建筑材料課件六

第五章水泥

水泥，指加水拌和成塑性漿后，能膠結砂、石等適當材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥等品種。

第一節(jié)硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、０～５％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥在國際上分為兩種類型：不摻混合材的稱I型硅酸鹽水泥，其代號為P.I；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻入不超過水泥質量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱II型硅酸鹽水泥，其代號為Ｐ.II。一.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料，主要是石灰質和粘土質兩類原料。為了補充鐵質及改善煅燒條件，還可加入適量鐵粉、螢石等。生產(chǎn)水泥的基本工序可以概括為：“兩磨一燒”：先將原材料破碎并按其化學成分配料后，在球磨機中研磨為生料。然后入窯鍛燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，配以適量的石膏及混合材料在球磨機中研磨至一定細度，即得到硅酸鹽水泥。二.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成為:（ｌ）硅酸三鈣硅酸三鈣的化學成分為３ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為Ｃ3S。它是硅酸鹽水泥熟料中最主要的礦物成分，約占水泥熟料總量的３６％～６０％。硅酸三鈣遇水后能夠很快與水產(chǎn)生水化反應，并產(chǎn)生較多的水化熱。它對促進水泥的凝結硬化，特別是對水泥３～７天內的早期強度以及后期強度都起主要作用。（２）硅酸二鈣硅酸二鈣的化學成分為2ＣaＯ·ＳiＯ2，其簡寫為C2S，約占水泥熟料總量的15％～37％。硅酸二鈣遇水后反應較慢，水化熱也較低。它不影響水泥的凝結，對水泥的后期強度起主要作用。（３）鋁酸三鈣鋁酸三鈣的化學成分是３CaO·Al2O3，其簡寫為C3Ａ，約占水泥熟料總量的7～15％。鋁酸三鈣遇水后反應極快，產(chǎn)生的熱量大而且很集中。鋁酸三鈣對水泥的凝結起主導作用，但其水化產(chǎn)物強度較低，主要對水泥的早期強度有所貢獻。（４）鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣的化學成分為:４CaO·Al2O3·Fe2O3，約占水泥熟料總量的10％～18％。鐵鋁酸四鈣遇水時水化反應也很快，水化熱較低，水化產(chǎn)物的強度不高，對水泥石的抗壓強度貢獻不大，主要對抗折強度貢獻較大。3.硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥遇水后，水泥中的各種礦物成分會很快發(fā)生水化反應，生成各種水化物。

硅酸三鈣 水 水化硅酸鈣氫氧化鈣

硅酸二鈣 水 水化硅酸鈣 氫氧化鈣鋁酸三鈣水 水化鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣水水化鋁酸三鈣 水化鐵酸鈣水泥中的石膏也很快與水化鋁酸鈣反應生成難溶的水化硫鋁酸鈣針狀結晶體，也稱為鈣礬石晶體：

水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）經(jīng)過上述水化反應后，水泥漿中不斷增加的水化產(chǎn)物主要有：水化硅酸鈣(50%)、氫氧化鈣(25%)、水化鋁酸鈣、水化鐵酸鈣及水化硫鋁酸鈣等新生礦物。4.硅酸鹽水泥的凝結和硬化水泥加水拌合后的劇烈水化反應，一方面使水泥漿中起潤滑作用的自由水分逐漸減少；另一方面，水化產(chǎn)物在溶液中很快達飽和或過飽和狀態(tài)而不斷析出，水泥顆粒表面的新生物厚度逐漸增大，使水泥漿中固體顆粒間的間距逐漸減小，越來越多的顆粒相互連接形成了骨架結構。此時，水泥漿便開始慢慢失去可塑性，表現(xiàn)為水泥的初凝。由于鋁酸三鈣水化極快，會使水泥很快凝結，為使工程使用時有足夠的操作時間，水泥中加入了適量的石膏。水泥加入石膏后，一旦鋁酸三鈣開始水化，石膏會與水化鋁酸三鈣反應生成針狀的鈣礬石。鈣礬石很難溶解于水，可以形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，阻止了水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝時間得以延緩。當摻入水泥的石膏消耗殆盡時，水泥顆粒表面的鈣礬石覆蓋層一旦被水泥水化物的積聚物所脹破，鋁酸三鈣等礦物的再次快速水化得以繼續(xù)進行，水泥顆粒間逐漸相互靠近，直至連接形成骨架。水泥漿的塑性逐漸消失，直到終凝。隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實，加之水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體不斷貫穿于水化硅酸鈣等凝膠體之中，逐漸形成了具有一定強度的水泥石，從而進入了硬化階段。水化產(chǎn)物的進一步增加，水分的不斷喪失，使水泥石的強度不斷發(fā)展。隨著水泥水化的不斷進行，水泥漿結構內部孔隙不斷被新生水化物填充和加固的過程，稱為水泥的“凝結”。隨后產(chǎn)生明顯的強度并逐漸變成堅硬的人造石——水泥石，這一過程稱為水泥的“硬化”。實際上，水泥的水化過程很慢，較粗水泥顆粒的內部很難完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶體、膠體、未完全水化顆粒、游離水及氣孔等組成的不均質體。5.影響水泥凝結硬化的主要因素（１）礦物組成不同礦物成分和水起反應時所表現(xiàn)出來的特點是不同的，如C3A水化速率最快，放熱量最大而強度不高；C2S水化速率最慢，放熱量最少，早期強度低，后期強度增長迅速等。因此，改變水泥的礦物組成，其凝結硬化情況將產(chǎn)生明顯變化。水泥的礦物組成是影響水泥凝結硬化的最重要的因素.（２僻）水稀泥漿本的水遣灰比水泥記漿的水灰社比是指材水泥牢漿中水與水泥的質潤量之寺比。夠當水桐泥漿俊中加愚水較劉多時晌，水灰辱比較煌大，此秘時水禁泥的格初期悟水化傳反應然得以祥充分祝進行宮；但趟是水橋泥顆和粒間爛原來質被水獄隔開望的距燭離較何遠，棍顆粒湖間相搭互連喂接形置成骨洽架結盛構所撲需的坑凝結羞時間遠長，勸所以仿水泥茄漿凝結頌較慢。另應外水喪泥漿撐的水示灰比上較大副時，右多余埋的水肝分蒸略發(fā)后角形成亂的孔應隙較燥多,造成叼水泥嫌石的蕉強度堪較低拒，因占此水凝泥漿喚的水滿灰比株過大脖時，監(jiān)會明翠顯降低水泥弟石的強度。（3）石議膏摻塵量石膏起緩蔽凝作梨用的緩機理吃可解盜釋為辰：水淘泥水著化時扒，石液膏能發(fā)很快間與鋁境酸三腹鈣作仿用生束成水追化硫焦鋁酸堤鈣（境鈣礬律石）濤，鈣聚礬石咬很難敞溶解窯于水熟，它床沉淀約在水殊泥顆仍粒表鐘面上頓形成償保護看膜，江從而河阻礙黎了鋁法酸三則鈣的自水化挑反應婦，控妙制了嫁水泥飄的水挨化反鄰應速比度，符延緩碰了凝草結時號間。（4）水裂泥的豪細度在礦曬物組放成相怒同的譜條件吼下，猜水泥怖磨得愈細，水斜泥顆斷粒平等均粒丘徑小產(chǎn)，比皇表面旗積大門，水粘化時匹與水薦的接軟觸面勇大，庫水化周速度喜快，斑相應京地水神泥凝結指硬化潑速度就快，早頭期強桌度就張高。（5）環(huán)各境溫皇度和劈燕濕度在適織當溫元度條部件下嚴，水去泥的傅水化條、凝妨結和質硬化旅速度霸較快意。反拒應產(chǎn)灰物增潔長較磚快，柱凝結刃硬化坡加速須，水肝化熱腹較多蹲。相襯反，裝溫度啄降低象，則明水化宣反應章減慢僵，強奸度增振長變豪緩。香但高披溫養(yǎng)慚護往密往導宏致水悄泥后源期強導度增殊長緩儉慢，砌甚至忽下降展。水的射存在央是水拆泥水播化反謎應的提必要結條件吳。當洞環(huán)境刪濕度僵十分拉干燥撒時，朋水泥王中的僚水分飽將很廳快蒸厭發(fā)，雕以致勒水泥塞不能宇充分叔水化晶，硬處化也俯將停閱止；奮反之預，水牢泥的侄水化競將得防以充辟分進宴行，狐強度事正常叉增長限。（6）齡遺期（蜘時間照）水泥州的凝芒結硬理化是耽隨時圓間延披長而豈漸進故的過幅程，宋只要套溫度寺、濕禁度適粉宜，駕水泥性強度似的增勞長可袍持續(xù)延若干余年。6.硅酸理鹽水棉泥的銅技術餓要求（１幣）細學度水泥涼顆粒銅的粗可細程熔度對吸水泥弱的使流用有路重要急影響施。水便泥顆妄粒粒姑徑一捕般在7～20騰0輝μm范圍嗓內。國家腦標準GB冰17昨5-走19敏99規(guī)定耐，水味泥的結細度商可用勵比表夾面積盛或0.要08寬m柿m方孔似篩的師篩余帥量（穿未通責過部狀分占筍試樣貞總量俊的百慢分率棚）來察表示波。其嗚篩余丸量不扔得超自過規(guī)創(chuàng)定的港限值境。比表敏面積是指傲單位粉質量醫(yī)的水罷泥粉駁末所批具有吧的表納面積嘴的總胳和（cm2/g或m2/k峰g）。一般廊常為31肅7～35素0m2/k型g。（２威）標蓋準稠敞度用尤水量稠度結是水速泥漿滅達到匆一定的流動盆度時鹽的需需水量恭。國索家標睡準規(guī)酸定檢筋驗水熊泥的耕凝結變時間別和體房誠積安剝定性陷時需免用“望標準燒稠度學”的愈水泥蛇凈漿量?！按讟藴蕪统矶葦r”是逝人為糠規(guī)定悲的稠幅度，捧其用沙水量搞采用刃水泥叫標準求稠度扭測定訓儀測征定。賭硅酸級鹽水依泥的偵標準找稠度帳用水內量一蓮般在轎２１猛％～族２８買％之街間。（3）凝刻結時做間水泥秩從加嬸水開檢始到多失去撞其流客動性僅，即傷從液舞體狀軟態(tài)發(fā)徑展到城較致架密的護固體仆狀態(tài)結的過弦程稱味為水牲泥的安凝結乞過程民。這環(huán)個過寬程所妨需要緩的時丈間稱繡為凝夏結時靈間。凝結深時間制分初蘋凝時披間和放終凝劍時間違。初凝功時間為水拐泥加桿水拌謝和至隙標準斜稠度分的凈護漿完晉全失牽去可番塑性乖所需河的時食間。終凝讓時間為水虎泥加鮮水拌息和至圍標準露稠度恭的凈杏漿完據(jù)全失訓去可袖塑性鹽并開利始產(chǎn)碼生強階度所莖需的預時間慨。國家暴標準吃規(guī)定殼，水絨泥的凡凝結裁時間偶是以與標準堪稠度暮的水贊泥凈陷漿，鄙在規(guī)盆定溫吉度及貞濕度玻環(huán)境僻下用慰水泥繼凈漿擠凝結藍時間為測定羊儀測膏定。速硅酸侄鹽水公泥的例初凝姿時間映不得王早于45維mi但n，終生凝時婦間不魂得遲酷于6h窗3所0m問in。（４原）體緒積安版定性水泥柳漿體消硬化律后體裂積變器化的藝均勻格性稱騙為水聰泥的族體積印安定臭性。微即水醉泥硬敵化漿錢體能嘩保持幫一定唉形狀匪，不往開裂和，不忍變形慚，不困潰散浩的性辯質。失體積撤安定塑性不貞良的針水泥到應作小廢品糊處理榴，不籃得應態(tài)用于秩工程行中，山否則碧將導屈致嚴偉重后起果。導致燃水泥向安定閃性不光良的孫主要哲原因各一般盡是由仰于熟籃料中粗的游挖離氧惠化鈣勺、游燭離氧揮化鎂讓或摻擴入石泊膏過柜多等爛原因揀造成勾的，要其中撿游離殊氧化茶鈣是堪一種貼最為博常見煩，影大響也帶是最阿嚴重騙的因要素。板熟料章中所貨含游烘離氧頌化鈣處或氧鎮(zhèn)化鎂濁都是坐過燒蜘的，喜結構悠致密震，水盡化很上慢。情加之慚被熟街料中膨其它朗成分加所包涼裹，盞使得蚊其在掃水泥油已經(jīng)略硬化備后才抬進行竟熟化壤，生哪成六優(yōu)方板安狀的Ca（OH）2晶體墳，這誤時體撫積膨促脹９爛７％坊以上編，從徑而導白致不付均勻旨體積撐膨脹糖，使市水泥幕石開右裂。當石惜膏摻侮量過湖多時種，在卸水泥分硬化浪后，搭殘余細石膏調與水商化鋁兆酸鈣貝繼續(xù)憤反應座生成錄鈣礬袍石，鑄體積涌增大梨約1.窮5倍，逗從而遼導致情水泥拳石開插裂。國家債標準晃規(guī)定道．水榆泥的愉體積何安定瓦性用睡雷氏建法或礙試餅拐沸煮嫌法檢擴驗。（5）強旱度強度線是評辱價硅并酸鹽殊水泥竟質量猛的又聰一個經(jīng)重要裂指標射。水損泥的售強度疊是按暖照GB搖/T際17福96彼1-岔19殺99琴《水泥扇膠砂王強度燦檢驗路方法互（IS六O）法》的標聯(lián)準方塵法制眨作的驚水泥埋膠砂孟試件暖，在20爽±1蒼°C溫度嗓的水辮中，嘉養(yǎng)護搭到規(guī)昏定齡都期時鋤檢測爹的強躺度值階。其咽中標嗎準試麻件尺蛋寸為4c摸m×蛛4c伍m×燒16納cm，膠珠砂中顏水泥育與標私準砂囑之比趴為1：3（W/園C=溝0.首5），鐵標準辛試驗重齡期懇分別禿為叨３d和28甚d．分豎別檢仆驗其辦抗壓猛強度袋和抗盟折強微度。蠅按照唇測定艘結果眠，將驗硅酸啟鹽水軟泥分恰為42貌.5、42省.5纏R、52裝.5、52賞.5致R、62宮.5、62撫.5任R六個強度陡等級。(6肆)堿含躁量水泥烈中含倉有較走多的故強堿覆物Na2O或K2O時，付容敢易發(fā)燥生不納良反待應對灰結構兄造成孔危害臟。因紫而國鄰家標平準規(guī)存定，抵水泥材中的姿含堿掏量不芒得大孩于0.窯6%。7.水泥滾石的戴腐蝕7.點1水泥躲石腐瞎蝕的級方式（１老）軟桂水侵襪蝕(含或安含較坐少可惡溶性滿鈣、暗鎂化味合物遼的水聲叫做搞軟水栽（so浸ft丘w雨at島er）。洗軟水蚊不易彩與肥門皂產(chǎn)膊生浮骨渣，逝而硬概水相顆反。脆天然態(tài)軟水襯一般陶指江刻水、測河水斬、湖(淡水麻湖)水。礙經(jīng)軟青化處析理的影硬水末指鈣省鹽和輸鎂鹽蜓含量起降為1.鎖0～50毫克街／升樓后得鼻到的即軟化轟水。)水泥全石長推期接熱觸軟耳水時悲，會鋼使水挨泥石銳中的禮氫氧湯化鈣歪不斷商被溶陜出，泉當水遙泥石反中游疊離的擺氫氧宰化鈣雖減少洪到一看定程齡度時棋，水薦泥石潮中的語其它凡含鈣匹礦物號也可爺能分撓解和黑溶出差，從術而導骨致水歐泥石職結構燙的強尺度降娛低，堂甚至船破壞剖。當功水泥拼石處襖于軟村水環(huán)酷境時雅，特漆別是迎處于里流動悼的軟秘水環(huán)難境中稀時，敞水泥能被軟釋水侵譜蝕的盞速度蔥更快五。（２白）一映般酸事的腐奏蝕工程曲結構聽處于鑼各種褲酸性邀介質油中時關，酸倒性介動質易煤與水放泥石柳中的附氫氧佛化鈣趨反應霧，其姻反應資產(chǎn)物陵可能礙溶于貌水中乞而流擊失，美或發(fā)吧生體頭積膨甚脹造摸成結再構物婆的局掌部被如脹裂截，破讓壞了寶水泥幕石的旱結構疼。其皮基本扔化學乓反應答式為圖：（３鎮(zhèn)）碳肉酸的評腐蝕雨水道及地茶下水刪中常況溶有暖較多捏的二杏氧化婆碳，霧形成沉了碳修酸。矮碳酸惠水先煩與水盛泥石嬸中的歸氫氧群化鈣斧反應支，中收和后圍使水氣泥石傭碳化莖，形涂成了森碳酸循鈣，扒碳酸廁鈣再猶與碳唐酸反嘩應生江成可仿溶性交的碳獅酸氫渾鈣，耳并隨津水流脖失，炎從而承破壞招了水眾泥石勻的結鑼構。謙其腐丟蝕反計應過艦程為雙：（４吳）硫呼酸鹽嘉的腐逮蝕當環(huán)麥境中槳含有膊硫酸紡鹽的畢水滲仔入到鋤水泥巧石結恥構中膊時，相會與漠水泥換石中勾的氫禾氧化追鈣反勺應生泄成石裳膏，按石膏盟再與六水泥奪石中爐的水嗎化鋁幣酸鈣目反應遍生成詞鈣礬此石，太產(chǎn)生1.齡5倍的礦體積并膨脹跟，這糾種膨戴脹必飄然導癥致脆隊性水山泥石府結構季的開遇裂，兔甚至劃崩潰憲。由縱于鈣娛礬石肯為微裝觀針萬狀晶禿體，此人們蜻常稱鹿其為圣水泥愿桿菌素。此外兄，有吉些其倚它物督質也趴能腐軟蝕水絕泥石岡，如窮鎂鹽銹、強借堿、襖糖類忌、脂并肪等眉。7.叉2防止哄水泥刻石腐吉蝕的尺方法（１贈）根縱據(jù)工層程的搶環(huán)境攪特點衣，合膏理選春擇水璃泥品望種，測或適蹈當摻盟加混話合材振料，夕減少悔可腐脅蝕物蒼質的怨?jié)舛仁?，防搏止或映延緩百水泥京的腐翼蝕。劇如處斧于軟賺水環(huán)碼境的內工程軌，常朝選用統(tǒng)摻混執(zhí)合材蛇料的泳礦渣估水泥拋、火右山灰欣水泥皆或粉駱煤灰寬水泥索，因本為這刮些水穿泥的農(nóng)水泥糞石中吳氫氧聞化鈣半含量辛低，商對軟托水侵滑蝕的全抵抗釋能力植強。（２攤）提槐高混傭凝土傷的密丘實度昆，采龍取措危施減騙少水臭泥石腐結構系的孔興隙率