1）如氢氧化钠可与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠，其反应式为： 3CaO Al2O3十6NaOH3Na2OAl2O3十3Ca(0H)2 （2）当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠 2NaOHCO2 Na2CO3H20 碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀，可使水泥石胀裂。,水泥石侵蚀的基本原因,

34、内因水泥石存在不稳定的Ca(OH)2和介稳的水化硫铝酸钙； 外因环境中有害介质（软水、酸、盐等）的存在； 联系水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。 长期性、后期加剧性,（二）水泥石侵蚀的防止 根据环境特点，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。 提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。 通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。 在水泥石的表面涂抹或铺设保护层， 隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的

35、涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。,问题 ？,降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？,答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水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密切相关。,Summary,物理力学性能 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,硅酸盐水泥的特性与应用 （一） 硅酸盐水泥的特性 1 水化、凝结与硬化快、强度高，尤其是早期

36、强度高。凝结硬化快，早期及后期强度均高。适用于有早强要求的工程（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。 2 水化热大，且放热较集中。 水化热高。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。 3 抗冻性好、干缩性小、耐磨性好 适用于抗冻性要求高的工程。,5 耐腐蚀性差 因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程,6 耐热性差。 水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。,抗碳化能力强 硅酸盐水泥碱性强，密实度高，抗碳化能力强，适用于钢筋混凝土

37、结构及预应力混凝土结构。,（二）硅酸盐水泥的应用 适用于 - 重要结构的高强混凝土及预应力混凝土工程； -早期强度要求高的工程及冬季施工的工程； -严寒地区，遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位； 2不宜用于 - 受流动的软水和水压作用工程，也不宜用于受海水和 矿物水作用的工程； -大体积混凝土； - 高温的工程。,凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。 凡细度、终凝时间、不溶物及烧失量中的任一项不符合标准规定，或混合掺量超过最大限量，或强度低于商品等级规定的指标时，称为不合格品； 水泥包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出场编号不清楚的也属不合格品 废品水

38、泥在工程中严禁使用。,硅酸盐水泥的验收与储运,1 废品水泥与不合格水泥,2 水泥储运,硅酸盐水泥在储存和运输过程中，应按不同品种、不同强度等级及出厂日期分别储运，不得混杂。 要注意防潮、防水。 水泥的有效储存期是3个月。一般水泥在储存3个月后，强度降低约1020，6个月后降低1530。存放超过6个月的水泥必须经过检验后才能使用。,掺混合材的硅酸盐水泥品种,硅酸盐水泥熟料石膏, ,615%混合材,普通硅酸盐水泥,2070%矿 渣,矿渣硅酸盐水泥,2050%火山灰,火山灰硅酸盐水泥,2040%粉煤灰,粉煤灰硅酸盐水泥,1650%两种混合材,复合硅酸盐水泥,掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混

39、合材的种类与掺量密切相关！,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,掺混合材水泥的代号,水泥品种 组成特点 代号 普通水泥 615的混合材 P O 矿渣水泥 2070矿渣 P S 火山灰水泥 2050火山灰 P P 粉煤灰水泥 2040粉煤灰 P F 复合水泥 1550两种混合材 P C 石灰石水泥 1125的石灰石 P L,一、水泥混合材,定义： 在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。 种类： 活性 非活性两类 作用： 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。,（1）. 活性混合材,定义加水拌和本身并不硬化

40、，但与石灰、石膏或硅酸岩水泥一起，加水拌和后能发生化学反应，生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种混合材料 称为活性混合材料。 活性组分：SiO2、Al2O3,常用：粒化高炉矿渣：CaO、SiO2和Al2O3 火山灰混合材： SiO2和Al2O3 天然：火山灰、凝灰岩、 浮石等 人工：煤矸石渣、烧页岩、 烧粘土等 粉煤灰等： SiO2和Al2O3,（2）.非活性混合材,定义： 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。 常见的有： 磨细石英砂 石灰石粉 粘土 慢冷矿渣,（3）应用 在硅酸岩水泥熟料中掺入适量的混合材料可制成六大品种的水泥 硅酸盐水泥 普通

41、硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合水泥,二、普通硅酸盐水泥（代号PO）（Ordinary portland cement） 1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料，再加入6%15%混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥。 硅酸盐水泥熟料+6%15%混合材+石膏 普通水泥 活性材料的最大掺量不超过15% 非活性材料的最大掺量不超过10%,磨细,2、特性 早强略低于硅酸盐水泥 耐冻、耐磨低于硅酸盐水泥 其它特性与硅酸盐水泥差不多 耐腐蚀略优于硅酸盐水泥,三、矿渣硅酸盐水泥(代号PS)（Portland blastfurnace-slag cemen

42、t） 1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥。 粒化高炉矿渣掺量 20%70%。 2、特性 （1）密度：2.83.1g/cm3 堆积密度：10001200kg/m3, 较硅酸盐略小，且颜色较淡。,（2）凝结时间：初凝不得早于45min ，实际为25h; 终凝不得迟于10h，实际为59h。 （3）早期强度低，后期强度增进率大。 （4）硬化时对湿热敏感性强。 （5）水化热低。 （6）具有较好的化学稳定性，抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力较强。 （7）耐热性较强。 （8）干缩性较大，保水性差，泌水性较大。 （9）抗冻性和耐磨性较

43、差，且抗干湿交替循环等性能亦不如普通水泥。 （10）与钢筋的粘结力较好，能防止钢筋锈蚀。,硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,强度,龄期,3、应用 （1）适用于地下或水中工程，以及经常受较高水压的工程。对于要求耐淡水侵蚀和耐硫酸盐侵蚀的水工或海工建筑尤其适宜。 （2）适用于大体积混凝土工程，但不适用于受冻融或干湿交替的建筑及耐磨工程。 （3）最适用于蒸气养护的预制构件。 （4）适用于受热（200以下）的混凝土工程。,四、火山灰硅酸盐水泥（代号PP）（Portland pozzolane cement）,1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水

44、泥，简称火山灰水泥。 火山灰质混合掺量：20%50%。,2、特点： （1）密度为2.83.1g/cm3,堆积密度为9001000kg/m3。细度、凝结时间和体积安定性等技术要求同普通水泥。 （2）抗冻性及耐磨性比矿渣水泥还要差。 （3）干缩现象还要显著。 （4）泌水性较小，耐水性较高，抗渗性能高，抗硫酸盐性较好。 其它特点同矿渣水泥。,3、应用 （1）最适宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗渗性、抗淡水及抗硫酸盐侵蚀的工程中。但是火山灰水泥的抗冻性较差，不宜用于受冻部位。 （2）不宜用于干燥地区或高温车间。 （3）适宜用蒸汽养护生产混凝土预制构件。 （4）宜用于大体积砼工程。,五、粉煤灰硅酸盐水

45、泥（代号PF）（Portland fly-ash cement）,1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。 粉煤灰掺量：20%40%。 2、特点： （1）干缩性较小，抗裂性好。 （2）配制的砼和易性较好。,六、复合硅酸盐水泥（Composite portland cement） 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。 混合材料总掺量应15%，但不能超过50%。,常用硅酸盐水泥的强度要求,活性混合材水泥的共性,密度较小 2.703.10。 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。 水化热较小。 耐腐蚀性较好。 抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。,活性混合材水泥的特性,矿渣水泥： 保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。 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，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。 粉煤灰水泥： 吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。 复合水泥： 取决于所掺的混合材种类。,七、水泥的包装