土木工程材料——水泥

1、内容内容 水泥的腐蚀及防护水泥的腐蚀及防护特性特性应用应用难点难点水泥水化、凝结和硬化机理水泥水化、凝结和硬化机理各种水泥的异同点各种水泥的异同点注意事项注意事项本章是整个课程的重点本章是整个课程的重点联系各种水泥进行学习联系各种水泥进行学习 着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因一、水泥的定义一、水泥的定义 水泥是一种水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定化，并能将砂、石等材料牢固地胶结

2、成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。强度的整体的水硬性胶凝材料。概述概述二、水泥的历史二、水泥的历史 Cement一词是由拉丁文一词是由拉丁文caementum发展而来，发展而来，是碎石及片石的意思。是碎石及片石的意思。 在在5000年前，水泥的一些形式已经被人们所使年前，水泥的一些形式已经被人们所使用。埃及人用石灰砂浆建造金字塔，用。埃及人用石灰砂浆建造金字塔， 古罗马人用石古罗马人用石灰和火山灰的混合物建造罗马圆形大剧场及一样著灰和火山灰的混合物建造罗马圆形大剧场及一样著名的众神庙和古壁石道。名的众神庙和古壁石道。 18世纪中叶，英国航海业已较发达，但船只触世纪中叶，英国航海业已较发达，

3、但船只触礁和撞滩等海难事故频繁发生。为避免海难事故，礁和撞滩等海难事故频繁发生。为避免海难事故，采用灯塔进行导航。采用灯塔进行导航。 当时英国建造当时英国建造灯塔的材料有两灯塔的材料有两种：木材和种：木材和“罗罗马砂浆马砂浆”。 为解决航运安全问题，寻找抗海水侵蚀材料和为解决航运安全问题，寻找抗海水侵蚀材料和建造耐久的灯塔成为建造耐久的灯塔成为18世纪世纪50年代英国经济发展中年代英国经济发展中的当务之急。的当务之急。 1756年，史密顿在建造灯塔的过程中，研究年，史密顿在建造灯塔的过程中，研究了了“石灰火山灰砂子石灰火山灰砂子”三组分砂浆中不同石灰三组分砂浆中不同石灰石对砂浆性能的影响，发现

4、含有黏土的石灰石，经石对砂浆性能的影响，发现含有黏土的石灰石，经煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，煅烧和细磨处理后，加水制成的砂浆能慢慢硬化，在海水中的强度较在海水中的强度较“罗马砂浆罗马砂浆”高很多，能耐海水高很多，能耐海水的冲刷。的冲刷。 1759年，史密顿使用年，史密顿使用新发现的砂浆建造了举世新发现的砂浆建造了举世闻名的普利茅斯港的闻名的普利茅斯港的漩岩漩岩大灯塔大灯塔。 用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石用含黏土、石灰石制成的石灰被成为水硬性石灰。史密顿的这一发现是水泥发明过程中知识积累灰。史密顿的这一发现是水泥发明过程中知识积累的一大飞跃，不仅对英国航海业做出了贡献

5、，也对的一大飞跃，不仅对英国航海业做出了贡献，也对“波特兰水泥波特兰水泥”的发明起到了重要作用。的发明起到了重要作用。 然而，史密顿研究成功的水硬性石灰，并未获然而，史密顿研究成功的水硬性石灰，并未获得广泛应用，当时大量使用的仍是石灰、火山灰和得广泛应用，当时大量使用的仍是石灰、火山灰和砂子组成的砂子组成的“罗马砂浆罗马砂浆”。 “罗马水泥罗马水泥”是是1796年前后由英国人佩克发明年前后由英国人佩克发明的。佩克将称为的。佩克将称为Sepa Tria的黏土质石灰岩，磨细的黏土质石灰岩，磨细后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进后制成料球，在高于烧石灰的温度下煅烧，然后进行磨细制成水泥。佩

6、克称这种水泥为行磨细制成水泥。佩克称这种水泥为“罗马水泥罗马水泥”，并取得了该水泥的专利权。并取得了该水泥的专利权。 “罗马水泥罗马水泥”凝结较快，可用于与水接触的工凝结较快，可用于与水接触的工程，在英国曾得到广泛应用，一直沿用到被程，在英国曾得到广泛应用，一直沿用到被“波特波特兰水泥兰水泥”所取代。所取代。 另一个英国人福斯特也是一位致力于水泥的研另一个英国人福斯特也是一位致力于水泥的研究者。他将两份重量白垩和一份重量黏土混合后加究者。他将两份重量白垩和一份重量黏土混合后加水湿磨成泥浆，送入料槽进行沉淀，置沉淀物于大水湿磨成泥浆，送入料槽进行沉淀，置沉淀物于大气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，

7、温度以料子中气中干燥，然后放入石灰窑中煅烧，温度以料子中碳酸气完全挥发为准，烧成产品呈浅黄色，冷却后碳酸气完全挥发为准，烧成产品呈浅黄色，冷却后细磨成水泥。细磨成水泥。 福斯特称该水泥为福斯特称该水泥为“英国水泥英国水泥”，于，于1822年年10月月22日获得英国第日获得英国第4679号专利。号专利。 真正具有现代水泥基本特性的水泥，是由漂泊真正具有现代水泥基本特性的水泥，是由漂泊到英国利兹城的泥水匠阿斯谱丁发明的，到英国利兹城的泥水匠阿斯谱丁发明的，1824年年10月月21日，阿斯谱丁获得英国第日，阿斯谱丁获得英国第5022号的号的“波特波特兰水泥兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥

8、专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。发明人。 水泥的发明为建筑工程的发展提供了物质基础，水泥的发明为建筑工程的发展提供了物质基础，使其由陆地工程发展到水中、地下工程中。使其由陆地工程发展到水中、地下工程中。水泥具有以下优点：水泥具有以下优点：三、水泥的分类三、水泥的分类 按性能和用途分按性能和用途分粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥水水 泥泥通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥特性水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等通用水泥通用水泥专用水泥专用水泥g 级油井水泥级油井水泥特性水泥特性

9、水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥按水泥熟料的矿物组成水泥熟料的矿物组成，分为：水泥种类水泥种类主要水硬性物质主要水硬性物质主主 要要 品品 种种硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸钙硅酸钙绝大多数通用水泥、专用水泥和特性绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水泥水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸钙铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。高强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙硅酸二钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁铝酸盐

10、水泥铁相、无水硫铝酸铁相、无水硫铝酸钙、硅酸二钙钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸二氟铝酸钙、硅酸二钙钙氟铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥等以火山灰或潜在水硬性以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料材料以及其他活性材料为主要组分的水泥为主要组分的水泥活性二氧化硅活性二氧化硅活性氧化铝活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等热钢渣矿渣水泥等四、我国水泥工业现状四、我国水泥工业现状 近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、近

11、年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界第产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界第一位。一位。 但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。耗大、污染严重。生产生产1吨水泥吨水泥约约1.2t石石灰石灰石约约169kg标准煤标准煤约约1tCO2约约2kgSO24kgNOx耗电耗电100kWh大量粉大量粉尘与烟尘与烟尘尘 第一节第一节 通用硅酸盐水泥概述通用硅酸盐水泥概述 一、通用硅酸盐水泥的生产一、通用硅酸盐水泥的生产 生产通用硅酸盐水泥熟料的原料主要是石灰石石灰石和黏黏土质原料土质原料两类。还需加入

12、少量校正原料来调整，常采用黄铁矿渣等。 石灰质原料主要提供石灰质原料主要提供CaOCaO，常采用石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。 黏土质原料主要提供黏土质原料主要提供SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3及及FeFe2 2O O3 3，常采用黏土、黏土质页岩、黄土等。 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料制备生料制备：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料（有时需加入校正原料），将其按一定比例配合、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。水泥粉磨水泥粉磨：将熟料加适量石膏和05的石

13、灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。通用硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“两磨一烧两磨一烧”。煅烧水泥熟料的窑型主要有两类：回转窑和立窑。 石灰石黏 土铁矿粉生 料石 膏硅酸盐水泥混合材料熟 料按比例混合磨细磨细13501450煅烧煅烧磨细磨细立窑和立窑烧成车间立窑和立窑烧成车间回转窑和回转窑烧成车间回转窑和回转窑烧成车间水泥回转窑水泥回转窑二、通用硅酸盐水泥的组成二、通用硅酸盐水泥的组成 通用硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和硅酸盐水泥熟料、石膏调凝剂和混合材料混合材料三部分组成。（一）硅酸盐水泥熟料 以适当成分的生料煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物，称为硅酸盐水泥熟

14、料硅酸盐水泥熟料。生料生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3矿物名称矿物名称化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO3CaOSiO2 2 C C3 3S S36366060硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2CaOSiO2 2 C C2 2S S 15153737铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl3CaOAl2 2O O3 3 C C3 3A A 7 71515铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl4CaOAl2 2O O3 3FeF

15、e2 2O O3 3 C C4 4AF AF 10101818硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成水泥熟料（立窑）水泥熟料（立窑）葡萄状熟料葡萄状熟料水泥熟料（回转窑）水泥熟料（回转窑）水泥熟料提升水泥熟料提升单个熟料颗粒横切面结构（立窑）单个熟料颗粒横切面结构（立窑）电子显微镜下磨细熟料颗粒外观电子显微镜下磨细熟料颗粒外观反光显微镜下熟料矿物形貌反光显微镜下熟料矿物形貌C3SC2S（二）石膏作用：作用： 缓凝、调节凝结速度，主要控制缓凝、调节凝结速度，主要控制C3AC3A；成分：成分： 二水石膏（二水石膏（ CaSO4 2H2O ）或无水石膏（）或无水石膏（CaSO4CaSO4，

16、又称硬石膏）；，又称硬石膏）；掺量：掺量： 取决于取决于C3AC3A，一般，一般3 35 5；过多起不到调整；过多起不到调整凝结作用，过多易引起体积安定性不良。凝结作用，过多易引起体积安定性不良。（三）混合材料（三）混合材料作用：作用： 改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）；改善水泥性质（降低水化热，提高防腐性能）； 调节水泥标号；调节水泥标号； 提高水泥产量（节约水泥原料）提高水泥产量（节约水泥原料） 按性能不同按性能不同（1）活性混合材料）活性混合材料 活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化活性：能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应，生成水硬性化合物合物 粒化高炉矿渣：粒化高炉矿渣：

17、CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3 （含量（含量90） 火山灰质混合材料：活性火山灰质混合材料：活性SiO2和活性和活性Al2O3 粉煤灰：粉煤灰：SiO2和和Al2O3（含量（含量60）（2）非活性混合材料）非活性混合材料 非活性：不能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应。非活性：不能与碱水溶液和硫酸盐溶液反应。 品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等品种：磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣等 掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热掺加目的：调节水泥标号、提高产量、降低水化热活性混合材活性混合材水淬矿渣水淬矿渣粉煤灰粉煤灰火力发电厂火力发电厂湿排粉煤灰湿排粉煤灰干排粉煤灰（电收尘器）干

18、排粉煤灰（电收尘器）火山灰（烧黏土）火山灰（烧黏土）烧粘土（炉渣）烧粘土（炉渣）烧黏土（煤矸石）烧黏土（煤矸石）非活性混合材非活性混合材水泥厂窑灰水泥厂窑灰石灰石粉石灰石粉 第二节第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 一、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化一、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化 水化：水泥熟料与水及混合材料反应；水化：水泥熟料与水及混合材料反应； 凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理凝结：水泥加水拌合而成的浆体，经过一系列物理化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过化学变化，浆体逐渐变稠失去可塑性而成为水泥石的过程；程； 硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称

19、为硬化。硬化：水泥石强度逐渐发展的过程称为硬化。 水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程结过程较短暂，一般几个小时即可完成；硬化过程是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几是一个长期的过程，在一定温度和湿度下可持续几十年。十年。 第二节第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 （一）硅酸盐水泥的水化（一）硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成各种水化产物并放出一定热量。 第二节第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水

20、泥 2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 第二节第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 3CaOAl2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O 第二节第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 4CaOAl2O3Fe2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O水泥熟料水化后的主要水化产物有：水泥熟料水化后的主要水化产物有： 由由C C3 3S S和和C C2 2S S生成的水化硅酸钙（简写成生成的水化硅酸钙（简写成C-S-H）几乎）几乎不溶于水，而以胶体微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。不溶于水，而以胶体

21、微粒析出，并逐渐凝聚成为凝胶。由这些颗粒构成的网状结构具有很高的强度。由这些颗粒构成的网状结构具有很高的强度。 电子显微镜观察到的电子显微镜观察到的CSH形貌（形貌（呈结晶度呈结晶度较差的箔片状和纤维颗粒较差的箔片状和纤维颗粒 ）结晶完整的结晶完整的Ca（OH）2晶体晶体 粉磨水泥时掺入的适量石膏与水化铝酸三钙晶体反应生成高硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石或AFt，水化硫铝酸钙是难溶于水的针状晶体，它沉淀在熟料颗粒的周围，阻碍了水分的进入，因此起到了延缓水泥凝结的作用。 石膏完全消耗后，一部分钙矾石将转变为单硫型水化硫铝酸钙（简式AFm）晶体。 3CaOAl2O36H2O+ H2O+CaSO42H

22、2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 环境扫描电子显微镜观察水泥净浆中快速生环境扫描电子显微镜观察水泥净浆中快速生成的铝酸钙晶体成的铝酸钙晶体环境扫描电子显微镜观察到水泥净浆中快速环境扫描电子显微镜观察到水泥净浆中快速生成的针状硫铝酸钙晶体生成的针状硫铝酸钙晶体矿物种类矿物种类硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙缩写缩写C3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度水化速度快快慢慢最快最快快快水化热水化热多多少少最多最多较多较多强度强度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蚀性抗腐蚀性好好好好差差极好极好收缩收缩中中

23、较大较大大大小小（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程 一般按水化反应速率和水泥浆体的结构特征，硅酸盐水泥的凝结硬化过程可分为：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期4个阶段。 初始反应期初始反应期初始的溶解和水化，约持续初始的溶解和水化，约持续5-5-1010分钟。分钟。潜伏期潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，绕水泥颗粒成长，1h1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，泥颗粒进一步水化，6h6h。多孔。多孔的空间网络的空间网络凝聚结构，失去凝聚结构，失去可塑性可塑性凝结期凝结期凝胶体填充毛细管，凝胶

24、体填充毛细管，6h-6h-若干年若干年硬化石状体密实空间网硬化石状体密实空间网硬化期硬化期（三）水泥石的结构（三）水泥石的结构 由水化产物（凝胶体）、未水化的水泥颗粒内核、孔隙等组成的多相（固、液、气）的多孔体系。 孔隙硬化水泥石结构硬化水泥石结构DABCA凝胶体凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）；凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B晶体晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C孔隙孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒水泥石的结构水泥石的结构 1、水泥石主要由凝胶体、晶体、水泥石主要由凝胶体、晶体、

25、孔孔 隙、水、空气和未水化的水泥颗粒隙、水、空气和未水化的水泥颗粒 等组成，存在固相、液相等组成，存在固相、液相 和气相。和气相。2、硬化后的水泥石是一种多相多孔、硬化后的水泥石是一种多相多孔 体系。体系。 3、水泥石的结构（水化产物的种类、水泥石的结构（水化产物的种类 及相对含量、孔的结构）对其性及相对含量、孔的结构）对其性 能影响最大能影响最大。 （四）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素（四）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 1.熟料的矿物组成； 2.水泥细度； 3.石膏掺量； 4.水泥浆的水灰比； 5.温度与湿度； 6.养护龄期。 水灰比对水泥石结构的影响水灰比对水泥石结构的影响二、硅酸盐

26、水泥的技术性质（二、硅酸盐水泥的技术性质（GB175-2007GB175-2007）（一）细度（一）细度 水泥的细度指水泥的磨细程度或分散度。细度决定了水泥与水接触的表面积。从而影响水泥的水化和凝结速度和性质。 水泥细度通常采用筛析法或比表面积法测定。勃氏比表面积仪勃氏比表面积仪筛析法（筛析法（0.080mm方孔筛）方孔筛）干筛、水筛、负压筛干筛、水筛、负压筛负压筛析仪负压筛析仪 国家标准规定，硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg。（二）凝结时间（二）凝结时间 凝结时间分初凝时间和终凝时间，初凝时间是指从加水到水泥浆开始失去塑性的时间，终凝时间是指从加水到水泥浆完全失去塑性的时间。国家标

27、准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min。 水泥凝结时间的测定，是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度条件下，用凝结时间测定仪测定。 所谓标准稠度用水量是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合用水量，以占水泥重量的百分率表示，硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般为24%30%。 水泥净浆搅拌机水泥净浆搅拌机测标准稠度用水量和凝结时间的维卡仪测标准稠度用水量和凝结时间的维卡仪代用法代用法标准法标准法采用标准稠度测定采用标准稠度测定仪仪工程事故实例二则工程事故实例二则1、1884年，法国一座桥梁由于使用了氧化镁含量较高的立年，法国一座桥梁由于使用了氧化镁含量较高的立窑

28、水泥，在建成两年后，因混凝土膨胀而破坏。窑水泥，在建成两年后，因混凝土膨胀而破坏。 2、上海市普陀区某大厦、上海市普陀区某大厦11-14层主体结构用某水泥，经多层主体结构用某水泥，经多次检验其安定性不合格，其次检验其安定性不合格，其FCaO含量高达含量高达6.85%，用，用蒸煮法加速试验，结果混凝土劈拉强度下降达蒸煮法加速试验，结果混凝土劈拉强度下降达25%以上，以上，抗压强度下降也达抗压强度下降也达15%，且存在进一步下降的可能。，且存在进一步下降的可能。 上海市建委决定推倒重建，于上海市建委决定推倒重建，于1995年逐层爆破拆除。年逐层爆破拆除。这起事故引起的直接经济损失为这起事故引起的直

29、接经济损失为211.8万元万元。 煮沸法测定仪煮沸法测定仪体积安定性不良体积安定性不良雷氏夹法体积安定性测定仪雷氏夹法体积安定性测定仪雷氏夹雷氏夹 （四）强度（四）强度 水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。 水泥的强度包括水泥的强度包括抗压强度抗压强度与与抗折强度抗折强度，必须，必须同时满足标准要求，缺一不可。同时满足标准要求，缺一不可。水泥胶砂强度的试验设备水泥胶砂搅拌机水泥标准养护箱水泥抗折试验机水泥抗压夹具水泥胶砂振实台液压万能试验机水泥强度标准试模水泥强度标准试模水泥胶砂搅拌机水泥胶砂搅拌机控制器加砂箱搅拌叶搅拌锅水泥胶砂搅拌机控制器记数器套模摆动臂摆动轴水泥

30、胶砂振实台水泥恒温恒湿养护箱上压板下压板水泥抗压夹具标尺平衡锤控制箱抗折夹具游动砝码水泥胶砂强度的测定原水泥胶砂强度的测定原理理水 泥 + 标准砂 + 水质量比1 ： 3.0 ：0.50一组试件材料称量450g1350g225ml 共制作两组试件，在温度为201，相对湿度在90%以上的潮湿条件下养护3d、28d，分别测定的抗折强度( fce,m )和抗压强度( fce,c )，即为水泥的“胶砂强度”(MPa)。水泥胶砂强度试验步骤水泥胶砂强度试验步骤清理安装水泥试模清理安装水泥试模搅拌水泥胶砂搅拌水泥胶砂成型试件成型试件 将搅拌好的水泥胶砂，装入试模，开动振实台，以60次/分钟的频率振捣1分钟

31、，取下试模，用水泥专用工具将试模表面多余的水泥胶砂刮去。写上成型日期和编号。养养 护护测定抗折破坏荷载测定抗折破坏荷载测定抗压破坏荷载测定抗压破坏荷载称取：水 泥水标准砂低速搅拌低速搅拌30s30s加砂加砂低速搅拌低速搅拌30s30s高速搅拌高速搅拌30s30s高速搅拌高速搅拌60s60s停停90s90s水泥抗折强度测定水泥抗折强度测定l =100mmF (N)50mm结果计算评定结果计算评定每个龄期测定破坏每个龄期测定破坏荷载荷载F1，F2，F340mm40mmbh横截面水泥标准试件1604040mm下压板上压板FF水泥抗压强度测定水泥抗压强度测定受力面积受力面积A = 4040mm结果计算

32、评定结果计算评定测定出抗压破坏测定出抗压破坏荷载荷载F1F6每个龄期每组6个半截试件抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）六个抗压强度值中剔除最大、最小值各1个，剩下四个平均作为抗压强度试验结果；如不足六个时，取平均值；不足四个时，试验无效。fce,c= （1/1600）F结果评定： fce,m = 0.00234F 结果评定：以三个试件的算术平均值作为结果；如果三个值中有一个超过平均值的10%，剔除该值后取平均值；如有两个超过时，试验无效。62.5R62.552.5R52.542.5R42.5Strength Grade等级等级 抗压强度抗压强度(MPa) 抗折强度（抗折强度（MPa） 3d

33、28d 3d 28d 42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R 32.0 62.5 5.5 8.0 表表3-4硅酸盐水泥各龄期的强度要求（硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007） 等级等级 抗压强度抗压强度(MPa) 抗折强度（抗折强度（MPa） 3d 28d 3d 28d ？23.0454.06.8等级等级 抗压强度抗压强度(MPa) 抗折强度（抗折强度（MPa） 3d 28d 3d 28d 42.517.042.53.56.54

34、2.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R 32.0 62.5 5.5 8.0 If only the strength is unqualifiedCement of the lower grade3.0-3.15g/cm3.0-3.15g/cm3 3, , 通常通常3.1g/cm3.1g/cm3 31000-1600kg/m1000-1600kg/m3 3水泥水化热测定仪水泥水化热测定仪简介简介腐蚀类型腐蚀类型腐蚀原因腐蚀原因防止措施防止措施简简 介介水泥石硬化后，在正常的使用

35、条件下，即在潮水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度。期强度。 水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。现象。（一）水泥石的几种主要侵蚀类型（一）水泥石的几种主要侵蚀类型 1.软水侵蚀（溶出性侵蚀）； 2.盐类侵蚀;最常见的盐类侵蚀是硫酸盐侵蚀与镁盐侵蚀。 3.酸类侵蚀：（1）碳酸侵蚀 ；（2）一般酸侵蚀 ； 4.强碱侵蚀。 水泥的耐蚀性可用耐蚀系数定量表示。 特点特

36、点介质介质软水（含软水（含HCO3少的水，如少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。解于水中引起的腐蚀。 过程过程当水泥石与软水接触时，最先溶出的当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解的其它水化产物的分解l 在硬

37、水中会发生如下反应在硬水中会发生如下反应l 生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层空隙中，形成密实的保护层l 预防措施预防措施l将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化将与软水接触的混凝土，事将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化先在空气中碳化生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层的空隙中，形成密实的保护层2324222342363(2)203332CaO Al OH OCaSOH OH OCaO Al OCaSOH OA

38、Ft钙钒石钙钒石 MgCl2+Ca(OH)2 = Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+ Ca(OH)2+H2O = Mg(OH)2+CaSO42H2O 结晶膨胀结晶膨胀易溶于水易溶于水 l 特点特点l以镁盐为介质的海水、地下水等以镁盐为介质的海水、地下水等l镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石无胶凝作用的产物，破坏水泥石l 腐蚀过程举例：腐蚀过程举例： Ca(OH)2+CO2+H2O CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2 易溶于水易溶于水特点特点以碳酸盐为介质的海水、地下水等以碳酸

39、盐为介质的海水、地下水等碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石物，破坏水泥石腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：易溶于水易溶于水 结晶膨胀结晶膨胀OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2 特点特点以酸性介质为主的工业环境等以酸性介质为主的工业环境等酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石的产物，破坏水泥石腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：碱的腐蚀碱的腐蚀CHAlONaNaOHA3223COHCONaCONaOH2322 易溶于水易溶于

40、水干燥空气干燥空气 结晶膨胀结晶膨胀腐蚀原因腐蚀原因内因内因水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易于进入其内部；于进入其内部；腐蚀与介质相互作用；腐蚀与介质相互作用； 外因外因腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度 防止措施防止措施1、强度高、强度高 2、硬化快、硬化快3、抗冻性好、抗冻性好4、耐蚀性差、耐蚀性差5、耐热性差、耐热性差 6、水化热大、水化热大 7、耐磨性好、耐磨性好 8、抗碳化性好、抗碳化性好 水泥砂浆人水泥砂浆人工碳化工碳化28d五、普通

41、硅酸盐水泥五、普通硅酸盐水泥(GB175(GB1752007 )2007 ) 普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、再加入5%且20%的活性混合材料及适量石膏组成，简称普通水泥，代号P O。活性混合材料的最大掺量不得超过20%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料来代替。 普通硅酸盐水泥的终凝时间不得大于600min，其余技术性质要求同硅酸盐水泥。 具体规定参见教材表3-5。 普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥的差别仅在于其中含有少量混合材料，而绝大部分仍是硅酸盐水泥熟料，故其特性与硅酸盐水泥基本相同。 但由于掺入少量混合材料，因此与同强度等级硅酸盐水泥相比： 早期硬化速度

42、稍慢；早期硬化速度稍慢； 3d3d强度稍低；强度稍低； 抗冻性稍差；抗冻性稍差； 水化热稍小；水化热稍小； 耐腐性稍好。耐腐性稍好。 第三节第三节 掺大量混合材料的硅酸盐水泥掺大量混合材料的硅酸盐水泥 一、混合材料一、混合材料 按其性能可分为活性混合材料和非活性混合材料两大类。（一）活性混合材料活性混合材料 1粒化高炉矿渣。活性玻璃体使其具有较高的潜在活性。 2火山灰质混合材料。含活性Al2O3和活性SiO2。 3硅粉。无定形SiO2含量大于90%。 4粉煤灰。含活性Al2O3和活性SiO2。含大量玻璃微珠。（二）非活性混合材料非活性混合材料 常温下与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后不能

43、发生水化反应或反应甚微，不能生成水硬性产物的材料。 微硅粉及在杭州湾跨海大桥中的应用微硅粉及在杭州湾跨海大桥中的应用粉煤灰中的球形玻璃微珠（漂珠及沉珠）粉煤灰中的球形玻璃微珠（漂珠及沉珠）二、活性混合材料的水化二、活性混合材料的水化 磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；但在饱和Ca(OH)2溶液中，常温下就会发生显著的水化反应，这被称为“二次反应二次反应” 。 生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的产物，与硅酸盐水泥中的水化产物相同。性的产物，与硅酸盐水泥中的水化产物相同。 当有石膏存在时，水化铝酸钙和石膏进一步当有石膏存在时，水

44、化铝酸钙和石膏进一步反应生成水化硫铝酸钙。反应生成水化硫铝酸钙。 因此，氢氧化钙和石膏激发了混合材料的因此，氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性。活性。 掺活性混合材料的硅酸盐水泥与水拌和 水泥熟料水化；水泥熟料水化； 水泥熟料水化产物水泥熟料水化产物Ca（OH）2与活与活性性SiO2和活性和活性Al2O3发生水化反应。发生水化反应。 硅酸盐水泥中掺混合材料 水泥熟料相对含量降低 水化速度较慢 早期强度较低。三、混合材料在水泥生产中的作用三、混合材料在水泥生产中的作用 活性混合材料活性混合材料主要作用： 改善水泥的某些性能；改善水泥的某些性能； 调节水泥强度；调节水泥强度； 降低水化热；降低水化

45、热； 降低生产成本；降低生产成本； 增加水泥产量；增加水泥产量； 扩大水泥品种。扩大水泥品种。 非活性混合材料非活性混合材料主要作用： 调节水泥强度；调节水泥强度； 降低水化热；降低水化热； 降低生产成本；降低生产成本； 增加水泥产量。增加水泥产量。 四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥盐水泥、复合硅酸盐水泥（一）组成与技术要求（一）组成与技术要求 GB1752007规定：由硅酸盐水泥熟料，再加入质量分数20%的单个或二个及以上不同品种的混合材料及适量石膏，组成上述四个品种的硅酸盐水泥。强度等级规定参见教材P

46、46表36。（二）特性与应用（二）特性与应用 1四种水泥的共性。 （1）早期强度低、后期强度发展高。不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季现浇工程等。 （2）对温度敏感，适合高温养护。 （3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等侵蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。但当侵蚀介质的浓度较高或耐腐蚀性要求高时，仍不宜使用。 （4）水化热小。适合用于大体积混凝土工程。 （5）抗冻性较差。 不适合冬期施工。 （6）抗碳化性较差。不适合用于二氧化碳浓度含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间等。 掺掺60低钙粉煤灰砂浆人工碳化低钙粉煤灰砂浆人工碳化28d2四种水泥的特性（1）矿渣硅酸盐水泥。抗渗性差，且干缩较大。耐热性较好。 （2）火山灰质硅酸盐