混凝土科学复习资料.doc

1.化学收缩是指水化产物的绝对体积小于未水化之前水的体积和未水化水泥的体积之和.自收缩是指水泥基胶结材料在水泥初凝后,恒温恒重下产生的宏观体积降低2.自收缩：从混凝土自收缩的形成规律出发,可以认为,自收缩是指在恒温绝湿的条件下混凝土初凝后因胶凝材料继续水化引起自干燥而造成混凝土宏观体积的减小.一般情况下,水泥继续水化会引起两种收缩,一种是化学收缩,另一种为自收缩自收缩是指在与外界没有水分交换的条件下,由于水泥的不断水化及矿物掺合料的二次水化作用,在混凝土内部产生一系列复杂的物理、化学及力学变化3.塑性收缩是指混凝土处于半流态或塑性阶段时,由于沉降运动、毛细压力、早期化学收缩以及自收缩等原因而引起的一种体积变化.当混凝土塑性收缩受到约束且所产生的约束力超过混凝土抗拉应力时,将导致混凝土开裂。一般认为,裂缝主要与后两种收缩有关,塑性收缩主要是指在混凝土自身固体粒子间引力以及表面张力共同作用下发生凝聚.在混凝土尚未充分硬化时,由于这种力的作用使混凝土产生收缩,如作用力不均匀,便产生塑性收缩裂缝塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩,发生在施工过程中,混凝土浇筑后45小时左右4.干燥收缩混凝土中的水分自由水（即孔隙水）、毛细管水以及凝胶粒子表面的吸附水等三种，当后两种水发生变化时，混凝土就会产生干湿变形。【不可逆】碳化收缩,是指Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3过程中析出水分而导致体积收缩.四、砼的发展趋向 1.高性能混凝土（HPC） 要求有高强度等级（fcu60Mpa）和良好的工作性、体积稳定性和耐久性。 发展途径： （1）采用高性能的原料以及与之相适应的工艺； （2）采用多元复合途径提高混凝土的综合性能。如掺入高效减水剂，缓凝剂、引气剂、硅灰、优质粉煤灰、稻壳灰及沸石粉等。2.绿色高性能混凝土（GHPC） 从节约能源、资源，减少工业废料排放和保护自然环境角度考虑，要求混凝土及其原材料的开发、生产、建筑施工作业等既能满足建设需要，又不危及后代人的延续生存环境。 3.其它新技术混凝土 灭菌、环境调节、变色、智能混凝土等。4.1 石膏 建筑中使用最多的石膏胶凝材料建筑石膏高强石膏硬石膏水泥石膏制品优点：质量轻，易加工，耐火，隔音，绝热，可作吊顶和非承重内墙。 一、建筑石膏的原料 CaSO4.2H2O(生石膏) 一等 含量95%，二等 9485%，三等8475%，四等7465%，五等 6455%。 二、建筑石膏的特性 1.凝结硬化快 初凝时间：不小于6min 终凝时间：不大于30min 1星期左右完全硬化 实际应用中加适量缓凝剂 2.硬化后孔隙率大（达50%60%），水化的理论需水量为18.6%，实际用水量为60%80%，多余水分蒸发形成孔隙。故其强度较低。 硬化后强度35MPa隔墙、饰面 存放三个月强度下降30%。 3.建筑石膏硬化隔热性和吸音性能良好，但耐水性较差。 4.防火性能良好，着火温度下，石膏脱水，水分蒸发，火与板之间形成蒸汽带，阻止火蔓延。 5.建筑石膏硬化时体积略有膨胀,能充满模型。 6.装饰性好。可作吊顶和天花板。 7.硬化体的可加工性能好。可制作模型雕刻。 三、建筑石膏的应用1.用于室内抹灰、粉刷，做为装饰材料，并可调节室内温度和湿度图4.1.1 建筑石膏作为装饰材料2.石膏制品：纸面石膏板：（内墙、隔墙、天花板）石膏空心条板、纤维石膏板、装饰石膏制品等图4.1.2 石膏板4.2 石灰 一、石灰的生产、化学成分与品种 1.生产： 石灰是以碳酸钙为主要成分的石灰石、白云质石灰岩、白垩等为原料，在一定烧结温度下，煅烧所得的产物。其主要成分为氧化钙（CaO) CaCO3CaO+CO2 MgCO3MgO+CO2 过火石灰：灰黑色，表面出现裂纹，有玻璃体的外壳。含SiO2、Al2O3杂质，块体容重大，熟化慢。 欠火石灰：未分解的石灰石，废品，利用率很低，不能消化，降低石灰浆的产量 正火石灰：煅烧正常，质量轻，无裂缝，密度3.1-3.4g/cm3，表观密度800-1000kg/m3。当MgO含量5%时称为钙质石灰。当MgO含量 5%时称为镁质石灰。 根据成品的加工方法的不同，有四种成品： （1）块状生石灰：由石灰石煅烧成的白色疏松结构的块 状物,主要成分为CaO ；（2）磨细生石灰：由块状生石灰磨细而成。消化时间短，直接加水即可。但成本较高，不易储存。 （3）消石灰粉：将生石灰用适量的水经消化和干燥而成的粉末，主要成分为Ca（OH）2，亦称为熟石灰。 （4）石灰膏：将消石灰 和水组成的具一定稠度的膏状物。主要成分为Ca（OH）2和水。（5）将消石灰用 大量水消化而成的一种乳状液体，主要成分为Ca（OH）2和水。 二、生石灰的水化又称熟化或消化。是指生石灰与水发生水化反应，生成Ca（OH）2的过程。 其反应如下： CaOH2O=Ca（OH）2 生石灰熟化时放出大量热，体积增大12.5倍。 陈伏：当石灰中含有过火生石灰时，它将在石灰浆体硬化以后才发生水化作用，于是会因产生膨胀而引起崩裂或隆起现象。为消除此现象，应将熟化的石灰浆在消化池中储存23周，即所谓陈伏。陈伏期间，石灰膏表面有一层水，以隔绝空气，防止与CO2 作用产生碳化。三、石灰的硬化 石灰浆体的硬化包含了干燥、结晶和碳化三个交错进行的过程。1.干燥作用 干燥时，石灰浆体中多余水分蒸发或被砌体吸收而使石灰粒子紧密接触，获得一定强度。2.结晶作用 游离水分蒸发，Ca（OH）2逐渐从饱和溶液中结晶析出，形成结晶结构网，使强度继续增加。 3.碳化作用 Ca（OH）2与空气中的和化合成晶体。反应式如下： Ca（OH）2CO2nH2O CaCO3 （n1）H2OCaCO3 晶体相互交叉连生或与氢氧化钙共生，构成较精密的结晶网，使硬化浆体强度进一步提高。由于空气中CO2含量很低，故自然状态下碳化速度较慢。四、石灰的技术性质 1.可塑性好和保水性好； 2.硬化缓慢；3.硬化后强度低 ，一般只有0.20.5MPa；4.硬化时体积收缩大 ，易引起体积收缩而产生开裂；5.耐水性差，不宜在潮湿的环境中使用。 五、石灰的应用 1.广泛应用于建筑室内粉刷石灰乳 ；2.大量用于拌制建筑砂浆，如石灰砂浆 （石灰膏+砂+水）和 混合砂浆（石灰砂浆+水泥），用于抹灰工程和砌筑工程。 图4.2.1 石灰膏3.配制三合土和灰土 三合土：生石灰粉（或消石灰粉）、粘土和砂子 比例：1：2：3 加水拌合、夯实作基础垫层 灰土：生石灰粉、粘土 比例：1：2 1：4 加水拌合、夯实 用于：建筑物的基础、路面或地面的垫层 4.加固软土地基 如：石灰桩生石灰块灌入软土（高含水量、高孔隙比土）中，形成石灰桩。水泥是一种粉末状无机胶凝材料，加水拌和成塑性浆体后经物理化学作用可变成坚硬的石状体，并能将砂、石等材料胶结成为整体。水泥属于水硬性胶凝材料。 水泥的品种很多，可从不同的角度进行分类： 1.按化学成分分类：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等； 2.按用途分类：通用水泥、专用水泥、特种水泥 通用水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥等 专用水泥：中、低热水泥、道路水泥、砌筑水泥等 特种水泥：快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥等。 我国水泥产量的90左右属于硅酸盐系列水泥。5.1.2 硅酸盐水泥的生产 一、原料 （1）石灰质原料：主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩和贝壳等。 （2）粘土质原料：主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。 （3）辅助原料：铁矿粉等二、生产过程目前，常把硅酸盐水泥的生产技术简称为两磨一烧，其生产工艺如图5.1.1所示。 图5.1.1 硅酸盐水泥生产工艺流程示意图三、生料 CaO：62% 67% SiO2:20% 24% Al2O3 : 4% 7% Fe2O3：2.5%6.0% 生料在窑内经历 过程： 干燥预热分解烧成冷却5.1.3 硅酸盐水泥熟料的矿物组成一、主要成分主要由四种矿物化学组成 ,分别为：硅酸三钙3CaOSiO2（简写为C3S），含量为3660；硅酸二钙3CaOSiO2（简写为C2S），含量为1537；铝酸三钙3CaOAl2O3（简写为C3A），含量为715；铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3（简写为C4AF），含量为1018。 上述四种矿物中硅酸钙矿物（包含C3S和C2S）是主要的，其含量约占7085。各种矿物单独与水作用时所表现出的特性如表5.1.1所示。 表5.1.1 硅酸盐水泥熟料主要矿物的特性性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF水化速率快慢最快快，仅次于C3A凝结硬化速率快慢快快放热量多少最多中强度早期高低低低后期高高低低水泥熟料是由各种不同特性的矿物所组成的混合物。因此，改变熟料矿物成分之间的比例，水泥的性质会发生相应的变化。二、其它成分 游离CaO、MgO及SO3，其含量过高将造成水泥安定性不良；碱矿物及玻璃体等，其中的Na2O和K2O含量较高时，遇到活性骨料时，易产生碱骨料反应，影响混凝土的质量。 三、石膏 水泥中掺入石膏，主要作用是调节水泥凝结硬化的速度。如不掺入少量石膏，水泥浆可在很短时间内迅速凝结。掺入少量石膏后，石膏与凝结最快的铝酸三钙反应生成硫铝酸钙沉淀包围水泥，延缓水泥的凝结时间。 一般掺量为25%，过多的石膏会引起强度下降或产生瞬凝，安定性不良。5.1.4 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 一、硅酸盐水泥的水化 水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应各组分开始逐渐溶解放出一定热量固相体积也逐渐增加。其反应式如下： 2(3CaOSiO2)+6H2O 3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 硅酸三钙水化硅酸钙 氢氧化钙 2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 3CaOAl2O3+6H2O 3CaOAl2O36H2O 铝酸三钙 水化铝酸三钙 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 铁铝酸四钙水化铁酸一钙 3CaOAl2O36H2O + CaSO4 3CaOAl2O33CaSO431H2O 或3CaOAl2O3CaSO412H2O 水化铝酸钙石膏 水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙 由上可知，所得主要水化产物（在完全水化的水泥石中 ）为 ：1、 水化硅酸钙凝胶 70%（是水泥石形成强度的最主要化合物） 2、氢氧化钙晶体20% 3、水化铝酸钙 3% 4、水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）7% 水化反应为放热反应，其放出的热量称为水化热。其水化热大，放热的周期也较长，但大部分（50%以上）热量是在3天以内,特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。 二、硅酸盐水泥的凝结硬化 水泥的凝结硬化过程是很复杂的物理化学过程。下面仅作简单介绍。（1） 水泥加水拌和后，未水化的水泥颗粒分散在水中，成为水泥浆体。（2）水泥表面开始与水发生化学反应，逐渐形成水化物膜层。（3）随着水泥颗粒不断水化，凝胶体膜层不断增厚而破裂，并继续扩展，在水泥颗粒之间形成网状结构，水泥浆体不断逐渐变稠，粘度不断增高，失去塑性，这就是水泥的凝结过程。（4）随着水化的不断进行，水化产物不断生成并填充颗粒之间空隙，毛细孔越来越少，使结构更加密实，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。三、水泥石的结构水泥石的组成：凝胶体（CSH） 、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔和凝胶孔、晶体粒子Ca（OH）2 图5.1.2 水泥石的结构 A未水化水泥颗粒； B胶体粒子（CSH等）；C晶体粒子（Ca（OH）2等）； D毛细孔（毛细孔水）；E凝胶孔 水泥石的工程性质(强度和耐久性)决定于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型、水化物的相对含量以及孔的大小、形状和分布。 水化物的类型取决于水泥品种，水化物的相对含量取决于水化程度，孔的大小决定了水灰比大小。1.水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥石结构中水化物愈多，而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。 2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构，水灰比越大，毛细孔所占比例相对增加，因此该水泥石的强度和耐久性下降。四、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 1.熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥熟料矿物组成是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及强度等的主要因素。 硅酸三钙（C3S）：Tricalcium sillicate； 硅酸二钙（ C2S）：Dicalcium sillicate； 铝酸三钙（ C3A）： Tricalcium aluminate； 铝酸四钙 （C4AF ）：Tetriacalcium aluminoferrie 四种主要熟料矿物中，C3A是决定性因素，是强度的主要来源。 改变熟料中矿物组成的相对含量，即可配制成具有不同特性的硅酸盐水泥。 提高C3S的含量 ，可制得快硬高强水泥；减少C3A和C3S的含量，提高C2S的含量，可制得水化热低的低热水泥； 降低C3A的含量，适当提高C4AF的含量，可制得耐硫酸盐水泥。2. 水泥细度的影响 水泥的细度即水泥颗粒的粗细程度。 水泥越细，凝结速度越快，早期强度越高。但过细 时，易与空气中的水分及二氧化碳反应而降低活性，并且硬化时收缩也较大，且成本高。因此，水泥的细度应适当，硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。3. 石膏的掺量 水泥中掺入石膏，可调节水泥凝结硬化的速度。掺入少量石膏，可延缓水泥浆体的凝结硬化速度，但石膏掺量不能过多，过多的石膏不仅缓凝作用不大，还会引起水泥安定性不良。一般掺量约占水泥重量的35，具体掺量需通过试验确定。4. 养护湿度和温度的影响 （1）湿度应保持潮湿状态 ，保证水泥水化所需的化学用水。混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护。 （2）温度提高温度可以加速水化反应。如采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。 5. 养护龄期的影响 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程 ，随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。水泥在314d内强度增长较快，28d后增长缓慢。水泥强度的增长可延续几年，甚至几十年。5.1.5 硅酸盐水泥的技术性质一、实际密度、堆积密度、细度 硅酸盐水泥的密度主要取决于其熟料矿物组成，一般为3.053.20。堆积密度主要取决于堆积时的紧密程度。在混凝土配合比设计时，通常采用300kg/m3。二、标准稠度用水量 标准稠度用水量是指拌制水泥净浆时为达到标准稠度所需的用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示，一般在24%30之间。三、凝结时间凝结时间是指水泥从加水开始到失去流动性所需大时间，分为初凝和终凝。初凝时间为水泥从开始加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间；终凝时间为水泥从开始加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥的终凝时间不宜过迟，以免拖延施工工期。国家标准规定：硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。四、体积安定性 水泥的体积安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。安定性不良的水泥，在浆体硬化过程中或硬化后产生不均匀的体积膨胀，并引起开裂。 安定性不良的原因：熟料中含有过量的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入的石膏过多。体积安定性不合格的水泥不能用于工程中。五、水泥的强度与等级 水泥强度是表征水泥力学性能的重要指标。水泥强度必须按水泥胶砂强度试验方法（ISO法）的规定制作试块，养护并测定其抗压和抗折值。该值是评定水泥等级的依据。各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表5.1.2的数值。 表5.1.2 硅酸盐水泥的强度要求（GB17599）品种强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d硅酸盐水泥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早强型。六、水化热 水化热是指水泥和水之间发生化学反应放出的热量。大部分水化热是在水化初期（7d）放出的，以后则逐步减少。 水泥水化热大小主要取决于水泥的矿物组成和细度。冬季施工时，水化热有利于水泥的正常凝结硬化。但对大体积混凝土工程，如大型基础、大坝、桥墩等，水化热大是不利的，可使混凝土产生裂缝。因此对大体积混凝土工程，应采用水化热较低的水泥，如中热水泥、低热矿渣水泥等。七、氧化镁、三氧化硫、碱及不溶物含量 水泥中氧化镁含量不得超过5，三氧化硫的含量不得超过3.5。若使用活性骨料，水泥中碱含量不得大于0.60。不溶物的含量，在型水泥中不得超过0.75；在型水泥中不得超过1.5。5.1.6 水泥石的腐蚀及防止一、水泥石的腐蚀 在某些腐蚀性介质的作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部崩溃的现象为水泥石的腐蚀。水泥石的抗腐蚀系数用耐蚀系数表示，以同一龄期浸在侵蚀性溶液中的水泥试体强度与在淡水中养护的水泥试体强度之比表示。耐蚀系数越大，水泥的抗侵蚀性越好。1.软水腐蚀（溶出性侵蚀）软水指工业冷凝水、蒸馏水、天然的雨水以及含含重碳酸盐很少的河水及湖水。静水中，Ca（OH）2至饱和使溶出停止，作用仅限于表面。 流水、压力水中， Ca（OH）2被带走，侵蚀不断深入内部，使水泥石孔隙增大，强度下降至全部崩溃。 含重碳酸盐的硬水中 产生如下反应：Ca（OH）2+Ca（HCO3）2 CaCO32H2O生成的CaCO3积聚于水泥石空隙，形成密实保护层，阻止外界水入侵和内部Ca（OH）2析出。 2.盐类腐蚀 （1）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀） 当海水、沼泽水、工业污水等中含有碱性硫酸盐（如Na2SO4、K2SO4等）时，水泥石还会受到侵蚀作用。 以硫酸钠为例，硫酸钠与水泥石中的氢氧化钙作用，生成硫酸钙： Ca（OH）2+Na2SO4 CaSO42NaOH 然后硫酸钙亦与水泥石中的固态水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体（水泥杆菌）。 4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O3CaOAl2O33 CaSO431H20+Ca(OH)2 高硫型水化硫铝酸钙结合着大量结晶水，其体积膨胀为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍，此反应是在固相中进行的，因此在水泥石中产生很大的内应力，使水泥石开裂、强度降低和造成破坏。 （2）镁盐腐蚀（溶解性化学腐蚀） 海水、地下水中常含有大量镁盐，如硫酸镁 (MgSO4）和氯化镁(MgCl2) 。它们与水泥石中的氢氧化钙反应，生成易溶于水的新化合物。 MgSO4十Ca(0H)2十2 H2OCaSO42 H2O十Mg(OH)2 3CaOAl2O36 H2O十3（CaSO42 H2O）十19 H2O 3CaOAl2O33CaSO431 H2O MgCl2十Ca(OH)2CaCl2十Mg(OH)2 反应的结果是：氢氧化镁（Mg(OH)2）松软而无胶凝能力 二水硫酸钙（CaSO42H2O）又将引起硫酸盐的破坏作用 氯化钙（CaC12）易溶解于水 以上反应均能使水泥石强度降低或破坏，因此硫酸镁对水泥石起着双重腐蚀作用。 （3）酸类腐蚀 碳酸腐蚀 在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙，继续与含碳酸的水作用变成易溶于水的碳酸氢钙（Ca（HCO3）2）。同时由于碳酸氢钙的溶解使Ca（0H）2浓度降低，导致水泥石中其它产物的分解，而使水泥石结构破坏。反应方程式如下： 开始：Ca(OH)2十CO2十H2O CaCO3十2 H2O 然后：CaCO3十CO2十H2O Ca（HCO3）2 由碳酸钙转变为碳酸氢钙的反应是可逆的，只有当水中所含的碳酸超过平衡浓度（溶液中的pH7）时，则上式反应向右进行，形成碳酸腐蚀。一般酸的腐蚀（HCl、H2SO4） 在工业废水、地下水、沼泽水中常含无机酸和有机酸。各种酸类与水泥石中的氢氧化钙作用，生成化合物，这些化合物或者易溶于水，或者体积膨胀而导致水泥石破坏。 对水泥石腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等。 例如，盐酸和硫酸分别与水泥石中氢氧化钙作用，其反应式如下： 2HCl十Ca(OH)2CaCl2十2H2O（ 氯化钙易溶于水而导致化学腐蚀型破坏 ） H2SO4十Ca(OH)2CaSO42H2O （石膏对水泥石产生硫酸盐膨胀型破坏 ）（4）强碱腐蚀 碱类溶液如浓度不大时一般是无害的，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱作用后也会破坏。 如NaOH可与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠，其反应式为： 3CaO Al2O3十6NaOH3Na2OAl2O3十3Ca(OH)2 当水泥石被氢氧化钠溶液浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠 2NaOHCO2 Na2CO3H2O 碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉淀，可使水泥石胀裂。二、腐蚀的防止可采取以下防腐措施：1.根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种； 2.提高水泥石的密实度； 3.表面加保护层 。 5.1.7 硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用一、特性 1.凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高。 2.抗冻性好。 3.水化热大。 4.不耐腐蚀。 5.不耐高温。 二、应用 1. 适用于重要结构的高强混凝土及预应力混凝土工程； 2.适用于早期强度要求高的工程及冬季施工的工程； 3.适用于严寒地区，遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位； 4.不宜用于受流动的软水和水压作用工程，也不宜用于受海水和矿物水作用的工程； 5.不宜用于大体积混凝土； 6.不宜用于高温的工程。5.2 掺混合材料的硅酸盐水泥 一、混合材料 （一）定义 磨细水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料称为混合材料，分为活性混合材料和活性混合材料。其作用是改善水泥的性能，增加品种，提高产量，节约熟料，降低成本，扩大水泥的使用范围。1. 活性混合材料： 加水拌和本身并不硬化，但与石灰、石膏或硅酸岩水泥一起，加水拌和后能发生化学反应，生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种混合材料称为活性混合材料。其主要成分为SiO2、Al2O3等。 活性混合材料具有火山灰性或潜在水硬性（激发剂一般为 Ca（OH）2和石膏）。 常用活性混合材有： 粒化高炉矿渣：主要化学成分为CaO、SiO2和Al2O3，具有潜在水硬性。 火山灰混合材： 主要化学成分为 SiO2和Al2O3 ，具有火山灰性，有天然和人工两种。 天然 ： 火山灰、凝灰岩、浮石等 人工 ：煤矸石渣、烧页岩、烧粘土等 粉煤灰等： 主要化学成分为SiO2和Al2O3 ，具有火山灰性。2、非活性混合材料 不具活性或活性甚低的人工或天然的矿物质材料，经磨细，掺入水泥中不起化学作用，仅起调节水泥性质、降低水化热、降低标号、提高产量等作用的混合材料，称为非活性混合材料（又称填充性混合材料） 。 主要有：磨细的石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣、炉渣等，不符合技术要求的活性混合材可作为非活性材料。（二）应用 在硅酸盐水泥熟料中掺入适量的混合材料可制成六大品种的水泥即硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥。二、普通硅酸盐水泥（代号PO）（Ordinary Portland Cement） 1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料，再加入6%15%混合材料及适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥。 在硅酸盐水泥中熟料掺入6%15%混合材及适量石膏，经磨细得到普通水泥。普通水泥中活性材料的最大掺量不超过15%，非活性材料的最大掺量不超过10% 。2、特性：早强略低于硅酸盐水泥，耐冻、耐磨低于硅酸盐水泥，其它特性与硅酸盐水泥差不多，耐腐蚀略优于硅酸盐水泥 。3、强度等级 ：普通水泥分32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R三个强度等级两种类型。三、矿渣硅酸盐水泥(代号PS)（Portland Blastfurnace-Slag Cement )1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥。粒化高炉矿渣掺量20%70%。 2、特性 （1）密度：2.83.1g/cm3 ，堆积密度：10001200kg/m3,较硅酸盐略小，且颜色较淡。 （2）凝结时间：初凝不得早于45min ，实际为25h； 终凝不得迟于10h，实际为59h。（3）早期强度低，后期强度增进率大。（4）硬化时对湿热敏感性强。（5）水化热低。（6）具有较好的化学稳定性，抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力较强。（7）耐热性较强。（8）干缩性较大，保水性差，泌水性较大。（9）抗冻性和耐磨性较差，且抗干湿交替循环等性能亦不如普通水泥。（10）与钢筋的粘结力较好，能防止钢筋锈蚀。 3、强度等级：矿渣水泥是我国产量最大的水泥品种，分三个强度等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。四、火山灰硅酸盐水泥（代号PP）（Portland Pozzolane Cement） 凡由硅酸盐水泥熟料和灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥。火山灰质混合掺量：20%50%。 火山灰硅酸盐水泥的特性与矿渣水泥较相似，且有其本身的特点，如抗渗性及耐水性高，抗裂性差等。具体见表5.2.1。五、粉煤灰硅酸盐水泥（代号PF）（Portland Fly-ash Cement） 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥。粉煤灰掺量：20%40%。 粉煤灰水泥的凝结硬化过程与火山灰极为相似，但有其自身的特点：如干缩性较小，抗裂性好；配制的砼和易性较好。具体见表5.2.1。 表5.2.1 五种常用水泥的成分、特性和适用范围硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥成分水泥熟料及少量石膏在硅酸盐水泥中掺活性混合材料15以下或非活性混合材料10以下在硅酸盐水泥中掺入2070的粒化高炉矿渣在硅酸盐水泥中掺入2050火山灰质混合材料在硅酸盐水泥中掺入2040粉煤灰特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性较差；干缩较小与硅酸盐水泥基本相同早期强度低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩较大早期强度低；后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度低；后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性小；抗裂性较高适用范围一般土建工程中钢筋混凝土结构；受反复冻融的结构；配制高强混凝土与硅酸盐水泥基本相同高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程；地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水中大体积混凝土构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程不适用范围大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程与硅酸盐水泥基本相同早期强度要求高的工程；有抗冻要求的混凝土工程；处在干燥环境中的混凝土工程；其它同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其它同矿渣水泥5.3 特性水泥及专用水泥 特性水泥是为满足紧急抢修、冬季施工、海港和地下工程的特殊要求而生产的具有某种比较突出的性能的水泥。常用的有：白色（彩色）硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、 高铝水泥 、膨胀水泥、自应力水泥和抗硫酸盐硅酸盐水泥。 专用水泥指为了适应专门用途的水泥。常用的有：中热硅酸盐水泥、道路水泥 、专用水泥 、低热矿渣硅酸盐水泥、砌筑水泥、油井水泥 。一、白色与彩色硅酸盐水泥（一）白色水泥 1.定义凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量很少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥，简称白水泥。 制造时严格控制水泥原料的铁含量，水泥中含铁量越高则水泥颜色越深。 氧化铁含量（%）0.350.4白色；0.450.7淡绿色；34暗灰色。2.技术性质 （1）强度：分为325、425、525、625 四个标号。（2）白度：分为特级、一级、二级、三级 四个等级。 （3）细度、凝结时间及体积安定性 细度：0.08mm方孔筛筛余不得超过10%； 初凝：不得早于45min ，终凝：不得迟于12h，各龄期强度必须合格。 体积安定性：用沸煮法检验必须合格 （二）彩色硅酸盐水泥 将硅酸盐水泥熟料（白水泥熟料或普通水泥熟料）、适量石膏和碱性颜料共同磨细而成，即染色法。（三）应用 白色和彩色硅酸盐水泥用于装饰工程：1.用来配制彩色水泥浆，配制装饰混凝土2.配制各种彩色砂浆用于装饰抹灰3.制造各种色彩的水刷石、人造大理石及水磨石等制品。二、快硬硅酸盐水泥（Rapid Harding Portland Cement) 1.定义与特点（1）定义 凡以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。（2）特性 凝结硬化快，早期强度增进率快。 强度与标号：快硬水泥以3d强度确定其强度等级：32.5、37.5、42.5。 组成成分：适当增加了熟料中硬化快的矿物，即C3S、C3A，同时适当增加石膏掺量并提高水泥的磨细度，其中C3S（硅酸三钙）占5060 ，C3A（铝酸三钙）占814，两者总量应不少于6065， 石膏掺量8 。 细度：0.08mm方孔筛筛余不得超过10 ； 初凝：不得早于45min ，终凝：不得迟于10h ； 体积安定性：要求沸煮法合格 。2.应用 主要用于：配制早强混凝土，适用于紧急抢修工程和低温施工工程以及制作预应力钢筋砼或高强砼预制构件。三、高铝水泥 (High Aluminate Cement，简称HAC) 1.定义：又称矾土水泥，以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50的熟料，再磨细制成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥。（又称铝酸盐水泥）。2.技术要求 细度：0.08mm方孔筛筛余不得超过10 ； 初凝：不得早于40min， 终凝：不得迟于10h ； 体积安定性：必须合格 ； 高铝水泥以3d强度确定其强度等级 ：42.5、52.5、62.5、72.5 四个强度等级。3.特点（1）快凝早强：1d强度可达最高强度的80以上；（2）水化热大，且放热量集中：1d内放出水化热总量的7080%，使混凝土内部温度上升较高，故即使在-10下施工，高铝水泥也能很快凝结硬化； （3）抗硫酸盐性能很强，因其水化后无Ca（OH）2生成；（4）耐热性好：能耐13001400高温；（5）长期强度要降低：一般降低4050； 4.应用 适用于：紧急军事工程（筑路、桥）、抢修工程（堵漏等）、临时性工程，以及配制耐热混凝土（如高温窑炉炉衬等）； 不能用于：长期承重的结构及高温高湿环境中的工程 。四、抗硫酸盐硅酸盐水泥 简称抗硫酸盐水泥，是以硅酸钙为主的特定矿物组成的熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有一定抗硫酸盐侵蚀性能的水硬性胶凝材料。适当降低C3A的含量，以C4AF代替C3A，可提高水泥的抗侵蚀性。 抗硫酸盐水泥具有较高的抗硫酸盐侵蚀的性能，水化热较低，适用于受硫酸盐侵蚀的海港、水利、地下隧涵、引水、道路与桥梁基础等工程。 五、道路水泥 道路水泥是由道路硅酸盐水泥熟料、010活性混合材料和适量石膏，经磨细制成的水硬性胶凝材料。 道路硅酸盐水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于5.0，铁铝酸四钙的含量不得小于16.0。 道路水泥分为42.5、52.5和62.5三个强度等级，其早期强度较高，干缩值小，耐磨性好。适于修筑道路路面和飞机场地面，也可用于一般土建工程。六、中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 中热硅酸盐水泥，简称中热水泥，是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，分42.5、52.5两个强度等级。 低热矿渣硅酸盐水泥简称低热水泥，是以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入矿渣、适量石膏，经磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，分32.5、42.5两个强度等级。 中、低热水泥适用于要求水化热较低的大体积混凝土，如大坝、大体积建造物和厚大的基础等工程中，可以克服因水化热引起的温度应力而导致的混凝土破坏。 6.3.1 和易性的概念 和易性：是指砼拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的砼的性能。 和易性是一项综合技术性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面。 一、流动性 指砼拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。反应拌合物的稀稠程度。 （1）拌合物太稠，砼难以振捣，易造成内部孔隙； （2）拌合物过稀，会分层离析，影响砼的均匀性。 二、粘聚性 指砼拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使砼能保持整体均匀的性能。 三、保水性 指砼拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象。 四、关系 互相关联，又互相矛盾。 如：流动性很大时，往往粘聚性和保水性差。反之亦然。粘聚性好，一般保水性较好。 因此，所谓的拌合物和易性良好，就是使这三方面的性能，在某种具体条件下得到统一，达到均为良好的状况。 6.3.4 影响新拌混凝土的和易性的因素一、水泥浆数量的影响 水泥浆作用为填充骨料空隙，包裹骨料形成润滑层，增加流动性。 砼拌合物保持水灰比不变的情况下，水泥浆用量越多，流动性越大，反之越小。但水泥浆用量过多，粘聚性及保水性变差，对强度及耐久性产生不利影响。水泥浆用量过小，粘聚性差。 因此，水泥浆不能用量太少，但也不能太多，应 以满足拌合物流动性、粘聚性、保水性要求为宜。 二、水泥浆的稠度 当水泥浆用量一定时 ，水泥浆的稠度决定于水灰比大小，水灰比（W/C）为用水量与水泥质量之比。 但W/C过小时，水泥浆干稠，拌合物流动性过低，给施工造成困难。W/C过大，水泥浆稀使拌合物的粘聚性和、保水性变差，产生流浆及离析现象，并严重影响混凝土的强度。 故水灰比大小应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用，取值范围为0.400.75之间。 无论是水泥浆的数量还是水泥浆的稠度，实际上对混凝土拌合物流动性起决定作用的是单位体积用水量的多少，即恒定用水量法则：在配制混凝土时，若所用粗、细骨料种类及比例一定，水灰比在一定范围内（0.40.8）变动时，为获得要求的流动性，所需拌合用水量基本是一定的。即骨料一定时，混凝土的坍落度只与单位用水量有关。 三、砂率的影响 （1）砂率：是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。 （2）砂率对和易性的影响 砂率过大 ，孔隙率及总表面积大，拌合物干稠,流动性小； 砂率过小，砂浆数量不足，流动性降低，且影响粘聚性和保水性 。 故砂率大小影响拌合物的工作性及水泥用量。 （3）合理砂率：是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使砼拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值。或指混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性及保水性，而水泥用量为最少时的砂率值。如图6.3.4和图6.3.5。 图6.3.4 砂率与坍落度的关系 图6.3.5 砂率与水泥用量的关系 （水与水泥用量一定）（达到相同的坍落度） 四、组成材料性质的影响 （1）水泥品种的影响 水泥对和易性的影响主要表现在水泥的需水性上。使用不同水泥拌制的混凝土其和易性由好至坏：粉煤灰水泥普通水泥、硅酸盐水泥矿渣水泥（流动性大，但粘聚性差）火山灰水泥（流动性差，但粘聚性和保水性好） （2）骨料性质的影响 最大粒径：粒径越大，总比表面积越小，拌合物流动性大； 品种：卵石拌制的砼拌合物优于碎石； 级配：具有优良级配的砼拌合物具有较好的和易性和保水性。 五、外加剂的影响 外加剂（如减水剂、引气剂等）对混凝土的和易性有很大的影响。少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性。 不仅流动性显著增加，而且还有效地改善拌合物的粘聚性和保水性。 六、拌合物存放时间及环境温度的影响 （1）温度：环境温度升高，水分蒸发及水化反应加快，相应坍落度下降。 （2）时间：时间延长，