1、第五章 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。,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。,水泥的发明,水泥的发明,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。,水
2、泥的定义,水泥：是一种多组分的人造矿物粉料，它与水拌和后成为塑性胶体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等材料胶结成具有一定强度的整体。（水泥是水硬性胶凝材料。）,水泥 硅酸盐水泥铝酸盐水泥 系列硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥硅酸盐水泥系列是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。,我是建筑业的粮食！,水泥的定义,硅酸盐水泥（05%）普通水泥（6%15%）矿渣水泥（ 2070 %）火山灰水泥（ 2050 %）粉煤灰水泥（ 2040 %）复合水泥（ 1550 %）,专用水泥专门用于某些工程的水 泥,如道路水泥、中低热水泥、砌筑水泥等。 特性水泥某种性能较突
3、出的水泥， 如快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、彩色水泥、膨 胀水泥等。,硅酸盐水泥系列,通用水泥,上述百分含量为混合 材料的掺量,硅酸盐系列水泥的分类,硅酸盐系列水泥的分类,彩色水泥,彩色水泥,彩色水泥,普通水泥,硅酸盐系列水泥的分类,第一节 硅酸盐水泥,1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥国外通称的波特兰水泥（Portland cement）。2.类型及代号 硅酸盐水泥 型硅酸盐水泥：不掺混合材料的，代号P。型硅酸盐水泥：粉磨时掺加不超过水泥重量5% 的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P 。,一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号
4、,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）,硅酸盐水泥强度等级,二、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,生产硅酸盐水泥熟料的原材料 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似的材料如白垩、石灰岩等。 粘土质原料：主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。 铁矿粉：采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。石膏：主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料：包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工
5、艺,二、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,CaO： 62% 67%SiO2 : 20% 24%Al2O3 : 4% 7%Fe2O3： 2.5%6.0%,磨制水泥成品的原材料包括：硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料。,水泥厂效果图,二、硅酸盐水泥的生产,3.510m中卸烘干磨（生料粉磨 ）,二、硅酸盐水泥的生产,二、硅酸盐水泥的生产,3.350m旋转窑,二、硅酸盐水泥的生产,篦式冷却机,二、硅酸盐水泥的生产,3.813m水泥磨,二、硅酸盐水泥的生产,水泥皮带输送机,八嘴回转式微机包装机,二、硅酸盐水泥的生产,水泥库,二、硅酸盐水泥的生产,1.主要成分：主要由四种矿物化学组成,三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成
6、,硅酸盐水泥熟料的矿物组成及在水泥中的相对含量,三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2.其它成分: 游离CaO、MgO及SO3，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：25%。,三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成,（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：,四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2硅酸三钙 水化
7、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 水化铝酸三钙 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O铁铝酸四钙 水化铁酸一钙,（一）硅酸盐水泥的水化,1.硅酸盐水泥熟料矿物的水化反应,水化铁酸钙,水化硅酸钙,氢氧化钙,C-S-H凝胶,水化铝酸钙,（一）硅酸盐水泥的水化,石膏在水泥中的作用,控制C3A的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间。掺量3左右。,C3A的水化：,反应迅速，产生急凝，或闪凝。,加入石
8、膏：,高硫形水化硫铝酸钙,又称钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不溶于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。,钙矾石显微形貌,该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。 通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。,（一）硅酸盐水泥的水化,（一）硅酸盐水泥的水化,石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。 该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。 所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。 为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过
9、水泥石腐蚀的学习得到答案。,石膏调节凝结时间的原理,2.硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性,表面水化，形成水化物膜层，水泥浆具有可塑性和流动性。 膜层长厚，并伴随破裂、扩展至连接，浆体形成絮凝结构。 初凝：开始失去流动性。 终凝：完全失去可塑性，并开始产生结构强度。 硬化：水泥浆体逐渐转变为具有一定强度的水泥石固体。,（二）硅酸盐水泥的凝结与硬化,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；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。,（二）硅酸盐水泥的凝结和硬化,水化初期 熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒
10、表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。 水化中期 以水化硅酸钙（CSH）和氢氧化钙的快速形成为特征。 水化后期 由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。,水泥凝结硬化过程示意图,1水泥颗粒；2水分；3凝胶；4晶体； 5水泥颗粒未水化内核；6毛细孔,主要水化产物（在完全水化的水泥石中 ）：,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
11、（也称钙矾石）7%,是水泥石形成强度的最主要化合物,（一）硅酸盐水泥的水化,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,不同水化程度水泥石的组成 （a）水灰比：0.4；（b）水灰比：
12、0.7,1.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。,（三）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素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 ）：Te
13、triacalcium aluminoferrie（四种主要熟料矿物中，C3A是决定性因素。）,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,高钙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 4120 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:
14、凝结速度越快，早期强度越高。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
15、。 养护到 28d 。,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,国家标准GB1752007，对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。 （一）细度（Fineness） 细度是指水泥颗粒的粗细程度。 水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。 （1）筛分法是以方孔筛的筛余量表示。矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥和复合水泥以筛余百分数表示，80m方孔筛筛余不
16、大于10%或45m方孔筛筛余百分数不大于30%； （2）比表面积法是以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥和普通水泥以比表面积表示，不小于300m2/kg。,五、硅酸盐水泥的技术性质,测定方法：水筛法筛析法负压筛法(为准)比表面积法：以一定量的空气，透过具有一定空隙率和一定厚度的压实粉层时所受阻力不同而进行测定的。比表面积法测定动画,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。 2.终凝时间（
17、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大于6.5h。,（二）凝结时间（Setting time）,水泥的初凝不宜过快，目的是保证有足够的时间在初凝之前完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇捣和砌筑等各工序的操作；终凝不宜过迟，目的是使混凝土在浇捣完毕后尽早完成凝结硬化，产生强度，以利于下一道工序的及时进行。,硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min；普通水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥和复合水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。,水泥凝结时间的测定是按国家标准
18、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+水水泥砂浆：水泥+砂+水,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。,（三）标准稠度用水量,测 定 水 泥 稠 度,滑动部分总质量为300g1g,标准稠度测定仪,标准稠度与凝结时间测定仪 1-铁座；2-金属圆棒；3-松紧螺丝；4-指针；5-标尺,试
19、锥和锥模,试锥和锥模,标准稠度用水量的测定,调整水量：以试锥下沉深度为28mm2mm时的拌和用水量为标准稠度用水量（ P ）,以水泥质量百分数计。如超出范围，须另称试样，调整水量，重新试验，直至达到28mm2mm时为止。不变水量：根据测得的下沉深度S(mm),可按以下经验公式计算标准稠度用水量P( % ):P = 33.4 0.185 S 当试锥下沉深度小于13mm时，应用“调整水量”法测定。,试杆法： GB /T 1346-2001标准中规定“以试杆沉入净浆并距底板6mm士1mm的水泥净浆为标准稠度净浆”。,凝结时间测定仪,圆模和试针,水泥净浆搅拌机,初凝时间：加水起至试针距底板为41.0m
20、m所经历的时间. 终凝时间：沉入水泥净浆不超过0.5mm所经历的时间。硅酸盐水泥初凝不小于45min，终凝不大于390min；普通水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥、粉煤灰水泥和复合水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min。,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：CaO,（四）安定性,国家标准规定，硅酸盐水泥、普通水泥 、火山灰水泥、粉煤灰水泥 、复合水泥三氧化硫含量不得超过3.5%，矿渣水泥三氧化硫含量不得超过4.0% 。硅酸盐水泥和普通水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，矿渣水泥、火山灰
21、水泥、粉煤灰水泥 、复合水泥中游离氧化镁含量不得超过6.0%。,体积安定性不良,与水化铝酸钙反应生成钙矾石,沸煮法（饼法/雷氏法）,控制f-MgO含量,控制SO3含量,氧化镁、三氧化硫及安定性不良的水泥应作废品处理。,(1）试饼法：将标准稠度的水泥净浆做成试饼经煮沸3h后，用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格，反之为不合格。 采用试饼尺寸：直径： 7080mm，高10mm 养护24h,加热至沸腾30min恒温3h。 规定：不合格不能使用。,雷氏法动画演示,测定方法：试饼法和雷氏法,（2）雷氏法：测定水泥浆在雷氏夹中硬化沸煮后的膨胀值，当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不
22、大于5mm时，即判为该水泥安定性合格，反之为不合格。,雷氏法动画演示,（五）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。 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。,ISO法,标准尺寸：4040160（mm3）（一天后脱模） 标准养护条件：温度202相对湿度：95%以上龄期：早期3天后期28天 相对湿度：空气中实际所含
23、水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。,ISO法,行星式水泥胶砂搅拌机主要用于水泥胶砂试件制备时的搅拌,水泥胶砂搅拌机,4040160mm水泥胶砂试模是国家标准“水泥胶砂强度检验方法(ISO法) GB/T17671-1999“中规定的统一设备。,水泥胶砂振实台主要用于水泥胶砂试件制备时的振实成型,水泥胶砂试模和振实台,水泥压力机专供测定水泥胶砂抗压强度之用,最大载荷200kN,水泥压力机,电动抗折机做水泥软练胶砂抗折强度检验用,并可作其他非金属脆性材料的抗折强度检验。 本试验机使用单杠杆时最大试验力为1000N,使用双杠杆时最大试验力为5000N,试验机标尺有专为水泥胶砂抗折强度与抗折
24、力的换算刻度。,电动抗折机,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：(Mpa) 42.5、42.5R、52.5、52.5R。 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（GB1752007）,返回,普通硅酸盐水泥的强度要求（GB1752007）,（六）碱含量（选择性指标）,水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥
25、时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。,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。,（七）密度、堆积密度,安定性（MgO，水泥中SO3含量） 强制性指标 初终凝时间强度细度 选择性指标碱含量,常用水泥的技术要求,水泥石的腐蚀：在某些环境条件（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
26、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。,六、水泥石的腐蚀与防止,水泥石腐蚀的基本原因是：水泥石中存在有易被腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实而使侵蚀性介质易于进入其内部；外界因素的影响，如腐蚀介质的存在，环境温度、湿度、介质浓度的影响等。 1.软水腐蚀（溶出
27、性侵蚀） 雨水、雪水、蒸馏水、工业冷凝水及含碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。 水泥与软水接触水化产物氢氧化钙被溶出 不断溶解流失孔隙增大，碱度下降并促使 硬化水泥石的其它产物分解使水泥石结构遭受破坏。,（一）水泥石的几种主要侵蚀作用,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CaSO4 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
28、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。,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 3CaOAl2033CaSO431 H20 ) MgCl2十Ca(0H)2CaCl2十Mg(0H)2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
29、（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双重腐蚀作用。,侵蚀,（2）镁盐腐蚀,（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。,3.酸类腐蚀,在工业废水、地下水
30、、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(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。,（2）一般酸的腐蚀（HCl、H2SO4）,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
31、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。,4.强碱腐蚀,（二）防止水泥石腐蚀的措施 1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。 2.提高水泥石的密实度 。 3.表面加保护层 。,七、 硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用 （一） 特性 1.凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高。2.抗冻性好。3.水化热大。4.
32、不耐腐蚀。5.不耐高温。,（二）应用 1. 适用于重要结构的高强混凝土及预应力混凝土工程； 2.适用于早期强度要求高的工程及冬季施工的工程； 3.适用于严寒地区，遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位； 4.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； 5.不宜用于大体积混凝土； 6.不宜用于高温的工程。,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料 （一）定义：磨细水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料称为混合材料。 （二）种类：按性质不同分：活性混合材料（用量最大）非活性混合材料 1.活性混合材料：加水拌和本身并不硬化，但与石灰、石膏或硅酸岩水泥一起，加水拌和后能发生化
33、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。其主要成分为SiO2、 Al2O3等。,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、非活性混合材料不具活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料，经磨细，掺入水泥中不起化学作用，仅起调节水泥性质、降低水化热、降低标号、提高产量等作用的混合材料，称为非活性混合材料（又称填充性混合材料） 。 主要有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣、炉渣等不符合技术要求的活性混合材可作为非活性材料。
34、,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,粒化高炉矿渣,炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒； 直径一般为0.55mm，需磨细使用； 急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣； 成粒在于阻止结晶，形成玻璃体，具有较高的潜在活性； 活性成分，一般认为是活性氧化铝和活性氧化硅，在常温下可与氢氧化钙起作用而产生强度。,火山灰质混合材料,火山灰质混合材料：泛指火山灰一类的物质。 火山灰：火山喷发的熔岩急冷形成。含有玻璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，使火山灰具有活性。,粉煤灰,火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰。 颗粒直径0.0010.05mm，玻璃态的实心或空心球状。 活性来自玻
35、璃体，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。,（2）活性混合材料的作用,（3）矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反应,分两步进行,水泥熟料颗粒水化； 矿渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化时析出的Ca(OH)2和外掺石膏的激发，生成新的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙。,水泥熟料矿物水化后的产物又与活性氧化物进行反应，生成新的水化物。,二次（水化）反应,（4）激发剂,Ca(OH)2和石膏起着激发水化（使活性混合材料的潜在活性得以发挥），促进凝结硬化的作用，故称为激发剂。,常用的激发剂有碱性激发剂和硫酸盐激发剂两类。,碱性激发剂：石灰，硅酸盐水泥熟料。 硫酸盐激发剂：二水石膏、半水石膏和各种化学石
36、膏。 硫酸盐激发剂的激发作用必须在有碱性激发剂的条件下，才能充分发挥。,在硅酸盐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,（三）应用,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，再加入活性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。活性混合材料掺加量为5%且20%，其中允许用不超过水泥质量8%且符合标准的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合标准的窑灰代替。,2、特性 早强略低于硅酸盐水泥耐冻、耐磨低于
37、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 cement） 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。其中：矿渣掺加量 20%且70%，并分为A型和B型。A型矿渣掺量20%且50%，代号P.S.A；B型矿渣掺量50%且70%，代号P.S.B。,（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
38、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。,2、特性,硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,强度,龄期,（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
39、预制构件。（4）适用于受热（200以下）的混凝土工程。,3、应用,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泥，简称火山灰水泥。其中，火山灰质混合材料掺量为20%且40%。,四、火山灰硅酸盐水泥（代号PP）（Portland pozzolane cement）,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
40、。 （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且40。 2、特点： （1）干缩性较小，抗裂性好。 （2）配制的
41、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）。 混合材料总掺加量为20%且50%。,七、水泥的包装标志及贮运,1.包装标志 （1）袋两侧应有水泥名称、标号、代号。 （2）硅酸盐水泥和普通水泥采用红色。 （3）矿渣水泥包装袋侧面印字采用绿色印刷。 （4）火山灰水泥和粉煤灰水泥包装袋侧面印字采用黑色印刷。2.贮存与运输 不同品种、不同标号，单独、分别贮存，不得混杂，应按序堆放。 环境：干燥、防潮、不晒，不直接放在地上。 时间不宜太长。 注
42、意：1）不同的水泥品种绝对不能混用；2）同一品种水泥不同标号不能混用。,第三节 特性水泥,常用的有：白色硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥彩色硅酸盐水泥高铝水泥膨胀水泥等,一、白色与彩色硅酸盐水泥,（一）白色水泥 1.定义 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量很少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。,高铝水泥,膨胀水泥,白色和彩色硅酸盐水泥,第三节 其它品种水泥,一、高铝水泥（矾土水泥）,以铝矾土和石灰石为原料，经高温煅烧得到铝酸钙为主的熟料磨细制成。代号CA。 按Al2O3的含量百分数分为四类：CA-50（50
43、 Al2O3 60），CA-60 （60 Al2O3 68） ， CA-70 （68 Al2O3 77） ，CA-80 （Al2O3 77 ）。,快凝、早强。用于紧急工程、抢修工程、冬季施工工程； 耐热性好和耐硫酸盐腐蚀性强。配制耐热混凝土和耐硫酸盐混凝土； 水化热大。不能用于大体积混凝土； 长期强度会降低。注意施工温度（1525），按最低稳定强度设计； 不得与硅酸盐水泥、石灰等混用； 低收缩； 耐碱性差; 产品标准：铝酸盐水泥（GB201-2000）。,产品特性及应用,加水硬化后，体积膨胀而不是收缩。,二、膨胀水泥,硅酸盐膨胀水泥。硅酸盐水泥为主，外加高铝水泥和石膏配制而成。 铝酸盐膨胀水泥
44、。高铝水泥水泥为主，外加石膏配制而成。 硫铝酸盐膨胀水泥。无水硫铝酸钙和硅酸二钙为为主要成分，外加石膏配制而成。 铁铝酸钙膨胀水泥。铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为为主要成分，外加石膏配制而成。,膨胀原理：生成钙矾石。 调整组分比例，可得不同的膨胀值。 若膨胀受限，则产生自应力。 自应力2MPa，称为自应力水泥； 自应力2MPa，称为膨胀水泥； 应用：补偿收缩混凝土、自应力混凝土。 产品标准： 膨胀硫铝酸盐水泥（ZB Q 11007-87）、自应力硫铝酸盐水泥（JC 715-1996）：,三、白色和彩色硅酸盐水泥,1.白色硅酸盐水泥（白水泥）,硅酸盐水泥熟料中氧化铁等含量少。 产品标准：白色硅酸
45、盐水泥（GB/T 2015-2005）。 技术要求：三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、水泥白度（87）、强度（32.5、42.5、52.5）。,2.彩色硅酸盐水泥,生料着色物质、熟料着色物质、白水泥着色物质。 产品标准：彩色硅酸盐水泥（JC/T 870-2000）。 技术要求：三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、强度、色差。,3.应用：用于各种装饰装修。,道路硅酸盐水泥 快硬硅酸盐水泥 快硬硫铝酸盐水泥 中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥 抗硫酸盐水泥,水泥工业之遗憾,1.消耗资源,我国已初步探明的石灰石储量为542亿吨，可开采利用的约为250亿吨。如以2004年我国水泥总产量9
46、.7亿吨、需消耗石灰质原料10亿吨记计，加上相关行业所用石灰石，则不需30年，即会出现石灰石资源枯竭的严重问题。一方面是水泥石灰石资源枯竭的严重问题，另一方面是消耗石灰石令人惊讶的高速度。（中国建材报2005年8月15日）,2.消耗能源,资料表明，2004年国产9.7亿吨水泥的能源消耗是燃煤1.6亿吨（标准煤）。专家预测，2010年我国水泥需求将达到13.5亿吨，原燃料消耗相应也会提高近40%。,3.破坏环境,2004年我国水泥工业CO2排放量达8亿多吨，SO3排放量超过100万吨，NOx排放量达262万吨，粉尘800万吨。,温室效应,酸雨,矽肺病等、土地碱化、破坏环境,4.我国目前的生产工艺
47、落后,发达国家新型干法技术多在80%以上，甚至95% 。 我国1995年新型干法水泥2853万吨，仅占总产量的6%；2004年上升到3.2亿吨，占总产量的33%；2005年底，新型干法水泥产量达到4.73亿吨，新型干法水泥的比重已达到45%。,近年进展迅速,本章结束！,某32.5矿渣水泥，储存期超过三个月。已测得其3d强度达到强度等级为32.5MPa的要求。现又测得其28d抗折、抗压破坏荷载如下表所示：,计算后判定该水泥是否能按原强度等级使用。,例题1,解: 1.抗折破坏强度v = 3 F L / 2 b2 = 0.00234 F 试件1: v=0.00234*2900=6.786MPa 试件2: v=0.00234*2600=6.084MPa 试件3: v=0.00234*2800=6.552MPa 平均值=(6.786+6.084+6.552)/3=6.474 MPa 三个值中无超过平均值10%,故无剔除值. 故该水泥的抗折强度为6.474 MPa.,2.抗压强度c = F / A = F/1600 试件1: c =65000/1600=40.6MPac =64000/1600=40MPa 试件2: c =64000/1600=40MPac =53000/1600=33.1MPa,
