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1、第四章 水泥第一页，本课件共有67页v什么是水泥什么是水泥(cement)？水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，成的浆体，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造石材。度，形成具有堆聚结构的人造石材。不仅适合用于不仅适合用于干燥环境干燥环境中的工程部位，而且中的工程部位，而且也适合用于也适合用于潮湿环境潮湿环境及及水中水中的工程部位。的工程部位。第一节概第一节概 述述 第二页，本课件共有67页水泥在土木工程中的重要作用水泥在
2、土木工程中的重要作用v水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！v水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普水泥及其砂浆、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！遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！v水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量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！至关重要！第三页，本课件共有67页在在5,000 5,000 年前，水泥的一些形式已经被人年前，水泥的一些形式已经被人们所使用。们所使用。考古发现考古发现5000年前修建的甘肃秦安大地湾的大年前修建的甘肃秦安大地湾的大型宫殿，地面抹有类似水
3、泥的砂浆，相当于型宫殿，地面抹有类似水泥的砂浆，相当于100号水泥的强度，是古人打磨石器过程中产号水泥的强度，是古人打磨石器过程中产生的碎石粉末与水、砂混合后的凝结物。生的碎石粉末与水、砂混合后的凝结物。第四页，本课件共有67页v45004500年前，埃及人用石灰砂浆建造金字塔；年前，埃及人用石灰砂浆建造金字塔；公元公元8080年，罗马人用年，罗马人用水凝水泥水凝水泥建造罗马圆建造罗马圆形大剧场，随后的几百年，他们又建筑了形大剧场，随后的几百年，他们又建筑了同样著名的众神庙和古壁石道。同样著名的众神庙和古壁石道。第五页，本课件共有67页公元公元82年第度凯旋门年第度凯旋门公元一世纪命运神庙公元
4、一世纪命运神庙第六页，本课件共有67页v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。v水泥的种类有哪些？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 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸酸盐盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。第一节概第一节概 述述 第七页，本课件共有67页v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
5、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。v水泥的种类有哪些？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 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。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 根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。水泥、抗硫酸盐水泥等。第一节概第一节概 述述 第八页，本课件共有67页第一节概第一节概 述述 v什么是水泥什么是水泥(ce
6、ment)？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。v水泥的种类有哪些？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 根根据据水水泥泥的的主主要要矿矿物物成成分分，有有：硅硅酸酸盐盐系系水水泥泥、铝铝酸酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。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。泥、抗硫酸盐水泥等。v硅酸盐系水泥品种硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；普通硅酸盐水
7、泥；掺混合材的硅酸盐水泥掺混合材的硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥v硅酸盐水泥有硅酸盐水泥有P和和P两类，后者含有混合材料。两类，后者含有混合材料。第九页，本课件共有67页第二节硅酸盐水泥第二节硅酸盐水泥v1、什么是硅酸盐水泥？什么是硅酸盐水泥？v2、硅酸盐水泥是怎样生产？硅酸盐水泥是怎样生产？v3、硅酸盐水泥的组成？硅酸盐水泥的组成？v4、水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥浆如何转变成坚硬固体？v5、水泥应满足哪些技术性质？、水泥应满足哪些技术性质？v6、如何正确使用水泥？如何正确使用水泥？v重点论述硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基重点论述硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本
8、性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。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、凡由硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣、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。适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。第十页，本课件共有67页一、硅酸盐水泥是怎样生产的？一、硅酸盐水泥是怎样生产的？v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，(CaCO3)，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SiO2制造工艺：制造工艺
9、：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(或混合材）一起经或混合材）一起经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥水泥“两磨一烧两磨一烧”第十一页，本课件共有67页硅质(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中反应物产物中间产物间产物预热器预热器回转窑回转窑产产 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第十二页，
10、本课件共有67页水泥制造厂全貌水泥制造厂全貌水泥生料煅烧回转窑水泥生料煅烧回转窑回回转转窑窑尾尾14501500C第十三页，本课件共有67页v水泥窑系统中发生的化学反应水泥窑系统中发生的化学反应第十四页，本课件共有67页二、硅酸盐水泥的组成二、硅酸盐水泥的组成v硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 Clinkers石膏石膏(CaSO4 2H2O)Gypsum混合材混合材(矿渣或石灰石粉末矿渣或石灰石粉末)Mineral Additivesv各物质的作用各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏
11、：调节水泥的凝结时间；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；混合材：调节水泥的强度等级；必要组分必要组分第十五页，本课件共有67页矿物名称英文名称 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%)376015377151018v化学组成：化学组成：主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O
12、3(=F)少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。v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硅酸盐水泥熟料的组成第十六页，本课件共有67页熟料矿物的基本特性熟料矿物的基本特性矿物矿物含量含量水化水化速度速度强度强度凝结凝结时间时间水化水化热热耐化耐化学侵学侵蚀性蚀性干干缩缩早早期期后后期期C3S3760%较快较快高高高高 较快较快较大较大中中中中C2S1537%最慢最慢低低高高 缓慢缓慢最小最小良良小小C3A715%极快极快不不高高低低 很快很快最大最大差差大大C4AF1018%C3A后期慢后期慢低低
13、低低 较快较快中等中等优优小小第十七页，本课件共有67页水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构水泥熟料矿物微观结构第十八页，本课件共有67页三、水泥浆如何转变成坚硬固体？三、水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体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的凝结硬化过程变成坚硬固体v凝凝结结水水泥泥与与水水混混合合形形成成可可塑塑浆浆体体，随随着着时时间间推推移移、可可塑塑性性下下降降，但但还还不不具具备备强强度度，此此过过程程即即为为“凝结凝结”；v硬硬化化随随后后
14、浆浆体体失失去去可可塑塑性性，强强度度逐逐渐渐增增长长，形成坚硬固体，这个过程即为形成坚硬固体，这个过程即为“硬化硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理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。化学变化过程。第十九页，本课件共有67页为什么水泥能由浆体变成固体？为什么水泥能由浆体变成固体？v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；v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左右的拌和左右的拌和水；水；v水化反应的产物水化反应的产物水化物能相互凝聚成三向水化物能相互凝聚成三向网络结构；网络结构；v水化反应产物有很大的表面能，而且相互
15、间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。有很强的次价键力。第二十页，本课件共有67页1.水泥熟料矿物的水化反应水泥熟料矿物的水化反应v特征：特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；反应；其水化反应均是放热反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固液异相反应。水化反应是固液异相反应。第二十一页，本课件共有67页Summary水泥的水化过程：水泥的水化过程：v当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶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；液中，液相被各种离子饱和；v几分钟内，几分钟内，Ca2
16、、SO4、Al3、OH离子间反应，离子间反应，形成钙矾石；形成钙矾石；v几小时后，几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填开始填充原来由水占据并溶解熟料矿物的空间；充原来由水占据并溶解熟料矿物的空间；v几天后，因石膏量耗尽，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸几天后，因石膏量耗尽，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。钙水化物开始形成。v此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。第二十二页，本课件共有67页主要水化产物：主要水化产物：Ca-AlC-S-HC-S-H凝胶凝胶凝胶凝胶CHCH水化铝（铁）酸钙水化铝（铁）酸
17、钙水化铝（铁）酸钙水化铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙第二十三页，本课件共有67页石膏的作用石膏的作用v调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混变形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。合材起活性激发作用。石膏太少，不能合适地调节水泥正常凝结时石膏太少，不能合适地调节水泥正常凝结时间；间；石膏太多，可能导致水泥体积安定性不良。石膏太多，可能导致水泥体积安定性不良。第二十四页，本课件共有67页水泥浆的凝结硬化过程：水泥浆的凝结硬化过程：2.水泥浆的凝结硬化水泥浆的
18、凝结硬化物理过程物理过程水泥水泥cement水泥浆水泥浆Cement paste+水水凝结、硬化凝结、硬化水泥石水泥石Hardened cement paste初凝状态初凝状态终凝状态终凝状态 硬化阶段硬化阶段可塑态可塑态流动态流动态 固态凝结阶段凝结阶段第二十五页，本课件共有67页3d28d时间（时间（d）强度强度（MPa）水泥强度发展规律水泥强度发展规律v早期增长快，随后逐渐减慢；早期增长快，随后逐渐减慢；v28天，基本达到极限强度的天，基本达到极限强度的80以上；以上；v在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天几十天 乃至几十年。乃至几十年。第二
19、十六页，本课件共有67页四、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质四、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质v密度与堆积密度密度与堆积密度v细度细度v标准稠度用水量标准稠度用水量v凝结时间凝结时间v体积安定性体积安定性v强度强度v水化热水化热v碱含量碱含量v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第二十七页，本课件共有67页1.细细 度度v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。v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；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来水泥颗粒所
20、具有的总表面积来表示。表示。v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！第二十八页，本课件共有67页问题：为什么需要规定水泥的细度？问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：v水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太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；粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；v虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化虽然水泥越细，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；放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；v水泥越细，生产能耗越高，成本增
21、加；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；v水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。度。第二十九页，本课件共有67页2.2.凝结时间凝结时间 v概念：概念：凝结时间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。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所从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；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，并开从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具
22、有强度所需的时间。始具有强度所需的时间。v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。测定仪来测定。v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。第三十页，本课件共有67页3.体积安定性体积安定性 v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。体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；良好；若水泥石
23、发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体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。积安定性不良。v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！第三十一页，本课件共有67页v水泥体积安定性不良的原因水泥体积安定性不良的原因：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。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。水化速度都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大增大1.98%和和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开倍。产
24、生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。第三十二页，本课件共有67页4.强强 度度 v检验方法检验方法分别测量抗压强度和抗折强度。分别测量抗压强度和抗折强度。胶砂（水泥胶砂（水泥胶砂（水泥胶砂（水泥1+中国中国中国中国ISOISO标准砂标准砂标准砂标准砂3 3+水水水水0.50.5）棱柱体试件棱柱体试件（40mm40mm160mm）脱模脱模201湿气湿气24h201水中水中预定龄期（预定龄期（3d、28d）测定抗压强度和抗折强度测定抗压强度和抗折强度第三十三页，本课件共有67
25、页强度等级：根据强度等级：根据3 3天和天和2828天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级度等级 第三十四页，本课件共有67页5.水化热水化热 v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。v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。v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
26、大体积混凝土，更散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。是如此。v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：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 第三十五页，本课件共有67页思考思考v以下是以下是A、B两种硅酸两种硅酸盐盐水泥熟料水泥熟料矿矿物物组组成百分比含量，成百分比含量，请请分分析析A、B两种硅酸两种硅酸盐盐水泥的早期水泥的早期强强度及水化度及水化热热的差的差别别。矿物组成矿物组成C C3 3S/S/C C2 2S/S/C C3 3A/A/C C4 4AF/AF/A A水泥水泥6060151516169 9B B水泥水泥4747282810101
27、515第三十六页，本课件共有67页 在水泥中含碱是引起混凝土产生碱在水泥中含碱是引起混凝土产生碱-骨骨料反应的条件料反应的条件，为了避免碱，为了避免碱-骨料反应的发骨料反应的发生，导致混凝土不均匀膨胀破坏。生，导致混凝土不均匀膨胀破坏。6.碱含量碱含量第三十七页，本课件共有67页四四.水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 v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性介质在使用环境中，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化或受到损害，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。水泥石抵抗这种作用、导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种
28、作用、而保持不变的能力称为其而保持不变的能力称为其耐腐蚀性耐腐蚀性。第三十八页，本课件共有67页导致水泥石腐蚀性破坏的原因导致水泥石腐蚀性破坏的原因v外因：外因：环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等。液等。v内因：内因：水泥石不密实，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石不密实，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石内存在易被腐蚀的成分，如：水泥石内存在易被腐蚀的成分，如：Ca(OH)2，水化铝，水化铝酸钙等；酸钙等；环境条件（高温、高压、冲刷、干湿交替等）。环境条件（高温、高压、冲刷、干湿交替等）。第三十九页，本课件共有67页软水侵蚀（溶出
29、性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）v机理：机理：淡水能使水泥水化物淡水能使水泥水化物Ca(OH)Ca(OH)2 2溶解，并促使其它水化物分溶解，并促使其它水化物分解，从而造成水泥石结构的破坏。解，从而造成水泥石结构的破坏。v 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，孔缝增多、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。强度降低，直至整体破坏。第四十页，本课件共有67页v硫酸盐硫酸盐(sulphate)(sulphate)（钾、钠、铵等）与水泥（钾、钠、铵等）与水泥石中的石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2起置换反应生成硫酸钙，进起置换反应生成硫
30、酸钙，进而与水化铝酸钙反应生成钙矾石，造成水泥而与水化铝酸钙反应生成钙矾石，造成水泥石膨胀开裂。石膨胀开裂。v镁镁(magnesium)(magnesium)盐（硫酸镁、氯化镁）与水盐（硫酸镁、氯化镁）与水泥石中的泥石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2起复分解反应，生成的氢起复分解反应，生成的氢氧化镁松软无胶凝能力，氯化钙极易溶于水，氧化镁松软无胶凝能力，氯化钙极易溶于水，硫酸钙造成双重腐蚀。硫酸钙造成双重腐蚀。盐类腐蚀盐类腐蚀 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，因膨胀性结晶水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结
31、晶产物引起的开裂产物引起的开裂第四十一页，本课件共有67页酸类腐蚀酸类腐蚀 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v腐蚀机理：腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。v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。第四十二页，本课件共有
32、67页强碱腐蚀强碱腐蚀 v腐蚀机理：水泥混凝土具有一定的耐碱腐蚀能力。腐蚀机理：水泥混凝土具有一定的耐碱腐蚀能力。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇强碱（但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇强碱（NaOHNaOH、KOHKOH），生成的铝酸钠易溶于水，而渗入水泥石中），生成的铝酸钠易溶于水，而渗入水泥石中的的NaOHNaOH在干燥时与在干燥时与COCO2 2反应生成碳酸钠结晶，造反应生成碳酸钠结晶，造成胀裂。成胀裂。第四十三页，本课件共有67页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，v根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水根据使用
33、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；v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；v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。第四十四页，本课件共有67页五、硅酸盐水泥的应用五、硅酸盐水泥的应用 根据根据所处环境所处环境（温度、湿度、侵蚀性介质）、（温度、湿度、侵蚀性介质）、工程特点工程特点（高强、快硬、抗渗、耐磨、大体积）、（高强、快硬、抗渗、耐磨、大体积）、水泥特性水泥特性等，合理选用水泥。等，合理选用水泥。硅酸盐水泥凝结硬
34、化快，强度高，抗冻性、硅酸盐水泥凝结硬化快，强度高，抗冻性、抗碳化性、耐磨性好，但水化热高，耐腐蚀性抗碳化性、耐磨性好，但水化热高，耐腐蚀性差，不耐高温。因此，硅酸盐水泥适用于高差，不耐高温。因此，硅酸盐水泥适用于高强强混凝土、预应力混凝土、冬季施工混凝土、预应力混凝土、冬季施工，不适用于，不适用于大体积混凝土、水利及海港工程、温度高于大体积混凝土、水利及海港工程、温度高于250的工程。的工程。第四十五页，本课件共有67页习题v1、填空：填空：在硅酸盐水熟料矿物在硅酸盐水熟料矿物C3S、C2S、C3A、C4AF中，干中，干缩性最大的是缩性最大的是_。v2、填空：、填空：国家标准规定：硅酸盐水泥
35、的初凝时间不得早于国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于_，终凝时间不迟于，终凝时间不迟于_。v3、填空：、填空：水泥熟料中，水化速度最快，水泥熟料中，水化速度最快，28天水化热最大的是天水化热最大的是。v4、填空：、填空：水泥石是由凝胶体、水泥石是由凝胶体、_、_和毛细和毛细孔组成的。孔组成的。第四十六页，本课件共有67页习题v5、选择选择：引起水泥安定性不合格的原因有（）。引起水泥安定性不合格的原因有（）。A、熟料游离氧化钙过多、熟料游离氧化钙过多B、熟料中游离氧化镁过多、熟料中游离氧化镁过多 C、二氧化硅含量过量、二氧化硅含量过量 D、加入的石膏过多、加入的石膏过多v6、选择选择：下
36、列胶凝材料中，干燥收缩最大的是下列胶凝材料中，干燥收缩最大的是()。A、建筑石膏、建筑石膏 B、粉煤灰、粉煤灰 C、硅酸盐水泥、硅酸盐水泥 D、石灰、石灰 第四十七页，本课件共有67页第三节第三节 掺混合材的硅酸盐水泥掺混合材的硅酸盐水泥 第四十八页，本课件共有67页掺混合材的硅酸盐水泥品种掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料石膏硅酸盐水泥熟料石膏 615%混合材普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥2070%矿 渣矿矿渣渣硅硅酸酸盐盐水水泥泥2050%火山灰火火山山灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥2040%粉煤灰粉粉煤煤灰灰硅硅酸酸盐盐水水泥泥1650%两种混合材复复合合硅硅酸酸盐盐水水泥泥第四十九页，本课
37、件共有67页掺混合材料的水泥的代号掺混合材料的水泥的代号 水泥品种水泥品种 组成特点组成特点 代号代号普通水泥普通水泥 615的混合材的混合材 P O矿渣水泥矿渣水泥 2070矿渣矿渣 P S火山灰水泥火山灰水泥 2050火山灰火山灰 P P粉煤灰水泥粉煤灰水泥 2040粉煤灰粉煤灰 P F复合水泥复合水泥 1550两种混合材两种混合材 P C石灰石水泥石灰石水泥 1125的石灰石的石灰石 P L第五十页，本课件共有67页一、水泥混合材料一、水泥混合材料 v水泥混合材料的定义：水泥混合材料的定义：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入的的天
38、然或人工矿物材料，均称为天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料水泥混合材料。v水泥混合材料的种类：水泥混合材料的种类：活性活性非活性非活性v水泥混合材料的作用：水泥混合材料的作用：在水泥中主要起填充作用，调节强度等级、节省能源、降在水泥中主要起填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。低成本、增加产量、降低水化热等。第五十一页，本课件共有67页1.非活性混合材料非活性混合材料 v定义：定义：主要起填充作用且与水泥矿物成分或水化产主要起填充作用且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，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。为非活性
39、混合材。v常见的有：常见的有：磨细石英砂磨细石英砂石灰石粉石灰石粉粘土粘土慢冷矿渣（活性较低）慢冷矿渣（活性较低）第五十二页，本课件共有67页2.活性混合材料活性混合材料 v定义定义具有水化活性的混合材料。具有水化活性的混合材料。v活性组分：活性组分：SiO2、Al2O3v常用品种：常用品种：粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼钢铁的废料炼钢铁的废料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粉煤灰粉煤灰火电厂的废料火电厂的废料第五十三页，本课件共有67页二、活性混合材料水泥的共性二、活性混合材料水泥的共性v密凝结硬化速度慢，早期强度低，但后期强度增长密凝结硬化速度慢，早期强度低，但
40、后期强度增长较多（甚至可超过同标号的硅酸盐水泥）；较多（甚至可超过同标号的硅酸盐水泥）；v硬化时对湿热敏感性强，宜采用蒸汽养护；硬化时对湿热敏感性强，宜采用蒸汽养护；v水化放热速度慢、放热量低，宜用于大体积混凝土水化放热速度慢、放热量低，宜用于大体积混凝土工程；工程；v氢氧化钙、水化铝酸钙含量少，因此抗软水和抗硫氢氧化钙、水化铝酸钙含量少，因此抗软水和抗硫酸盐腐蚀能力较强，宜于水利工程、海港工程、地酸盐腐蚀能力较强，宜于水利工程、海港工程、地下工程；下工程；v由于早期强度低，因此抗冻性差；由于早期强度低，因此抗冻性差；v由于氢氧化钙含量少、碱度低，因此抗碳化能力由于氢氧化钙含量少、碱度低，因此
41、抗碳化能力差，水泥石表面易差，水泥石表面易“起粉起粉”。第五十四页，本课件共有67页v 掺混合材料的硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材掺混合材料的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！的种类与掺量密切相关！掺混合材的硅酸盐水泥加水后，首先是熟料矿物的水化，与掺混合材的硅酸盐水泥加水后，首先是熟料矿物的水化，与纯硅酸盐水泥的水化相同。随后发生二次水化（混合材的水化）：纯硅酸盐水泥的水化相同。随后发生二次水化（混合材的水化）：熟料水化生成的熟料水化生成的氢氧化钙氢氧化钙成为混合材的碱性激发剂，与混合材中成为混合材的碱性激发剂，与混合材中的活性的活性SiO2、Al2O3反应
42、生成水化硅酸钙、水化铝酸钙；水泥反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙；水泥中的中的石膏石膏成为混合材的硫酸盐激发剂，与混合材反应生成水化成为混合材的硫酸盐激发剂，与混合材反应生成水化硫铝酸钙。硫铝酸钙。水泥石的主要组成是水泥石的主要组成是水化硅酸钙水化硅酸钙和和钙矾石钙矾石。与硅酸盐水泥。与硅酸盐水泥相比，掺混合材的硅酸盐水泥的水化产物碱度较低，氢氧化钙含相比，掺混合材的硅酸盐水泥的水化产物碱度较低，氢氧化钙含量较少，水化产物较致密。量较少，水化产物较致密。第五十五页，本课件共有67页三、常用水泥的特性与用途三、常用水泥的特性与用途硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥普通水泥矿渣水泥矿渣水泥火山灰水泥火山灰
43、水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥特特性性早期强度高；早期强度高；水化热较大；水化热较大；抗冻性较好；抗冻性较好；耐蚀性差；干耐蚀性差；干缩较小缩较小与硅酸盐与硅酸盐水泥基本水泥基本相同相同早期强度较低，早期强度较低，后期强度增长较后期强度增长较快；水化热较低；快；水化热较低；耐热性好；耐蚀耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性性较强；抗冻性差；干缩性较大；差；干缩性较大；泌水较多泌水较多早期强度较低，早期强度较低，后期强度增长较后期强度增长较快；水化热较低；快；水化热较低；耐蚀性较强；抗耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻抗渗性好；抗冻性差；干缩性大性差；干缩性大早期强度较低，早期强度较低，后期强度才长较后期强度才长较
44、快；水化热较低；快；水化热较低；耐蚀性较强；干耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂缩性较小；抗裂性较高；抗冻性性较高；抗冻性差差适用适用范围范围一般土建工程一般土建工程中钢筋混凝土中钢筋混凝土及预应力钢筋及预应力钢筋混凝土结构；混凝土结构；受反复冰冻作受反复冰冻作用的结构；配用的结构；配制高强混凝土制高强混凝土与硅酸盐与硅酸盐水泥基本水泥基本相同相同高温车间和有耐高温车间和有耐热耐火要求的混热耐火要求的混凝土结构；大体凝土结构；大体积混凝土结构；积混凝土结构；蒸汽养护的构件；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀有抗硫酸盐侵蚀要求的工程要求的工程地下、水中大体地下、水中大体积混凝土结构和积混凝土结构和有抗渗要
45、求的混有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽凝土结构；蒸汽养护的构件；有养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要杭硫酸盐侵蚀要求的工程求的工程地上、地下及水地上、地下及水中大体积混凝土中大体积混凝土结构；蒸汽养护结构；蒸汽养护的构件；抗裂性的构件；抗裂性要求较高的构件；要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀有抗硫酸盐侵蚀要求的工程要求的工程不适不适用范用范围围大体积混凝土大体积混凝土结构；受化学结构；受化学及海水侵蚀的及海水侵蚀的工程工程与硅酸盐与硅酸盐水泥基本水泥基本相同相同早期强度要求高早期强度要求高的工程；有抗冻的工程；有抗冻要求的混凝土工要求的混凝土工程程处在干燥环境中处在干燥环境中的混凝土工程；的混凝土工程；其他
46、同矿渣水泥其他同矿渣水泥有抗碳化要求的有抗碳化要求的工程；其他同矿工程；其他同矿渣水泥渣水泥第五十六页，本课件共有67页习题1、填空：填空：与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的早期强度与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的早期强度_，水化热，水化热_，抗冻性，抗冻性_，耐，耐腐蚀性腐蚀性_。v2、填空：、填空：生产水泥时常用的混合材料有生产水泥时常用的混合材料有_、_和和_。v3、填空：、填空：根据下列条件选择适宜的水泥品种：根据下列条件选择适宜的水泥品种：早期强度要求高，抗冻性好的混凝土应选用早期强度要求高，抗冻性好的混凝土应选用_水泥；抗水泥；抗淡水侵蚀强、抗渗性高的混凝土应选用淡水侵蚀强、抗渗性高的混凝土
47、应选用_水泥；抗软水水泥；抗软水及硫酸盐腐蚀较强、耐热性好的混凝土应选用及硫酸盐腐蚀较强、耐热性好的混凝土应选用_水泥。水泥。第五十七页，本课件共有67页第第 四四 节节其它品种水泥其它品种水泥 第五十八页，本课件共有67页一、白色硅酸盐水泥一、白色硅酸盐水泥 v组成特点：组成特点：凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为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（主要成分、氧化铁含量很少（0.4%以下）的白色硅酸盐水以下）的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为白泥熟料，再加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白
48、水泥。色硅酸盐水泥，简称白水泥。v性能特点：性能特点：外观为白色，按强度分为外观为白色，按强度分为325、425、525、625四个标四个标号；技术要求与普通水泥相同。号；技术要求与普通水泥相同。v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。第五十九页，本课件共有67页彩色水泥彩色水泥彩色水泥彩色水泥彩色水泥彩色水泥普通水泥普通水泥第六十页，本课件共有67页二、铝酸盐水泥二、铝酸盐水泥 19081908年法国发表了铝酸盐水泥的专利。年法国发表了铝酸盐水泥的专利。铝酸盐系水泥具
49、有早强、耐高温等特性，铝酸盐系水泥具有早强、耐高温等特性，现主要用于耐高温浇注材料，但在建筑现主要用于耐高温浇注材料，但在建筑上，由于其后期强度倒缩而很少使用。上，由于其后期强度倒缩而很少使用。铝酸盐水泥与硅酸盐水泥不能良好粘结，铝酸盐水泥与硅酸盐水泥不能良好粘结，更不能混用。更不能混用。第六十一页，本课件共有67页高铝水泥高铝水泥v定义：定义：是铝酸盐水泥的主要品种，呈黄褐色，是铝酸盐水泥的主要品种，呈黄褐色，是一种快硬、高强、耐热、耐腐蚀的水硬是一种快硬、高强、耐热、耐腐蚀的水硬性胶凝材料，其熟料主要矿物为铝酸一钙性胶凝材料，其熟料主要矿物为铝酸一钙（CACA）、二铝酸一钙（）、二铝酸一钙
50、（CACA2 2）。）。第六十二页，本课件共有67页三、硫铝酸盐水泥三、硫铝酸盐水泥 2020世纪世纪7070年代我国发明了硫铝酸盐水泥，年代我国发明了硫铝酸盐水泥，8080年代又首创铁铝酸盐水泥。其熟料主年代又首创铁铝酸盐水泥。其熟料主要矿物均为无水硫铝酸钙（要矿物均为无水硫铝酸钙（C C4 4A A3 3S S）、硅）、硅酸二钙（酸二钙（C C2 2S S）。）。第六十三页，本课件共有67页v性质及应用：性质及应用：1、高早强（、高早强（1天达天达70%，3天达天达100%）2、微膨胀、低干缩（干缩率为普通水泥的、微膨胀、低干缩（干缩率为普通水泥的1/4）3、抗冻性、抗腐蚀性、抗渗性很好，