土木工程材料无机胶凝材料

1、上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 胶凝材料的基本概念。 胶凝材料凝结硬化机理及其影响因素是什 么? 土木工程对胶凝材料有哪些性能要求？ 怎样正确选择和使用胶凝材料？ 本章重点：常用六大水泥的技术要求、性 能特点并能合理选用； 本章难点：硅酸盐水泥的缓凝机理。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 概述 4.1 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料 4.1.1石膏 4.1.2石灰 4.2 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料 4.2.1通用硅酸盐水泥 4.2.2其它品种水泥 案例分析 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 基本概念 胶凝材料的分类 上一内容上一内容下一内容

2、下一内容回主目录回主目录 定义： 经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固 体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。 特征： 严格意义上胶凝材料应指浆体； 能在常温下凝结硬化为固体； 有较强的胶结能力； 具有一定的使用性能。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 按其化学组成： 有机胶凝材料：沥青、树脂等。 无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰、磷酸 钙、磷酸镁等。 按其硬化条件： 气硬性胶凝材料 石膏、石灰等； 水硬性胶凝材料 各种水泥等。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气 中保持和发展其强度； 关键：干燥状态下，

3、其硬化体才有较好的性能！ 水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地 在水中硬化，保持并发展其强度。 关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好 的性能！ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 4.1.1 石石 膏膏 1石膏胶凝材料的制备 2建筑石膏的水化及硬化 3建筑石膏的特性与技术要求 4建筑石膏的应用 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石膏的矿物组成： CaSO4xH2O X为结晶水为结晶水H2O x0，硬石膏 (无水石膏) x0.5 ，熟石膏(半水石膏) x2，生石膏 (二水石膏) 石膏是晶体结构 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 天然二水石膏

4、； 天然无水石膏； 工业副产物磷石膏、氟石膏等。 生产工序： 原料(破碎) 脱水 磨细 生产(脱水)的工艺： 非密闭煅烧(干燥空气中)： 密闭蒸练(湿的水蒸气)： 不同工艺得到不同组成和结构的石膏 天然石膏矿纤维状晶体 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 我国石膏矿分布非常广泛 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 CaSO42H2O 120180C 干燥空气 125180C 水蒸气 -CaSO4 0.5H2O -CaSO4 0.5H2O -CaSO4()可溶 -CaSO4()可溶 200360C 200360C 400800C400800CCaSO4()不溶 800

5、1180C CaSO4()不溶CaO 非密闭煅烧工艺及其产品组成 密闭蒸炼工艺及其产品组成 型和型半水石膏，虽然化学成分相同，但宏观性能上相差很大。型半水石 膏结晶完整，常是短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小。型半水石 膏结晶较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大。因此，型半 水石膏的水化速度慢，水化热低，需水量小，硬化体的强度高，其强度比型半 水石膏高27倍，所以称为高强石膏。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 凝结硬化过程中的水化反应：凝结硬化过程中的水化反应： CaSO4 0.5H2O 1.5H2O CaSO42H2OQ 即：石膏的水化反应是由二水石膏

6、制备半水石膏的逆反应即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应 凝结硬化机理凝结硬化机理“溶解沉淀理论溶解沉淀理论” l 溶解溶解 l 沉淀沉淀 l 硬化硬化 半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石 膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解， 生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液 半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是 过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。 二水石膏晶体不断生长、连生、交错， 构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石膏浆体 半水石膏颗粒 二水石膏晶体 石膏胶体石膏硬化体 水孔隙 随着水化反应进行二水石膏晶体量 石膏硬化体中晶

7、体堆积体 水化初期：二水石膏晶体较少 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石膏颗粒表面分子首先水化颗粒表面二水石膏晶体不断增多 半水石膏全部水化成二水石膏 所以，石膏胶凝材料运输、储存中， 必须防潮、防水，以免失效！ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）建筑石膏的特性）建筑石膏的特性 1）凝结硬化快。 2）凝结硬化时体积微膨胀。）凝结硬化时体积微膨胀。 3）孔隙率高、表观密度小、强度低。）孔隙率高、表观密度小、强度低。 4）保温隔热性和吸声性良好。 5）防火性能好。 6）具有一定的调温调湿性。 7）耐水性和抗冻性差。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回

8、主目录 （2）建筑石膏的技术要求 建筑石膏密度为2.62.75g/cm3，堆积密度 为800100kg/m3。 建筑石膏按其细度、凝结时间及强度指标分 为三个等级，见表41。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）粉刷石膏 （2）石膏墙材 （3）石膏艺术制品 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 建筑石膏是一种很好的绿色建材！ 应用中扬长避短，正确应用！ 建筑上的主要应用有： 建筑石膏制品： 各种板材：墙板、天花板等 艺术装饰品 粉刷石膏： 墙面粉刷 雕饰 各种墙板 德国一所教堂的外墙面雕饰 室内墙面和天花板的雕饰 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录

9、 纸面石膏板的生产工艺流程 纸面石膏板生产线 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 性质石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分 是-半水石膏CaSO40.5H2O; 生产方法建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在 120180 C干燥下脱水制备； 凝结硬化机理“溶解沉淀”理论，即通过半水石膏 在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、 相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化； 性能浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨 胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻 性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、 耐火、对人体和环境无害。 应用各种板材、粉刷砂浆、雕饰等

10、。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 先进纤维石膏基复合材料 高强石膏及其制品 提高石膏及其制品的耐水性 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 1、石膏制品孔隙率较大，在应用上有哪些优点和缺 点？ 答：答：优点优点保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、 天花板、墙面粉刷砂浆等。天花板、墙面粉刷砂浆等。 缺点缺点强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构 材料，不宜用于潮湿环境等。材料，不宜用于潮湿环境等。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 2. 为什么石膏制品

11、的耐水性差？ 答：二水石膏在水中的溶解度较大；答：二水石膏在水中的溶解度较大； 晶体颗粒间以化学键结合时，由于接触点缺陷多，溶晶体颗粒间以化学键结合时，由于接触点缺陷多，溶 解度更大。解度更大。 晶体颗粒间以氢键结合时，由于石膏晶体是亲水性很强晶体颗粒间以氢键结合时，由于石膏晶体是亲水性很强 的离子晶体，因此，水分子进入，降低了颗粒间的相互作的离子晶体，因此，水分子进入，降低了颗粒间的相互作 用力，导致强度下降；用力，导致强度下降； 其软化系数只有其软化系数只有0.300.45； 3、如何改善石膏制品的耐水性? 答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛

12、细缝隙进行憎水 处理，以减小吸水率；处理，以减小吸水率； 掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度， 阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 4、为什么石膏制品的防火性好，但耐火性差? 答：答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含 有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子， 并蒸发吸收和带走热量；但二水石膏脱水后，强度下降较并蒸发吸收和带走热量；

13、但二水石膏脱水后，强度下降较 多，结构产生破坏，失去了防火功能。多，结构产生破坏，失去了防火功能。 5、试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？ 6、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？、如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 建筑石灰的概述建筑石灰的概述 1石灰的熟化与硬化石灰的熟化与硬化 2建筑石灰的特性与技术建筑石灰的特性与技术 3、建筑石灰的应用、建筑石灰的应用 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 主要原料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石， 如石灰石、

14、白云石、白垩、贝壳等。 分类 块状生石灰：CaO； 生石灰粉：CaO； 熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)： Ca(OH)2、H2O； 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石灰石 10001200C 磨细 生石 灰粉 生石灰 水喷淋 熟石 灰粉 (水)化灰池石灰浆 浓缩 石灰膏 陈伏 煅烧温度较低，时间较短时， 欠火石灰 煅烧温度较高，时间较长时， 过火石灰 减轻或消除过火石灰的危害 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）石灰的熟化 CaO+H2O Ca(OH) 2+64kJ 两个显著特点： 放出大量的热； 体积增大12.5倍。 上一内容上一内容下一内

15、容下一内容回主目录回主目录 石灰浆体 氢氧化钙晶体 碳酸钙晶体 石灰凝胶体石灰碳化体 水孔隙 水分损失 碳化 结晶作用结晶作用 生石灰或熟石灰水成为生石灰或熟石灰水成为Ca(OH)2浆体；浆体； 浆体中游离水的不断损失，导致浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；结晶； 晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网硬化。硬化。 碳化作用碳化作用 Ca(OH)2与空气中的与空气中的CO2气体反应，在表面形成气体反应，在表面形成CaCO3 膜层。膜层。 提高耐久性。提高耐久性。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 建筑石灰的特性：建筑石灰的特性： 1）可塑性好

16、。）可塑性好。2）硬化缓慢。）硬化缓慢。 3）硬化）硬化 后强度低。后强度低。4）硬化过程中体积收缩大。）硬化过程中体积收缩大。 5）耐水性差。）耐水性差。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 1. 过火石灰有什么危害？应如何消除？过火石灰有什么危害？应如何消除？ 答：答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包 裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿 水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用

17、延 长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。 2.2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应 如何避免？如何避免？ 答：答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收 缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用， 可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 学习 通用硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差 别； 水

18、泥的生产过程及其对性质的影响。 掌握 水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素； 应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指 导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。 熟悉 水泥各种性质的含义和工程意义； 水泥性质的影响因素及其规律； 水泥性质的检验方法和评定标准。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。 水泥的种类有哪些？ 水泥的特性 膨胀水泥 快 硬 水 泥 低 热 水 泥 抗腐蚀水泥 根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝 酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。 硬化时膨胀 硬 化

19、 速 度 快 水化热低 耐 腐 蚀 性 好 根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热 水泥、抗硫酸盐水泥等。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅酸盐系水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥 特性硅酸盐水泥 硅酸盐系水泥品种 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥； 掺大量混合材的硅酸盐水泥 特性硅酸盐水泥 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！ 水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材 料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！ 水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质 量至关重要！ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主

20、目录回主目录 1通用硅酸盐水泥的定义、类型和代号 2通用硅酸盐水泥的组成、水化与凝结硬化 3通用硅酸盐水泥的技术要求 4水泥石的腐蚀及防止 5通用硅酸盐水泥的特性与应用 u重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和 基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 定义:以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定 的混合材料制成的水硬性胶凝材料。 类型和代号 a本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质 量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量

21、5%的窑灰代替。 b本组分材料为符合要求的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质 量8%其它活性混合材料或非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代 替。 c本组分材料为的活性火山灰混合材料。 d本组分材料为符合要求的粉煤灰活性混合材料。 e本组分材料为由两种（含）以上符合本标准的活性混合材料或/和 符合标准的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且 符合标准的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水 泥重复。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 20 x 5 混合材 普通硅酸盐水泥 70 x 20 矿 渣 矿渣硅酸盐水泥 40 x 20 火山灰 火山灰硅酸盐水泥 40

22、 x 20 粉煤灰 粉煤灰硅酸盐水泥 50 x 20 两种混合材 复合硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 5 x 0 混合材 硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种 类与掺量密切相关！ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）硅酸盐水泥熟料 （2）石膏 （3）混合材料 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 通用硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥 硅酸盐水泥熟料 Clinkers 石膏(CaSO42H2O) Gypsum 混合材 Mineral Additives 各物质的作用 熟料：主要胶凝物质，能水化硬化； 石膏：调节水泥的凝结时间； 混合材：调节水

23、泥的强度等级； 必要组分 v（1）通用硅酸盐水泥的组成 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 原原 料：料： 硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占占1/3 钙质：石灰石、白垩等，钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占占2/3 调节原料：铁矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2 制造工艺：制造工艺： 原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料 生料经窑内生料经窑内煅烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料 水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合混合 后得到后得到水泥水泥 自动化生产过程自动化生产

24、过程 “两磨一烧” 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅质 (粘土) 钙 质 (石灰石) 1450 调节 原料 石膏石膏 石膏石膏 水水 泥泥 生生 料料 熟熟 料料 混合材混合材 水泥制造的“两磨一烧”工艺流程 粉粉 磨磨煅煅 烧烧 粉粉 磨磨 原料采掘原料采掘 原料磨细原料磨细 原料混合原料混合 反应物产物反应物产物 中间产物中间产物 预热器 回转窑 产产 物物 熟料冷却熟料冷却 熟料储存熟料储存 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 矿物名称 英文名称 缩写分子式矿 物 式 硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO2 硅酸二钙BeliteC2SCa

25、2SiO42CaOSiO2 铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3 铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O3 含 量(mass%) 3760 1537 715 1018 化学组成：化学组成： 主要成分：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量杂质：少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。等。 矿物组成：矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物： 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥颗粒宏观形貌 水泥熟料

26、颗粒细观形貌 水泥熟料矿物微观结构 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石膏是硅酸盐水泥中必不可少的组成材料， 主要作用是调节水泥的凝结时间，用于水 泥中的石膏有天然石膏和工业副产石膏。 工业副产石膏采用前应经过试验证明对水 泥性能无害。 品位要求：石膏+硬石膏含量一般大于60% （至少55%，由供需双方确定） 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 定义：定义： 在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所 加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。 种类：种类： 活性活性

27、非活性两类非活性两类 作用：作用： 在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、 降低成本、增加产量、降低水化热等。降低成本、增加产量、降低水化热等。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 定义定义具有水化活性的混合材。具有水化活性的混合材。 活性组分：活性组分：SiO2、Al2O3 常用品种：常用品种： 粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼钢铁的废料炼钢铁的废料 火山灰质粉末火山灰质粉末天然岩石和人工煅烧物天然岩石和人工煅烧物 粉煤灰粉煤灰火电厂的废料火电厂的废料 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 定义：定义： 与水泥矿物

28、成分或水化产物不发生化学反应与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应 或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。 常见的有：常见的有： 磨细石英砂磨细石英砂 石灰石粉石灰石粉 粘土粘土 慢冷矿渣慢冷矿渣 窑灰窑灰 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）通用硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥熟料单矿物的水化反应 1）硅酸三钙的水化 2）硅酸二钙的水化 3）铝酸三钙的水化 4）铁铝酸四钙的水化 石膏的作用下铝酸三钙的水化 化学过程水泥熟料矿物的水化反应 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥熟料矿物的水化反应特征与顺序 特征： 水泥熟

29、料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应； 其水化反应均是放热反应； 水化反应是固液异相反应。 反应速度序列： 铝酸三钙C3A的水化 铁铝酸四钙C4AF的水化 硅酸三钙C3S的水化 硅酸二钙 - C2S的水化 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅酸钙水化生成水化硅酸钙C-S-H凝胶和Ca(OH)2羟钙石， 并放出热： 硅酸三钙：2C3S + 6H C-S-H + 3CH + 120cal/g 硅酸二钙：2C2S + 4H C-S-H + CH + 62cal/g 特征： 形成相同的水化物组成不确定的C-S-H凝胶，组成为： CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2 nH2O

30、(x, z与温度、水灰比等有关) 其中钙硅比(C/S)： CaO/SiO2 = (xz)/2 C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。 水化机理 溶液中反应 固相颗粒表面的局部反应。 水化度水化度 水化时间（天）水化时间（天） 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 机理：溶解机理：溶解 扩散扩散 沉淀沉淀 离子在水 中的扩散 C3S 表面离子水化弱化晶体中的 化学键，增加pH值 水化产 物成核 CSH析出、凝聚、脱 水离开水相，形成凝 胶，CH结晶生长 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散 水化物层在固液界面 上形成，并不断增厚

31、 颗粒表面离子的水化和水解 C-S-H的成核 Ca(OH)2的成核和生长 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 CSH凝胶体结构 重新排列和凝聚后的凝胶体结构 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅酸钙矿物水化物的特征 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要 纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙： C3A + 18H2O C4AH19或或 C4AH13 C3AH6 (不稳定的中间产物) (稳定产物) 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！ 避免闪凝的有效途径加入石膏CaSO42H2O 这就是硅酸盐水泥生产中，必

32、须加入石膏 与水泥熟料一起粉磨的根本原因！ 这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里 程碑。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 C3A与石膏反应首先形成三硫型硫铝酸钙钙矾石晶体，并 放出大量热： C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32或C3A3C3H31 + 300 cal / g (1) (钙钒石) 反应后期，石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物： C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 (2) 石膏消耗完后， C3A直接水化形成C3AH6： C3A + 18H2O C3AH6 (3) 石膏缓凝机理： v 在水泥颗粒表面析出致密的钙矾石凝胶体构成阻碍

33、层， 延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。当凝胶体破 裂（转变为晶体后，孔隙增加；或渗透压作用凝胶体破 裂），矿物水化又正常进行。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C3A的水化反应， 也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物： C4AF + 7H C3AFH6 CFH C4AF + 3CH2 + 26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2 + 20H C3(A,F)C3H16 C4AF水化物的组成是可变，是铝酸盐与铁酸盐的固 溶体，并由铁相凝胶产生。 C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主

34、目录回主目录 水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d龄期龄期) C-S-H 钙矾石钙矾石 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 火山灰反应：火山灰反应： xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O = xCaO SiO2 nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaO Al2O3 nH2O 稀释作用稀释作用 减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热； 减少水泥石中减少水泥石中Ca(OH)2的含量的含量。 超细粉末的密实填充效应超细粉末的密实填充效应 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 3d7d 49d 182

35、d 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅酸钙的水化 2C3S + 6H C3S2H3 + 3CH + 120cal/g 2C2S + 4H C3S2H3 + CH + 62cal/g C-S-H + 羟钙石羟钙石 铝酸钙的水化 C3A + 18H2O C2AH8 + C4AH13 C3A+ 3CH2+26H C3A3C3H32 + 300 cal / g （钙钒石）（钙钒石） C3A+ C3A3C3H32 +4H C3AC3H12 铁铝酸钙的水化 C4AF + 13H C4(A,F)H13 C4AF + 3CH2+26H C3(A,F)3C3H32 C4AF + CH2+26H

36、 C3(A,F)C3H12 水泥的水化过程： 当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入 溶液中，液相被各种离子饱和； 几分钟内，Ca2、SO4 、 Al3 、 OH离子间反应， 形成钙钒石； 几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始 填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间； 几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型 硫铝酸钙水化物开始形成。 此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 避免水泥浆的闪凝和假凝现象。 调节水泥的凝结时间。 导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主

37、目录 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆 体的凝结硬化过程变成坚硬固体 凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时 间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过 程即为“凝结”； 硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长， 形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂 的物理化学变化过程。 水泥浆如何转变成坚硬固体？ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥与水能发生化学反应水泥与水能发生化学反应水化反应；水化反应； 水化反应将结合占水泥质量水化反应将结合占水泥质量30左右的拌左右的拌 和水；和水； 水化反应的产物水化反应的产物水化物能相互凝聚成水化物能相互凝

38、聚成 三向网络结构；三向网络结构； 水化反应产物有很大的表面能，而且相互水化反应产物有很大的表面能，而且相互 间有很强的次价键力。间有很强的次价键力。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水 泥 水 溶 解沉 淀 水泥浆的凝结硬化过程 扩 散 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 新拌1小时后数小时后几天后几周后 拌合水 未水化 的核 水化物 CSH Ca(OH)2 晶体 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥颗粒水泥颗粒 水水 水泥颗粒分 散在水中形 成水泥浆体 水泥水化物膜层水泥水化物膜层 水泥颗粒的水 化从表面开始， 在表面形成水 化物膜层 诱导

39、期 水化物膜层随 水化时间向内 不断增厚，进 入潜伏期。 水化物膜层随 水化时间向内 不断增厚，水 泥颗粒粒径缩 小 在渗透压的作 用下，膜层破 裂、扩展，占 据原来被水占 据的空间，进 入凝结期。 凝结期：水化 物不断填充被 水占据的空间， 成为连续相， 拌和水不断减 少，并被水化 物分割成非连 续相。 随着水泥颗粒的 不断水化，水化 物不断填充毛细 孔和水所占据的 空间，固体相成 为连续相，并具 有一定强度。进 入硬化期。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 硅酸盐水泥水化时的放热曲线 水化放热速度水化放热速度 溶解：溶解： 钙钒石钙钒石 形成形成 诱导期：诱导期： Ca2

40、浓度增加 浓度增加 C-S-H和和CH 快速形成快速形成 初凝初凝 终凝终凝 单硫型硫铝单硫型硫铝 酸钙形成酸钙形成 扩散控制反应扩散控制反应 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内 核区域沉积； 早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应 进入潜伏期； 因渗透压或钙钒石钙钒石的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水 化继续迅速进行进入水化的加速期； 随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来 越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构， 水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结； 由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充

41、结构网中的毛细 孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用 增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 （1）水泥熟料矿物组成和水泥细度）水泥熟料矿物组成和水泥细度 （2）养护条件（温度、湿度）与时间）养护条件（温度、湿度）与时间 （3）石膏）石膏 （4）混合材品种和用量）混合材品种和用量 （5）拌合用水量）拌合用水量 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水化度() 时间(天) 水泥熟料矿物的水化速度： C3A C3ACaSO42H2O C3S C4AF C2S 水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快； 水泥

42、的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢； 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥细度水泥细度 Fineness of Cement 粒径： 3m 水化非常迅速，需水量增大； 90 m 几乎接近惰性。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？ 答：水泥的水化反应是液固异相反应，反 应首先发生在液固界面上； 水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越 大，反应点越多，因此水化速度越快。 比表面积比表面积 m2/kg 放热速度放热速度 时间时间/小时小时 细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比1.0) 水化速度(放热量)的影响 水泥浆比表面

43、积与水化度随时间的关系水泥浆比表面积与水化度随时间的关系 水化度(%) 比表面积(m2/cm3) 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 温度升高，水化反应加快，凝结 硬化加速，为什么？ 温度升高10C，速度加快一倍。 温度低于0C时，水化反应基本停 止。 保持一定湿度，有利于水泥的水 化。 温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥浆中矿物随时间的生长 3 天 7 天 28 天365 天 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 石膏主

44、要降低C3A的水化速度； 掺量太少，凝结较快； 过多，凝结硬化影响不大。 石膏掺量对C3A浆体(水/固比1.0) 水化速度(放热量)的影响 放热速度(W/kg) 试时间(h) 石膏掺量增加： 放热速度减慢 放热峰延后 石膏掺量对石膏掺量对C3A与硅酸钙与硅酸钙浆体初凝时间的影响浆体初凝时间的影响 石膏掺量增加，凝结硬 化加快； 掺量达到一定后，再增 加，影响不大。 石膏掺量过多时，不仅 缓凝作用不大，而且造 成体积安定性不良。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 4）混合材品种与掺量4）混合材品种与掺量 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 重要概念：水灰比水泥浆体中

45、拌和水量与水泥质 量之比(W/C)； 水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比0.23； 水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝 结硬化所需时间越长； 水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦含量多，凝结硬化快，反之亦 然。然。 细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。 水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝 结硬化速度越慢。结硬化速度越慢。 提

46、高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足 够的水分有利于水泥的凝结硬化够的水分有利于水泥的凝结硬化 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥凝结硬化速度快，好吗？ 答：水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结 硬化形成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期 间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝， 致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重 影响。 水泥宜在什么条件下凝结硬化？ 答：水泥宜在常温(2010C)与相对湿度较高的条 件下，凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水 化 所需水分供应充足的条件。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回

47、主目录 水泥生产中为什么掺加石膏？ C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝； 水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的 聚集，聚集，Al3 对凝胶微粒聚集有促进作用； 对凝胶微粒聚集有促进作用； 石膏与石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度 减缓，并减少了溶液中的减缓，并减少了溶液中的Al3 浓度，延缓了水泥浆的 浓度，延缓了水泥浆的 凝结速度。凝结速度。 为什么水泥硬化后能产生强度？ 水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；水泥浆体硬化后转变为

48、越来越致密的固体； 在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较 大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增 强，产生的强度越来越高。强，产生的强度越来越高。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥浆体强度的增长规律是什么？ 水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快， 后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其 强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化强度可在相当长的时期内增长。这

49、与水泥矿物的水化 反应规律是一致的。反应规律是一致的。 为什么强度发展与环境温、湿度有关？ 水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将 停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度 就会减缓水泥的凝结硬化。就会减缓水泥的凝结硬化。 为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？ 水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度 大为降低。大为降低。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 细度细度 标准稠度用水量标准稠度用水量 凝结时间凝结时间 体积安定性体积安

50、定性 强度强度 不溶物和烧失量不溶物和烧失量 碱含量碱含量 氯离子氯离子 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 首先要测定标准稠度用水量标准稠度用水量 标准稠度：标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准 稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水 泥净浆的稠度。 标准稠度用水量：标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量， 用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标 准稠度用水泥量一般在21%28%。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 试锥下降高度试锥下降高度 水泥浆水泥浆 试锥试锥 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 解答：解答

51、： 与水泥细度、水泥矿物组成、混合材与水泥细度、水泥矿物组成、混合材 掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表 面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组 成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附 特性不同，吸附水量不同。特性不同，吸附水量不同。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 概念：概念： 凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从 可塑性发展到固体状态所需要的时间。 初凝时间初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性 所需的时间；所需的时间； 终凝时

52、间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性， 并开始具有强度所需的时间。并开始具有强度所需的时间。 测定方法：测定方法： 用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时 间测定仪来测定。 国标要求：硅酸盐水泥国标要求：硅酸盐水泥 初凝时间初凝时间45min； 终凝时间终凝时间390min。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定 标准稠度标准稠度 水泥浆水泥浆 离底离底12mm为初凝为初凝 园弧形园弧形 压痕压痕 终终 凝凝 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 为什么要规定凝结时间？为什

53、么要规定凝结时间？ 答：答： 水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工 操作和硬化的混凝土质量；操作和硬化的混凝土质量； 初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性 能差，水泥无使用价值，即为能差，水泥无使用价值，即为废品废品； 终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工周期，即终凝时间太长，强度增长缓慢，影响施工周期，即 为为不合格品不合格品。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 基本概念：基本概念： 水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质 称为体积安定性。 若水泥石的体积变化均匀适

54、当，则水泥的体积安定性 良好； 若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水 泥的体积安定性不良。 体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！ 为什么？ 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 水泥体积安定性不良的原因： 水泥熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。 因为水泥熟料中的游离因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速都是过烧的。水化速 度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体 积增大积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水倍。产生不均匀体积变化

55、，造成水 泥石开裂、翘曲。泥石开裂、翘曲。 石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产 生膨胀生膨胀 。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 f-CaO检测方法：检测方法： 试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法 合格标准：5mm。 肉眼观察表面肉眼观察表面 有无裂纹有无裂纹 用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲 合格标准： 无裂纹、无弯曲。 试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成 试饼，在水中经恒沸3h后，用 肉眼观察没有裂纹，用直尺检 查没有弯曲，则体积安定

56、合格， 反之，体积安定性不合格。 雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净 浆，经沸煮3h后的膨胀值。 该值不大于5.0mm时，则体 积安定性合格，否则，为体 积安定性不合格。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 检验方法检验方法软练胶砂法，分别测量抗压强度软练胶砂法，分别测量抗压强度 和抗折强度。和抗折强度。 试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体； 胶砂配比：胶砂配比： 水泥水泥 : ISO标准砂标准砂 : 水水= 1 : 3 : 0.5； 振动成型：振动成型： 在频率为在频率为28003000次次/min，振幅，振幅0.75mm的振实台的振实台 上成型。振动时间上成型。

57、振动时间120s。 试件养护：试件养护： 在在20 C 1C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养护的雾室或养护 箱中箱中24h，然后脱模在，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试的水中养护至测试 龄期；龄期； 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 100mm 160mm P 抗折强度试验抗折强度试验 P P 抗压强度试验抗压强度试验 强度测量：强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再 进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。 结果计算：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平 均值。 上一内容上一内容下一内容下

58、一内容回主目录回主目录 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 3d28d 时间（时间（d） 强度强度 （MPa） 早期增长快，随后逐渐减慢； 28天，基本达到极限强度的80以上； 在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续 几十天 乃至几十年。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 定义定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。细度是指水泥粉体的粗细程度。 测量方法测量方法 筛分析法筛分析法 以以80，45 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示； 比表面积法比表面积法 以以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来水泥颗粒所具有的总表面积来 表示。表示。 国标要求国标要求 硅酸盐水泥的比

59、表面积应大于硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 解答：解答： 水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒 太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化； 虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是 水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不 利；利； 水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，生产能耗越高，成本增加； 水泥越细，对水泥的储存也不利，

60、容易受潮结块，反而水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而 降低强度。降低强度。 上一内容上一内容下一内容下一内容回主目录回主目录 解答解答： 水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比 和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关， 而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关； 水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强 度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统