CDP-3無機(jī)膠凝材料

土木工程材料（無機(jī)膠凝材料）陳德鵬安徽工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院課程掌握：膠凝材料的定義、分類；建筑石灰、石膏、水泥技術(shù)要求、性質(zhì)熟悉：石灰的凝結(jié)，石膏的熟化、硬化和應(yīng)用;水泥的水化、凝結(jié)了解：石灰的生產(chǎn)、石灰的品種本章教學(xué)目標(biāo)本章內(nèi)容膠凝材料及其分類建筑石膏石灰水玻璃水泥膠凝材料定義：經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能由漿體變成堅(jiān)硬的固體，并能將散?；蚱?、塊狀材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)。特征：嚴(yán)格意義上膠凝材料應(yīng)指漿體；能在常溫下凝結(jié)硬化為固體；有較強(qiáng)的膠結(jié)能力；具有一定的使用性能。Cementitousmaterials膠凝材料有機(jī)膠凝材料（樹脂、瀝青等）無機(jī)膠凝材料水硬性膠凝材料（水泥）氣硬性膠凝材料（石灰、石膏）本章的重點(diǎn)二者有何區(qū)別膠凝材料分類氣硬性與水硬性膠凝材料的特點(diǎn)氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣中保持和發(fā)展其強(qiáng)度；

關(guān)鍵：干燥狀態(tài)下，其硬化體才有較好的性能！水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度。關(guān)鍵：干燥或潮濕狀態(tài)下，其硬化體均有很好的性能！石膏的組成與結(jié)構(gòu)石膏的礦物組成：

CaSO4·xH2OX為結(jié)晶水H2Ox＝0，硬石膏(無水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏膠凝材料的組成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶體結(jié)構(gòu)二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌CaSO4·2H2O石膏的生產(chǎn)生石膏工業(yè)石膏建筑石膏(β半水石膏)高強(qiáng)石膏(α半水石膏)(有膠凝性的)無水石膏(無膠凝性的)無水石膏煅燒石膏(地板石膏)生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的組成CaSO42H2O

120~180C干燥空氣125~180C水蒸氣-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密閉煅燒工藝及其產(chǎn)品組成密閉蒸煉工藝及其產(chǎn)品組成建筑石膏的凝結(jié)硬化凝結(jié)硬化過程中的水化反應(yīng)：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反應(yīng)是由二水石膏制備半水石膏的逆反應(yīng)凝結(jié)硬化機(jī)理——“溶解－沉淀理論”

溶解

沉淀

硬化半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對于二水石膏是過飽和溶液，后者不斷結(jié)晶沉淀。二水石膏晶體不斷生長、連生、交錯(cuò)，構(gòu)成晶體顆粒堆聚的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)凝結(jié)硬化的物理化學(xué)過程水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應(yīng)進(jìn)行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體凝結(jié)硬化快硬化后體積微膨脹性硬化后孔隙率大，因此其強(qiáng)度較低、表觀密度小、吸聲性較強(qiáng)、吸濕性較強(qiáng)。耐水性與抗凍性較差防火性好但耐火性差建筑石膏的特性建筑石膏及其制品的性質(zhì)建筑石膏的技術(shù)要求(GB9776－88)：密度：2.50~2.70;強(qiáng)度：抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度;

細(xì)度：0.2mm方孔篩篩余;

凝結(jié)時(shí)間：初凝、終凝時(shí)間;石膏硬化體及制品的特性：表觀密度較小：～1.0孔隙率較大強(qiáng)度較低耐水性和抗凍性較差防火性較好隔熱性和吸聲性良好裝飾性建筑石膏的應(yīng)用室內(nèi)抹灰及粉刷紙面石膏板裝飾石膏板吸聲用穿孔石膏板石膏藝術(shù)制品

石灰的組成與品種氣硬性石灰

粘土雜質(zhì)含量<8%的石灰石熱分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(漿)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土雜質(zhì)含量＞8%的石灰石熱分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等煅燒石灰石或白堊,內(nèi)含CaCO3溫度在900℃左右時(shí)溫度過高時(shí)溫度過低時(shí)正火石灰欠火石灰過火石灰因煅燒溫度過高使粘土雜質(zhì)融化并包裹石灰，從而延緩石灰的熟化，導(dǎo)致已硬化的砂漿產(chǎn)生鼓泡、崩裂等現(xiàn)象碳酸鈣沒有完全分解，降低了生石灰的產(chǎn)量如何解決它的危害？石灰的生產(chǎn)制備工藝與產(chǎn)品石灰石1000～1200C磨細(xì)生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時(shí)間較短時(shí)

欠火石灰煅燒溫度較高，時(shí)間較長時(shí)過火石灰減輕或消除過火石灰的危害水化過程中體積增大1-2.5倍，迅速放出大量熱生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有時(shí)需要使用石灰膏，有時(shí)使用熟石灰粉。熟化為石灰膏：將生石灰放入水中，注意水要過量池中透明液體為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰生石灰要在水中放置兩周以上，此過程即為“陳伏”。在這段時(shí)間里生石灰會(huì)完全和水反應(yīng)，不會(huì)因含有過火石灰造成熟化推遲而導(dǎo)致墻面鼓泡的現(xiàn)象。熟化為熟石灰粉：將生石灰塊分層堆放淋水，使石灰充分熟化，又不會(huì)過濕成團(tuán)，此時(shí)得到的產(chǎn)品就是熟石灰粉。石灰的硬化結(jié)晶和碳化兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，但極為緩慢。碳化過程長時(shí)間只限于表面，結(jié)晶過程主要在內(nèi)部發(fā)生。石灰的技術(shù)要求可塑性好和保水性好吸濕性好凝結(jié)硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜石灰的特性和應(yīng)用生石灰可以用來做干燥劑強(qiáng)度低體積收縮大耐水性差石灰硬化收縮產(chǎn)生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落石灰的應(yīng)用三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土樁灰土樁配制石灰砂漿、石灰乳配制石灰土、三合土生產(chǎn)碳化石灰板加固含水的軟土地基什么是水玻璃？堿金屬硅酸鹽的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模數(shù)？

n:氧化硅SiO2與堿金屬氧化物R2O的摩爾比。模數(shù)對水玻璃性能的影響模數(shù)越大，粘度與粘結(jié)力越大，耐水性越好。水玻璃的制備方法：濕法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃硬化過程水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。水玻璃的促硬劑：氟硅酸鈉其原理是氟硅酸鈉加速水玻璃中硅酸凝膠的析出和SiO2的形成。水玻璃的特性良好的膠結(jié)能力耐熱性好、不燃燒較好的耐酸性能耐水性和耐堿性差水玻璃硬化過程水玻璃溶液硅酸凝膠二氧化硅玻璃體R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脫水交聯(lián)水玻璃在建筑上應(yīng)用配制耐酸混凝土與砂漿配制耐熱混凝土與砂漿配制快凝防水劑加固地基基礎(chǔ)水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥的特性膨脹水泥快硬水泥低熱水泥抗腐蝕水泥根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。硬化時(shí)膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？硅酸鹽系水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。硅酸鹽系水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥；摻混合材的硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥有PⅠ和PⅡ兩類，后者含有混合材。

水泥概述水泥在土木工程中的重要作用水泥是當(dāng)今產(chǎn)量與用量最大的土木工程材料！水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)！水泥的性能和正確選用對土木工程的功能與質(zhì)量至關(guān)重要！主要內(nèi)容硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥是怎樣制造的？硅酸鹽水泥的組成？水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)？摻混合材的硅酸鹽水泥其它品種水泥重點(diǎn)論述硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和基本性質(zhì)及其檢測方法，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用。凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(即國外通稱的PortlandCement).分為：

P·Ⅰ和P·Ⅱ原料：硅質(zhì)：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補(bǔ)充Fe2O3

與SiO2制造工藝：原料經(jīng)粉磨混合后得到水泥生料生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒得到水泥熟料水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起經(jīng)粉磨混合后得到水泥“兩磨一燒”水泥生料可以是：與水混合成漿體—濕法工藝加少量水制成料球—半干法工藝加稍多水制成濕球—半濕法工藝干粉混合物—干法工藝硅酸鹽水泥的生產(chǎn)硅質(zhì)(粘土)鈣質(zhì)(石灰石)1450℃調(diào)節(jié)原料石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程粉磨煅燒粉磨

原料采掘原料磨細(xì)原料混合反應(yīng)物＋產(chǎn)物＋中間產(chǎn)物預(yù)熱器＋回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)物熟料冷卻熟料儲(chǔ)存硅酸鹽水泥熟料制造工藝流程硅酸鹽水泥的組成硅酸鹽水泥熟料

Clinkers石膏(CaSO42H2O)Gypsum混合材(礦渣或石灰石粉末)MineralAdditives各物質(zhì)的作用熟料：主要膠凝物質(zhì)，能水化硬化；石膏：調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間；混合材：調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級(jí)；降低水泥成本必要組分熟料又是如何組成的呢？礦物名稱英文名稱縮寫分子式礦物式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二鈣BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化學(xué)組成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，F(xiàn)e2O3(=F)少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。礦物組成：硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結(jié)構(gòu)水泥熟料顆粒細(xì)觀形貌水泥熟料礦物微觀結(jié)構(gòu)

硅酸鹽水泥的品種及礦物含量C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特點(diǎn)：普通早強(qiáng)低熱抗硫酸鹽

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥的水化和凝結(jié)硬化

水泥漿通過水泥熟料礦物的水化反應(yīng)、漿體的凝結(jié)硬化過程變成堅(jiān)硬固體凝結(jié)——水泥與水混合形成可塑漿體，隨著時(shí)間推移、可塑性下降，但還不具備強(qiáng)度，此過程即為“凝結(jié)”；硬化——隨后漿體失去可塑性，強(qiáng)度逐漸增長，形成堅(jiān)硬固體，這個(gè)過程即為“硬化”。水泥漿體轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體的過程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。水泥的水化和凝結(jié)硬化水泥與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——水化反應(yīng)；水化反應(yīng)將結(jié)合占水泥質(zhì)量30％左右的拌和水；水化反應(yīng)的產(chǎn)物——水化物能相互凝聚成三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很大的表面能，而且相互間有很強(qiáng)的次價(jià)鍵力?；瘜W(xué)過程——水泥熟料礦物的水化反應(yīng)物理過程——水泥漿的凝結(jié)硬化水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素硬化水泥漿的組成與結(jié)構(gòu)水泥熟料礦物的水化反應(yīng)特征：水泥熟料顆粒中的四種主要礦物同時(shí)進(jìn)行水化反應(yīng)；其水化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)；水化反應(yīng)是固－液異相反應(yīng)。反應(yīng)速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游離氧化鈣f-CaO的水化鋁酸三鈣C3A的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸三鈣C3S的水化硅酸二鈣-C2S的水化來自水泥粉磨過程中二水石膏的脫水分解：CaSO42H2OCaSO40.5H2O+1.5H2OC3S與-C2S的水化水化生成水化硅酸鈣C3S2H3—C-S-H凝膠和Ca(OH)2,并放熱

硅酸三鈣：2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羥鈣石特征：形成相同的水化物—組成不確定的C-S-H凝膠，組成為：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2nH2O(x,z與溫度、水灰比有關(guān))其中鈣硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反應(yīng)速度比C2S快，其放熱量比C2S大。水化機(jī)理溶液中反應(yīng)固相顆粒表面的局部反應(yīng)。水化度％水化時(shí)間（天）溶液中的反應(yīng)機(jī)理：溶解擴(kuò)散沉淀離子在水中的擴(kuò)散C3S表面離子水化弱化晶體中的化學(xué)鍵，增加pH值水化產(chǎn)物成核CSH析出、凝聚、脫水離開水相，形成凝膠，CH結(jié)晶生長表面局部反應(yīng)機(jī)理：顆粒表面水化物層的形成與擴(kuò)散水化物層在固－液界面上形成，并不斷增厚顆粒表面離子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生長C－S－H凝膠體結(jié)構(gòu)水化硅酸鈣的形成重新排列和凝聚后的凝膠體結(jié)構(gòu)硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產(chǎn)物——C-S-H與Ca(OH)Summary硅酸鈣的水化2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羥鈣石鋁酸鈣的水化C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3AH6C3AH6+3C?·H2+20HC3A·3C?3·H32

（鈣釩石）C3A+C3A·3C?3·H32+4HC3A·C?3·H12鐵鋁酸鈣的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3C?·H2+26HC3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+26HC3(A,F)·C?3·H12水泥的水化過程：當(dāng)水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進(jìn)入溶液中，液相被各種離子飽和；幾分鐘內(nèi)，Ca2＋、SO4＋、

Al3＋、

OH－離子間反應(yīng)，形成鈣釩石；幾小時(shí)后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據(jù)、并溶解熟料礦物的空間；幾天后，因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。此后，水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。石膏的作用：避免水泥漿的閃凝和假凝現(xiàn)象;導(dǎo)致鈣釩石和單硫型硫鋁酸鈣水化物的形成。水泥水溶解沉淀水泥漿的凝結(jié)硬化過程擴(kuò)散水泥漿的凝結(jié)硬化——物理過程單一水泥顆粒在大量水中的水化過程模型新拌1小時(shí)后數(shù)小時(shí)后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶體水泥顆粒水水泥顆粒分散在水中形成水泥漿體硅酸鹽水泥水化物理過程模型水泥水化物膜層水泥顆粒的水化從表面開始，在表面形成水化物膜層——誘導(dǎo)期水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，進(jìn)入潛伏期。在滲透壓的作用下，膜層破裂、擴(kuò)展，占據(jù)原來被水占據(jù)的空間，進(jìn)入凝結(jié)期。凝結(jié)期：水化物不斷填充被水占據(jù)的空間，成為連續(xù)相，拌和水不斷減少，并被水化物分割成非連續(xù)相。隨著水泥顆粒的不斷水化，水化物不斷填充毛細(xì)孔和水所占據(jù)的空間，固體相成為連續(xù)相，并具有一定強(qiáng)度。進(jìn)入硬化期。先在固－液界面發(fā)生，水化物圍繞每顆水泥顆粒未水化的內(nèi)核區(qū)域沉積；早期水化物在顆粒上形成表面膜層，阻礙了進(jìn)一步反應(yīng)——進(jìn)入潛伏期；因滲透壓或Ca(OH)2的結(jié)晶或二者，水化物膜層破裂，導(dǎo)致水化繼續(xù)迅速進(jìn)行——進(jìn)入水化的加速期；隨著水化的不斷進(jìn)行，水占據(jù)的空間越來越少，水化物越來越多，水化物顆粒逐漸接近，構(gòu)成較疏松的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿失去流動(dòng)性，可塑性降低——凝結(jié)；由于水泥內(nèi)核的繼續(xù)水化，水化物不斷填充結(jié)構(gòu)網(wǎng)中的毛細(xì)孔隙，使之越來越致密，空隙越來越少，水化物顆粒間作用增強(qiáng)，導(dǎo)致漿體完全失去可塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度——硬化。水泥漿凝結(jié)硬化的物理過程熟料礦物水化物量隨時(shí)間的增長情況隨著水泥的水化，水化產(chǎn)物量不斷增加，水化物固相所占據(jù)的空間越來越多，而原來由水占據(jù)的空間越來越少，固體連續(xù)相逐漸形成。初始放熱峰放熱主峰放熱速度逐漸減慢實(shí)測的水泥水化放熱全曲線放熱速度很低水灰比0.55的水泥漿水化1天黑色箭頭指示部分水化物殼層；白色箭頭指示完全水化物殼層。水泥漿凝結(jié)硬化過程的微觀觀察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥漿水化9個(gè)月I,：C-S-H內(nèi)產(chǎn)物相;A：鐵相/CH;B：水化belite;白色箭頭指示完全水化物殼層水泥漿中氫氧化鈣的生長3天7天28天365天應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問題水泥生產(chǎn)中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應(yīng)很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的聚集，Al3＋對凝膠微粒聚集有促進(jìn)作用；石膏與C3A反應(yīng)形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應(yīng)速度減緩，并減少了溶液中的Al3＋濃度，延緩了水泥漿的凝結(jié)速度。為什么水泥硬化后能產(chǎn)生強(qiáng)度？水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹碓街旅艿墓腆w；在漿體硬化過程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)生的強(qiáng)度越來越高。水泥漿體強(qiáng)度的增長規(guī)律是什么？

水泥漿體的強(qiáng)度隨齡期而逐漸增長，早期增長快，后期增長較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強(qiáng)度可在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)增長。這與水泥礦物的水化反應(yīng)規(guī)律是一致的。為什么強(qiáng)度發(fā)展與環(huán)境溫、濕度有關(guān)？

水泥的水化需要水，如果沒有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度就會(huì)減緩水泥的凝結(jié)硬化。為什么水泥的儲(chǔ)存與運(yùn)輸時(shí)應(yīng)防止受潮？

水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強(qiáng)度大為降低。

應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問題（1）水泥礦物組成（2）水泥細(xì)度（3）養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）與時(shí)間（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加劑水泥凝結(jié)硬化的主要影響因素

水泥漿的凝結(jié)硬化取決于水泥的水化，水泥水化速度是礦物組成及其含量、粉磨細(xì)度、溫度和水灰比的函數(shù)：

R(t)=f(C3S)·f(細(xì)度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時(shí)間(天)水泥熟料礦物組成的影響水泥熟料礦物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝結(jié)硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝結(jié)硬化速度越慢；石膏摻量的影響石膏主要降低C3A的水化速度；摻量太少，凝結(jié)較快；過多，凝結(jié)硬化影響不大。石膏摻量對C3A漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響放熱速度(W/kg)試時(shí)間(h)石膏摻量增加：放熱速度減慢放熱峰延后石膏摻量對C3A與硅酸鈣漿體初凝時(shí)間的影響石膏摻量增加，凝結(jié)硬化加快；摻量達(dá)到一定后，再增加，影響不大。水泥顆粒細(xì)度的影響水泥顆粒越細(xì)，水化速度越快，為什么？答：水泥的水化反應(yīng)是液－固異相反應(yīng)，反應(yīng)首先發(fā)生在液－固界面上；水泥顆粒越細(xì)，比表面積越大，界面區(qū)越大，反應(yīng)點(diǎn)越多，因此水化速度越快。比表面積m2/kg放熱速度時(shí)間/小時(shí)細(xì)度(比表面積)對C3S漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響水泥漿比表面積與水化度隨時(shí)間的關(guān)系水化度(%)比表面積(m2/cm3)水泥細(xì)度FinenessofCement粒徑：<3μm水化非常迅速，需水量增大；

<40μm水化較慢，內(nèi)芯難以水化。

>90μm幾乎接近惰性。溫度與濕度的影響溫度升高，水化反應(yīng)加快，凝結(jié)硬化加速，為什么？溫度升高10C，速度加快一倍。溫度低于0C時(shí)，水化反應(yīng)基本停止。保持一定濕度，有利于水泥的水化。溫度升高，放熱速度加快，誘導(dǎo)期時(shí)間縮短拌和用水量的影響重要概念：水灰比—水泥漿體中拌和水量與水泥質(zhì)量之比(W/C)；水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化所需時(shí)間越長；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。未水化水泥毛細(xì)孔水泥凝膠體積比水灰比長時(shí)間放置在水中的水泥漿體水化最終生成物SummaryC3S、C3A含量多，凝結(jié)硬化快，反之亦然。摻加混合材，熟料減少，凝結(jié)硬化速度減慢。有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。

細(xì)度越小，水化反應(yīng)越快，凝結(jié)硬化越快。

水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化速度越慢。提高溫度，加快水泥的凝結(jié)硬化；保持足夠的水分有利于水泥的凝結(jié)硬化

問題？水泥凝結(jié)硬化速度快，有什么不利影響？答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結(jié)硬化形成的微結(jié)構(gòu)體積較疏松，且在隨后的降溫期間，或受干燥環(huán)境作用收縮變形時(shí)產(chǎn)生大量微裂縫，致使結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度與滲透性（耐久性）受到嚴(yán)重影響。水泥宜在什么條件下凝結(jié)硬化？答：水泥宜在常溫(20±10C)與相對濕度較高的條件下，凝結(jié)硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化所需水分供應(yīng)充足的條件。硬化水泥漿體—水泥石的組成水泥石的組成固相—水泥水化物與未水化的水泥顆粒膠體相：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；晶體相：硫鋁酸鈣水化物、水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體等；氣相—各種尺寸的孔隙與空隙凝膠孔毛細(xì)孔工藝空隙液相—水或孔溶液自由水吸附水凝膠水水泥石的組成隨水泥水化度而變硬化水泥漿體—水泥石的微結(jié)構(gòu)水泥漿體凝結(jié)硬化后形成的固體稱為水泥石水泥石微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多物相固體顆粒堆聚的多孔結(jié)構(gòu)體；各種物相分布不均；各種物相的尺寸不等，形貌不一。由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內(nèi)核相互聚集形成連續(xù)固體顆粒堆聚結(jié)構(gòu)，大小不等的凝膠孔和毛細(xì)孔分布其中。水化良好的水泥石微結(jié)構(gòu)：“A”代表結(jié)晶性差、膠體尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶體相，尺寸為1m；“C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據(jù)的毛細(xì)孔隙或空隙，尺寸在10nm~m。硬化水泥漿體中水化物固相的分布固體相含量(％)C3AH6時(shí)間(天)C-S-H水泥石中的固體水泥石中的孔隙C-S-H凝膠中的層間孔隙——凝膠孔gelpores尺寸=5～25?含量：約占C-S-H凝膠的28%對強(qiáng)度和抗?jié)B性無害，對干縮和徐變有一定影響毛細(xì)孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，與水灰比有關(guān)對強(qiáng)度和抗?jié)B性有害，對干縮和徐變有重大影響空隙AirVoids夾雜的空氣泡:~3mm引入的空氣泡:50～200m對強(qiáng)度和抗?jié)B性非常有害黑色代表孔隙水蒸氣大的孔隙部分被水填充，剩余空間是與環(huán)境溫、濕度和壓力平衡的水蒸氣。毛細(xì)孔水—毛細(xì)孔和大的凝膠孔中的水孔徑＞50nm的孔隙中的水—自由水孔徑＜50nm的孔隙中的水—毛細(xì)張力水吸附水固體表面吸附的水，5個(gè)水分子層，厚度1.3nm，干燥到30％的相對濕度，可失去。層間水小于2.6nm的凝膠孔中的水，強(qiáng)干燥到10％相對濕度時(shí)，可失去?；瘜W(xué)結(jié)合水水泥水化反應(yīng)所結(jié)合到水化物中的水，只有加熱到900~1000C才會(huì)失去。化學(xué)結(jié)合水量可用于測定水泥水化度。

水泥石中的水(105C)可蒸發(fā)水(105C)不可蒸發(fā)水硅酸鹽水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)密度與堆積密度細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度水化熱不溶物和燒失量堿含量耐腐蝕性軟水侵蝕鹽類侵蝕酸類腐蝕強(qiáng)堿腐蝕防腐措施1.密度與堆積密度密度

3.05~3.20，混凝土配合比計(jì)算時(shí)，一般取3.10。堆積密度

1000~1600kg/m3，在工地計(jì)算水泥倉庫時(shí)，一般取1300kg/m3

。密度的測量方法排液法，用煤油作為測量液體。

2.細(xì)度定義細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。測量方法篩分析法以80m方孔篩的篩余量表示；比表面積法以1kg水泥顆粒所具有的總表面積來表示。國標(biāo)要求硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。普通水泥80m方孔篩的篩余量不得超過10.0%。細(xì)度不符合要求的水泥為不合格品！問題：為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？解答：水泥顆粒細(xì)度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；雖然水泥越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度會(huì)越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加；水泥越細(xì)，對水泥的儲(chǔ)存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強(qiáng)度。3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

標(biāo)準(zhǔn)稠度：

按規(guī)定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀上，試錐下沉（282）mm時(shí)的水泥凈漿的稠度。

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：

是指水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需要的水量，用水與水泥質(zhì)量的比來表示。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水泥量一般在21%~28%。

試錐下降高度（282）水泥漿試錐4.凝結(jié)時(shí)間

概念：

凝結(jié)時(shí)間—水泥加水開始到水泥漿失去流動(dòng)性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。初凝時(shí)間從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強(qiáng)度所需的時(shí)間。測定方法：用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時(shí)間測定儀來測定。國標(biāo)要求：硅酸鹽水泥初凝時(shí)間≥45min；終凝時(shí)間＜390min。水泥凝結(jié)時(shí)間的測定標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿離底1～2mm為初凝園弧形壓痕終凝

國標(biāo)規(guī)定：凡初凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為廢品；終凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為不合格品。為什么？答：水泥凝結(jié)時(shí)間的規(guī)定是為了有足夠的時(shí)間進(jìn)行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量；初凝時(shí)間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無使用價(jià)值，即為廢品；終凝時(shí)間太長，強(qiáng)度增長緩慢，也會(huì)影響施工，即為不合格品。5.體積安定性

基本概念：水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)稱為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當(dāng)，則體積安定性良好；若水泥石發(fā)生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。體積安定性不良的水泥為廢品！水泥體積安定性不良的原因：水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。因?yàn)樗嗍炝现械挠坞xCaO、MgO都是過燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增大1.98%和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹。試餅法雷氏夾法合格標(biāo)準(zhǔn)：＜5mm。肉眼觀察表面有無裂紋用直尺檢查有無彎曲合格標(biāo)準(zhǔn)：無裂紋、無彎曲。試餅法用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法測量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時(shí)，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。6.強(qiáng)度

檢驗(yàn)方法——軟練膠砂法，分別測量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試件尺寸：4040160mm 棱柱體；膠砂配比：水泥:ISO標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5；振動(dòng)成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實(shí)臺(tái)上成型。振動(dòng)時(shí)間120s。試件養(yǎng)護(hù)：在20C1C，相對濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h，然后脫模在20C1C的水中養(yǎng)護(hù)至測試齡期；100mm160mmP抗折強(qiáng)度試驗(yàn)PP抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度測量：將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。受壓面積為4040=1600mm2。結(jié)果計(jì)算：抗折強(qiáng)度以三個(gè)試件的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個(gè)試件的平均值。根據(jù)3天和28天強(qiáng)度測試結(jié)果，將水泥強(qiáng)度劃分若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)

強(qiáng)度等級(jí)3d28d時(shí)間（d）強(qiáng)度（MPa）水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律問題：為什么水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法要規(guī)定試件尺寸、試件配比、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等？

解答：水泥膠砂試件的強(qiáng)度與水泥的組成、試件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及試件的大小有關(guān)，而水泥的水化程度與養(yǎng)護(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)；水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)具有確定組成的水泥的強(qiáng)度，因此，為排除其它因素的影響，將這些因素統(tǒng)一規(guī)定，以便相互比較。7.水化熱

概念：水泥的水化是放熱反應(yīng)，放出的熱量就是水化熱。放熱特征：水泥放熱過程可持續(xù)很長時(shí)間，但大部分在3d內(nèi)釋放。水化熱的益處與危害：水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化熱發(fā)散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大體積混凝土，更是如此。水化熱和放熱速度的影響因素：水泥礦物組成水泥細(xì)度

水泥質(zhì)量的判定

技術(shù)性質(zhì)不符合要求細(xì)度不合格品凝結(jié)時(shí)間（初凝）廢品（終凝）不合格品體積安定性廢品強(qiáng)度不合格品或降低等級(jí)不溶物和燒失量不合格品8.

水泥的耐腐蝕性基本概念：在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質(zhì)的作用，其組成和結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸發(fā)生變化或受到損害，導(dǎo)致性能改變、強(qiáng)度下降等。水泥石抵抗這種作用、而保持不變的能力稱為其耐腐蝕性。

水泥石腐蝕性破壞外因：

環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等水泥石腐蝕性破壞內(nèi)因：水泥石內(nèi)存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質(zhì)侵入提供了通道；水泥石內(nèi)有在某些腐蝕性介質(zhì)下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細(xì)孔通道的共同作用加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞

軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

機(jī)理：當(dāng)水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離子的濃度低于水化物的溶度積，導(dǎo)致水化物分解、溶失和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。破壞形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密實(shí)度下降，孔縫增多、強(qiáng)度降低，直至整體破壞。

鹽類腐蝕

硫酸鹽的腐蝕腐蝕機(jī)理：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石，其體積增加2.22倍，引起水泥石的破壞。當(dāng)硫酸鈣濃度高時(shí)，他們可直接結(jié)晶，造成膨脹壓力，引起破壞。鎂鹽的腐蝕

腐蝕機(jī)理：主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應(yīng)，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。

鈣礬石水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內(nèi)部形成膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開裂酸類腐蝕

腐蝕機(jī)理：水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應(yīng)生成可溶性鹽。另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會(huì)導(dǎo)致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。破壞形式：溶失性破壞，組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生很大改變。

水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落強(qiáng)堿腐蝕腐蝕機(jī)理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應(yīng)，生成可溶性鋁酸鹽。當(dāng)介質(zhì)中強(qiáng)堿濃度較高是，會(huì)造成水泥石的嚴(yán)重破壞。水泥耐蝕性的定量表示

——耐蝕系數(shù)同齡期下，水泥試件在侵蝕性溶液中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度與在淡水中養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度之比。防止水泥石腐蝕的措施

主要針對引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施，根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩(wěn)定組分的含量；提高水泥石的密實(shí)度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。

問題？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對水泥的耐腐蝕性有什么作用？為什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的能力。因?yàn)?，化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。Summary物理力學(xué)性能密度強(qiáng)度體積穩(wěn)定性細(xì)度水化熱耐久性能軟水腐蝕鹽類腐蝕酸類腐蝕強(qiáng)堿腐蝕為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能施工性能凝結(jié)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量摻混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6~15%混合材普通硅酸鹽水泥20~70%礦渣礦渣硅酸鹽水泥20~50%火山灰火山灰硅酸鹽水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥16~50%兩種混合材復(fù)合硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關(guān)！摻混合材水泥的代號(hào)

水泥品種組成特點(diǎn)代號(hào)普通水泥6％～15％的混合材P·O礦渣水泥20～70％礦渣P·S火山灰水泥20～50％火山灰P·P粉煤灰水泥20～40％粉煤灰P·F復(fù)合水泥15～50％兩種混合材P·C石灰石水泥11％～25％的石灰石P·L一、水泥混合材

定義：在水泥生產(chǎn)過程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)所加入的天然或人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。種類：活性非活性兩類作用：在水泥中主要其填充作用，調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱等。1.非活性混合材定義：與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。常見的有：磨細(xì)石英砂；石灰石粉；粘土；慢冷礦渣2.活性混合材定義——具有水化活性的混合材?；钚越M分：SiO2、Al2O3常用品種：?；郀t礦渣—煉鋼鐵的廢料火山灰質(zhì)粉末—天然巖石和人工煅燒物粉煤灰—火電廠的廢料3.活性混合材的作用火山灰反應(yīng)：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaOSiO2nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaOAl2O3nH2O稀釋作用減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中Ca(OH)2的含量。超細(xì)粉末的密實(shí)填充效應(yīng)活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應(yīng)3d7d49d182d摻加粉煤灰的水泥的水化熱摻加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)2的含量礦渣摻量對硬化水泥漿中Ca(OH)2的影響二、活性混合材水泥的共性密度較小2.70～3.10。早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長率高。對養(yǎng)護(hù)溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護(hù)。水化熱較小。耐腐蝕性較好?？箖鲂?、耐磨性不及硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。三、活性混合材水泥的特性礦渣水泥：保水性差，泌水性大，干縮較大，耐熱性較好?；鹕交宜啵阂孜?，易反應(yīng)，結(jié)構(gòu)較致密，抗?jié)B性和耐水性較好，體積收縮較大，抗硫酸鹽能力較差。粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量較低，干縮性較小，結(jié)構(gòu)致密，抗裂性較好。復(fù)合水泥：取決于所摻的混合材種類。問題