土木工程材料必備復(fù)習(xí)題

土木工程材料

CivilEngineeringMaterials曾志勇Email:zzy8191@

Tel:656039臺(tái)州學(xué)院建筑工程學(xué)院課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修）課時(shí)：總學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)理論課時(shí)24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)16學(xué)時(shí)采用教材：《土木工程材料》（第二版）陳志源李啟令主編武漢理工大學(xué)出版社出版緒論第一章1.1概述1.1.1土木工程材料的分類

土木工程材料品種繁多，我們可按不同原則進(jìn)行分類：(1)按材料在工程中的功能分類

結(jié)構(gòu)材料

它們?cè)诮ㄖ谐惺芨鞣N荷載，起骨架作用，其質(zhì)量好壞直接危及結(jié)構(gòu)安全，屬于這類材料的有鋼材、水泥混凝土等。

功能材料

它們?cè)诮ㄖ衅饑o(hù)與隔絕作用，以便形成建筑空間，這些材料應(yīng)具有絕熱、隔聲、防水等功能。

裝飾材料

特種功能材料

用于建筑物內(nèi)外的裝飾，其色彩和質(zhì)感均應(yīng)滿足建筑內(nèi)外環(huán)境設(shè)計(jì)的要求。

其中包括耐高溫、抗強(qiáng)腐蝕、防輻射、太陽能轉(zhuǎn)換等具有特種功能要求的材料。(2)按材料的化學(xué)成分分類無機(jī)材料有機(jī)材料復(fù)合材料金屬材料非金屬材料植物材料瀝青材料合成高分子材料鋼、鋁等碳、水泥、石材、混凝土玻璃等木材、竹材石油瀝青、煤瀝青及其制品塑料、合成橡膠等金屬–––非金屬有機(jī)–––無機(jī)1.1.2土木工程材料的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容:規(guī)格、分類、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存等。標(biāo)準(zhǔn)類型：

ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GBGB/T)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJCYBJT)

地方標(biāo)準(zhǔn)（DB)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB)

1.2材料的基本狀態(tài)參數(shù)1.2.1材料的密度、表觀密度和堆積密度

密度定義：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。可按下式計(jì)算：

–––密度，g/cm3；m–––材料的質(zhì)量，g；V–––材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3。（density）測(cè)量方法

有較多孔隙的材料，采用磨細(xì)后用李氏瓶測(cè)定其體積的方法。

某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用這種方法測(cè)量的體積，由

于無法排除內(nèi)部封閉的孔隙，所以稱

這樣測(cè)得的密度為近似密度(

a)。

表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：

0–––表現(xiàn)密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的質(zhì)量，g，或kg；V0–––材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3。（unitweight）

堆積密度定義：粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計(jì)算：

0–––堆積密度，kg/m3；m–––材料的質(zhì)量，kg；V0–––松散材料的堆積體積，m3。（heapeddensity

）V0VVKVB開口孔封閉孔閉口孔隙自然狀態(tài)下的塊狀材料開口孔隙實(shí)體實(shí)體空隙開口孔隙封閉孔隙裝在容器里的粒狀、粉狀或塊狀材料V0′VVKVBV01.2.2材料的孔隙和空隙

材料的孔隙(1)孔隙率:材料內(nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分率材料的孔隙從兩個(gè)方面對(duì)材料的性能產(chǎn)生影響：一是孔隙的多少（孔隙數(shù)量），二是孔隙特征。孔隙數(shù)量用孔隙率表征。(2)密實(shí)度:材料內(nèi)部固體物質(zhì)的實(shí)際體積占材料總體積的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、細(xì)孔和大孔；（2）按空隙間是否貫通分互相隔開的孤立孔和互相貫通的連通孔；（3）按孔隙是否與外界連通分為與外界連通的開口孔和不與外界連通的封閉孔（閉口孔）。把開口孔體積記為Vk，閉口孔體積記為VB，則孔隙體積Vｐ=Vk+VB定義開口孔孔隙率為定義閉口孔孔隙率為則孔隙率為散粒材料顆粒間的空隙多少用空隙率表示。(1)空隙率:散粒材料顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率

材料的空隙(2)填充率:顆粒的自然狀態(tài)體積占堆積體積的百分率1.3材料的力學(xué)性質(zhì)1.3.1強(qiáng)度與比強(qiáng)度一、材料的強(qiáng)度定義

材料在外力作用下不破壞時(shí)能承受的最大應(yīng)力

根據(jù)外力作用方式的不同，材料有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。

LL

F/2F/2

F

F

L/3

F

FL/3L/3(a)壓力(b)拉力(c)彎曲(d)剪切材料所受外力：各種強(qiáng)度的計(jì)算公式如下：

抗壓、抗拉、抗剪的強(qiáng)度f––––強(qiáng)度，Mpa；P––––破壞時(shí)最大荷載，N；A

––––受力截面面積，mm2。

抗彎強(qiáng)度1）(中點(diǎn)集中荷載)2）(三分點(diǎn)兩相等集中荷載)ff––––抗彎強(qiáng)度，Mpa；P––––彎曲破壞時(shí)最大荷載，N；L––––兩支點(diǎn)的間距，mm；b––––試件橫截面積寬度，mm；h––––試件橫截面積高度，mm。

許多土木工程材料常以其強(qiáng)度大小劃分為若干等級(jí)，俗稱“標(biāo)號(hào)”。材料強(qiáng)度受以下三個(gè)因素的影響：

材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

材料所處的環(huán)境條件(溫度、濕度、含水量等)

強(qiáng)度值的測(cè)試條件(試件尺寸、加荷速度等)二、材料的比強(qiáng)度定義

單位體積重量的材料強(qiáng)度,等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比衡量材料是否輕質(zhì)、高強(qiáng)的指標(biāo)1.3.2材料的彈性與塑性

彈性與塑性

材料在承受外力時(shí)，如撤除外力的作用后，材料的幾何形狀能恢復(fù)原狀，材料的這種性能稱為彈性。如果只能部分恢復(fù)變形，而殘留一部分不能消失的變形，該殘留部份稱為塑性變形。材料在彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力和應(yīng)變之間關(guān)系符合如下公式：σ＝Εεσ——應(yīng)力；

ε——應(yīng)變；Ε——彈性模量；彈性模量是材料剛度的度量，物理意義為單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力，反映了材料抵抗變形的能力。是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要參數(shù)之一。彈塑性材料：材料受力時(shí)，彈性變形和塑性變形同時(shí)發(fā)生，外力去除后，彈性變形恢復(fù)，塑性變形保留。1.3.3脆性和韌性（1）脆性材料在外力作用下，無明顯塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。具有這種破壞特征的材料，稱為脆性材料。從應(yīng)力應(yīng)變圖中看材料的脆性

（2）韌性材料在沖擊或震動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。一般以測(cè)定其沖擊破壞時(shí)單位斷面上吸收的能量作為指標(biāo)。1.3.4硬度和耐磨性硬度：材料抵抗較硬物質(zhì)刻劃或壓入的能力常用刻劃法和壓入法測(cè)定?？虅澐ǚQ莫氏硬度；壓入法稱布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。耐磨性：材料抵抗磨損的能力，用耐磨率表示1.3.5材料的徐變和應(yīng)力松弛

當(dāng)材料在恒定外力的作用下，其變形隨時(shí)間而緩慢增加的過程，稱為徐變。

當(dāng)材料在持續(xù)外力作用下，總的變形值保持不變，由于徐變而使材料內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸降低的過程，稱為應(yīng)力松弛。徐變和應(yīng)力松弛是相互關(guān)聯(lián)的兩種現(xiàn)象。1.4材料與水有關(guān)的性質(zhì)

(a)親水性材料

(b)憎水性材料

90

親水材料

90

憎水材料1.4.1材料的親水性與憎水性潤(rùn)濕邊角:在材料、水和空氣的三相交叉點(diǎn)處沿水滴表面作切線，切線與材料和水接觸面的夾角。1.4.2材料的含水狀態(tài)四種基本含水狀態(tài)：干燥狀態(tài)——材料孔隙中不含或含水極微；氣干狀態(tài)——材料孔隙中所含水與大氣濕度平衡；飽和面干狀態(tài)——材料表面干燥，孔隙含水飽和；濕潤(rùn)狀態(tài)——材料孔隙含水飽和，表面為水濕潤(rùn)附有一層水膜。材料也可處于兩種基本含水狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)飽和水表面水材料的含水狀態(tài)(a)干燥狀態(tài)(b)氣干狀態(tài)(c)飽和面干狀態(tài)(d)濕潤(rùn)狀態(tài)(a)(b)(c)(d)1.4.3材料的吸濕性和吸水性吸濕性

––––親水材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率表示W(wǎng)h––––含水率；％ms––––材料含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g；mg––––材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。材料的含水率隨環(huán)境溫度和濕度變化而變化。平衡含水率：材料中所含水分與環(huán)境溫度所對(duì)應(yīng)的濕度相平衡時(shí)的含水率。材料在干燥空氣中放出所含水分的性質(zhì)稱還濕性。（2）吸水性——材料在水中吸水的性質(zhì)。用吸水率表示，有重量吸水率和體積吸水率兩個(gè)定義：重量吸水率——材料吸水飽和時(shí)，吸收的水分重量占材料干燥時(shí)重量的百分率；體積吸水率——材料吸水飽和時(shí)，吸收的水分體積占材料干燥時(shí)體積的百分率；材料的體積吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥狀態(tài)時(shí)的表觀密度。1.4.4耐水性定義

材料長(zhǎng)期在水作用下不破壞、強(qiáng)度也不明顯下降的性質(zhì)用軟化系數(shù)表示：軟化系數(shù)——材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度之比軟化系數(shù)

0.85

的材料稱為耐水材料1.4.5抗?jié)B性定義材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)常用滲透系數(shù)或抗?jié)B標(biāo)號(hào)表示：滲透系數(shù)：k––––滲透系數(shù)，cm/h；Q––––透水量，cm3；d––––試件厚度，cm；A––––透水面積，cm2；

t––––時(shí)間，h；H––––靜水壓力水頭，cm。抗?jié)B標(biāo)號(hào)（記為Pn）：材料按規(guī)定制作的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下所能承受的最大水壓力（MPa）。材料的滲透系數(shù)越小或抗?jié)B標(biāo)號(hào)越高表明材料的抗?jié)B性越好。1.4.6抗凍性定義材料在含水狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。常用抗凍標(biāo)號(hào)（記為Fn）表示：以規(guī)定的吸水飽和試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，經(jīng)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強(qiáng)度降低不超過規(guī)定數(shù)值，也無明顯損壞和剝落，則此凍融循環(huán)次數(shù)即為抗凍標(biāo)號(hào)。材料的抗凍性與材料吸水程度、材料強(qiáng)度及孔隙特征有關(guān)。含水率大、強(qiáng)度低、開口孔多抗凍性差。1.5材料的熱性質(zhì)1.5.1.熱容性定義材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱量的能力不同材料的熱容性可用比熱進(jìn)行比較。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的材料升高單位溫度所需熱量。定義1.5.2導(dǎo)熱性材料兩側(cè)有溫差時(shí)熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的能力。常用導(dǎo)熱系數(shù)表示。材料的導(dǎo)熱性能與孔隙特征有關(guān)，增加孤立的、不連通孔隙可降低材料導(dǎo)熱能力。1.5.3熱變形性定義材料在溫度變化時(shí)的尺寸變化常用線膨脹系數(shù)表示。有保溫隔熱要求的工程盡量選用熱容量大、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。1.6材料的耐久性

土木工程材料在使用過程中經(jīng)受各種破壞因素(物理的、化學(xué)的、環(huán)境的、生物的……等等)的作用，而能保持其使用性能的性質(zhì)稱為土木工程材料的耐久性。環(huán)境影響因素往往是復(fù)雜多變的，它們單獨(dú)或交互作用于材料形成破壞。由于各種破壞因素的復(fù)雜性和多樣性，使得耐久性是一個(gè)綜合性概念。材料的耐久性是一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。在構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)及材料選用中，必須慎重考慮材料耐久性問題，以利節(jié)約材料、減少維修費(fèi)用，延長(zhǎng)使用壽命。高耐久性材料可抵抗各種破壞作用、延長(zhǎng)構(gòu)筑物使用壽命，使之堅(jiān)固穩(wěn)定、經(jīng)久耐用，并可降低維修費(fèi)用，最終使整體綜合費(fèi)用降低，利用率增高，收益增大，從而獲得顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。提高材料耐久性是土木工程材料生產(chǎn)及應(yīng)用的重要課題之一。第三章

水泥

Cement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。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。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。

主要內(nèi)容什么是硅酸鹽水泥？硅酸鹽水泥是怎樣制造？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)？如何正確使用水泥？重點(diǎn)論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、基本性質(zhì)及其檢測(cè)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(guó)外通稱的PortlandCement).一、硅酸鹽水泥是怎樣制造的？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自動(dòng)化生產(chǎn)過程“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

水泥制造廠全貌水泥生料煅燒回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯尾1450~1500

C二、硅酸鹽水泥的組成硅酸鹽水泥是由下列物質(zhì)混合組成的水泥硅酸鹽水泥熟料Clinkers石膏(CaSO4

2H2O)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)；必要組分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

ABCDCaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345f-CaO1111SO32222三、水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？

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(zhǎng)，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。需學(xué)習(xí)與掌握的內(nèi)容：化學(xué)過程——水泥熟料礦物的水化反應(yīng)石膏的作用物理過程——水泥漿的凝結(jié)硬化硬化水泥漿的組成與結(jié)構(gòu)水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素1.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CaSO4

0.5H2O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：CaSO4

2H2O

CaSO4

0.5H2O+1.5H2O硅酸鈣C3S與

-C2S的水化硅酸鈣水化生成水化硅酸鈣C3S2H3—C-S-H凝膠和Ca(OH)2—羥鈣石，并放出熱：

硅酸三鈣：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4H

C3S2H3+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)2

nH2O(x,z與溫度、水灰比等有關(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。水化度％水化時(shí)間（天）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)鋁酸三鈣C3A的水化鋁酸鈣C3A的水化行為在水泥水化早期特別重要純C3A與水反應(yīng)迅速，生產(chǎn)水化鋁酸鈣：C3A+18H2O

[C2AH8+C4AH13]C3AH6

(不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物)(穩(wěn)定產(chǎn)物)

這一反應(yīng)導(dǎo)致水泥漿閃凝或假凝，必須避免！避免閃凝的有效途徑——加入石膏CaSO4

2H2O

這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！這一發(fā)明是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。鋁酸三鈣C3A在石膏存在下的水化反應(yīng)C3A與石膏反應(yīng)首先形成三硫型硫鋁酸鈣—鈣礬石晶體，并放出大量熱：

C3A+3C?·H2+26H

C3A·3C?3·H32+300cal/g(1)

(鈣釩石)反應(yīng)后期，石膏量不足時(shí)，水化生成單硫型硫鋁酸鈣水化物：

C3A+C3A·3C?3·H32+4H

C3A·C?3·H12

(2)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：

C3A+18H2O

C3AH6(3)石膏緩凝機(jī)理：鈣釩石的形成反應(yīng)(1)速度比純C3A的反應(yīng)(3)慢；在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。鐵鋁酸四鈣C4AF的水化鐵鋁酸四鈣C4AF與水發(fā)生類似于C3A的水化反應(yīng)，也形成類似的產(chǎn)物鈣釩石和單硫型水化物：

C4AF+7HC3AFH6

＋CFH

C4AF

+3C?·H2+26H

C3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+20H

C3(A,F)·C?3·H16C4AF水化物的組成是可變，是鋁酸鹽與鐵酸鹽的固溶體，并由鐵相凝膠產(chǎn)生。C4AF的水化反應(yīng)對(duì)整個(gè)水泥的行為影響較小。Summary硅酸鈣的水化2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羥鈣石鋁酸鈣的水化C3A+18H2O

C2AH8+C4AH13C3A+3C?·H2+26H

C3A·3C?3·H32+300cal/g

（鈣釩石）C3A+C3A·3C?3·H32+4H

C3A·C?3·H12鐵鋁酸鈣的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3C?·H2+26H

C3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+26H

C3(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。調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間。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2.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3、硬化水泥漿體—水泥石的組成與結(jié)構(gòu)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背散射掃描電鏡照片未水化水泥顆粒C-S-H氫氧化鈣單硫型硫鋁酸鹽水泥漿掃描電鏡照片(7d齡期)C-S-H鈣礬石水泥漿中的固體相Ca(OH)2——羥鈣石(portlandite)縮寫：CH體積含量:

占水泥石體積的20～25%；特征：表面積較小、次價(jià)鍵力弱

耐久性和強(qiáng)度。組成特點(diǎn)：組成確定——Ca(OH)2。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：六方片狀晶體，與天然羥鈣石Portlandite相似。形貌：大片狀晶體的堆積體。氫氧化鈣晶體形貌生長(zhǎng)在水泥石孔隙中的六方片狀的羥鈣石晶體水化硫鋁酸鈣CalciumSulfoaluminateHydrates縮寫：Aft、Afm含量：占水泥石體積的15～20%。組成特點(diǎn)：開始時(shí)，形成三硫型硫鋁酸鈣——鈣釩石ettringite(Aft)后期，轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐土蜾X酸鈣monosulfatehydrates(Afm)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)晶性好的晶體形貌：

Aft—針狀晶體；Afm—六方片狀晶體水泥漿中的固體相典型Afm六方片狀晶體和Aft針狀晶體的形貌水泥漿中的鈣釩石生長(zhǎng)在水泥石孔隙中的針狀的鈣釩石晶體未水化的水泥顆粒內(nèi)核處于水化物包裹中水灰比越小，其含量越多未水化的水泥內(nèi)核水泥漿中的固體相水泥石中的孔隙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(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性無害，對(duì)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(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性有害，對(duì)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:50～200

m對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性非常有害黑色代表孔隙（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(duì)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(duì)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(duì)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10

C，速度加快一倍。溫度低于0

C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(zhǎng)；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。水灰比對(duì)水泥漿體中水化物與孔隙體積的影響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，好嗎？

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±10

C)與相對(duì)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。四、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(cè)量方法

排液法，用煤油作為測(cè)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(cè)量方法篩分析法以80

m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(guó)標(biāo)要求硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。普通水泥80

m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(duì)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(duì)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(cè)定儀上，試錐下沉（28

2）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%。

試錐下降高度水泥漿試錐問題：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與什么因素有關(guān)？

為什么？

解答：

與水泥細(xì)度、水泥礦物組成、混合材摻量等有關(guān)。因?yàn)樗囝w粒越細(xì)，比表面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組成和混合材摻量不同，顆粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。

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(cè)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(cè)定儀來測(cè)定。國(guó)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(cè)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(guó)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(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)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)，則水泥的體積安定性良好；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！為什么？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。5.體積安定性檢測(cè)方法：試餅法雷氏夾法5.體積安定性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(cè)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(cè)量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試件尺寸：40

40

160mm 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20

C

1

C，相對(duì)濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h，然后脫模在20

C

1

C的水中養(yǎng)護(hù)至測(cè)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(cè)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40

40=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。強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)3天和28天強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，將水泥強(qiáng)度劃分若干個(gè)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)律早期增長(zhǎng)快，隨后逐漸減慢；28天，基本達(dá)到極限強(qiáng)度的80％以上；在合適的溫濕度條件下，強(qiáng)度增長(zhǎng)可以持續(xù)幾十天乃至幾十年。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。水泥石強(qiáng)度的影響因素水泥石強(qiáng)度來自水化物顆粒間的相互作用力——次價(jià)鍵力在整個(gè)表面積上的積分和；水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強(qiáng)度大于600MPa；影響水泥石強(qiáng)度

的關(guān)鍵因素是孔隙率P：

Powers’s公式：＝k(1-P3)影響孔隙率的因素均影響水泥石的強(qiáng)度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，強(qiáng)度越低水泥組成：熟料礦物、混合材養(yǎng)護(hù)條件：溫度、濕度、齡期水泥細(xì)度：水泥顆粒越細(xì)，強(qiáng)度發(fā)展越快水泥石強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系水泥熟料礦物組成對(duì)強(qiáng)度的影響水泥品種對(duì)強(qiáng)度的影響水泥細(xì)度對(duì)強(qiáng)度的影響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(zhǎng)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

問題？為什么水泥顆粒越細(xì)，水化放熱越快？

答:水泥礦物的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，水泥顆粒越細(xì)，水化反應(yīng)速度越快。硅酸鹽水泥熟料的四種礦物中，哪一種水化熱最大？哪一種水化熱最?。?/p>

答：鋁酸三鈣C3A水化熱最大；硅酸三鈣C3S次之；硅酸二鈣C2S水化熱最小。為什么要限制水泥的不溶物含量和燒失量？答：不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物；燒失量是指水泥經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量損失率。這兩項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)表示水泥中不能水化的雜質(zhì)含量大，影響水泥硬化后的性能。問題？試從應(yīng)用的角度，分析水泥的技術(shù)性質(zhì)及其要求？答：水泥是一種膠凝材料，是主要的結(jié)構(gòu)材料之一，因此，它必須具有強(qiáng)度和體積安定性；細(xì)度和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是相互關(guān)聯(lián)的，用水量大將影響強(qiáng)度；為了澆注成型施工，應(yīng)對(duì)凝結(jié)時(shí)間有所限制；水化熱對(duì)水泥硬化過程和硬化后的水泥石體積穩(wěn)定性有影響；堿含量、不溶物和燒失量影響水泥的品質(zhì)；為了結(jié)構(gòu)物自重的計(jì)算，必須知道水泥的密度。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。導(dǎo)致水泥石腐蝕性破壞的原因外因：

環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等。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。

防止水泥石腐蝕的措施

主要針對(duì)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。

第六節(jié)

摻混合材的硅酸鹽水泥

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=xCaO

SiO2

nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O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(duì)硬化水泥漿中Ca(OH)2的影響摻加粉煤灰的水泥強(qiáng)度發(fā)展

早期強(qiáng)度增長(zhǎng)減慢，但摻量小于20％時(shí)，

后期強(qiáng)度也有較多增長(zhǎng)礦渣摻量對(duì)礦渣水泥抗壓強(qiáng)度的影響礦渣水泥的凝結(jié)時(shí)間與礦渣摻量的關(guān)系二、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(zhǎng)率高。對(duì)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。抗凍性、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?/p>

易吸水，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。本章小結(jié)基礎(chǔ)理論：硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物，凝結(jié)硬化過程及其影響因素；水泥組成對(duì)其性能的影響?；局R(shí)：硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用及儲(chǔ)運(yùn)知識(shí)；水泥漿體在侵蝕性介質(zhì)下的腐蝕及其防止的措施；水泥石的結(jié)構(gòu)；活性混合材的組成、性質(zhì)及作用；普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和高鋁水泥等其它水泥的組成、性能的特點(diǎn)及應(yīng)用?；炯寄埽核嘀饕夹g(shù)性質(zhì)的測(cè)試，各種水泥的正確選用138第四章混凝土139一、混凝土定義：混凝土是由膠結(jié)材料將天然的（或人工的）骨料粒子或碎片聚集在一起，形成堅(jiān)硬整體，并具有強(qiáng)度和其它性能的復(fù)合材料。1．分類：混凝土按所用膠結(jié)材料可分為：水泥混凝土、瀝青混凝土、硅酸鹽混凝土、聚合物(膠結(jié)、浸漬、水泥）混凝土、水玻璃混凝土、石膏混凝土、硫磺混凝土等多種。其中水泥混凝土是使用最廣泛、使用量最大的結(jié)構(gòu)材料?；炷涟幢碛^密度大?。ㄖ饕枪橇喜煌┛煞秩箢?。干表觀密度大于2600kg/m3的重混凝土，系采用高密度骨料（如重晶石、鐵礦石、鋼屑等）或同時(shí)采用重水泥（如鋇水泥、鍶水泥等）制成，主要用于輻射屏蔽方面；干表觀密度為2000～2500kg/m3的普通混凝土，系由天然砂、石為骨料和水泥配制而成，是目前建筑工程中常用的承重結(jié)構(gòu)材料；干表觀密度小于1950kg/m3的輕混凝土，系指輕骨料混凝土、無砂大孔混凝土和多孔混凝土，用于保溫、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)兼保溫?；炷涟词┕すに嚳煞譃椋罕盟突炷?、噴射混凝土、真空脫水混凝土、造殼混凝土（裹砂混凝土）、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土（預(yù)填骨料混凝土）、熱拌混凝土、太陽能養(yǎng)護(hù)混凝土等多種?！?/p>

4.1

混凝土概述140二、優(yōu)越性1.耐水耐火，堅(jiān)固耐用；2.制作簡(jiǎn)便，造型方便；3.獲得容易，價(jià)格低廉；

4.性能可調(diào)，用途廣泛；5.能耗較低，能效較高。三、局限性1.抗拉強(qiáng)度低2.韌性差3.體積不穩(wěn)定4.比強(qiáng)度低四、對(duì)混凝土的基本要求

1.新拌混凝土的性能2.硬化混凝土的性能3.經(jīng)濟(jì)性五、滿足要求的措施

1.材料選擇2.配合比設(shè)計(jì)3.施工操作混凝土按用途可分為：防水混凝土、防射線混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土、耐火混凝土、不發(fā)火混凝土、補(bǔ)償收縮混凝土、水下澆筑混凝土等多種?；炷涟磽胶狭峡煞譃椋悍勖夯一炷痢⒐杌一炷?、磨細(xì)高爐礦渣混凝土、纖維混凝土等多種。另外，混凝土還可按抗壓強(qiáng)度分為：低強(qiáng)混凝土（抗壓強(qiáng)度小于30MPa）、中強(qiáng)混凝土（抗壓強(qiáng)度30～60MPa）和高強(qiáng)混凝土（抗壓強(qiáng)度大于等于60MPa）；按每立方米水泥用量又可分為：貧混凝土（水泥用量不超過170kg）和富混凝土（水泥用量不小于230kg）等。

普通混凝土定義：石子＋砂＋水泥＋水§

4.1

混凝土概述141§4-2基本組成材料

一、水泥選用：工程性質(zhì)、部位、所處環(huán)境、施工條件、環(huán)境狀況→合理選擇水泥品種砼強(qiáng)度等級(jí)、充分利用水泥活性→水泥標(biāo)號(hào)注意：不同品種水泥不能混用若用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，不僅會(huì)使水泥用量過多，還會(huì)對(duì)混凝土生產(chǎn)不利影響。反之，用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥配制低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，若只考慮強(qiáng)度要求，會(huì)使水泥用量偏少，從而影響耐久性能，若水泥用量兼顧了耐久性等要求，又會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)而不經(jīng)濟(jì)。因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：一般以選擇的水泥強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值為混凝土強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的1.5~2.0倍為宜。二、砼拌合及養(yǎng)護(hù)用水

1、作用①使拌合物具有流動(dòng)性；②與水泥水化，使砼硬化。

2、要求──不含有雜質(zhì)

3、可用的水自來水、潔凈的天然水

4、水質(zhì)有疑問時(shí)：強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)混凝土用水的基本質(zhì)量要求是：不影響混凝土的凝結(jié)和硬化；無損于混凝土強(qiáng)度發(fā)展及耐久性；不加快鋼筋銹蝕；不引起預(yù)應(yīng)力鋼筋脆斷；不污染混凝土表面。142

三、骨料作用──力學(xué)、耐久性、經(jīng)濟(jì)分類——

細(xì)骨料0.16～5mm粗骨料＞5mm普通混凝土中所用細(xì)骨料，一般是由天然巖石長(zhǎng)期風(fēng)化等自然條件形成的天然砂。根據(jù)產(chǎn)源不同，天然砂可分為河砂、海砂和山砂三類。普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵石兩種。粗、細(xì)骨料的總體積一般占混凝土體積的60~80%，所以骨料質(zhì)量?jī)?yōu)劣，將直接影響到混凝土各項(xiàng)性質(zhì)的好壞?！?-2基本組成材料骨料的技術(shù)質(zhì)量要求有：1、有害雜質(zhì)①有機(jī)雜質(zhì)──妨礙水泥水化；②泥──降低界面粘結(jié)，增加用水量；③泥塊──形成薄弱區(qū)；④硫化物、硫酸鹽──體積膨脹反應(yīng)；⑤云母(砂中)──與水泥粘結(jié)差；⑥輕物質(zhì)(砂中)⑦氯鹽(砂中)──促進(jìn)鋼筋銹蝕。1432、堅(jiān)固性檢測(cè)：硫酸鈉溶液3、堿活性危害：集料中的a-SiO2與水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹并導(dǎo)致混凝土開裂檢測(cè)：化學(xué)法、巖相法、長(zhǎng)度法§4-2基本組成材料4、顆粒形狀、表面特征顆粒形狀──鵝卵形、棱角形、針狀、片狀顆粒形狀骨料空隙率骨料表面積拌合物需水量拌合物內(nèi)摩擦力拌合物工作性混凝土強(qiáng)度針、片狀定義：針狀顆粒是指長(zhǎng)度大于該顆粒所屬粒級(jí)的平均粒徑2.4倍者；片狀顆粒是指厚度小于平均粒徑0.4倍者。平均粒徑系該粒級(jí)上、下限粒徑的平均值針片狀顆粒的危害：①比表面積大，空隙率大→用水量大，工作性差→砼強(qiáng)度↓②傾向于一個(gè)方向排列,受力時(shí)易折斷→砼耐久性↓144骨料品種碎石卵石性質(zhì)取決于母巖堅(jiān)固,密實(shí)形狀棱角形鵝卵形表面特征粗糙光滑與水泥粘結(jié)好差砼拌合物流動(dòng)性差難搗實(shí)流動(dòng)性好易密實(shí)砼強(qiáng)度稍高稍低碎石和卵石的比較河砂：表面光滑、棱角少──與水泥粘結(jié)差，拌合物流動(dòng)性好。山砂：表面粗糙、棱角多──與水泥粘結(jié)好，拌合物流動(dòng)性差?！?-2基本組成材料1455、顆粒級(jí)配、粗細(xì)程度⑴級(jí)配定義──各粒徑顆粒的分布良好的級(jí)配應(yīng)當(dāng)能使骨料的空隙率和總表面積均較小，從而不僅所需水泥漿量較少，而且還可以提高混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度及其它性能。測(cè)定──篩分法表示方法─各號(hào)篩上的累計(jì)篩余的百分?jǐn)?shù)§4-2基本組成材料(2)粗細(xì)程度定義──骨料的粗細(xì)程度是指不同粒徑的顆?；煸谝黄鸬钠骄旨?xì)程度。相同質(zhì)量的骨料，粒徑小，總表面積大；粒徑大，總表面積小，因而大粒徑的骨料所需包裹其表面的水泥漿量就少。也就是說，相同水泥漿量，包裹在大粒徑骨料表面的水泥漿層就厚，便能減小骨料間的摩擦。146①孔隙率要小，②表面積要小，③要有適量的細(xì)顆粒。

級(jí)配要求——147

（3）砂的顆粒級(jí)配、粗細(xì)程度砂的級(jí)配和粗細(xì)程度是用篩分析方法測(cè)試的。砂的篩分析方法是用一套孔徑為5.00、2.50、1.25、0.63、0.315及0.160的標(biāo)準(zhǔn)篩，將抽樣所得500g干砂，由粗到細(xì)依次過篩，然后稱得留在各篩上砂的重量，并計(jì)算各篩上的分計(jì)篩余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6（各篩上的篩余量占砂樣重量的百分率），及累計(jì)篩余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6（各個(gè)篩與比該篩粗的所有篩之分計(jì)篩余百分率之和）。累計(jì)篩余與分計(jì)篩余關(guān)系見表。任意一組累計(jì)篩余（A1~A6）表征了一個(gè)級(jí)配?！?-2基本組成材料表4－1分計(jì)篩余和累計(jì)篩余的關(guān)系篩孔尺寸（mm）分計(jì)篩余（%）累計(jì)篩余（%）5.002.501.250.6300.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6148§4-2基本組成材料149§4-2基本組成材料砂的累計(jì)篩余計(jì)算篩孔尺寸/mm分計(jì)篩余/g分計(jì)篩余/%累計(jì)篩余/%525552.57014191.258016350.639018530.31512024770.161002097<0.16153100150§4-2基本組成材料砂的級(jí)配區(qū)及其曲線：我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定砂按0.63mm篩孔的累計(jì)篩余百分率計(jì)，分成三個(gè)級(jí)配區(qū)。砂的實(shí)際顆粒級(jí)配與表中所示累計(jì)篩余百分率相比，除5.00mm和0.630mm篩號(hào)外，允許稍有超出分界線，但其總量百分率不應(yīng)大于5%。以累計(jì)篩余百分率為縱坐標(biāo)，篩孔尺寸為橫坐標(biāo)，畫出砂的I、Ⅱ、Ⅲ級(jí)配區(qū)上下限的篩分曲線，配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用Ⅱ區(qū)砂；當(dāng)采用I區(qū)砂時(shí)，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥用量，以滿足混凝土的和易性；當(dāng)采用Ⅲ區(qū)砂時(shí)，宜適當(dāng)降低砂率，以保證混凝土強(qiáng)度。砂的細(xì)度模數(shù)：砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)表示，細(xì)度模數(shù)（Mx）按下式計(jì)算：

細(xì)度模數(shù)越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)范圍一般為3.7~1.6，其中3.7~3.1為粗砂3.0~2.3為中砂2.2~1.6為細(xì)砂1.5~0.7為特細(xì)砂配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用中砂。對(duì)特細(xì)砂，配制混凝土?xí)r要作特殊考慮。砂的細(xì)度模數(shù)不能反映其級(jí)配的優(yōu)劣，細(xì)度模數(shù)相同的砂，級(jí)配可以很不相同。所以配制混凝土?xí)r，必須同時(shí)考慮砂的級(jí)配和細(xì)度模數(shù)。151（4）石的顆粒級(jí)配和最大粒徑①顆粒級(jí)配石子的級(jí)配分為連續(xù)粒級(jí)和單粒級(jí)兩種，

六種連續(xù)粒級(jí)──砼工作性較好，不易離析。五種單粒級(jí)──不宜單獨(dú)使用，宜組合成連續(xù)級(jí)配。石子的級(jí)配通過篩分試驗(yàn)確定，一套標(biāo)準(zhǔn)篩有孔徑為2.50，5.00，10.0，16.0，20.0，31.5，40.0，50.0，63.0，80.0和100mm共12個(gè)篩子，可按需選用篩號(hào)進(jìn)行篩分，計(jì)算分計(jì)篩余百分率和累計(jì)篩余百分率。碎石和卵石的級(jí)配范圍要求是相同的，我國(guó)要求符合表8－6的規(guī)定。②最大粒徑粗骨料中公稱粒級(jí)的上限稱為該骨料的最大粒徑。Dmax↑→總表面積↓→需水量↓→水泥用量↓Dmax↑↑→界面應(yīng)力,砼不連續(xù)性↑→砼強(qiáng)度↓另外，Dmax≤結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時(shí)Dmax≤鋼筋間最小凈距的3/4；對(duì)于混凝土實(shí)心板，Dmax≤板厚的1/3，且Dmax≤40mm；對(duì)于泵送混凝土，骨料最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，碎石不宜大于1:3，卵石大宜大于1:2.5。石子粒徑過大，對(duì)運(yùn)輸和攪拌都不方便?！?-2基本組成材料152吸水量全干飽和面干潤(rùn)濕氣干總含水量表面含水量6、骨料含水量§4-2基本組成材料1537、強(qiáng)度作用：保證混凝土強(qiáng)度粗骨料必須致密、具有足夠強(qiáng)度，碎石的強(qiáng)度可用抗壓強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)值表示，卵石的強(qiáng)度只用壓碎指標(biāo)表示。檢測(cè)：抗壓強(qiáng)度——立方體（邊長(zhǎng)為50mm）、圓柱體試件（直徑與高均為50mm）碎石抗壓強(qiáng)度一般在混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于或等于C60時(shí)才檢驗(yàn)。通常要求巖石抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之比不應(yīng)小于1.5。壓碎指標(biāo)——碎石、卵石碎石和卵石的壓碎指標(biāo)值測(cè)定，是將一定量氣干狀態(tài)的10～20mm石子裝入標(biāo)準(zhǔn)筒內(nèi)，按規(guī)定加荷速率，加荷至200KN，卸荷后稱取重量m0，再用2.5mm孔徑的篩篩除被壓碎的細(xì)粒，稱出剩留在篩上的試樣重量m1，按下式計(jì)算壓碎指標(biāo)值：壓碎指標(biāo)值越小，說明抗受壓破碎能力越強(qiáng)，?！?-2基本組成材料四、外加劑Admixtures

定義：摻量≤水泥質(zhì)量的5%，使砼改性的物質(zhì)。

1、分類①改善砼拌合物流變性──減水劑、泵送劑②調(diào)節(jié)砼凝結(jié)硬化性能──緩凝劑、早強(qiáng)劑③改善混凝土的耐久性──防凍劑、阻銹劑④調(diào)節(jié)砼氣體含量的外加劑──引氣劑、泡沫劑⑤提供混凝土特殊性能──膨脹劑、防水劑§4-2基本組成材料1552、減水劑Waterreducer⑴作用：在保持砼稠度不變的條件下，具有減水增強(qiáng)作用。 §4-2基本組成材料⑶減水機(jī)理⑵主要成份——表面活性劑156⑷效果①用水量一定時(shí)：→坍落度↑②坍落度、水泥用量一定時(shí)：→W↓→w/c↓→強(qiáng)度↑③坍落度、強(qiáng)度一定時(shí)：→W↓(w/c不變)→水泥用量↓§4-2基本組成材料⑸常用減水劑①木質(zhì)素磺酸鹽系減水10～15%

或提高強(qiáng)度10～20%

或提高坍落度80～100mm②萘系減水劑減水率15～25%③樹脂系減水劑減水率20～30%（三聚氰胺類、羧酸類）⑹注意事項(xiàng)①適宜摻量②是否伴有緩凝、引氣、早強(qiáng)等作用③與水泥的適應(yīng)性④對(duì)鋼筋的銹蝕作用1573、引氣劑airentrainingagent定義：在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布，穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣劑是一種表面活性劑，對(duì)混凝土性能有以下幾種影響：（1）改善混凝土拌合物和易性。如圖，封閉的氣泡猶如滾珠，減少了水泥顆粒間摩擦，提高流動(dòng)性。同時(shí)氣泡薄膜的形成也起到了保水作用。（2）提高抗摻性和抗凍性。引氣劑引入的封閉氣孔能有效隔斷毛細(xì)孔通道，并能減小泌水造成的孔縫，從而提高抗?jié)B性。另外，封閉氣孔的引入對(duì)水結(jié)