建筑的材料電子教案

1824年10月21日，英國(guó)利茲（Leeds）城的泥水匠阿斯普?。↗.Aspdin）獲得英國(guó)第5022號(hào)“波特蘭水泥”專(zhuān)利證書(shū)，從而一舉成為流芳百世的水泥發(fā)明人。

強(qiáng)生確定了水泥制造的兩個(gè)基本條件：第一是燒窯的溫度必須高到足以使燒塊含一定量玻璃體并呈墨綠色；第二是原料比例必須正確而固定，燒成物內(nèi)部不能含過(guò)量石灰，水泥硬化后不能開(kāi)裂。這些條件確保了“波特蘭水泥”質(zhì)量，解決了阿普斯丁無(wú)法解決的質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題。從此，現(xiàn)代水泥生產(chǎn)的基本參數(shù)已被發(fā)現(xiàn)。1824年，英國(guó)石匠阿斯浦丁偶然發(fā)現(xiàn)粘土+石灰+水——人造石（波特蘭水泥）特點(diǎn)：強(qiáng)度高、耐久性好、防水、防火。水泥：是一種多組分的人造礦物粉料，它與水拌和后成為塑性膠體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂石等材料膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體。（水泥是水硬性膠凝材料。）水泥硅酸鹽水泥鋁酸鹽水泥系列硫鋁酸鹽水泥鐵鋁酸鹽水泥硅酸鹽水泥系列——是以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和適量石膏，經(jīng)共同磨細(xì)而成。我是建筑業(yè)的糧食！

硅酸鹽水泥（0~5%）普通水泥（6%~15%）礦渣水泥（20～70%）火山灰水泥（20～50%）粉煤灰水泥（20～40%）復(fù)合水泥（15～50%）專(zhuān)用水泥——專(zhuān)門(mén)用于某些工程的水泥,如道路水泥、中低熱水泥、砌筑水泥等。特性水泥——某種性能較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、高鋁水泥、彩色水泥、膨脹水泥等。硅酸鹽水泥系列通用水泥下述百分含量為混合材料的摻量

硅酸鹽系列水泥的分類(lèi)

硅酸鹽系列水泥的分類(lèi)

類(lèi)別

簡(jiǎn)稱(chēng)混合材摻量（%）通用水泥

硅酸鹽水泥0～5

普通硅酸鹽水泥

普通水泥6～15

礦渣硅酸鹽水泥

礦渣水泥20～70火山灰質(zhì)硅酸鹽泥

火山灰水泥20～50粉煤灰硅酸鹽水泥

粉煤灰水泥20～40

復(fù)合硅酸鹽水泥

復(fù)合水泥15～50

專(zhuān)用水泥

專(zhuān)門(mén)用于某些工程的水泥特性水泥

某種性能較突出的水泥彩色水泥彩色水泥彩色水泥普通水泥第一節(jié)硅酸鹽水泥1.定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0~5%石灰石或?；郀t礦渣、適量的石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為硅酸鹽水泥[國(guó)外通稱(chēng)的波特蘭水泥（Portlandcement）]。2.類(lèi)型及代號(hào)硅酸鹽水泥Ⅰ型硅酸鹽水泥：不摻混合材料的，代號(hào)P·Ⅰ。

Ⅱ型硅酸鹽水泥：粉磨時(shí)摻加不超過(guò)水泥重量5%

的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料，代號(hào)P·Ⅱ。一、硅酸鹽水泥的定義、類(lèi)型及代號(hào)硅酸鹽水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)（R代表早強(qiáng)型水泥）1.原料（1）石灰質(zhì)原料：主要提供CaO。采用石灰?guī)r、凝灰?guī)r和貝殼等。（2）粘土質(zhì)原料：主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黃土、頁(yè)巖、泥巖、粉砂巖及河泥等。主要原料二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)（3）校正原料（輔助原料）：為滿(mǎn)足成分要求用。如：鐵礦粉的鐵質(zhì)原料補(bǔ)充氧化鐵的含量。砂巖的硅質(zhì)原料增加二氧化硅的成分等。兩磨一燒：制備生料（一磨）

煅燒熟料（一燒）粉磨水泥（二磨）2.生產(chǎn)過(guò)程石灰石粘土按比例混合—生料進(jìn)窯————熟料輔助原料

煅燒磨細(xì)磨細(xì)石膏1450℃水泥成品3.生料

CaO：62%~67%SiO2:20%~24%Al2O3:4%~7%Fe2O3：2.5%~6.0%

生料在窯內(nèi)經(jīng)歷：干燥——預(yù)熱——分解——燒成——冷卻

φ3.5×10m中卸烘干磨（生料粉磨）生料粉磨工藝

熟料煅燒工藝五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器CDC窯外分解系統(tǒng)電收塵器φ3.3×50m旋轉(zhuǎn)窯篦式冷卻機(jī)水泥粉磨及包裝φ3.8×13m水泥磨水泥皮帶輸送機(jī)八嘴回轉(zhuǎn)式微機(jī)包裝機(jī)水泥庫(kù)組成礦物名稱(chēng)分子式簡(jiǎn)稱(chēng)含量（%）硅酸鹽礦物硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S36~60硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15~37

熔劑礦物鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A7~15鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10~18

次要成分游離氧化鈣CaO

游離氧化鎂MgO

含堿礦物及玻璃體

三、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成1.主要成分：主要由四種礦物化學(xué)組成硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及在水泥中的相對(duì)含量組成礦物名稱(chēng)分子式簡(jiǎn)稱(chēng)水泥中的含量（%）普通水泥低熱水泥早強(qiáng)水泥超早強(qiáng)水泥耐硫酸鹽水泥硅酸鹽礦物硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S5241656857硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S24341023熔劑礦物鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A96892鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF969813次要成分游離氧化鈣CaO游離氧化鎂MgO含堿礦物及玻璃體

2.其它成分:

游離CaO、MgO及SO3，其含量過(guò)高將造成水泥安定性不良。堿礦物及玻璃體等，其中的Na2O和K2O含量較高時(shí)，遇到活性骨料時(shí)，易產(chǎn)生堿——骨料反應(yīng)，影響混凝土的質(zhì)量。3.石膏輔助作用—主要是緩凝作用，含量：2~5%。四、硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化（一）硅酸鹽水泥的水化水泥+水拌合可塑性具（水泥石）水化的水泥漿凝結(jié)硬化流動(dòng)性水化水泥和水拌合——表面的熟料礦物立刻與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——各組分開(kāi)始逐漸溶解——放出一定熱量——固相體積也逐漸增加。其反應(yīng)式如下：2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2

硅酸三鈣水化硅酸鈣氫氧化鈣2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2

硅酸二鈣水化硅酸鈣氫氧化鈣3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O

鋁酸三鈣水化鋁酸三鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O

鐵鋁酸四鈣水化鐵酸一鈣3CaO·Al2O3·6H2O+CaSO4——3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O水化鋁酸鈣石膏或3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O

水化硫鋁酸鈣或單硫型水化硫鋁酸鈣主要水化產(chǎn)物（在完全水化的水泥石中）：水化硅酸鈣70%（凝膠）氫氧化鈣20%（晶體）水化鋁酸鈣（晶體）水化硫鋁酸鈣晶體（也稱(chēng)鈣礬石）7%是水泥石形成強(qiáng)度的最主要化合物水化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其放出的熱量稱(chēng)為水化熱。其水化熱大，放熱的周期也較長(zhǎng)，但大部分（50%以上）熱量是在3天以?xún)?nèi)。特別是在水泥漿發(fā)生凝結(jié)、硬化的初期放出。（二）硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程分為：早、中、晚三個(gè)時(shí)期1.水化早期，初始反應(yīng)期（凝膠膜的生成期）（誘導(dǎo)期）

20℃，3h3.水化后期，硬化更長(zhǎng)時(shí)間水化反應(yīng)減慢——水化產(chǎn)物填充由水占據(jù)的空間——晶體相互搭接——整體——水泥石——硬化硬化：漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體——水泥石2.水化中期，凝結(jié)

20~30h，30%的水泥已經(jīng)水化——包裹膜——增厚凝結(jié)：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過(guò)程。加水初凝終凝凝結(jié)硬化誘導(dǎo)期稠硬不流動(dòng)漿體剛性固體隨時(shí)間增強(qiáng)塑性流動(dòng)漿體初凝時(shí)間終凝時(shí)間水泥凝結(jié)時(shí)間與水泥漿體狀況的關(guān)系

水泥石的結(jié)構(gòu)A-未水化水泥顆粒；B-膠體粒子（C-S-H等）；C-晶體粒子（Ca(OH)2等）;D-毛細(xì)孔（毛細(xì)孔水）；E-凝膠孔水泥石的組成：凝膠體（水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體）未水化的水泥顆粒內(nèi)核毛細(xì)孔及凝膠孔它們?cè)诓煌瑫r(shí)期相對(duì)數(shù)量的變化，使水泥石的性質(zhì)隨之而改變。水泥石的工程性質(zhì)(強(qiáng)度和耐久性)決定于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即水化物的類(lèi)型水化物的相對(duì)含量（可用水化程度表示）孔的大小、形狀和分布水灰比——即拌和時(shí)用水量與水泥用量之比表示

不同水化程度水泥石的組成（a）水灰比：0.4；（b）水灰比：0.71.水灰比相同時(shí)，水化程度愈高，則水化物愈多，而毛細(xì)孔和未水化水泥的量相對(duì)減少。水泥石結(jié)構(gòu)密實(shí)、強(qiáng)度高、耐久性好。2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石結(jié)構(gòu)，水灰比越大，毛細(xì)孔所占比例相對(duì)增加，水泥石的強(qiáng)度和耐久性下降。

（三）影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素1.熟料礦物組成的影響

硅酸鹽水泥熟料礦物組成，是影響水泥的水化速度、凝結(jié)硬化過(guò)程及產(chǎn)生強(qiáng)度等的主要因素。硅酸三鈣（C3S）：Tricalciumsillicate；硅酸二鈣（C2S）：Dicalciumsillicate鋁酸三鈣（C3A）：Tricalciumaluminate；鐵鋁酸四鈣（C4AF）：Tetriacalciumaluminoferrie

（四種主要熟料礦物中，C3A是決定性因素。）性能指標(biāo)熟料礦物C3SC2SC3AC4AF水化速率中慢快中凝結(jié)硬化速率中慢快中28d水化熱中低高中強(qiáng)度早期良差良良后期良優(yōu)中中耐化學(xué)腐蝕性中良差優(yōu)干縮性中小大小硅酸鹽水泥熟料礦物的水化、凝結(jié)硬化特性水化熱大小比較高鈣硅酸鹽和鋁酸鹽與水反應(yīng)，同時(shí)放出熱量，其每克的熱量為：Ｃ3ＳＣ2ＳＣ3ＡＣ4ＡＦ

12060320100說(shuō)明:放熱出現(xiàn)裂縫（內(nèi)外溫差高達(dá)50℃）應(yīng)用:水化熱大，適于斷面尺寸小的預(yù)應(yīng)力砼。（冬季施工）應(yīng)用：

大壩水泥：大體積工程——水化熱小應(yīng)選低熱水泥——Ｃ2S含量多。冬季預(yù)應(yīng)砼施工：水化熱大（C3S、Ｃ3Ａ）道路水泥（抗折性好）：Ｃ3Ａ、Ｃ4ＡＦ硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及在水泥中的相對(duì)含量組成礦物名稱(chēng)分子式簡(jiǎn)稱(chēng)水泥中的含量（%）普通水泥低熱水泥早強(qiáng)水泥超早強(qiáng)水泥耐硫酸鹽水泥硅酸鹽礦物硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S5241656857硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S24341023熔劑礦物鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C3A96892鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF969813次要成分游離氧化鈣CaO游離氧化鎂MgO含堿礦物及玻璃體

2.水泥細(xì)度的影響直接影響：水化，凝結(jié)硬化，強(qiáng)度，干縮及水化熱。越細(xì):凝結(jié)速度越快，早期強(qiáng)度越高。但過(guò)細(xì)——易與空氣中的水分及二氧化碳反應(yīng)，并且硬化時(shí)收縮也較大，且成本高。3.拌合加水量的影響影響硬化水泥石強(qiáng)度的主要因素。拌合加入水量越大，硬化水泥石中毛細(xì)孔就越多。水泥石的強(qiáng)度隨其毛細(xì)孔隙率的增加呈線(xiàn)性關(guān)系下降，從而強(qiáng)度低。

4.養(yǎng)護(hù)濕度和溫度的影響（1）濕度——應(yīng)該保持潮濕狀態(tài)（2）溫度——提高溫度也可以加速水化反應(yīng)。在0℃以下，當(dāng)水結(jié)成冰時(shí)，水泥的水化、凝結(jié)硬化作用將停止，因而，在冬季施工時(shí)，需要采取保溫等措施。5.養(yǎng)護(hù)齡期的影響水泥水化硬化是一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期不斷進(jìn)行的過(guò)程。隨著齡期的增長(zhǎng)——水泥石的強(qiáng)度逐漸提高。水泥在3~14d內(nèi)強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，28d后增長(zhǎng)緩慢。養(yǎng)護(hù)到28d。6.水泥受潮與久存的影響水泥也不可儲(chǔ)存過(guò)久三個(gè)月后其強(qiáng)度降低約10~20%

半年后降低約15~30%

一年后降低約25~40%受潮水泥顆?！啬タ墒蛊浔┞冻鲂迈r表面而恢復(fù)部分活性。對(duì)于微結(jié)塊的水泥，強(qiáng)度約降低10~20%——適當(dāng)方式壓碎后用于次要工程。一般，南方，水泥放不能過(guò)雨季五、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175—99，對(duì)硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì)如下要求。（一）細(xì)度（Fineness）

細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度。影響水泥性能的重要指標(biāo)——鑒定水泥品質(zhì)的主要項(xiàng)目之一。水泥細(xì)度通常采用篩分法或比表面積法（勃氏法）測(cè)定。（1）篩分法是以80μm方孔篩的篩余量表示。普通水泥的細(xì)度用篩余量表示，其篩余量不得超過(guò)10.0%。（2）比表面積法以1kg水泥所具有的比表面積（m2/kg）表示。硅酸鹽水泥的細(xì)度用比表面積表示，應(yīng)大于300m2/kg。

凡水泥細(xì)度不符合規(guī)定者為不合格品。

測(cè)定方法：篩析法：水篩法：負(fù)壓篩法(為準(zhǔn))

比表面積法：規(guī)定：①硅酸鹽水泥的細(xì)度：比表面積不小于3000㎡/㎏

②其余四品種水泥在80μm方孔篩上重篩余量不大于10%。

（二）凝結(jié)時(shí)間（Settingtime）凝結(jié)時(shí)間：是指水泥從開(kāi)始加水到失去塑性，即從可塑狀態(tài)發(fā)展到固體狀態(tài)所需的時(shí)間。分為初凝和終凝。1.初凝時(shí)間（Initialsettingtime）自開(kāi)始加水拌和起，至水泥漿開(kāi)始失去可塑性與流動(dòng)性所需的時(shí)間，稱(chēng)為初凝時(shí)間。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于45min。2.終凝時(shí)間（Finalsettingtime）自加水時(shí)起至水泥漿完全失去可塑性并開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間稱(chēng)為終凝時(shí)間。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了硅酸鹽水泥的終凝時(shí)間不得遲于6.5h。凡初凝時(shí)間不符合規(guī)定者為廢品，終凝時(shí)間不符合規(guī)定者為不合格品。水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定要按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法《水泥稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB1346）進(jìn)行。它是以標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定溫度和濕度下，用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀來(lái)測(cè)定。水泥凈漿：水泥+水3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：是指水泥凈漿達(dá)到規(guī)定稠度時(shí)所需的拌合水量，以占水泥重量的百分率表示。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，一般在24%~30%之間。水泥熟料礦物成分不同時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量亦有所差別，磨得越細(xì)的水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大。測(cè)定水泥稠度滑動(dòng)部分總質(zhì)量為300g±1g標(biāo)準(zhǔn)稠度測(cè)定儀凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀圓模和試針?biāo)鄡魸{攪拌機(jī)水泥砂漿攪拌機(jī)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的測(cè)定錄像硅酸鹽水泥：初凝：不得早于45min；終凝：不得遲于390min.普通水泥：初凝：不得早于45min；終凝：不得遲于10h。測(cè)定條件：初凝時(shí)間：加水起至試針距底板為4±1.0mm.終凝時(shí)間：——沉入水泥凈漿不超過(guò)0.5mm。定義：水泥凈漿在硬化過(guò)程中體積變化的均勻性。不安定現(xiàn)象：裂紋、翹曲。原因：熟料中活性MgO，水泥中SO3存在（石膏）檢測(cè)方法：沸煮法測(cè)：SO3

4）安定性：

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥中游離氧化鎂含量不得超過(guò)5.0%，三氧化硫含量不得超過(guò)3.5%。（2）雷氏法：測(cè)定水泥漿在雷氏夾中硬化沸煮后的膨脹值，當(dāng)兩個(gè)試件沸煮后的膨脹值的平均值不大于5mm時(shí)，即判為該水泥安定性合格，反之為不合格。(1）試餅法：將標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅經(jīng)煮沸3h后，用肉眼觀(guān)察未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢查沒(méi)有彎曲現(xiàn)象，則稱(chēng)為安定性合格，反之為不合格。采用——試餅尺寸：直徑：70～80mm，高10mm養(yǎng)護(hù)24h,加熱至沸騰30min——恒溫3h。規(guī)定：不合格不能使用。雷氏法動(dòng)畫(huà)演示5）強(qiáng)度（1）水泥強(qiáng)度確定的條件及等級(jí)在標(biāo)準(zhǔn)條件下的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來(lái)評(píng)定。概述：GB規(guī)定——用水泥膠砂試件測(cè)水泥強(qiáng)度①配合比：水泥：標(biāo)準(zhǔn)砂=1：3(平潭)說(shuō)明:試驗(yàn)采用水泥450g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g，水225g。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T17671－99）

標(biāo)準(zhǔn)砂是統(tǒng)一檢驗(yàn)水泥強(qiáng)度用的材料，是以福建省平潭縣蘆洋浦的天然石英海砂經(jīng)篩洗等加工制成。方孔篩孔徑，毫米累計(jì)篩余量，％0．65＜30．4040±50．25＞94②標(biāo)準(zhǔn)尺寸：40×40×160（mm3）（一天后脫模）③標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：溫度20±3℃

相對(duì)濕度：90%以上齡期：早期——3天后期——28天相對(duì)濕度：空氣中實(shí)際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值。水泥強(qiáng)度的測(cè)定錄像④水泥的強(qiáng)度等級(jí)：硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)：(Mpa)42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R、普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)：(Mpa)32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。（六個(gè)——新規(guī)范）早強(qiáng)型優(yōu)點(diǎn)：3d強(qiáng)度較普通型強(qiáng)度提高10%～24%3d強(qiáng)度可達(dá)普通型強(qiáng)度28天的50%各強(qiáng)度等級(jí)水泥的各齡期強(qiáng)度不得低于表所示數(shù)值。品種強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d硅酸鹽水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0注：R－早強(qiáng)型。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求（GB175－99）（五）密度、堆積密度密度主要決定于其熟料礦物組成，一般為3.10~3.20g/cm3。受潮水泥的密度有所降低。在進(jìn)行混凝土配合比計(jì)算時(shí)，通常采用3.10g/cm3。堆積密度：疏松堆積時(shí)約為1000~1100kg/m3

緊密堆積時(shí)可達(dá)1600kg/m3（1400~1700kg/m3）。在混凝土配合比計(jì)算中，通常采用1300kg/m3。凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時(shí)間、安定性中的任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，均為廢品。凡細(xì)度、終凝時(shí)間中的任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，或混合摻量超過(guò)最大限量，或強(qiáng)度低于商品等級(jí)規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，稱(chēng)為不合格品。廢品水泥在工程中嚴(yán)禁使用。六、水泥石的腐蝕與防止

水泥石的腐蝕：在某些環(huán)境條件（如受到某些侵蝕性液體或氣體的作用）下，引起水泥石的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，強(qiáng)度降低，以致全部潰裂的現(xiàn)象稱(chēng)為水泥石的腐蝕。水泥石的抗腐蝕性能可用耐蝕系數(shù)表示。耐蝕系數(shù)：以同一齡期的分別浸在侵蝕性溶液中的水泥石試件強(qiáng)度與在淡水中養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度的比值來(lái)表示。耐腐蝕系數(shù)越大，水泥石的抗腐蝕性能也就越好。水泥石腐蝕的原因很多，作用也很復(fù)雜，主要有軟水腐蝕、鹽類(lèi)腐蝕、酸類(lèi)腐蝕、強(qiáng)堿腐蝕等。水泥中堿性物質(zhì)：Ca(OH)2、水化鋁酸鈣。（一）水泥石的幾種主要侵蝕作用水泥石腐蝕的基本原因是：水泥石中存在有易被腐蝕的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；水泥石本身不密實(shí)而使侵蝕性介質(zhì)易于進(jìn)入其內(nèi)部；外界因素的影響，如腐蝕介質(zhì)的存在，環(huán)境溫度、濕度、介質(zhì)濃度的影響等。1.軟水腐蝕（溶出性侵蝕） 雨水、雪水、蒸餾水、工業(yè)冷凝水及含碳酸鹽甚少的河水與湖水等都屬于軟水。水泥與軟水接觸——水化產(chǎn)物氫氧化鈣被溶出——不斷溶解流失——孔隙增大，堿度下降——并促使硬化水泥石的其它產(chǎn)物分解——使水泥石結(jié)構(gòu)遭受破壞。2.鹽類(lèi)腐蝕（1）硫酸鹽腐蝕當(dāng)海水、沼澤水、工業(yè)污水等中含有堿性硫酸鹽（如Na2SO4、K2SO4等）時(shí)，其中的水泥石還會(huì)受到的侵蝕。Ca(OH)2+硫酸鹽——CaSO4硫酸鈣亦能與水泥石中的固態(tài)水化鋁酸鈣作用，生成高硫型水化硫鋁酸鈣晶體。4CaO·Al2O3·12H2O+3CaSO4+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H20+Ca(OH)2反應(yīng)是在固相中進(jìn)行的——高硫型水化硫鋁酸鈣結(jié)合著大量結(jié)晶水——其體積膨脹為原來(lái)的水化鋁酸鈣體積的2.5倍——水泥石產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力——水泥石開(kāi)裂、強(qiáng)度降低和造成破壞。（2）鎂鹽腐蝕海水、地下水中常含有大量鎂鹽硫酸鎂(MgSO4)

氯化鎂(MgCl2)MgSO4十Ca(0H)2十2H20→CaSO4·2H20十Mg(0H)2(3CaO·Al203·6H20十3（CaSO4·2H20）十19H20→3CaO·Al203·3CaSO4·31H20)MgCl2十Ca(0H)2→CaCl2十Mg(0H)2反應(yīng)的結(jié)果：

氫氧化鎂（Mg(0H)2）松軟而無(wú)膠凝能力鎂鹽二水硫酸鈣（CaSO4·2H20）又將引起硫酸鹽的破壞作用硫酸鹽氯化鈣（CaC12）易溶解于水均能使水泥石強(qiáng)度降低或破壞。硫酸鎂對(duì)水泥石起著和的雙重腐蝕作用。侵蝕3.酸類(lèi)腐蝕（1）碳酸腐蝕在工業(yè)污水、地下水中常溶解有較多的二氧化碳二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)——生成碳酸鈣——繼續(xù)與含碳酸的水作用——變成易溶于水的碳酸氫鈣（Ca（HCO3）2），由于碳酸氫鈣的溶解使Ca（0H）2濃度降低，導(dǎo)致水泥石中其它產(chǎn)物的分解，而使水泥石結(jié)構(gòu)破壞。開(kāi)始：Ca（0H）2十C02十H20→CaC03十2H20然后：CaC03十C02十H20Ca（HCO3）2可逆的，當(dāng)碳酸超過(guò)平衡濃度（溶液中的pH＜7）時(shí)，則上式反應(yīng)向右進(jìn)行，形成碳酸腐蝕。（2）一般酸的腐蝕（HCl、H2SO4）在工業(yè)廢水、地下水、沼澤水中常含無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸工業(yè)窯爐中的煙氣常含有二氧化硫，遇水后生成亞硫酸。各種酸類(lèi)與水泥石中的氫氧化鈣作用——生成化合物——或者易溶于水，或者體積膨脹而導(dǎo)致水泥石破壞。對(duì)水泥石腐蝕作用最快的是無(wú)機(jī)酸中的鹽酸、氫氟酸、硝酸、硫酸和有機(jī)酸中的醋酸、蟻酸和乳酸等。例如，鹽酸和硫酸分別與水泥石中氫氧化鈣作用，其反應(yīng)式如下：2HCl十Ca(0H)2→CaCl2十2H20

氯化鈣易溶于水而導(dǎo)致化學(xué)腐蝕型破壞H2SO4十Ca(0H)2→CaSO4·2H20

石膏對(duì)水泥石產(chǎn)生硫酸鹽膨脹型破壞。4.強(qiáng)堿腐蝕

堿類(lèi)溶液如濃度不大時(shí)一般是無(wú)害的，但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強(qiáng)堿作用后也會(huì)破壞。（1）如氫氧化鈉可與水泥熟料中未水化的鋁酸鹽作用，生成易溶的鋁酸鈉，其反應(yīng)式為：3CaO·Al2O3十6NaOH→3Na2O·Al2O3十3Ca(0H)2（2）當(dāng)水泥石被氫氧化鈉溶液浸透后又在空氣中干燥，與空氣中的二氧化碳作用生成碳酸鈉

2NaOH＋CO2→Na2CO3＋H20碳酸鈉在水泥石毛細(xì)孔中結(jié)晶沉淀，可使水泥石脹裂。（二）防止水泥石腐蝕的措施1.根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種。2.提高水泥石的密實(shí)度。3.表面加保護(hù)層。七、硅酸鹽水泥和普通水泥的特性與應(yīng)用

（一）特性

1.凝結(jié)硬化快，強(qiáng)度高，尤其早期強(qiáng)度高。

2.抗凍性好。

3.水化熱大。

4.不耐腐蝕。

5.不耐高溫。（二）應(yīng)用1.適用于重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土工程；2.適用于早期強(qiáng)度要求高的工程及冬季施工的工程；3.適用于嚴(yán)寒地區(qū)，遭受反復(fù)凍融的工程及干濕交替的部位；4.不宜用于受流動(dòng)的軟水和水壓作用工程，也不宜用于受海水和礦物水作用的工程；5.不宜用于大體積混凝土；6.不宜用于高溫的工程。第二節(jié)摻混合材料的硅酸鹽水泥一、混合材料（一）定義：磨細(xì)水泥時(shí)摻入的人工的或天然的礦物材料稱(chēng)為混合材料。（二）種類(lèi)：按性質(zhì)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，但與石灰、石膏或硅酸巖水泥一起，加水拌和后能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成有一定膠凝性的物質(zhì)，且具有水硬性，這種混合材料稱(chēng)為活性混合材料。其主要成分為SiO2、

Al2O3等。常用：?；郀t礦渣：CaO、SiO2和Al2O3

火山灰混合材：SiO2和Al2O3

天然：火山灰、凝灰?guī)r、浮石等

人工：煤矸石渣、燒頁(yè)巖、燒粘土等粉煤灰等：SiO2和Al2O32、非活性混合材料不具活性或活性甚低的人工或天然的礦物質(zhì)材料，經(jīng)磨細(xì)，摻入水泥中不起化學(xué)作用，僅起調(diào)節(jié)水泥性質(zhì)、降低水化熱、降低標(biāo)號(hào)、提高產(chǎn)量等作用的混合材料，稱(chēng)為非活性混合材料（又稱(chēng)填充性混合材料）。主要有：磨細(xì)的石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣、爐渣等不符合技術(shù)要求的活性混合材可作為非活性材料。（三）應(yīng)用

在硅酸巖水泥熟料中摻入適量的混合材料可制成六大品種的水泥硅酸鹽水泥

普通硅酸鹽水泥

礦渣硅酸鹽水泥

火山灰硅酸鹽水泥

粉煤灰硅酸鹽水泥

復(fù)合水泥

二、普通硅酸鹽水泥（代號(hào)P·O）（Ordinaryportlandcement）1、定義：凡由硅酸鹽水泥熟料，再加入6%~15%混合材料及適量石膏，經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱(chēng)為普通硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料+6%~15%混合材+石膏——

普通水泥

活性材料的最大摻量不超過(guò)15%

非活性材料的最大摻量不超過(guò)10%磨細(xì)2、特性

早強(qiáng)略低于硅酸鹽水泥

耐凍、耐磨低于硅酸鹽水泥其它特性與硅酸鹽水泥差不多

耐腐蝕略?xún)?yōu)于硅酸鹽水泥三、礦渣硅酸鹽水泥(代號(hào)P·S)（Portlandblastfurnace-slagcement）1、定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、粒化高爐礦渣和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為礦渣硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱(chēng)礦渣水泥。粒化高爐礦渣摻量20%~70%。2、特性（1）密度：2.8~3.1g/cm3

堆積密度：1000~1200kg/m3,較硅酸鹽略小，且顏色較淡。（2）凝結(jié)時(shí)間：初凝不得早于45min，實(shí)際為2~5h;終凝不得遲于10h，實(shí)際為5~9h。（3）早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增進(jìn)率大。

（4）硬化時(shí)對(duì)濕熱敏感性強(qiáng)。（5）水化熱低。

（6）具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，抗溶出性侵蝕及抗硫酸鹽侵蝕的能力較強(qiáng)。

（7）耐熱性較強(qiáng)。

（8）干縮性較大，保水性差，泌水性較大。

（9）抗凍性和耐磨性較差，且抗干濕交替循環(huán)等性能亦不如普通水泥。

（10）與鋼筋的粘結(jié)力較好，能防止鋼筋銹蝕。硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥強(qiáng)度齡期3、應(yīng)用（1）適用于地下或水中工程，以及經(jīng)常受較高水壓的工程。對(duì)于要求耐淡水侵蝕和耐硫酸鹽侵蝕的水工或海工建筑尤其適宜。（2）適用于大體積混凝土工程，但不適用于受凍融或干濕交替的建筑及耐磨工程。（3）最適用于蒸氣養(yǎng)護(hù)的預(yù)制構(gòu)件。（4）適用于受熱（200℃以下）的混凝土工程。四、火山灰硅酸鹽水泥（代號(hào)P·P）（Portlandpozzolanecement）1、定義：凡由硅酸鹽水泥熟料和灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱(chēng)為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱(chēng)火山灰水泥?；鹕交屹|(zhì)混合摻量：20%~50%。

2、特點(diǎn)：（1）密度為2.8~3.1g/cm3,堆積密度為900~1000kg/m3。細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間和體積安定性等技術(shù)要求同普通水泥。（2）抗凍性及耐磨性比礦渣水泥還要差。（3）干縮現(xiàn)象還要顯著。（4）泌水性較小，耐水性較高，抗?jié)B性能高，抗硫酸鹽性較好。其它特點(diǎn)同礦渣水泥。3、應(yīng)用（1）最適宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗?jié)B性、抗淡水及抗硫酸鹽侵蝕的工程中。但是火山灰水泥的抗凍性較差，不宜用于受凍部位。（2）不宜用于干燥地區(qū)或高溫車(chē)間。（3）適宜用蒸汽養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)混凝土預(yù)制構(gòu)件。（4）宜用于大體積砼工程。五、粉煤灰硅酸鹽水泥（代號(hào)P·F）（Portlandfly-ashcement）1、定義：凡由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱(chēng)為粉煤灰硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱(chēng)粉煤灰水泥。

粉煤灰摻量：20%~40%。2、特點(diǎn)：（1）干縮性較小，抗裂性好。（2）配制的砼和易性較好。六、復(fù)合硅酸鹽水泥（Compositeportlandcement）凡由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為復(fù)合硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合水泥）。

混合材料總摻量應(yīng)>15%，但不能超過(guò)50%。常用硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求

水泥品種性能硅酸鹽水泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥復(fù)合水泥強(qiáng)度等級(jí)齡期抗壓抗折(MPa)（MPa）抗壓抗折(MPa)（MP