專業(yè)基礎(chǔ)精講第十二章土木工程材料（三）02

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第三節(jié)水泥水泥屬于水硬性膠凝材料。普通建造工程中常用的是通用水泥，包括硅酸鹽水泥（代號P·Ⅰ，P·Ⅱ）、普通硅酸鹽水泥（簡稱普通水泥，代號P·O）、礦渣硅酸鹽水泥（簡稱礦渣水泥，代號P·S）、粉煤灰硅酸鹽水泥（簡稱粉煤灰水泥，代號P·F）、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥（簡稱火山灰水泥，代號P·P）和復(fù)合硅酸鹽水泥（簡稱復(fù)合水泥，代號P·C）六大種。硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料，0~5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥分為兩種類型，不摻加混合材料的稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號為P·Ⅰ；摻加不超過水泥質(zhì)量5%石灰石或或?；郀t礦渣的稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P·Ⅱ。硅酸鹽水泥熟料礦物組成及主要特征硅酸鹽水泥熟料礦物組成及其主要特征見下表。調(diào)節(jié)各礦物的比例水泥的性能會發(fā)生變化，如提高硅酸三鈣的含量可制得高強水泥。硅酸鹽水泥熟料礦物組成與主要特征礦物名稱化學(xué)式代號含量（％）主要特征水化速度水化熱強度硅酸三鈣3CaO·SiO2C3S37～60快大高硅酸二鈣2CaO·SiO2C2S15～37慢小早期低后期高鋁酸三鈣3CaO·Al2O3C37～15最快最大低鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10～18較快中中因為鋁酸三鈣凝結(jié)硬化速度很快，會使水泥漿體浮上瞬時凝結(jié)的現(xiàn)象，影響水泥的正常使用，摻入石膏可以達到延緩凝結(jié)的目的，即石膏起緩凝作用。硅酸鹽水泥的水化過程及水化產(chǎn)物硅酸鹽水泥水化放熱曲線見圖2，其中第一放熱峰對應(yīng)的是鋁酸三鈣與石膏反應(yīng)生產(chǎn)鈣釩石的反應(yīng)，第二放熱峰為硅酸三鈣的水化放熱峰，第二放熱峰浮上的時光對應(yīng)于水泥的初凝時光。硅酸三鈣的水化產(chǎn)物為C-S-H凝膠和氫氧化鈣。 圖2硅酸鹽水泥的水化放熱曲線硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物有水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠，氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。在徹低水化的水泥石中，水化硅酸鈣凝膠約占70％，氫氧化鈣約占20％，水化硫鋁酸鈣約占7%，其中水化硅酸鈣凝膠對水泥石的強度和其它性質(zhì)起決定性作用。3、水泥石的組成水泥漿硬化后的水泥石是由水化產(chǎn)物（包括凝膠和晶體）、未水化的水泥熟料顆粒、孔隙（包括凝膠孔、毛細(xì)孔和藹孔）和水（包括化學(xué)結(jié)合水、凝膠水、毛細(xì)孔水等）組成的不均質(zhì)體。水化硅酸鈣凝膠孔尺寸為1~5nm，毛細(xì)孔尺寸約為10~100nm，水化較為充足的水泥石中，毛細(xì)孔尺寸通常小于50nm，由引氣劑形成的封閉氣孔尺寸約為1mm左右。[例題1]水泥熟料礦物中水化放熱量最大的是：A.硅酸三鈣B.硅酸二鈣C.鋁酸三鈣D.鐵鋁酸四鈣【解析】水泥熟料中水化放熱量最大的是鋁酸三鈣，最少的是硅酸二鈣【答案】C[例題2]普通硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，并且有兩個典型的放熱峰，其中第二個放熱峰對應(yīng)A.硅酸三鈣的水化B.硅酸二鈣的水化C.鐵鋁酸四鈣的水化D.鋁酸三鈣的水化【提醒】普通硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，并且有兩個典型的放熱峰，其中第一放熱峰對應(yīng)的是鋁酸三鈣與石膏反應(yīng)生產(chǎn)鈣釩石的反應(yīng)，第二放熱峰為硅酸三鈣的水化放熱峰?！敬鸢浮緼二、水泥石的腐蝕及防腐1、水泥石在某些腐蝕性介質(zhì)的持久作用下，結(jié)構(gòu)逐漸受到破壞，強度和耐久性降低的現(xiàn)象，稱為水泥石的腐蝕。2、腐蝕機理溶出性腐蝕：流動的軟水將Ca(OH)2溶解并隨流水而流失，使水泥石孔隙率增大。分解性腐蝕：鹽或酸與Ca(OH)2反應(yīng)生成溶解度更大的產(chǎn)物（如CaCl2），加速Ca(OH)2分解破壞，或同時生成沒有膠凝性的產(chǎn)物，如Mg(OH)2。膨脹性腐蝕（亦稱硫酸鹽腐蝕）：硫酸鹽與Ca(OH)2生成硫酸鈣，直接以二水石膏結(jié)晶，膨脹；或再與水化鋁酸鈣生成水化硫鋁酸鈣，體積增大1.5倍，使水泥石膨脹破壞。引起腐蝕的緣故（1）存在引起腐蝕的成分：氫氧化鈣和水化鋁酸鈣。（2）存在毛細(xì)孔，結(jié)構(gòu)不密實，易使腐蝕介質(zhì)進入。4、防腐措施（1）合理挑選水泥品種：減少氫氧化鈣含量。（2）提高水泥石的密實度—減少加水量，降低毛細(xì)孔含量。（3）加做保護層。[例題3]水泥混凝土遭遇最嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕是：A.溶出性腐蝕B.普通酸腐蝕C.鎂鹽腐蝕D.硫酸鹽腐蝕【提醒】溶出性腐蝕是指流動的軟水將Ca(OH)2溶解并隨流水而流失，結(jié)果會使混凝土孔隙率的增大，C-S-H分解。普通酸與Ca(OH)2反應(yīng)生成溶解度更大的產(chǎn)物，加速Ca(OH)2分解破壞。鎂鹽與Ca(OH)2反應(yīng)生成的Mg(OH)2很柔軟，沒有膠凝能力。硫酸鹽與Ca(OH)2生成硫酸鈣，直接以二水石膏結(jié)晶體積膨脹，或再與水化鋁酸鈣生成水化硫鋁酸鈣，體積增大1.5倍，這兩種膨脹性產(chǎn)物的形成，會導(dǎo)致混凝土開裂，甚至破壞。比較而言，硫酸鹽腐蝕是最嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕?！敬鸢浮緿三、通用水泥的主要特性及適用范圍水泥種類硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥代號P·I、P·IIP·OP·SP·PP·F組成成分相同點硅酸鹽水泥熟料、適量石膏不同點0～5％的混合材料6～20％的混合材料20～70％的礦渣20～50％的火山質(zhì)混合材料20～40％的粉煤灰主要特征凝結(jié)速度速度快較快速度慢強度高較高早強低，后期強度增長快水化熱大較大低耐凍性好極好差耐腐蝕性差較差好抗碳化能力好較好差抗裂性－－——好抗?jié)B性－－－好－耐熱性——好——適用范圍快硬早強的工程、配制高強度等級的混凝土發(fā)明地上、地下及水中的混凝土、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，包括受反復(fù)凍融的結(jié)構(gòu)。也可配制高強度等級混凝土及早期強度要求高的工程。1．高溫車間和有耐熱、耐火要求的混凝土結(jié)構(gòu)2．大體積混凝土結(jié)構(gòu)3．蒸汽養(yǎng)護的混凝土結(jié)構(gòu)4．普通地上、地下和水中混凝土結(jié)構(gòu)5．有抗硫酸鹽侵蝕要求的普通工程1．大體積混凝土工程2．有抗?jié)B要求的混凝土工程3．蒸汽養(yǎng)護的混凝土構(gòu)件4．普通混凝土結(jié)構(gòu)5．有抗硫酸鹽侵蝕要求的普通工程1．地上、地下和水中混凝土工程2．大體積混凝土工程3．普通混凝土工程4．蒸汽養(yǎng)護的混凝土構(gòu)件5．有抗硫酸鹽侵蝕要求的普通工程不適用范圍1．大體積混凝土工程2．受化學(xué)侵蝕、壓力水（軟水）作用及海水侵蝕的工程1．大體積混凝土工程2．受化學(xué)侵蝕、壓力水（軟水）作用及海水侵蝕的工程1．早期強度要求高的工程2．嚴(yán)寒地區(qū)并處于水位升降范圍內(nèi)的混凝土工程1．處于干燥環(huán)境的混凝土工程2．耐磨性要求高的工程3．其它同礦渣硅酸鹽水泥1．有碳化要求的工程2．其它同礦渣硅酸鹽水泥[例題4]現(xiàn)有一座大體積混凝土結(jié)構(gòu)并有耐熱耐火要求的高溫車間工程，可選用下列哪種水泥？A.硅酸鹽水泥B.火山灰硅酸鹽水泥C.礦渣硅酸鹽水泥D.粉煤灰硅酸鹽水泥【解析】硅酸鹽水泥不能用于大體積混凝土工程。礦渣硅酸鹽水泥耐熱性好，可用于有耐熱耐火要求的高溫車間工程。【答案】C四、水泥的技術(shù)性質(zhì)1、細(xì)度：水泥顆粒的粗細(xì)程度。顆粒越細(xì)，水化速度快，早期強度高，但硬化收縮較大。顆粒過粗，不利于水泥活性的發(fā)揮，強度低。硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300m2/kg。其它通用水泥的細(xì)度用篩析法測定，用篩余量表示2、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：達到標(biāo)準(zhǔn)稠度時的用水量。標(biāo)準(zhǔn)稠度為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一種稠度狀態(tài)，用于測定凝結(jié)時光和體積安定性。3、凝結(jié)時光：初凝時光為水泥加水拌和起，至水泥漿開始失去塑性所需時光。終凝時光是從水泥加水拌和起，至水泥漿徹低失去塑性并開始產(chǎn)生強度所需時光。初凝時光不宜過短，終凝時光不宜過長。規(guī)定通用水泥初凝時光不早于45分鐘，硅酸鹽水泥終凝時光不遲于390min，其它通用水泥的終凝時光不遲于10h。4、體積安定性：是指水泥在凝結(jié)硬化過程中，體積變化的勻稱性。水泥體積安定性不良會導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生膨脹性裂紋或翹曲變形，造成質(zhì)量事故。引起安定性不良的緣故是熟料中游離氧化鈣或游離氧化鎂過?；蚴鄵搅窟^多。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，由游離氧化鈣引起的安定性不良用沸煮法檢驗。游離氧化鎂和石膏不便迅速檢測，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定游離MgO≯5.0%，SO3≯3.5%5、強度：指膠砂強度。水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂=1:3，水灰比為0.5，按規(guī)定主意制作40×40×160mm試件，（20±1）℃水中養(yǎng)護，測定3d和28d的抗壓、抗折強度，以此劃分水泥的強度等級。6、堿含量：堿含量按Na2O+0.658K2O計算，堿含量將影響構(gòu)件的質(zhì)量或引起質(zhì)量事故。[例題5]水泥顆粒的大小通常用水泥的細(xì)度來表征，水泥的細(xì)度是指：單位質(zhì)量水泥占有的體積單位體積水泥的顆?？偙砻娣e單位質(zhì)量水泥的顆粒總表面積單位顆粒表面積的水泥質(zhì)量解析：水泥顆粒的大小通常用水泥的細(xì)度來表征，水泥的細(xì)度是指單位質(zhì)量水泥顆粒的總表面積（m2/kg），或0.08mm方孔篩的篩余量。答案：C五、練習(xí)題1、水泥中不同礦物的水化速率有較大的差別，因此可以通過調(diào)節(jié)其在水泥中的相對含量來滿意不同工程對水泥水化速率和凝結(jié)時光的要求。早強水泥要求水泥水化速率快，因此以下礦物含量較高的是：A、硅酸三鈣B、硅酸二鈣C、鐵鋁酸四鈣D、石膏提醒：早強水泥要求水化速率快，早強強度高。水泥熟料礦物中水化速度最快是的鋁酸三鈣，第二是硅酸三鈣，早強強度最高的是硅酸三鈣。答案：A2、我國通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中，符號P.O代表：A、普通硅酸鹽水泥B、硅酸鹽水泥C、復(fù)合硅酸鹽水泥D、粉煤灰硅酸鹽水泥提醒：我國通用硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)中，符號P.O代表普通硅酸鹽水泥。答案：A3、硬化水泥漿體中的孔隙分為水化硅酸鈣凝膠的層間孔隙、毛細(xì)孔隙和藹孔，其中對材料耐久性產(chǎn)生主要影響的是毛細(xì)孔隙，其尺寸的數(shù)量級為：A、nmB、umC、mmD、cm提醒：水化硅酸鈣凝膠孔尺寸為1~5nm，毛細(xì)孔尺寸約為10~100nm，水化較為充足的水泥石中，毛細(xì)孔尺寸通常小于50nm，由引氣劑形成的封閉氣孔尺寸約為1mm左右。答案：A4、按照水泥石侵蝕的緣故，下列哪條是不準(zhǔn)確的抗侵蝕措施：A、提高水泥強度等級B、提高水泥石的密實度C、按照侵蝕環(huán)境特點，選用適當(dāng)品種的水泥D、在混凝土或砂漿表面設(shè)置耐侵蝕且不透水的防護層提醒：水泥石抗侵蝕措施主要有：選用合適的水泥品種，減少容易被侵蝕成分，如氫氧化鈣的含量；提高水泥石的密實度，降低孔隙率；表面做保護層。采用高強度水泥不一定可以提高抗侵蝕能力。答案：A5、早期強度要求較高，抗凍性較好的混凝土應(yīng)優(yōu)先選用：A、普通硅酸鹽水泥B、礦渣硅酸鹽水泥C、火山灰硅酸鹽水泥D、粉煤灰硅酸鹽水泥提醒：普通硅酸鹽水泥早期強度較高，抗凍性較好。答案：A6、陪同著水泥的水化和各種水化產(chǎn)物的陸續(xù)形成，水泥漿的流動性發(fā)生較大的變化，其中水泥漿的初凝是指其：A、開始顯然固