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1、School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology土木工程材料（水泥）安徽工业大学本科生课程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥概述 u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
2、胶凝材料。u水泥的种类有哪些？水泥中的主要矿物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硫铝酸钙硅酸钙铝酸钙磷酸钙,镁 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。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technologyu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。u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 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
3、系水泥等。硬化时膨胀硬化速度快水化热低耐腐蚀性好 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。水泥概述 School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technologyu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。u水泥的种类有哪些？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 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。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。u
4、硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；掺混合材的硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥u硅酸盐水泥有P和P两类，后者含有混合材。水泥概述 School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥在土木工程中的重要作用u水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！u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！u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！School of Architectural and Civil EngineeringAnhui Universi
5、ty of Technology硅酸盐水泥的历史u埃及时代 煅烧石膏金字塔u希腊与罗马人 发明了煅烧石灰石快硬石灰砖石结构砂浆u希腊与罗马人 黏土获泥土、石灰与砂胶凝材料u罗马人 用火山灰、石灰与砂水硬性胶凝材料混凝土、砌块u中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点u14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起u17591759年,英国人John Smeaton将石灰与火山灰混合胶凝材料；u法国的Lesage 和Vicat，英国的Frost 和Parke，煅烧石灰与粘土混合物水泥u1824年，英国的砖瓦匠Joseph Aspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术u1871年，美国宾夕法尼
6、亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产大规模化 School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology学 习 目 的u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。u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。u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。u 了解水泥的生产工艺。其他品种水泥的性质和应用School of Arch
7、itectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology主 要 内 容u硅酸盐水泥硅酸盐水泥是怎样制造的？硅酸盐水泥的组成？水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥应满足哪些技术性质？u掺混合材的硅酸盐水泥u其它品种水泥u重点论述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。凡由硅酸盐水泥熟料、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，称为硅酸盐水泥硅酸盐水泥(即国外通称的Portland Cement).分为：P和PSchool of Architectural and Civil
8、EngineeringAnhui University of Technologyu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：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2u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“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
9、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硅酸盐水泥的生产School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology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School of Archit
10、ectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology硅酸盐水泥的组成u硅酸盐水泥熟料 Clinkersu石膏(CaSO42H2O)Gypsumu混合材(矿渣或石灰石粉末)Mineral Additivesu各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；降低水泥成本必要组分熟料又是如何组成的呢？School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology矿物名称英文名称缩写分子式矿 物 式硅
11、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%)376015377151018u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、SO3、P2O5等。等。u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
12、School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology 硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S 48 65 31 42C2S 24 11 40 34C3A 13 8 12 2C4AF 9 9 12 15 特点：普通 早强 低热 抗硫酸盐 A B C D CaO 66 67 64 64 Si
13、O2 21 21 22 23 Al2O3 7 5 7 4 Fe2O3 3 3 4 5 f-CaO 1 1 1 1 SO3 2 2 2 2School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥的水化和凝结硬化 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u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”；u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。
14、School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥的水化和凝结硬化u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；u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左右的拌和水；左右的拌和水；u水化反应的产物水化反应的产物水化物水化物能相互凝聚成三向网络结构能相互凝聚成三向网络结构很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。u化学过程水泥熟料矿物的水化反应u物理过程水泥浆的凝结硬化u水泥浆凝结硬化的影响因素u硬化水泥浆的组成与结构
15、 School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥熟料矿物的水化反应u特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固液异相反应。u反应速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙-C2S的水化来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：CaSO42H2O CaSO40.5H2O+1.5H2OSchool of Architectural and Civil E
16、ngineeringAnhui University of TechnologyC3S与-C2S的水化u水化生成水化硅酸钙C3S2H3C-S-H凝胶和Ca(OH)2,并放热 硅酸三钙：2C3S +6H C3S2H3 +3CH +120cal/g 硅酸二钙：2C2S +4H C3S2H3 +CH +62cal/g (C-S-H)+羟钙石u特征：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、水灰比有关)其中钙硅比(C/S)：CaO/SiO2=(xz)/2 C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。u水化机理溶液中反应固
17、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）School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology溶液中的反应u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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology表面局部反应u机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散 水化
18、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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of TechnologyCSH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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology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物的特征硅酸钙的水化产物C-
19、S-H与Ca(OH)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology铝酸三钙C3A的水化u铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要u纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙：C3A +18H2O C2AH8+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！u避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O 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。School of Architec
20、tural and Civil EngineeringAnhui University of Technology铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应u石膏可与C3A的水化产物C3AH6反应形成三硫型硫铝酸钙钙矾石晶体，并放出大量热：C3AH6+3CH2+20H C3A3C3H32+300 cal/g (1)(钙钒石)u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)u石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A +18H2O C3AH6(结合强度最低)(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)
21、慢；v 在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology铁铝酸四钙C4AF的水化u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 +3CH2 +26H C3(A,F)3C3H32 C4AF +CH2 +20H C3(A,F)C3H16uC4AF水化物的组成是可变的，属于铝酸盐与铁酸盐的固溶体，并由铁相凝胶产生。uC4AF的水化反应
22、对整个水泥的行为影响较小。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of TechnologySummarySummaryu硅酸钙的水化2C3S+6H C3S2H3 +3CH +120cal/g2C2S+4H C3S2H3 +CH +62cal/g C-S-H +羟钙石羟钙石u铝酸钙的水化C3A +18H2O C2AH8+C4AH13 C3AH6C3AH6+3CH2+20H C3A3C3H32（钙钒石）（钙钒石）C3A+C3A3C3H32+4H C3AC3H12u铁铝酸钙的水化C4AF+13H C4(A,F)H1
23、3 C4AF+3CH2+26H C3(A,F)3C3H32 C4AF+CH2+26H C3(A,F)C3H12水泥的水化过程：u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；u几分钟内，Ca2、SO4、Al3、OH离子间反应，形成钙钒石；u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；u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。u此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。u石膏的作用：避免水泥浆的闪凝和假凝现象;导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。School of Architectur
24、al and Civil EngineeringAnhui University of Technology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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥颗
25、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。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。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Te
26、chnologyu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；u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；u因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期；u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；u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School of Architectural
27、and Civil EngineeringAnhui University of Technology熟料矿物水化物量随时间的增长情况 随着水泥的水化，水化产物量不断增加，水化物固相所占据的空间越来越多，而原来由水占据的空间越来越少，固体连续相逐渐形成。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology初初始始放放热热峰峰放热主峰放热主峰放热速度逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线放热速度很低School of Architectural and Civil EngineeringAnhui Uni
28、versity of Technology水灰比水灰比0.55的水泥浆水化的水泥浆水化1天天黑色箭头指示部分水化物壳层；黑色箭头指示部分水化物壳层；白色箭头指示完全水化物白色箭头指示完全水化物壳层。壳层。水泥浆凝结硬化过程的微观观察a:C3Sb:C2S 水灰比水灰比0.55的水泥浆水化的水泥浆水化9个月个月I,：C-S-H内产物相内产物相;A：铁相：铁相/CH;B：水化：水化 belite;白色箭头指示完全水化物壳层白色箭头指示完全水化物壳层School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥
29、浆中氢氧化钙的生长3 天7 天28 天365 天School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题u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。u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；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的
30、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。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technologyu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。u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。u为什么水泥的储存与运输时应防
31、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。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology（1）水泥矿物组成）水泥矿物组成（2）水泥细度）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量）拌合用水量（5）水泥中的混合材）水泥中的混合材（6）水泥外加剂）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素 水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数：R(t)=f(C3
32、S)f(细度细度)f(T)f(W/C)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度()时间(天)水泥熟料矿物组成的影响u水泥熟料矿物的水化速度：C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF C2Su水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；u水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology石膏掺量
33、的影响u石膏主要降低C3A的水化速度；u掺量太少，凝结较快；u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。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥颗粒细度的影响u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，
34、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)School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥细度水泥细度Fineness of Cement粒径：3m 水化非常迅速，需水量增大；90 m 几乎接近惰性。Sc
35、hool of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology温度与湿度的影响u温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？u温度升高10C，速度加快一倍。u温度低于0C时，水化反应基本停止。u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School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology拌和用水量的影响u重要概念：水灰比水泥浆体中拌和水量与水泥质量
36、之比(W/C)；u水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比0.23；u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；u水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology未水化未水化水泥水泥毛细孔毛细孔水泥凝胶水泥凝胶体体积积比比水灰比水灰比长时间放长时间放置在水中置在水中的水泥浆的水泥浆体水化最体水化最终生成物终生成物School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of
37、TechnologySummaryuC3S、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。u掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。u有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。u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。u水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。慢。u提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利提高温度，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于水泥的凝结硬化 School of
38、 Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology问题？u水泥凝结硬化速度快，有什么不利影响？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。u水泥宜在什么条件下凝结硬化？答：水泥宜在常温(2010C)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。School of Architectural and Civil Engineering
39、Anhui University of Technology硬化水泥浆体水泥石的组成u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u水泥石的组成随水泥水化度而变School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology硬化水泥浆体水泥石的微结构u水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石u水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆
40、聚的多孔结构体；各种物相分布不均；各种物相的尺寸不等，形貌不一。由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。水化良好的水泥石微结构：“A”代表结晶性差、胶体尺寸(1100nm)的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.53.0nm；“H”代表六方晶体相，尺寸为1m；“C”代表没有被水化物填充，原来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10nm m。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology硬化水泥浆体中水化物固相的分布固体相含量
41、()C3AH6时间(天)C-S-H水泥石中的固体School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology水泥石中的孔隙uC-S-H凝胶中的层间孔隙凝胶孔 gel pores尺寸尺寸=5 25 含量：约占含量：约占C-S-H凝胶的凝胶的28%对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响u毛细孔 Capillary Voids尺寸50 nm，与水灰比有关 对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响u空隙 Air Voids夹杂的空气泡:3 mm引入的空气泡:50 2
42、00 m对强度和抗渗性非常有害黑色代表孔隙黑色代表孔隙School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technologyu水蒸气 大的孔隙部分被水填充，剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水蒸气。u毛细孔水毛细孔和 大的凝胶孔中的水孔径50nm的孔隙中的水自由水孔径50nm的孔隙中的水毛细张力水u吸附水 固体表面吸附的水，5个水分子层，厚度1.3nm，干燥到30的相对湿度，可失去。u层间水 小于2.6nm的 凝胶孔中的水，强干燥到10 相对湿度时，可失去。u化学结合水 水泥水化反应所结合到水化物中的水，只有加热
43、到900 1000C才会失去。化学结合水量可用于测定水泥水化度。水泥石中的水(105C)可蒸发水(105C)不可蒸发水School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology硅酸盐水泥应满足哪些技术性质u密度与堆积密度密度与堆积密度u细度细度u标准稠度用水量标准稠度用水量u凝结时间凝结时间u体积安定性体积安定性u强度强度u水化热水化热u不溶物和烧失量不溶物和烧失量u碱含量碱含量u耐腐蚀性耐腐蚀性软水侵蚀软水侵蚀盐类侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀防腐措施防腐措施School of Arch
44、itectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology1.密度与堆积密度u密度密度 3.053.20，混凝土配合比计算时，一般取，混凝土配合比计算时，一般取3.10。u堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3。u密度的测量方法密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。排液法，用煤油作为测量液体。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology
45、2.细细 度度u定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。u测量方法筛分析法 以80m方孔筛的筛余量表示；比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。u国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。u细度不符合要求的水泥为不合格品！School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：u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
46、利于凝结硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；u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；u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；u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。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology3.标准稠
47、度用水量 u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（282）mm时的水泥净浆的稠度。u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%。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology试锥下降高度试锥下降高度（282）水水泥泥浆浆试试锥锥School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University
48、 of Technology4.凝结时间 u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。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；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。u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。u国标要求：硅酸盐水泥国标要求：硅酸盐水泥初凝时间初凝时间45min；终凝时间终凝时间390min。School of
49、Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology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12mm为初凝为初凝园弧形园弧形压痕压痕终终凝凝School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology 国标国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；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？终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：u水泥凝结时间的
50、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；u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；u终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。School of Architectural and Civil EngineeringAnhui University of Technology5.体积安定性 u基本概念：基本概念：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。若水泥石的体积变化均匀适当，则体积安定性良好；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。u体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废