胶凝材料学-水泥

1、JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO1/54胶凝材料学胶凝材料学水泥水泥JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO2/54目录目录 水泥的定义及分类水泥的定义及分类 通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产 硅酸盐水泥的水化硬化硅酸盐水泥的水化硬化 硅酸盐水泥的技术要求及性能硅酸盐水泥的技术要求及性能 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥 水泥石的耐久性水泥石的耐久性 混凝土的碳化混凝土的碳化JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIA

2、O3/54一、水泥的定义及分类一、水泥的定义及分类1 1、水泥的定义、水泥的定义凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料胶结在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO4/542 2、水泥的分类、水泥的分类 水泥按用途及性能分为：水泥按用途及性能分为：（1 1）通用水泥）通用水泥: : 一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水一

3、般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是泥主要是指指GB1752007GB1752007规定的六大类规定的六大类水泥。水泥。（2 2）专用水泥：专门用途的水泥。如）专用水泥：专门用途的水泥。如：油井：油井水泥，道路水泥，道路硅酸硅酸盐水泥，耐火水泥，大坝水泥。盐水泥，耐火水泥，大坝水泥。（3 3）特性水泥：某种性能比较突出的水泥）特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如。如：快硬硅酸盐：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、白水泥水泥、白水泥。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO5/54 水泥

4、按其主要水硬性物质名称分为：水泥按其主要水硬性物质名称分为：（1 1）硅酸盐水泥，即国外通称的）硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥；波特兰水泥；（2 2）铝酸盐水泥；）铝酸盐水泥；（3 3）硫铝酸盐水泥；）硫铝酸盐水泥；（4 4）铁铝酸盐水泥；）铁铝酸盐水泥；（5 5）氟铝酸盐水泥；）氟铝酸盐水泥；（6 6）磷酸盐水泥）磷酸盐水泥（7 7） 以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组以火山灰或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组分的水泥。分的水泥。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO6/54生料：生料：由石灰质原料、黏土质原料及少量校正原料按

5、比例配由石灰质原料、黏土质原料及少量校正原料按比例配合，粉磨到一定细度的物料，成为水泥生料。合，粉磨到一定细度的物料，成为水泥生料。熟料：熟料：以适当成分的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙矿以适当成分的生料烧至部分熔融，所得的以硅酸钙矿物为主要成分的产物。物为主要成分的产物。校正原料：校正原料：当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不当石灰质原料和粘土质原料配合所得生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分掺加相应的原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。原料，这种以补充某些成分不足为主的原料称校正原料。3 3、相关概念

6、、相关概念JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO7/54 通用通用硅酸盐水泥（硅酸盐水泥（common common portlandportland cement) cement)：GB175-GB175-20072007：以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。凝材料。按照混合材料的品种和掺量分为：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、按照混合材料的品种和掺量分为：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合矿渣硅酸盐水泥、火山灰

7、质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。硅酸盐水泥。二、通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产二、通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO8/54 硅酸盐水泥硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、凡由硅酸盐水泥熟料、0%5%0%5%的石灰石的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即波特兰水泥）。波特兰水泥）。硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混和材硅酸盐水泥分为两种类型：不掺混和材料的称为料的称为型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代

8、号PIPI；掺加不超过水泥质量掺加不超过水泥质量5%5%的石灰石或粒化的石灰石或粒化高炉矿渣的称为高炉矿渣的称为型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号PP。波特兰岛上采集的石头波特兰岛上采集的石头（波特兰水泥以此命名）（波特兰水泥以此命名）和现代混凝土的圆柱形和现代混凝土的圆柱形试件（右）试件（右）硅酸盐水泥硅酸盐水泥JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO9/54硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的生产1 1、生产硅酸盐水泥的原料、生产硅酸盐水泥的原料原料：原料：石灰质石灰质原料：提供原料：提供CaOCaO，有石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等。，有石灰岩、泥灰岩

9、、白垩、贝壳等。粘土粘土质原料：提供质原料：提供Al2O3Al2O3，SiO2SiO2，有粘土、黄土、页岩和泥岩等，有粘土、黄土、页岩和泥岩等，校正校正原料：铁矿石（提供原料：铁矿石（提供Fe2O3Fe2O3）矿化剂：煅烧过程中能加速熟料矿物的形成，而本身不参加反应矿化剂：煅烧过程中能加速熟料矿物的形成，而本身不参加反应或只参加中间物反应的一类物质。如萤石、石膏或只参加中间物反应的一类物质。如萤石、石膏等等JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO10/54石灰岩石灰岩白垩白垩铁矿石铁矿石JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIAN

10、ZHUCAILIAO11/54生产过程：两磨一烧生产过程：两磨一烧生料生料的配制和磨细的配制和磨细磨磨将生料煅烧成熟料将生料煅烧成熟料烧烧熟料与混合材料一起磨成水泥熟料与混合材料一起磨成水泥磨磨2 2、生产过程及工艺、生产过程及工艺JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO12/54水泥窑头水泥窑头JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO13/54 生产生产方法方法干法干法：原料烘干磨成生料粉，再入窑烧成熟料：原料烘干磨成生料粉，再入窑烧成熟料半干法：生料粉加入适量水制成生料球，煅烧半干法：生料粉加入适量水制

11、成生料球，煅烧湿法：原料加水磨成生料浆，喂入窑中煅烧湿法：原料加水磨成生料浆，喂入窑中煅烧生料粉（干法生产）生料粉（干法生产）生料浆（湿法生产）生料浆（湿法生产）JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO14/54JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO15/542 2、硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及性能、硅酸盐水泥熟料矿物的组成、结构及性能水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙硅酸三钙碱类及杂质2CaOSiO2，C2S4CaOAl2O3Fe2O3，C4AFfCaO和fMgO3CaOAl2

12、O3，C3A3CaOSiO2，C3S化学式及简写1 1）硅酸盐水泥熟料：）硅酸盐水泥熟料：由原料按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得由原料按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质，其矿物组成如下。以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质，其矿物组成如下。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO16/54各种矿物的特性：各种矿物的特性：改变水泥熟料中矿物成份间的比例，可以制得不同性质的水泥品种，如提高硅酸三钙含量，可以制得高强水泥和早强水泥；提高硅酸二钙含量并降低硅酸三钙与铝酸三钙的含量，可制得低热水泥或大坝水泥。JIANZ

13、HUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO17/54水泥熟料在窑中，从原料到成品的形成过程熟料颗粒JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO18/54扫描电镜照片扫描电镜照片 反光显微镜照片反光显微镜照片放大的水泥熟料放大的水泥熟料JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO19/54（a）放大倍数为400X的显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片，图中光亮的、棱角形晶体为C3S，深色倒圆角的晶体为C2S，（b）放大倍数3000X的扫描电镜下熟料中C3S晶体的显微照片。 abJIANZH

14、UCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO20/54石膏：石膏：天然石膏天然石膏符合符合GB/T 5483GB/T 5483中规定的中规定的G G类或类或M M类二级（含）以上的类二级（含）以上的石膏或混合石膏；石膏或混合石膏；工业副产石膏工业副产石膏以硫酸铜为主要成分，使用前应经过试验证明以硫酸铜为主要成分，使用前应经过试验证明对水泥性能无害。对水泥性能无害。混合材料混合材料改善水泥性能，调节水泥强度等级的人工的和天然的矿物材料。改善水泥性能，调节水泥强度等级的人工的和天然的矿物材料。活性混合材料；活性混合材料；非非活性混合材料；活性混合材料；窑窑灰。灰。助磨剂

15、助磨剂加入加入量不超过水泥质量的量不超过水泥质量的0.5%0.5%，复合，复合JC/T 667JC/T 667规定。规定。2 2）其他组成材料）其他组成材料JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO21/54三、硅酸盐水泥的水化硬化三、硅酸盐水泥的水化硬化1 1、硅酸盐水泥熟料矿物的硅酸盐水泥熟料矿物的水化水化1 1）C C3 3S S的水化的水化水化反应式如下：水化反应式如下：3CaOSiO3CaOSiO2 2+nH+nH2 2O=xCaOSiOO=xCaOSiO2 2yHyH2 2O+(3-x)O+(3-x)CaCa(OH)(OH)2 2简写简写为

16、：为：C C3 3S+nH=C-S-H+(3-x)CHS+nH=C-S-H+(3-x)CH水化产物：水化硅酸钙（水化产物：水化硅酸钙（C-S-HC-S-H）凝胶和氢氧化钙。）凝胶和氢氧化钙。 JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO22/54 水化过程水化过程分为早期（诱导前期阶段和诱导期阶段）、中期（加速期阶段分为早期（诱导前期阶段和诱导期阶段）、中期（加速期阶段和衰减期阶段）和后期（稳定期阶段）三个时期和五个阶段。和衰减期阶段）和后期（稳定期阶段）三个时期和五个阶段。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILI

17、AO23/54反应阶段化学过程动力学行为诱导前期初始水化，离子进入溶液反应很快：化学控制诱导期继续溶解，早期的C-S-H形成反应慢：成核控制加速期水化产物形成与生长反应快：化学控制减速期水化产物继续生长：微结构发展反应适中：化学与扩散控制稳定期微结构逐渐密实反应很慢：扩散控制C3S各水化阶段示意图C3S反应各阶段的化学过程及动力学行为JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO24/54 C C3 3S S水化反应特点水化反应特点水化较快，但凝结硬化时间正常。颗粒加水水化较快，但凝结硬化时间正常。颗粒加水28d28d后可以水化后可以水化70%70%左右。

18、左右。浆体硬化体的强度发展较快，早期强度较高，且强度增长较大，浆体硬化体的强度发展较快，早期强度较高，且强度增长较大，28d28d强度可以达到一年强度的强度可以达到一年强度的7080%7080%。是硅酸盐水泥熟料矿物中是硅酸盐水泥熟料矿物中28d28d强度最高的。强度最高的。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO25/542 2） - C- C2 2S S的的水化水化 - C- C2 2S S水化水化反应式如下：反应式如下：2CaOSiO2CaOSiO2 2+nH+nH2 2O=xCaOSiOO=xCaOSiO2 2yHyH2 2O O+(2-x)

19、+(2-x)CaCa(OH)(OH)2 2简写简写为：为：C C2 2S+nH=C-S-H+(S+nH=C-S-H+(2-x)OH 2-x)OH 水化产物：水化产物：C-S-HC-S-H凝胶和凝胶和CHCH（CHCH晶体生长速度较慢，晶体粒度晶体生长速度较慢，晶体粒度较大）较大）。水化特点：水化特点：水化速率和微结构的发展速度约水化速率和微结构的发展速度约是是C C3 3S S的的1/201/20。是水化速度最慢。是水化速度最慢的矿物，的矿物，28d28d仅水化仅水化20%20%，早期强度较低，早期强度较低，28d28d后强度继续增大，后强度继续增大，一年后可以接近或超过一年后可以接近或超过C

20、 C3 3S S的强度。的强度。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO26/543 3） C C3 3A A的的水化水化（1 1）常温下在纯水中的水化）常温下在纯水中的水化2(3CaOAl2(3CaOAl2 2O O3 3)+27H)+27H2 2O=4CaOAlO=4CaOAl2 2O O3 319H19H2 2O+2CaOAlO+2CaOAl2 2O O3 38H8H2 2O O简写为：简写为：2C2C3 3A+27H=CA+27H=C4 4AHAH1919+C+C2 2AHAH8 8在湿度低于在湿度低于85%85%时时C C4 4AHAH19

21、19容易容易失水失水为为C C4 4AHAH13 13 。（2 2）在）在CHCH饱和溶液（碱性介质）中饱和溶液（碱性介质）中的水化反应的水化反应 C C3 3A ACHCH12H12HC C4 4AHAH1313 处于水泥浆体碱性介质中，处于水泥浆体碱性介质中， C C4 4AHAH1313在在常温下可以稳定存在，且常温下可以稳定存在，且数量增长很快，导致水泥浆数量增长很快，导致水泥浆瞬时凝结瞬时凝结。需要缓凝：加入适量需要缓凝：加入适量石膏石膏JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO27/54石膏石膏量足（水化初）量足（水化初）3CaOAl3Ca

22、OAl2 2O O3 3+ 3(CaSO+ 3(CaSO4 42H2H2 2O)+26HO)+26H2 2O O=3CaOAl=3CaOAl2 2O O3 33CaSO3CaSO4 432H32H2 2O O三硫型水化硫铝酸钙，也称为钙矾石，用三硫型水化硫铝酸钙，也称为钙矾石，用AFtAFt表示表示若若石膏在石膏在C C3 3A A完全水化前耗尽，则钙钒石与完全水化前耗尽，则钙钒石与C C3 3A A反应生成单硫反应生成单硫型水化硫铝酸钙（型水化硫铝酸钙（AFmAFm）：）： C C3 3A3CSHA3CSH3232+2C+2C3 3A A4H=3(C4H=3(C3 3ACSHACSH1212

23、) )（3 3）石膏存在下的水化）石膏存在下的水化JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO28/54若石膏量极少，在所有钙钒石全部转变为单硫型水化硫铝酸钙若石膏量极少，在所有钙钒石全部转变为单硫型水化硫铝酸钙后，后，还有还有C C3 3A A ，则则形成单硫型水化硫铝酸钙和形成单硫型水化硫铝酸钙和C4AH13固溶体固溶体。钙矾石：针柱状的晶体，钙矾石：针柱状的晶体，不溶于水。不溶于水。AFm：层状结构晶体，不溶于水：层状结构晶体，不溶于水JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO29/54C C3 3A A与

24、与石膏反应形成钙矾石石膏反应形成钙矾石后，即后，即在在C C3 3A A表面表面形成钙矾形成钙矾石包裹层，因而减缓了石包裹层，因而减缓了的的C C3 3A A溶解溶解速度，使水化速度速度，使水化速度减慢。减慢。但反应继续缓慢进行，使但反应继续缓慢进行，使钙矾石包裹层变厚，产生钙矾石包裹层变厚，产生结晶应力，当其超过一定结晶应力，当其超过一定数值后，包裹层局部破裂，数值后，包裹层局部破裂，促使反应加速，形成的钙促使反应加速，形成的钙矾石修复破裂处。矾石修复破裂处。包裹层破裂和修复反复进包裹层破裂和修复反复进行，直到石膏消耗完毕。行，直到石膏消耗完毕。 石膏缓凝机理石膏缓凝机理JIANZHUCAI

25、LIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO30/54熟料矿物具有水化反应能力的结构本质熟料矿物具有水化反应能力的结构本质（1 1）结构）结构不稳定性。原因在于：不稳定性。原因在于：是处于介稳状态的高温型晶体结构；是处于介稳状态的高温型晶体结构；熟料矿物形成了阿利特和贝利特等有限固溶体；熟料矿物形成了阿利特和贝利特等有限固溶体；微量元素的掺杂使晶体排列的规律性受到某种程度的干扰。微量元素的掺杂使晶体排列的规律性受到某种程度的干扰。 以上以上原因使结晶结构的有序度降低，活性原因使结晶结构的有序度降低，活性增大增大（2 2）结晶）结晶结构中存在活性阳离子。原因在于结构中存在活性

26、阳离子。原因在于钙离子的配位氧离子排列不规则，或是钙离子的配位数降低，钙离子的配位氧离子排列不规则，或是钙离子的配位数降低，使晶体结构中存在使晶体结构中存在“空洞空洞”，因而易于与水反应。，因而易于与水反应。 JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO31/54可以可以水化，不一定可以硬化和具有胶凝水化，不一定可以硬化和具有胶凝能力。能力。硬化和具有胶凝能力的硬化和具有胶凝能力的条件：条件：（1 1）形成）形成的水化产物是稳定的的水化产物是稳定的这取决于水化产物本身的结构这取决于水化产物本身的结构特性特性（2 2）形成）形成水化产物数量足够，它们之间能

27、够彼此交叉连生，水化产物数量足够，它们之间能够彼此交叉连生，在整个水泥浆体的空间内形成连续的网状结构。在整个水泥浆体的空间内形成连续的网状结构。这取决于液相的过饱和度及其持续时间这取决于液相的过饱和度及其持续时间熟料矿物具有胶凝能力的条件熟料矿物具有胶凝能力的条件JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO32/54水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。用水化水化速率：单位时间内水泥的水化程度或水化深度。用水化热、化学结合水等方法测定热、化学结合水等方法测定。水化程度：某一时刻水泥发生水化作用的量和完全水化的量水化程度：某一时刻水泥发生水化作用的

28、量和完全水化的量的比值。用百分比表示的比值。用百分比表示。水化深度：水泥粒子已经水化层的厚度，用水化深度：水泥粒子已经水化层的厚度，用umum表示表示。影响硅酸盐水泥水化速率的因素影响硅酸盐水泥水化速率的因素JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO33/542828天之前的四种熟料矿物水化速率顺序为：天之前的四种熟料矿物水化速率顺序为：水泥编号C3SC2SC3AC4AF492512830465135615128三种水泥的放热曲线三种水泥的放热曲线不同熟料矿物组成的水泥不同熟料矿物组成的水泥（1 1）水泥熟料矿物：）水泥熟料矿物：JIANZHUCAIL

29、IAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO34/54水泥水泥越细，参与反应越细，参与反应的表面积越大，反应的表面积越大，反应速率越快。速率越快。在矿物成分一定时，在矿物成分一定时，可以通过增大细度来可以通过增大细度来加快反应速率，促进加快反应速率，促进强度发展。但由于粉强度发展。但由于粉磨得费用较高，且细磨得费用较高，且细度增大水化热加大，度增大水化热加大，因此对水泥细度有一因此对水泥细度有一定的控制。定的控制。（2 2）水泥细度的影响）水泥细度的影响JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO35/54从水泥熟料矿物溶解和水化来看，

30、从水泥熟料矿物溶解和水化来看，水灰比会影响溶液水灰比会影响溶液中离子中离子的的浓度。浓度。水灰比太小，水化所需水量不足，水化速度慢，特别是后期水灰比太小，水化所需水量不足，水化速度慢，特别是后期水化反应缓慢；适当增加水灰比，即增加用水量，可增大水水化反应缓慢；适当增加水灰比，即增加用水量，可增大水和未水化水泥颗粒的接触，使水化速度有所提高。和未水化水泥颗粒的接触，使水化速度有所提高。水泥水泥的水化速率随着水灰比增大而提高的水化速率随着水灰比增大而提高水灰比硬化水泥浆中结合水量（%）1d3d7d28d3个月0.280.500.704.58.77.612.612.510.213.315.511.0

31、14.315.612.615.617.6（3 3）水灰比的影响）水灰比的影响 JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO36/54提高温度会加快水化反应，提高温度会加快水化反应，即提高水化速率。即提高水化速率。温度对不同熟料矿物的影温度对不同熟料矿物的影响程度响程度不一样。不一样。提高温度对提高温度对C C2 2S S水化反应影水化反应影响最大，对响最大，对C C3 3A A、 C C4 4AFAF的的影响最小。影响最小。温度对温度对C3S的的影响主要表影响主要表现在水化现在水化早期，对后期影早期，对后期影响不大。响不大。（4 4）温度的影响）温度的影

32、响JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO37/542 2、硅酸盐水泥的凝结硬化、硅酸盐水泥的凝结硬化水泥水泥的的是指水泥加水拌和后，成为塑性的水泥浆，其中的水泥是指水泥加水拌和后，成为塑性的水泥浆，其中的水泥颗粒颗粒表面的表面的矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆逐渐矿物开始在水中溶解并与水发生水化反应，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但还不具有强度的过程变稠失去塑性，但还不具有强度的过程。是指凝结的水泥浆体随着水化的进一步进行，开始是指凝结的水泥浆体随着水化的进一步进行，开始产生明显产生明显的的强度并逐渐发展而成为坚硬水泥石的过程强度并逐渐发展而

33、成为坚硬水泥石的过程。凝结凝结和硬化实际上是一个和硬化实际上是一个连续连续复杂的物理化学变化过程。复杂的物理化学变化过程。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO38/54水泥水泥凝结硬化凝结硬化过程示意图过程示意图分散在水中未水化的水泥颗粒在水泥表面形成的水合物膜层膜层长大并相互连接（凝结）水合物进一步发展，填充毛细孔（硬化）开始凝结开始凝结产生强度产生强度JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO39/54水泥石中多余的水水泥石中多余的水( (自由水和吸附水自由水和吸附水) )蒸发后会在水泥中留下微孔蒸发

34、后会在水泥中留下微孔( (裂纹裂纹) )，从而降低水泥石强度，从而降低水泥石强度。影响水泥凝结硬化的因素影响水泥凝结硬化的因素主要主要有：熟料有：熟料矿物成分、水泥的细度、矿物成分、水泥的细度、用用水量、养护时间水量、养护时间、石膏、石膏掺量、温度掺量、温度和湿度。和湿度。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO40/54JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO41/541 1、技术要求、技术要求四、硅酸盐水泥的四、硅酸盐水泥的技术技术要求要求及及性能性能JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILI

35、AOJIANZHUCAILIAO42/54 化学指标化学指标（1 1）不）不溶物溶物不不溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液溶物是指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸处理，经盐酸中和过滤后中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥泥质有不良影响。质有不良影响。（2 2）烧）烧失量失量烧失量是用来限制石膏和烧失量是用来限制石膏和混合材料中混合材料中的杂质，以保证水泥的杂质，以保证水泥质量。质量。（3 3）三氧化硫三氧化硫水泥水泥中中过量的过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，三氧化硫会与铝酸三

36、钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，危害安定性。危害安定性。（4 4）氧化镁）氧化镁因水泥中氧化镁水化生成因水泥中氧化镁水化生成氢氧化镁氢氧化镁，体积膨胀，而其水化速度，体积膨胀，而其水化速度慢，慢，须以压蒸的须以压蒸的方法加快其方法加快其水化，方水化，方可判断其安定性可判断其安定性。（5 5）氯离子氯离子因一定因一定含量的氯离子含量的氯离子会腐蚀钢筋，故须加以限制。会腐蚀钢筋，故须加以限制。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO43/54 碱碱含量含量( (选择性指标选择性指标) )水泥水泥中碱含量按中碱含量按NaNa2 20+0.658 K0+0.6

37、58 K2 2O O计算值表示。若使用活性骨料，用计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.600.60或由买卖或由买卖双方协商确定双方协商确定。 物理指标物理指标（1 1）凝结时间）凝结时间硅酸盐水泥硅酸盐水泥初凝时间不小于初凝时间不小于45 min45 min，终凝时间不大于，终凝时间不大于390 min390 min。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥初凝不小于45

38、min45 min，终凝不大于，终凝不大于600min600min。（2 2）安定性）安定性沸沸煮法合格煮法合格。水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO44/54（2 2）安定性）安定性沸沸煮法合格煮法合格。水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。如水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为安定性不良。安定性不良会使混凝土构件产生裂缝，降低工程质量。产生安定性不良的因素是水泥中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁以及石膏掺入量过高。FZ-31A型全

39、不锈钢沸煮箱：型全不锈钢沸煮箱： 对水泥安定性能进行雷氏法及试饼法两种测定，对升温与保温仪器均可实行自动控制。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO45/54（3 3）强度）强度不同不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同龄期的强度应品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，其不同龄期的强度应符合下表的符合下表的规定规定。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO46/54（4 4）细度）细度( (选择性指标选择性指标) )硅酸盐水泥和普通硅酸硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面盐水泥的细度以比表面积表示，

40、其比表面积不积表示，其比表面积不小于小于300m300m/kg/kg；矿渣硅；矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水盐水泥和复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，泥的细度以筛余表示，其其8080m m方方孔筛筛余不孔筛筛余不大于大于1010或或4545 m m方方孔孔筛筛余不大于筛筛余不大于3030。DBT-127电动勃氏电动勃氏透气比表面积仪透气比表面积仪： 用作测定水泥及其它粉状材料的比表面积与细度。FSY-150型水泥细型水泥细度负压筛析仪：度负压筛析仪： 用来测定各种水泥颗粒细度等专用仪器。 JIANZHUCAILIAOJI

41、ANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO47/542 2、硅酸盐水泥的性质及应用、硅酸盐水泥的性质及应用JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO48/54其他常用水泥的主要特性其他常用水泥的主要特性JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO49/543 3、减水剂和加气剂的应用、减水剂和加气剂的应用1 1）减水剂）减水剂品种最多，应用最广的混凝土外加剂。品种最多，应用最广的混凝土外加剂。组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物 质质可

42、溶于水，能显著降低水的表面张力；可溶于水，能显著降低水的表面张力；能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。分子层，降低水固界面张力。减水剂减水剂的物理化学特征的物理化学特征JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO50/54分类：分类：按照用途：按照用途：普通减水剂普通减水剂( (也称塑化剂，也称塑化剂，PlasticiserPlasticiser) )；高效减水剂高效减水剂( (也称超塑化剂，也称超塑化剂，SuperplasticiserSuperplastic

43、iser) )。早强减水剂；早强减水剂；缓凝减水剂；缓凝减水剂；引气减水剂。引气减水剂。按照化学成分：按照化学成分：木质素系减水剂木质素系减水剂多环芳香族磺酸盐系减水剂多环芳香族磺酸盐系减水剂水溶性树脂磺酸盐系减水剂水溶性树脂磺酸盐系减水剂JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO51/54由于由于水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间的的相互吸力，导致水泥颗粒之间和水泥颗粒与水之间的的相互吸力，导致水泥颗粒在水中分散困难，水泥颗粒容易相互粘聚形成絮凝水泥颗粒在水中分散困难，水泥颗粒容易相互粘聚形成絮凝结构，有结构，有1030%1030%的拌和水被包含在其中，

44、从而降低了水泥浆的拌和水被包含在其中，从而降低了水泥浆的流动性。的流动性。 当减水剂加入水泥浆中，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，当减水剂加入水泥浆中，减水剂分子吸附在水泥颗粒表面，作定向排列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆结构作定向排列，组成了单分子或多分子吸附层，使水泥浆结构发生了的变化：发生了的变化：水泥颗粒表面带相同电荷，相互间的静电斥力使水泥颗粒易于分散； 减水剂分子链上的极性基团使水泥颗粒表面溶剂化层增厚，产生空间位阻，增加了水泥颗粒间的滑动能力，减少了粘滞性，增加润滑性；水泥颗粒易于湿润，自动粘聚能力减弱，塑化能力增强。 作用机理作用机理JIANZHUCAILIAOJIANZ

45、HUCAILIAOJIANZHUCAILIAO52/54减水剂分散水泥的机理减水剂分散水泥的机理 加减水剂前 加减水剂后絮 凝分 散JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO53/54没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆作用效果作用效果JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO54/542 2）引气剂）引气剂与减水剂作用类似。与减水剂作用类似。组成组成特点：特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂带有憎水基和亲水基的表面活性剂物理化学物理化学特性：特性：可溶于水；可溶于水；降低水的表面张力；降低水的表面张力；能吸附

46、在气泡表面，使之稳定。能吸附在气泡表面，使之稳定。亲水基团憎水基团气泡JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO55/54 常用引气剂常用引气剂 ：松香松香热聚物；热聚物；松香皂；松香皂；烷基苯磺酸钠；烷基苯磺酸钠；脂肪酸硫酸钠；脂肪酸硫酸钠；烷基酚环氧乙烷缩合物等烷基酚环氧乙烷缩合物等。其其用量一般为水泥质量的用量一般为水泥质量的(0.51.2)/10000 (0.51.2)/10000 水水中加入引气剂中加入引气剂后：后：水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；泡；通过吸附于气泡表

47、面形成单分子膜，减小液气界面能通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液气界面能( (表表面张力面张力) )，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO56/54 引气剂的作用效果引气剂的作用效果（1 1）改善混凝土拌合物的和易性）改善混凝土拌合物的和易性。微小。微小而封闭的气泡可起滚而封闭的气泡可起滚珠作用，减少颗粒间的珠作用，减少颗粒间的摩擦阻力。摩擦阻力。（2 2）提高混凝土的抗渗性、抗冻性）提高混凝土的抗渗性、抗冻性。（3 3）降低混凝土强度。当水灰比固定时，混凝土中

48、空气量每）降低混凝土强度。当水灰比固定时，混凝土中空气量每增增1%(1%(体积体积) )，其抗压强度下降，其抗压强度下降3%3%5%5%。（4 4）降低混凝土弹性模量。由于大量气泡的存在，使混凝土）降低混凝土弹性模量。由于大量气泡的存在，使混凝土的弹性变形增大，弹性模量有所降低，这对提高混凝土的抗的弹性变形增大，弹性模量有所降低，这对提高混凝土的抗裂性是有利的裂性是有利的。（5 5）不能用于预应力混凝土和蒸气）不能用于预应力混凝土和蒸气( (或蒸压或蒸压) )养护混凝土。养护混凝土。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO57/54 思考：思考：减水

49、剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当减水剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当引气剂用？为什么？引气剂用？为什么？答：不能。答：不能。因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂分子的碳氢链是非极性与水有较强的相互作用；而引气剂分子的碳氢链是非极性的，完全憎水。的，完全憎水。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO58/54五、掺混合材料的硅酸盐水泥五、掺混合材料的硅酸盐水泥1 1、分类、分类按照按照混合材料的品种和掺量分为混合材料的品种和掺量

50、分为：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥泥和复合硅酸盐水泥品种代号熟料+石膏矿渣火山灰粉煤灰普通水泥P.O80且955且20矿渣水泥P.S.A50且8020且50P.S.B30且5050且70火山灰水泥P.P60且8020且40粉煤灰水泥P.F60且8020且40复合水泥P.C50且8020且50JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO59/54组成特点：组成特点：相同点：硅酸盐水泥熟料、适量石膏相同点：硅酸盐

51、水泥熟料、适量石膏不同点：掺有不同种类和数量的混合材料不同点：掺有不同种类和数量的混合材料2 2、水化硬化过程水化硬化过程1 1）水化）水化反应过程：反应过程：掺混合材料的硅酸盐水泥中熟料矿物较少，而活性混合材料掺混合材料的硅酸盐水泥中熟料矿物较少，而活性混合材料较多，所以其水化硬化过程较为复杂。就局部而言，其水化较多，所以其水化硬化过程较为复杂。就局部而言，其水化反应是分两步进行的反应是分两步进行的。拌水后，首先是熟料矿物、石膏与水作用，生成水化硅酸钙拌水后，首先是熟料矿物、石膏与水作用，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、氢氧化钙、水化硫铝酸钙等。这个过程以及、水化铝酸钙、氢氧化钙、水化硫铝酸钙等

52、。这个过程以及水化产物与纯硅酸盐水泥是相同的。水化产物与纯硅酸盐水泥是相同的。 JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO60/54随后熟料矿物水化生成的随后熟料矿物水化生成的CaCa(OH)(OH)2 2成为碱性激发剂，与活性成为碱性激发剂，与活性混合材料中的活性混合材料中的活性AlAl2 2O O3 3和活性和活性SiOSiO2 2发生反应，生成水化硅发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。水泥中所含的石膏则作为硫酸盐激发酸钙和水化铝酸钙。水泥中所含的石膏则作为硫酸盐激发剂，生成水化硫铝酸钙剂，生成水化硫铝酸钙。水泥熟料矿物水化后的产物又与活性氧化物

53、进行反应，生水泥熟料矿物水化后的产物又与活性氧化物进行反应，生成新的水化产物的反应，称为二次反应或二次水化反应成新的水化产物的反应，称为二次反应或二次水化反应。2 2）水化）水化反应的特征及意义反应的特征及意义（1 1）将硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸盐水泥水化生成）将硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸盐水泥水化生成C-S-C-S-H H的反应进行对比：的反应进行对比：JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO61/54硅酸盐水泥硅酸盐水泥：CS+H C-S-H+CHCS+H C-S-H+CH掺混合材料的硅酸盐水泥：掺混合材料的硅酸盐水泥：活性活性材料材料+CH+

54、H C-S-H+CH+H C-S-H（2 2）反应特征及意义：）反应特征及意义：第一：反应速度缓慢，因此放热速度和强度发展也较慢。第一：反应速度缓慢，因此放热速度和强度发展也较慢。第二：反应消耗第二：反应消耗CHCH而不是生成而不是生成CHCH，这对于酸性环境中水泥石的，这对于酸性环境中水泥石的耐久性有重要意义。耐久性有重要意义。第三：活性产物可以有效地填充毛细孔，改善系统的强度和抗第三：活性产物可以有效地填充毛细孔，改善系统的强度和抗渗性。渗性。快快慢慢JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO62/542 2、掺、掺混合材料硅酸盐水泥混合材料硅酸盐

55、水泥的特性的特性1 1）矿渣水泥）矿渣水泥（1 1）耐热性好：适宜配制耐热混凝土。）耐热性好：适宜配制耐热混凝土。（2 2）抗渗性、抗冻性及抗干湿交替作用的能力差。）抗渗性、抗冻性及抗干湿交替作用的能力差。因为矿渣有尖锐棱角，其标准稠度需水量较大，而其保水因为矿渣有尖锐棱角，其标准稠度需水量较大，而其保水性较差，泌水性大，易形成毛细管道或粗大孔隙，降低混性较差，泌水性大，易形成毛细管道或粗大孔隙，降低混凝土的密实性和均匀性，同时干缩性较大，易形成裂缝。凝土的密实性和均匀性，同时干缩性较大，易形成裂缝。不适用于受冻或干湿交替的建筑部位。不适用于受冻或干湿交替的建筑部位。JIANZHUCAILIA

56、OJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO63/542 2）火山灰）火山灰水泥水泥（1 1）抗裂性、抗冻性差）抗裂性、抗冻性差火山灰质混合材料是多孔性物质，内比表面积大，需水量大火山灰质混合材料是多孔性物质，内比表面积大，需水量大，造成水泥石中有较多的游离水分，这些水分在干燥环境中，造成水泥石中有较多的游离水分，这些水分在干燥环境中蒸发而引起水泥石的收缩，因此在干热条件下会产生起粉现蒸发而引起水泥石的收缩，因此在干热条件下会产生起粉现象；同时在水泥石中产生连通的毛细孔，降低抗冻性。象；同时在水泥石中产生连通的毛细孔，降低抗冻性。不适用于干燥环境不适用于干燥环境。（2 2）抗渗性

57、好。）抗渗性好。在潮湿环境下，火山灰质混合材料会吸收石灰而产生膨胀胶在潮湿环境下，火山灰质混合材料会吸收石灰而产生膨胀胶化作用，使水泥石结构致密，火山灰水泥在潮湿条件下有较化作用，使水泥石结构致密，火山灰水泥在潮湿条件下有较高的密实度和抗渗性。高的密实度和抗渗性。适用于水中、地下及潮湿环境中适用于水中、地下及潮湿环境中。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO64/543 3）粉煤灰水泥）粉煤灰水泥（1 1）需水量少，泌水性小，和易性好。）需水量少，泌水性小，和易性好。粉煤灰水泥这一优点主要得益于粉煤灰的颗粒形态效应。粉煤灰水泥这一优点主要得益于粉煤

58、灰的颗粒形态效应。粉煤灰中含有大量致密的球形玻璃体颗粒，比表面积小，粉煤灰中含有大量致密的球形玻璃体颗粒，比表面积小，对水的吸附能力小，所以需水量少，而且微珠颗粒具有良对水的吸附能力小，所以需水量少，而且微珠颗粒具有良好的保水能力，减少泌水现象的效果尤其明显。好的保水能力，减少泌水现象的效果尤其明显。（2 2）干缩性小，抗裂性好。）干缩性小，抗裂性好。粉煤灰水泥的需水量少，因而干缩性小。水泥的抗裂性能粉煤灰水泥的需水量少，因而干缩性小。水泥的抗裂性能与其干缩性能、抗拉强度密切相关。干缩越小，抗拉强度与其干缩性能、抗拉强度密切相关。干缩越小，抗拉强度越高，产生裂缝的机会越少，抗裂性能越好。越高，

59、产生裂缝的机会越少，抗裂性能越好。（3 3）抗冻性差。）抗冻性差。 因为粉煤灰的玻璃体结构致密，相比而言，粉煤灰的活性因为粉煤灰的玻璃体结构致密，相比而言，粉煤灰的活性比矿渣、火山灰的活性稍差。比矿渣、火山灰的活性稍差。JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO65/54在性能上与硅酸盐水泥相比在性能上与硅酸盐水泥相比名称名称凝结速凝结速度度强度强度水化热水化热耐腐蚀耐腐蚀性性抗冻性抗冻性P. P. 快快高高多多差差好好P.OP.O较快较快较高较高较多较多较差较差较好较好P.SP.S慢慢早期低，后期早期低，后期增长快增长快少少好好差差JIANZHUCA

60、ILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO66/54掺混合材料水泥性能比较掺混合材料水泥性能比较名称名称前五种性前五种性能能耐热性耐热性抗干缩性抗干缩性抗渗性抗渗性P.S同同P.S好好差，易产生裂缝差，易产生裂缝差差P.P差差差，干热条件下差，干热条件下易起粉易起粉好好P.F差差好，抗裂性好好，抗裂性好差差JIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAOJIANZHUCAILIAO67/54六、其他水泥六、其他水泥1 1、铝、铝酸盐水泥酸盐水泥1 1）高）高铝水泥的性能及应用铝水泥的性能及应用1 1、水化放热率高，水化快、水化放热率高，水化快，早期强度发展非常快