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概述

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。概述什么是水泥(cement)?水泥的特性膨胀水泥快1概述

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?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

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。

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。硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥;掺混合材的硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥硅酸盐水泥有PⅠ和PⅡ两类,后者含有混合材。

概述什么是水泥(cement)?硅酸盐系水泥硅酸盐水2水泥在土木工程中的重要作用建筑工业的粮食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!水泥在土木工程中的重要作用3硅酸盐水泥的历史埃及时代煅烧石膏—金字塔希腊与罗马人发明了煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆希腊与罗马人黏土或泥土、石灰与砂—胶凝材料罗马人用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料—混凝土、砌块中世纪,该项技术失传,到11世纪建材低到最低点14世纪后期,石灰技术和火山灰利用再次升起1759~1759年,英国人JohnSmeaton将石灰与火山灰混合—胶凝材料;法国的Lesage和Vicat,英国的Frost和Parke,煅烧石灰与粘土混合物—水泥1824年,英国的砖瓦匠JosephAspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术1871年,美国宾夕法尼亚,发明世界上第一台回转窑,使水泥生产大规模化硅酸盐水泥的历史埃及时代煅烧石膏—金字塔43.1常用水泥学习硅酸盐水泥的矿物组成,及其与其他水泥的差别;水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。

3.1常用水泥学习5硅酸盐水泥什么是硅酸盐水泥?硅酸盐水泥是怎样制造?硅酸盐水泥的组成?水泥浆如何转变成坚硬固体?水泥应满足哪些技术性质?如何正确使用水泥?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、检测方法及硅酸盐水泥的应用。

凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥(即国外通称的PortlandCement).硅酸盐水泥什么是硅酸盐水泥?重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成6硅酸盐水泥的生产原料石灰质原料(CaO)

:石灰石、白垩等,占2/3粘土质原料(SiO2、Al2O3):粘土,占1/3校正原料:补充两种原料中所缺少的铁。制造工艺原料经粉磨混合后得到水泥生料生料经窑内煅烧得到水泥熟料水泥熟料+石膏(或再+混合材)一起经粉磨混合后得到水泥自动化生产过程“两磨一烧”水泥生料可以是:与水混合成浆体—湿法工艺加少量水制成料球—半干法工艺加稍多水制成湿球—半湿法工艺干粉混合物—干法工艺硅酸盐水泥的生产“两磨一烧”水泥生料可以是:7硅质(粘土)钙质(石灰石)1450℃校正原料石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉磨煅烧粉磨

原料采掘原料磨细原料混合反应物+产物+中间产物预热器+回转窑产物熟料冷却熟料储存硅酸盐水泥熟料制造工艺流程硅质钙质1450℃校正石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥8水泥制造厂全貌水泥的制造工艺全貌水泥生料煅烧回转窑回转窑尾1450~1500C水泥制造厂全貌水泥的制造工艺全貌水泥生料煅烧回转窑回转窑尾19硅酸盐水泥的组成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(矿渣或石灰石粉末)MineralAdditives硅酸盐水泥熟料: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的产物。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:增加产量,降低成本,调节水泥的强度等级,改善水泥性能、扩大水泥品种。必要组分硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥必要组分10水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿11硅酸盐水泥熟料的组成一、化学组成化学组成主要成分少量杂质CaOSiO2Al2OFe2O3MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。简写CSAF含量(%)62~6720~242~64~7总量(%)>95%~5%硅酸盐水泥熟料的组成一、化学组成化学主要成分少量杂质CaOS12矿物名称矿物式缩写英文名称含量(%)硅酸三钙3CaO·SiO2C3SAlite37~6075硅酸盐矿物硅酸二钙2CaO·SiO2C2SBelite15~37铝酸三钙3CaO·Al2O3C3AAluminate7~1522熔剂矿物铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AFFerrite10~18二、矿物组成

硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分不定的玻璃体、f—CaO、f—MgO及含碱矿物。矿物名称矿物式缩写英文名称含量(%)硅酸三钙3CaO·13总结(Summary)高铝水泥的特点与应用硅酸钙为主要成分的产物。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;水泥浆如何转变成坚硬固体?温度低于0C时,水化反应基本停止。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;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;不溶物和烧失量不合格品校正原料:补充两种原料中所缺少的铁。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,Al3+对凝胶微粒聚集有促进作用;终凝时间太长,强度增长缓慢,也会影响施工,即为不合格品。2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羟钙石受冻、耐磨、施工温度低工程,粒化高炉矿渣—炼钢铁的废料孔径<50nm的孔隙中的水—毛细张力水C-S-H和CH快速形成水泥石受硫酸盐侵蚀后,内部形成膨胀性结晶产物硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分反应物+产物+中间产物总结(Summary)14熟料各矿物的特点

C3S:为主要强度组分,与水作用快,硬化快,强度最高,凝结时间正常;但水化热高,抗水性差,煅烧困难(1450℃)。C2S:常以β--C2S形式存在。水化较慢,凝结硬化慢,早强低,后强高,一年后可赶上A矿,抗硫酸盐侵蚀性好,抗水性好,水化热低,煅烧较容易(800℃)。熟料各矿物的特点C3S:为主要强度组分,与水作用快,硬化快15C3A

水化迅速,放热多,凝结快,易急凝,硬化快,早强高,但强度值不高,后期甚至倒缩,干缩变形大,抗硫酸盐性能差。C4AF:是一平均成分为C4AF的铁相固溶体。水化速度早期C3S<C4AF<C3A,后期C4AF<C3S。早强~C3A,后强~C2S,抗冲击及抗硫酸盐侵蚀性好,水化热较低。C3A16f—CaO定义在熟料煅烧过程中,没被吸收的呈游离状态存在的氧化钙。危害

f—CaO+H2OCH

死烧f—CaO结构致密,水化很慢,在混凝土硬化后水化,体积膨胀97.9%,使制品胀裂,造成安定性不良。指标要求:干回转窑<1.5%,机立窑<3%。

f—CaO定义17f—MgO

以方镁石晶体形式存在,结构更致密,水化更慢(几年、几月才明显),体积胀大148%,危害更大。玻璃体高温熟料急冷时,部分液相来不及析晶成为玻璃体,主要成分为Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O及f—CaO、f—MgO等。f—MgO18硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成硅酸三钙C3S硅酸二钙C2S铝酸三钙C3A铁铝酸四钙C4AF与水反应速度中慢快中水化热中低高中对强度的作用早期良差良良后期良优中中耐化学侵蚀中良差优干缩性中小大小硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙19

硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特点:普通早强低热抗硫酸盐

ABCDCaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345f-CaO1111SO32222硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S20水泥熟料化学组成与矿物组成的确定方法水泥熟料中化学成分及其含量直接通过化学分析方法确定:

GB/T176—1996水泥化学分析方法(eqvISO680:1990)水泥熟料的4种矿物的含量不能直接通过分析方法确定,而是采用Bogue方程计算获得:

Bogue方程:(C3S)=4.07(C)-7.60(S)-6.72(A)-1.43(F)-2.85(Ŝ)(C2S)=2.87(S)-0.754(C3S)(C3A)=2.65(A)-1.69(F)(C4AF)=3.04(F)式中:括号表示该物相的质量百分数,Ŝ=SO3水泥熟料化学组成与矿物组成的确定方法水泥熟料中化学成分及其含21硅酸盐水泥的凝结硬化

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。硅酸盐水泥的凝结硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反22为什么水泥能由浆体变成固体?水泥与水能发生化学反应——水化反应;水化反应将结合占水泥质量30%左右的拌和水;水化反应的产物——水化物能相互凝聚成三向网络结构;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。为什么水泥能由浆体变成固体?水泥与水能发生化学反应——水化反23需学习与掌握的内容:化学过程——水泥熟料矿物的水化反应石膏的作用物理过程——水泥浆的凝结硬化硬化水泥浆的组成与结构水泥浆凝结硬化的影响因素需学习与掌握的内容:化学过程——水泥熟料矿物的水化反应24一、硅酸盐水泥的水化特征:水泥熟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。反应分类: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的水化一、硅酸盐水泥的水化特征:25硅酸钙C3S与-C2S的水化硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3(C-S-H凝胶)和Ca(OH)2(羟钙石),并放出热:

硅酸三钙:2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二钙:2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羟钙石特征形成相同的水化物

组成不确定的C-S-H凝胶CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2nH2O

(x,z与温度、水灰比等有关),其中钙硅比(C/S):CaO/SiO2=(x+z)/2C3S反应速度比C2S快,其放热量比C2S大。水化机理固相颗粒表面的局部反应。溶液中反应水化度%水化时间(天)硅酸钙C3S与-C2S的水化硅酸钙水化生成水化硅酸钙C326溶液中的反应机理:溶解扩散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结晶生长溶液中的反应机理:溶解扩散沉淀离子在水中的扩散C327结晶性差的纤维~网状,胶体尺寸颗粒的聚集体。2.抗冻性及耐磨性较好,干缩性较小水泥水化反应所结合到水化物中的水,只有加热到900~1000C才会失去。硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分水泥是一种胶凝材料,是主要的结构材料之一,因此,它必须具有强度和体积安定性;快硬水泥:快硬水泥熟料+石膏纯C3A与水反应迅速,生产水化铝酸钙:(4)放热减速期—放热达到峰值后,放热速度逐渐减慢,表明反应逐渐减速。(2)Ca(OH)2——羟钙石(portlandite)细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比=1.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。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;C3A+3CŜ·H2+26HC3A·3CŜ3·H32+300cal/gⅠ型硅酸盐水泥≯0.二、白色及彩色硅酸盐水泥C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小。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;其它品种水泥硅酸钙矿物颗粒的电镜照片试从应用的角度,分析水泥的技术性质及其要求?C-S-H凝胶体结构水化硅酸钙的形成重新排列和凝聚后的凝胶体结构结晶性差的纤维~网状,胶体尺寸颗粒的聚集体。C-S-H凝胶体28硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物——C-S-H与Ca(OH)硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物29铝酸三钙C3A的水化铝酸钙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[C2AH8+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。铝酸三钙C3A的水化铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别30铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应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+3CŜ·H2+26HC3A·3CŜ3·H32+300cal/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+C3A·3CŜ3·H32+4HC3A·CŜ3·H12

(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:钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢;在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层,延缓了水泥颗粒的水化,避免闪凝或假凝。铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应C3A与石膏反应首先形成31铁铝酸四钙C4AF的水化铁铝酸四钙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+7HC3AFH6

+CFH

C4AF

+3CŜ·H2+26HC3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF

+CŜ·H2+20HC3(A,F)·CŜ3·H16C4AF水化物的组成可变,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。铁铝酸四钙C4AF的水化铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C332总结(Summary)硅酸钙的水化2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羟钙石铝酸钙的水化C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3A+3CŜ·H2+26HC3A·3CŜ3·H32+300cal/g

(钙钒石)C3A+C3A·3CŜ3·H32+4HC3A·CŜ3·H12铁铝酸钙的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3CŜ·H2+26HC3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF

+CŜ·H2+26HC3(A,F)·CŜ3·H12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。总结(Summary)硅酸钙的水化水泥的水化过程:33石膏的作用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。石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。34水泥水溶解沉淀水泥浆的凝结硬化过程扩散二、水泥浆的凝结硬化过程水泥水溶解沉淀水泥浆的凝结硬化过程扩35单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌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CSHCa(OH)2晶体单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌1小时后数小时后几天36普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.固相颗粒表面的局部反应。检验方法——软练胶砂法。水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.后期C4AF<C3S。不定的玻璃体、f—CaO、f—MgO及含碱矿物。答:不溶物是指水泥经酸和碱处理后,不能被溶解的残余物;石膏:调节水泥的凝结时间;硅酸钙的水化产物——C-S-H与Ca(OH)不溶物和烧失量不合格品几分钟内,Ca2+、SO4+、Al3+、OH-离子间反应,形成钙钒石;产生不均匀体积变化,造成水泥石开裂、翘曲。在使用环境中,硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用,其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害,导致性能改变、强度下降等。水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响;(1)硅酸钙水化物CalciumSilicateHydrate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、检测方法及硅酸盐水泥的应用。C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gelpores适用于大体积混凝土,如大坝水利工程;1.泌水性小(颗粒细),抗渗性好体,主要成分为Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、R2O及硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分先在固-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Ca(OH)2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。水泥浆凝结硬化过程普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.先在固-液界面发37熟料矿物水化物量随时间的增长

随着水泥的水化,水化产物量不断增加,水化物固相所占据的空间越来越多,而原来由水占据的空间越来越少,固体连续相逐渐形成。熟料矿物水化物量随时间的增长随着水泥的水化,水化产38硅酸盐水泥水化放热曲线水化放热速度溶解:钙钒石形成诱导期:Ca2+浓度增加C-S-H和CH快速形成初凝终凝单硫型硫铝酸钙形成扩散控制反应硅酸盐水泥水化放热曲线水化放热速度溶解:钙钒石形成诱导期:C39水泥浆水化放热过程水泥熟料矿物的水化是放热反应,C3S和C3A放热最大,最快;而C2S放热最小,最慢。水泥水化放热四阶段:(1)初始放热—水泥与水一接触,立即放热,放热速度dQ/很快,表明反应激烈。(2)放热停滞期—放热很慢,接近停滞,表明反应停顿。(3)放热加速期—放热速度逐渐加快,达到放热峰值,表明反应逐渐加快。(4)放热减速期—放热达到峰值后,放热速度逐渐减慢,表明反应逐渐减速。水泥浆水化放热过程水泥熟料矿物的水化是放热反应,C3S和C340应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题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;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,Al3+对凝胶微粒聚集有促进作用;石膏与C3A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Al3+浓度,延缓了水泥浆的凝结速度。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;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强,产生的强度越来越高。应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥生产中为什么掺加石膏?41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,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。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,强度大为降低。

水泥浆体强度的增长规律是什么?42三、硬化水泥浆体—水泥石的组成与结构水泥石的组成固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒胶体相:水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等;晶体相:硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等;气相—各种尺寸的孔隙与空隙凝胶孔毛细孔工艺空隙液相—水或孔溶液自由水吸附水凝胶水水泥石的组成随水泥水化度而变三、硬化水泥浆体—水泥石的组成与结构水泥石的组成43硬化水泥浆体—水泥石的微结构水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体;各种物相分布不均;各种物相的尺寸不等,形貌不一。

由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构,大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。水化良好的水泥石微结构:“A”代表结晶性差、胶体尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚体,颗粒间隙尺寸0.5~3.0nm;“H”代表六方晶体相,尺寸为1m;“C”代表没有被水化物填充,原来由水占据的毛细孔隙或空隙,尺寸在10nm~m。硬化水泥浆体—水泥石的微结构水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为44水泥浆中的固体相水泥石中有四种主要固体相水化硅酸钙氢氧化钙水化硫铝酸钙未水化的水泥颗粒水泥浆中的固体相水泥石中有四种主要固体相45水泥浆中的固体相(1)硅酸钙水化物CalciumSilicateHydrate缩写:C-S-H体积含量:占水泥石体积的50~60%。主要特性:

高比表面积(100to700m2/g)

次价键(范得华力)很强强度。结构特点:结晶性很差,呈折叠层状结构;组成特点:组成可变,钙/硅(C/S)比=1.5~2.0,结构水不等。形貌:结晶性差的纤维~网状,胶体尺寸颗粒的聚集体。C-S-H形貌C-S-H的分子结构硅酸钙水化物——C-S-H的胶体结构水泥浆中的固体相(1)硅酸钙水化物CalciumSil46硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分(钙钒石)Aft—针状晶体;受压面积为4040=1600mm2。水泥熟料矿物组成对强度的影响死烧f—CaO结构致密,水化很慢,在混凝土硬化水泥宜在什么条件下凝结硬化?高铝水泥,熟料矿物主要为铝酸钙,快硬,耐高温等。七铝酸十二钙12CaO7Al2O3,C12A7快硬水泥:快硬水泥熟料+石膏检验方法——软练胶砂法。减少水泥中熟料矿物含量,降低水化热;表面积较小、次价键力弱耐久性和强度。为了浇注成型施工,应对凝结时间有所限制;石膏(CaSO42H2O)Gypsum表面积较小、次价键力弱耐久性和强度。C3S、C3A的含量低,要求C3S的含量低于50.硅酸盐水泥的品种及矿物含量答:水泥矿物的水化反应是放热反应,水泥颗粒越细,水化反应速度越快。几分钟内,Ca2+、SO4+、Al3+、OH-离子间反应,形成钙钒石;C3A+C3A·3CŜ3·H32+4HC3A·CŜ3·H12水泥浆中的固体相(2)Ca(OH)2——羟钙石(portlandite)缩写:CH体积含量:

占水泥石体积的20~25%;特征:表面积较小、次价键力弱耐久性和强度。组成特点:组成确定——Ca(OH)2。结构特点:六方片状晶体,与天然羟钙石Portlandite相似。形貌:大片状晶体的堆积体。氢氧化钙晶体形貌生长在水泥石孔隙中的六方片状的羟钙石晶体硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分水泥浆中的固体47(3)水化硫铝酸钙CalciumSulfoaluminateHydrates缩写:Aft、Afm含量:占水泥石体积的15~20%。组成特点:开始时,形成三硫型硫铝酸钙——钙钒石ettringite(Aft)后期,转变为单硫型硫铝酸钙monosulfatehydrates(Afm)结构特点:结晶性好的晶体形貌:

Aft—针状晶体;Afm—六方片状晶体水泥浆中的固体相典型Afm六方片状晶体和Aft针状晶体的形貌水泥浆中的钙钒石生长在水泥石孔隙中的针状的钙钒石晶体(3)水化硫铝酸钙CalciumSulfoaluminat48水泥石中的孔隙C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gelpores尺寸=5~25Å含量:约占C-S-H凝胶的28%对强度和抗渗性无害,对干缩和徐变有一定影响毛细孔CapillaryVoids尺寸>50nm,与水灰比有关对强度和抗渗性有害,对干缩和徐变有重大影响空隙AirVoids夹杂的空气泡:~3mm引入的空气泡:50~200m对强度和抗渗性非常有害黑色代表孔隙水泥石中的孔隙C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gel49水泥石中的水水蒸气大的孔隙部分被水填充,剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水蒸气。毛细孔水—毛细孔和大的凝胶孔中的水孔径>50nm的孔隙中的水—自由水孔径<50nm的孔隙中的水—毛细张力水吸附水

固体表面吸附的水,5个水分子层,厚度1.3nm,干燥到30%的相对湿度,可失去。层间水

小于2.6nm的凝胶孔中的水,强干燥到10%相对湿度时,可失去。化学结合水

水泥水化反应所结合到水化物中的水,只有加热到900~1000C才会失去。化学结合水量可用于测定水泥水化度。

(105C)可蒸发水(105C)不可蒸发水水泥石中的水水蒸气(105C)可蒸发水(105C)50(1)水泥矿物组成(2)水泥细度(3)养护条件(温度、湿度)与时间(4)拌合用水量(5)水泥中的混合材(6)水泥外加剂四、影响水泥凝结硬化的主要因素

水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化,水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数:

R(t)=f(C3S)·f(细度)·f(T)·f(W/C)(1)水泥矿物组成四、影响水泥凝结硬化的主要因素水泥51水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度(%)时间(天)水泥熟料矿物组成的影响水泥熟料矿物的水化速度:

C3A>C3A+CaSO42H2O>C3S~C4AF>C2S水泥的C3A和C3S含量越高,凝结硬化速度越快;水泥的C3A和C3S含量越低,凝结硬化速度越慢;水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度(%)时间(天)水泥熟料矿52石膏掺量的影响石膏主要降低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的影响石膏主要降低C3A的水化速度;石膏掺量对C3A53水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细,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m2/kg放热速度时间/小时细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比=1.0)水化速度(放热量)的影响水化度(%)比表面积(m2/cm3)水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细,水化速度越快,为什么?54水泥细度FinenessofCement粒径:<3µm水化非常迅速,需水量增大;

<40µm水化较慢,内芯难以水化。

>90µm几乎接近惰性。水泥细度粒径:<3µm水化非常迅速,需水量增大;55温度与湿度的影响温度升高,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与湿度的影响温度升高,水化反应加快,凝结硬化加速,为什么56未水化水泥毛细孔水泥凝胶体积比水灰比长时间放置在水中的水泥浆体水化最终生成物未水化毛细孔水泥凝胶体积比水灰比长时间放置在水中的水泥浆体水57C3A>C3A+CaSO42H2O>C3S~C4AF>C2S不溶物和烧失量不合格品SO32222后期,转变为单硫型硫铝酸钙monosulfatehydrates(Afm)C2S:常以β--C2S形式存在。C-S-H+羟钙石为了浇注成型施工,应对凝结时间有所限制;水化物的分解、溶失,造成水泥石密实度下降,孔缝增多、强度降低,直至整体破坏。纯C3A与水反应迅速,生产水化铝酸钙:含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成分,如:氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。随着水泥的水化,水化产物量不断增加,水化物固相所占据的空间越来越多,而原来由水占据的空间越来越少,固体连续相逐渐形成。与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应水泥熟料+石膏(或再+混合材)一起经粉磨混合后得到水泥毛细孔CapillaryVoids各种物相的尺寸不等,形貌不一。随着水泥的水化,水化产物量不断增加,水化物固相所占据的空间越来越多,而原来由水占据的空间越来越少,固体连续相逐渐形成。粒径:<3µm水化非常迅速,需水量增大;固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒答:不溶物是指水泥经酸和碱处理后,不能被溶解的残余物;结晶性差的纤维~网状,胶体尺寸颗粒的聚集体。溶失性破坏,组成与结构发生很大改变。体积比未水化水泥水泥凝胶毛细孔长时间密封放置的水泥浆体水化最终生成物水灰比C3A>C3A+CaSO42H2O>C3S~C4AF58拌和用水量的影响重要概念:水灰比—水泥浆体中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。拌和用水量的影响重要概念:水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质59水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响60总结(Summary)C3S、C3A含量多,凝结硬化快,反之亦然。掺加混合材,熟料减少,凝结硬化速度减慢。有些化合物——外加剂可以使水泥浆体促凝或缓凝。

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,凝结硬化速度越慢。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

总结(Summary)C3S、C3A含量多,凝结硬化快,反之61各种物相的尺寸不等,形貌不一。C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gelpores总结(Summary)夹杂的空气泡:~3mm终凝时间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。烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。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。硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分硅酸钙水化物——C-S-H的胶体结构长时间密封放置的水泥浆体水化最终生成物细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比=1.水化物的分解、溶失,造成水泥石密实度下降,孔缝增多、强度降低,直至整体破坏。水泥中碱含量按Na2O+0.硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物,还含有少量成分水泥在土木工程中的重要作用Al2O37574硅酸盐水泥主要矿物组成与特性当介质中强碱浓度较高是,会造成水泥石的严重破坏。后水化,体积膨胀97.混合材:增加产量,降低成本,调节水泥的强度等级,改善水泥性能、扩大水泥品种。4.养护期较长,对养护温度敏感问题?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(20±10C)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。各种物相的尺寸不等,形貌不一。问题?水泥凝结硬化速度快,好吗62硅酸盐水泥的技术性质密度与堆积密度细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热不溶物和烧失量碱含量耐腐蚀性软水侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀强碱腐蚀防腐措施硅酸盐水泥的技术性质密度与堆积密度耐腐蚀性63一、密度与堆积密度密度

3.05~3.20,混凝土配合比计算时,一般取3.10。堆积密度

1000~1600kg/m3,在工地计算水泥仓库时,一般取1300kg/m3

。密度的测量方法

排液法,用煤油作为测量液体。

一、密度与堆积密度密度64二、细度定义

细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛分析法以80m方孔筛的筛余量表示;比表面积法以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为不合格品!

二、细度定义65问题:为什么需要规定水泥的细度?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,但是水化放热速度也快,水泥收缩也越大,对水泥石性能不利;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,容易受潮结块,反而降低强度。问题:为什么需要规定水泥的细度?解答:66三、标准稠度用水量

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:

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量一般在21%~28%。

三、标准稠度用水量标准稠度:67试锥下降高度水泥浆试锥试锥下降高度水泥浆试锥68问题:标准稠度用水量与什么因素有关?

为什么?

解答:

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,颗粒的表面吸附特性不同,吸附水量不同。

问题:标准稠度用水量与什么因素有关?

为什么?解答:69活性组分:SiO2、Al2O33nm,干燥到30%的相对湿度,可失去。早期增长快,随后逐渐减慢;为了浇注成型施工,应对凝结时间有所限制;C-S-H+羟钙石后水化,体积膨胀97.主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程。f—CaO、f—MgO等。初凝时间≥45min;水化热低,凝结时间较长,中热水泥抗冻性和耐磨性较好。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应,生成钙矾石,其体积增加2.重要概念:水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C);6nm的凝胶孔中的水,强干燥到10%相对湿度时,可失去。C3A+C3A·3CŜ3·H32+4HC3A·CŜ3·H12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。长时间密封放置的水泥浆体水化最终生成物初凝时间≥45min;四、影响水泥凝结硬化的主要因素四、凝结时间

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。初凝时间从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间;终凝时间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。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:硅酸盐水泥初凝时间≥45min;终凝时间<390min。活性组分:SiO2、Al2O3四、凝结时间概念70水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底1~2mm为初凝园弧形压痕终凝水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底1~2mm为初凝园弧形压71

国标规定:凡初凝时间不符合规定的水泥为废品;终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么?

答: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;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,即为废品;终凝时间太长,强度增长缓慢,也会影响施工,即为不合格品。国标规定:凡初凝时间不符合规定的水泥为废品;终凝时间不72五、体积安定性

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废品!为什么?五、体积安定性基本概念为什么?73水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO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,其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化,造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多,在水泥凝结硬化后,会有钙钒石形成,产生膨胀。水泥体积安定性不良的原因水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。水泥体积安定性74试饼法雷氏夹法合格标准:<5mm。肉眼观察表面有无裂纹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。体积安定性检测方法

试饼法雷氏夹法合格标准:<5mm。肉眼观察表面有无裂纹用直尺75六、强度

检验方法——软练胶砂法。测量规定龄期(3d、28d)的抗压强度和抗折强度。试件尺寸:4040160mm 棱柱体;胶砂配比:水泥:ISO标准砂:水=1:3:0.5;振动成型:在频率为2800~3000次/min,振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。试件养护:在20C1C,相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h,然后脱模在20C1C的水中养护至测试龄期;六、强度检验方法——软练胶砂法。76100mm160mmP抗折强度试验PP抗压强度试验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。100mm160mmP抗折强度试验PP抗压强度试验强度测量77强度等级:硅酸盐水泥用28天抗压强度的MPa值表示。

R为早强型:3天强度有较高要求

注意:各强度等级水泥任一龄期、任一强度≮国标规定数值。强度等级:硅酸盐水泥用28天抗压强度的MPa值表示。

R为早783d28d时间(d)强度(MPa)水泥强度发展规律早期增长快,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。3d28d时间(d)强度(MPa)水泥强度发展规律早期增长快79问题:为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等?

解答: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,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度,因此,为排除其它因素的影响,将这些因素统一规定,以便相互比较。问题:为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条80水泥石强度的影响因素水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力——次价键力在整个表面积上的积分和;水泥石内部水化物颗粒的表面积很大,因此,理论强度大于600MPa;影响水泥石强度的关键因素是孔隙率P:

Powers’s公式:=k(1-P3)影响孔隙率的因素均影响水泥石的强度水灰比水灰比越大,孔隙率越大,强度越低水泥组成:熟料矿物、混合材养护条件:温度、湿度、龄期水泥细度:水泥颗粒越细,强度发展越快水泥石强度与孔隙率的关系水泥熟料矿物组成对强度的影响水泥品种对强度的影响水泥细度对强度的影响水泥石强度的影响因素水泥石强度来自水化物颗粒间的相互作用力—81七、水化热

概念

水泥的水化是放热反应,放出的热量就是水化热。放热特征:水泥放热过程可持续很长时间,但大部分在3d内释放。水化热的益处与危害水化热有利于水泥的快硬,尤其是在冬天施工,但如果水化热发散不均匀,容易在混凝土中引起裂缝,尤其是大体积混凝土,更是如此。水化热和放热速度的影响因素水泥矿物组成水泥细度

七、水化热概念82

八、不溶物不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。不溶物含量高对水泥质量有不良影响。

Ⅰ型硅酸盐水泥≯0.75%,Ⅱ型硅酸盐水泥≯1.5%。九、碱含量水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。水泥中碱含量高,使用活性骨料时易发生碱集料反应,使制品涨裂。用户要求提供低碱水泥时,水泥中碱含量不得大于≯0.60%或由供需双方商定。

八、不溶物83废品凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时,均为废品。不合格品凡细度、终凝时间中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品。废品84问题?为什么水泥颗粒越细,水化放热越快?

答:水泥矿物的水化反应是放热反应,水泥颗粒越细,水化反应速度越快。硅酸盐水泥熟料的四种矿物中,哪一种水化热最大?哪一种水化热最小?

答:铝酸三钙C3A水化热最大;硅酸三钙C3S次之;硅酸二钙C2S水化热最小。为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量?

答:不溶物是指水泥经酸和碱处理后,不能被溶解的残余物;烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大,影响水泥硬化后的性能。问题?为什么水泥颗粒越细,水化放热越快?85问题?试从应用的角度,分析水泥的技术性质及其要求?答:水泥是一种胶凝材料,是主要的结构材料之一,因此,它必须具有强度和体积安定性;细度和标准稠度用水量是相互关联的,用水量大将影响强度;为了浇注成型施工,应对凝结时间有所限制;水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响;碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质;为了结构物自重的计算,必须知道水泥的密度。问题?试从应用的角度,分析水泥的技术性质及其要求?86水泥质量的判定

技术性质不符合要求细度不合格品凝结时间(初凝)废品(终凝)不合格品体积安定性废品强度不合格品或降低等级不溶物和烧失量不合格品水泥质量的判定技术性质不符合87十、水泥的耐腐蚀性

基本概念在使用环境中,硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用,其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害,导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。十、水泥的耐腐蚀性基本概念88导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因

环境中的腐蚀性介质,如:软水;酸、碱、盐的水溶液等。内因水泥石内存在原始裂缝和孔隙,为腐蚀性介质侵入提供了通道;水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分,如:Ca(OH)2,水化铝酸钙等;腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏。

导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因89软水侵蚀(溶出性侵蚀)

机理当水泥石处在软水中,软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解,并溶出水泥石,留下孔隙;另一方面,水泥石中游离的钙离子的减少,使钙离子的浓度低于水化物的溶度积,导致水化物分解、溶失和转变,产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下,腐蚀越快。

破坏形式水化物的分解、溶失,造成水泥石密实度下降,孔缝增多、强度降低,直至整体破坏。

软水侵蚀(溶出性侵蚀)机理90盐类腐蚀

硫酸盐的腐蚀腐蚀机理:硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应,生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应,生成钙矾石,其体积增加2.22倍,引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时,他们可直接结晶,造成膨胀压力,引起破坏。镁盐的腐蚀

腐蚀机理:主要是硫酸镁和氯化镁,他们与氢氧化钙反应,生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙.钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后,内部形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后,因膨胀性结晶产物引起的开裂盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后,内部形成膨91酸类腐蚀

腐蚀机理:水泥石中的水化物都是碱性化合物,与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。另一方面,氢氧化钙浓度的降低,会导致水泥石中其它水化物的分解,使腐蚀作用加剧。破坏形式:溶失性破坏,组成与结构发生很大改变。

水泥石受酸腐蚀后,表面溶失、脱落酸类腐蚀腐蚀机理:水泥石受酸腐蚀后,表面溶失、脱落92强碱腐蚀

腐蚀机理:氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应,生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是,会造成水泥石的严重破坏。

强碱腐蚀腐蚀机理:氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝93防止水泥石腐蚀的措施

根据使用环境条件,选用水泥品种,降低水泥石中不稳定组分的含量;提高水泥石的密实度,减少腐蚀性介质的通道,如降低水灰比、掺加外加剂等;表面防护处理,堵塞通道如:防腐涂层。

防止水泥石腐蚀的措施根据使用环境条件,选用水泥品种,降低水94问题?降低水泥石中Ca(OH)2的含量,对水泥的耐腐蚀性有什么作用?为什么?

答:降低水泥石中Ca(OH)2的含量,可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。因化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。问题?降低水泥石中Ca(OH)2的含量,对水泥的耐腐蚀性有95总结(Summary)物理力学性能密度强度体积稳定性细度水化热耐久性能软水腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀为了满足土木工程应用的要求,水泥需具备三方面的性能施工性能凝结时间标准稠度用水量总结(Summary)物理力学性能耐久性能为了满足土木工程应96硅酸盐水泥的特性和应用名称优点缺点用途不适于硅酸盐水泥1.凝结硬化快,强度高,早强最高2.抗冻耐磨,抗渗性好,干缩小(混合材少,水灰比小,水泥石致密)水化热较高耐蚀性差(熟料多,碱度高)3.耐热性较差(主要水化产物高温会脱水分解)高强及早强要求高混凝土受冻、耐磨、施工温度低工程,干燥环境大体积混凝土工程2.受蚀严重工程普通水泥早期凝结硬化速度较快,早强较高2.抗冻性及耐磨性较好,干缩性较小水化热较高耐蚀性较差3.耐热性较差一般环境、干燥环境受冻水位变动地区3.抗渗、耐磨工程受蚀严重工程硅酸盐水泥的特性和应用名称优点缺点用途不适于硅97掺混合材的硅酸盐水泥

一、掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料+石膏+++++6~15%混合材普通硅酸盐水泥20~70%矿渣矿渣硅酸盐水泥20~50%火山灰火山灰硅酸盐水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥16~50%两种混合材复合硅酸盐水泥

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!掺混合材的硅酸盐水泥

一、掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥98二、掺混合材水泥的代号

水泥品种组成特点代号普通水泥6%~15%的混合材P·O矿渣水泥20~70%矿渣P·S火山灰水泥20~50%火山灰P·P粉煤灰水泥20~40%粉煤灰P·F复合水泥15~50%两种混合材P·C二、掺混合材水泥的代号水泥品种99三、水泥混合材

定义

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。种类活性非活性两类作用

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。三、水泥混合材定义1001.非活性混合材

定义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。常见的有磨细石英砂石灰石粉粘土慢冷矿渣1.非活性混合材定义1012.活性混合材

定义——具有水化活性的混合材。活性组分:SiO2、Al2O3常用品种粒化高炉矿渣—炼钢铁的废料火山灰质粉末—天然岩石和人工煅烧物粉煤灰—火电厂的废料2.活性混合材定义——具有水化活性的混合材。1023.活性混合材的作用

火山灰反应

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaOSiO2nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaOAl2O3nH2O稀释作用减少水泥中熟料矿物含量,降低水化热;减少水泥石中Ca(OH)2的含量。超细粉末的密实填充效应3.活性混合材的作用火山灰反应103二、活性混合材水泥的共性密度较小2.70~3.10。早期强度较低,后期强度增长率高。对养护温湿度敏感,适合蒸汽养护。水化热较小。耐腐蚀性较好。抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。二、活性混合材水泥的共性密度较小2.70~3.10。104三、活性混合材水泥的特性矿渣水泥:

保水性差,泌水性大,干缩较大,耐热性较好。火山灰水泥:

易吸水,易反应,结构较致密,抗渗性和耐水性较好,体积收缩较大,抗硫酸盐能力较差。粉煤灰水泥:

吸水能力弱,需水量较低,干缩性较小,结构致密,抗裂性较好。复合水泥:取决于所掺的混合材种类。三、活性混合材水泥的特性矿渣水泥:105名称优点缺点用途不适于矿渣水泥1.水化热较低2.耐蚀性较好(水化产物碱度低),但抗碳化能力较差3.耐热性好(矿渣耐火)1.凝结硬化慢,早强低但后强高(可高于普通水泥)2.保水性差,泌水及干缩性大3.抗冻、抗渗及抗干湿交替性能差4.养护期较长,对养护温度敏感大体积混凝土工程地面地下建筑物,水中海工工程高温车间建筑受蚀严重工程有冻融循环和干湿交替的工程2.抗渗工程火山灰水泥1.泌水性小(颗粒细),抗渗性好※其余同矿渣水泥1.需水量、干缩性更大,干燥易生裂缝※其余同矿渣水泥地下水中及潮湿环境工程抗渗工程受蚀严重工程

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