《土木工程材料 第2版》 课件 陈德鹏 第2-4章 无机气硬性胶凝材料、水泥、混凝土

（第二章无机气硬性胶凝材料）教学目标掌握：胶凝材料的定义、分类；建筑石灰、石膏技术要求、性质。熟悉：石灰、石膏的熟化、硬化和应用。了解：石灰的生产及品种。教学重点石灰、石膏的生产石灰、石膏的水化（熟化）硬化机理石灰、石膏的特性和技术要求本章主要教学内容与要求胶凝材料定义：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。Cementitousmaterials胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青、橡胶等）无机胶凝材料水硬性胶凝材料（水泥）气硬性胶凝材料（石灰、石膏）二者有何区别胶凝材料分类气硬性与水硬性胶凝材料的特点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，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！本章目录石灰石膏水玻璃菱苦土本章知识归纳石灰的组成与品种气硬性石灰粘土杂质含量<8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等煅烧石灰石或白垩,内含CaCO3温度在900℃左右时温度过高时温度过低时正火石灰欠火石灰过火石灰因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量如何解决它的危害？石灰的生产千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。制备工艺与产品石灰石1000～1200

C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水化过程中体积增大1-2.5倍，迅速放出大量热生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。熟化为石灰膏：将生石灰放入水中，注意水要过量池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层堆放淋水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。为何生石灰加水马上配制砂浆可能出现膨胀性裂缝？石灰的硬化结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。古代的石灰浆强度很高，是否说明古代的石灰质量优于现代？石灰的技术要求可塑性好和保水性好吸湿性好凝结硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜石灰的特性和应用生石灰可以用来做干燥剂强度低体积收缩大耐水性差石灰硬化收缩产生的裂缝石灰砂浆墙面因受潮而脱落石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土桩灰土桩配制石灰砂浆、石灰乳配制石灰土、三合土生产碳化石灰板加固含水的软土地基石膏的组成与结构石膏的矿物组成：

CaSO4·xH2OX为结晶水H2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏胶凝材料的组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌CaSO4·2H2O石膏的生产生石膏工业石膏建筑石膏(β半水石膏)高强石膏(α半水石膏)(有胶凝性的)无水石膏(无胶凝性的)无水石膏煅烧石膏(地板石膏)生产工艺与产品的组成CaSO4

2H2O

120~180C干燥空气125~180C水蒸气

-CaSO40.5H2O

-CaSO40.5H2O

-CaSO4(Ⅲ)可溶

-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C

200~360C

400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶

800~1180CCaSO4(Ⅰ)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建筑石膏的凝结硬化凝结硬化过程中的水化反应：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2O

CaSO4·2H2O＋Q

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——“溶解－沉淀理论”

溶解

沉淀

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凝结硬化的物理化学过程水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体凝结硬化快硬化后体积微膨胀性硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强、绝热性好。耐水性与抗冻性较差防火性好但耐火性差建筑石膏的特性建筑石膏及其制品的性质建筑石膏的技术要求(GB/T9776－2008)：密度：2.50~2.70;强度：抗折强度(等级：3.0、2.0、1.6)、抗压强度;

细度：0.2mm方孔筛筛余≤10%;

凝结时间：初凝（≥3min）、终凝时间（≤30min）;石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小：～1.0孔隙率较大强度较低耐水性和抗冻性较差防火性较好隔热性和吸声性良好装饰性建筑石膏的应用室内抹灰及粉刷纸面石膏板装饰石膏板吸声用穿孔石膏板石膏艺术制品

什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模数？

n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。模数对水玻璃性能的影响模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。水玻璃的制备水玻璃的硬化反应Na2O·nSiO2+CO2+mH2O

Na2CO3+nSiO2·mH2O

上述反应速度很慢，常加入促硬剂Na2SiF6

：2Na2O

nSiO2+Na2SiF6+mH2O=6NaF+(2n+1)SiO2

mH2O水玻璃硬化过程水玻璃溶液硅酸凝胶二氧化硅玻璃体R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脱水交联四.水玻璃的性质与应用1.粘结力强，防水性好。可配制防水剂。

2.耐热性高，可配制耐热混凝土或耐热砂浆。

3.耐酸性好，可配制耐酸混凝土或耐酸砂浆。

4.不耐水，不耐碱。氯氧镁水泥菱苦土菱苦土为镁质胶凝材料，主要成分MgO。制备水化硬化机理菱苦土调和(凝结慢，强度低)，通常用溶液调制，发生如下两个反应：不能用水MgCl2

建筑工程中，常用菱苦土与木屑混合胶凝，压制成窗台板、内墙板、天花板等平板(刨花板)。菱苦土的性质与应用★碱性较低，对各种纤维和植物的腐蚀较弱。1.菱苦土的性质★菱苦土，胶凝性能好，强度也较高，与植物纤维的粘结良好，菱苦土在运输和储存时应注意防潮，也不可久存，以防其吸收空气中的水分而变成Mg(OH)2，再碳化成MgCO3，失去胶凝性能。2.菱苦土的应用本章知识归纳（I）经过自身的一系列物理作用、化学作用，能够将散粒状材料（如砂、石子等）或块状材料（如砖、石块、砌块等）粘结成整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料根据其化学组成，可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。无机胶凝材料根据其硬化条件的不同，又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度，所以气硬性胶凝材料一般只适用于干燥环境中，而不宜用于潮湿环境，更不宜用于水中。以碳酸钙为主要成分的岩石（如石灰石、白云石）经适当温度煅烧后得到生石灰，工程中使用的石灰通常是熟石灰，为消除过火石灰的危害，生石灰在熟化时必须进行“陈伏”。石灰具有保水性和可塑性好、硬化慢、强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差、吸湿性强等特性。本章知识归纳（II）建筑石膏是由天然二水石膏在常压下加热脱水后的β型半水石膏，建筑石膏具有凝结硬化快、硬化时体积微膨胀、孔隙率高、表观密度小、强度低、防火性好、隔热保温性好、耐水性和抗冻性差等特性。水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅组成的一种水溶性硅酸盐，具有粘结力强、耐酸性好、耐热性好、耐碱性和耐水性差等特性。常用于涂刷或浸渍材料；配制防水剂；或配制耐酸混凝土、耐热混凝土等；也可用于加固地基。菱苦土（也叫苛性苦土）是以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料。菱苦土不能单独与水拌和，需用一定浓度的氯化镁溶液或硫酸镁溶液来调和。其吸湿性强，溶解度高，容易返潮和翘曲变形，所以耐水性差。-END-（第3章水泥）教学目标掌握：普通硅酸盐水泥组成材料、熟料矿物基本特性，通用硅酸盐水泥的技术要求及选用原则。熟悉：水泥的水化、凝结和硬化，水泥性能指标、水泥石的腐蚀及预防了解：水泥的分类，其他品种水泥，新型胶凝材料。教学重点通用硅酸盐水泥的矿物组成、性能及选用原则水泥主要性能指标及检测方法水泥石的腐蚀及预防本章主要教学内容与要求水泥（Cement）水泥概述通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥的生产水泥组成材料水泥技术要求水泥水化与凝结硬化水泥石的腐蚀与预防通用硅酸盐水泥的性能特点及选用其他品种硅酸盐水泥其他品种水泥新型胶凝材料及其在土木工程中的应用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。水泥概述什么是水泥(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？按用途和性能：通用水泥、特性水泥和专用水泥。水泥的化学成分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硫铝酸钙硅酸钙铝酸钙磷酸钙,镁根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。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。水泥概述什么是水泥(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？按用途和性能：通用水泥、特性水泥和专用水泥。水泥的特性膨胀水泥快硬水泥低热水泥抗腐蚀水泥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。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。水泥概述什么是水泥(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？按用途和性能：通用水泥、特性水泥和专用水泥。水泥在土木工程中的重要作用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！其性能和正确选用对土木工程功能与质量至关重要！原料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3

与SiO2制造工艺的“两磨一烧”工艺流程：硅酸盐水泥的生产硅质(粘土)钙质(石灰石)1450℃调节原料(铁质)石膏水泥生料熟料混合材粉磨煅烧粉磨

通用硅酸盐水泥的种类根据混合材料用量和种类的不同，可得到六大品种通用硅酸盐水泥硅酸盐水泥PⅠ（无混合材）PⅡ（<5粒化高炉矿渣或石灰石粉）普通硅酸盐水泥PO（6~20%混合材）大掺量混合材硅酸盐水泥不同种类、较大用量混合材掺大量混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋21~<70%矿渣矿渣硅酸盐水泥21~<40%火山灰火山灰硅酸盐水泥21~<40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥21~<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！通用硅酸盐水泥的品种及代号硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥熟料：主要胶凝物质，能水化硬化石膏适量时，调节水泥的凝结时间（延缓）；过量时，引起体积安定性不良；天然石膏、工业副产石膏（品位≥55%）混合材料调节水泥的强度等级；降低水泥成本

活性混合材：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质材料

非活性混合材：石灰石等，活性未达标的活性混合材

窑灰：水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘助磨剂：水泥粉磨时加入，不超过水泥质量的0.5%必要组分熟料又是如何组成的呢？矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)36~6015~377~1510~18化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨细成粉，烧至部分熔融，得到的以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。其中硅酸钙矿物含量（质量分数）不小于66%，CaO、SiO2质量比不小于2.0通用硅酸盐水泥的技术要求化学指标不溶物烧失量三氧化硫氧化镁氯离子水泥中水溶性铬（VI）碱含量物理指标凝结时间安定性强度细度（选择性指标）放射性核素限量耐腐蚀性软水侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀强碱腐蚀1.化学指标将水泥试样、标准砂和水搅拌成水泥胶砂，过滤。滤液中加入二苯碳酰二肼，调整酸度、显色，在540nm处测定溶液的吸光度，在工作曲线上查得溶液中铬(Ⅵ)浓度。碱含量主要从水泥生产原材料，尤其是粘土中带入，碱含量高有可能产生碱-集料反应。水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示，按照《水泥化学分析方法》（GB/T176）进行试验检验。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0.60%或由买卖双方协商确定。3.碱含量2.水泥中水溶性铬（VI）（GB31893-2015）4.1物理指标——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：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：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≥45min；终凝≤390min。其它通用硅酸盐水泥：初凝≥45min；终凝时间≤600min。按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试杆沉入净浆底座（6

1）mm时的水泥净浆的稠度为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量称为标准稠度用水量，通常为水泥质量的24%~30%试杆下降高度（34

1）水泥浆试杆400.2水泥标准稠度测定水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底4±1mm为初凝，用分钟表示min园弧形压痕终凝0.5mm

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；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工。国标规定：凡初凝时间或终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？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。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。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。4.2物理指标——安定性

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。检验方法（对于游离氧化钙引起的安定性不良）对于游离氧化镁引起的体积安定性不良，必须根据《水泥压蒸安定性试验方法》（GB/T750）用压蒸法检验其危害作用4.3物理指标——强度

检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：40

40

160mm 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20

C

1

C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20

C

1

C的水中养护至测试龄期；——《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671-2021）100mm160mmP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40

40=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。根据3天和28天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级

强度等级3d28d时间（d）强度（MPa）水泥强度发展规律答：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。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？定义细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛析法：以80

m或45

m方孔筛的筛余量表示；比表面积法（勃氏法）：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[300,400]m2/kg其它通用硅酸盐水泥的80

m方孔筛的筛余量不得超过10.0%，或45

m方孔筛的筛余量应不低于5%不得超过30.0%。为什么需要规定水泥的细度，是不是水泥越细越好？4.4物理指标——细度

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。为什么需要规定水泥的细度，是不是水泥越细越好？5放射性核素限量扩展介绍：水泥的水化热

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

初始放热峰放热主峰放热速度逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线放热速度很低水泥的水化和凝结硬化水化——水泥加适量水拌合后，立即发生化学反应，水泥的各组分开始溶解并产生复杂的物理、化学与力学的变化，可称之为水泥的水化。凝结——从水泥加水搅拌开始到水泥浆体失去塑性的过程，此时水泥浆体还不具备强度。硬化——随着水泥水化反应的继续进行，凝结的水泥浆体产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬水泥石的过程。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。

水泥水化是其凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水泥水化的结果。水泥的水化和凝结硬化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很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。水泥熟料矿物的水化反应水泥浆的凝结硬化水泥浆凝结硬化的影响因素矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成（回顾）水化速度较快慢最快快放热量多少最多中强度较高后期高低较低耐侵蚀中良差优水泥熟料矿物的水化反应特征：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。反应速度序列：半水石膏CaSO4

0.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙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的水化来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：CaSO4

2H2O

CaSO4

0.5H2O+1.5H2OC3S与

-C2S的水化水化生成水化硅酸钙C3S2H3—C-S-H凝胶和Ca(OH)2,并放热

硅酸三钙：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二钙：2C2S+4H

C3S2H3+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，组成为：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2

nH2O(x,z与温度、水灰比有关)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。水化机理溶液中反应固相颗粒表面的局部反应。水化度％水化时间（天）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)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CaSO4

2H2O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。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。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+26H

C3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF

+CŜ·H2+20H

C3(A,F)·CŜ3·H16C4AF水化物的组成是可变的，属于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。水泥熟料矿物强度增长曲线示意图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晶体水泥颗粒水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体硅酸盐水泥水化物理过程模型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——诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。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。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。水泥浆凝结硬化的物理过程熟料矿物水化物量随时间的增长情况随着水泥的水化，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。水灰比0.55的水泥浆水化1天黑色箭头指示部分水化物壳层；白色箭头指示完全水化物壳层。水泥浆凝结硬化过程的微观观察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥浆水化9个月I,：C-S-H内产物相;A：铁相/CH;B：水化belite;白色箭头指示完全水化物壳层水泥浆中氢氧化钙的生长3天7天28天365天（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）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素

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)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；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对C3A与硅酸钙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。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)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。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10

C，速度加快一倍。温度低于0

C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。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水泥石的腐蚀与预防

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。水泥石结构的腐蚀可分为物理腐蚀和化学腐蚀。水泥石腐蚀性破坏外因：环境中腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等水泥石腐蚀性破坏内因：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

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。

预先在空气中碳化，可一定程度上阻止溶出性侵蚀。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（高硫型水化硫铝酸钙），其体积增加1.5倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，生成二水石膏晶体，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，造成双重腐蚀作用。

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

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时，会造成水泥石的严重破坏。水泥耐蚀性的定量表示

——耐蚀系数同龄期下，水泥试件在侵蚀性溶液中养护的强度与在淡水中养护的强度之比。防止水泥石腐蚀的措施

主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，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。

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通用硅酸盐水泥的性能特点及选用硅酸盐水泥水化、凝结与硬化速度快，早期强度高。水化热大，且放热较集中。抗冻性好，干缩性相对较小，耐磨性好。耐腐蚀性差。水化产物中有较多的氢氧化钙。耐热性差。环境温度100℃以上时，强度有所提高；温度超过250℃，强度开始下降；温度超过400℃后，强度明显下降；超过700℃以上后，发生严重破坏。（普通硅酸盐水泥）普通水泥的抗冻、耐磨等性能较硅酸盐水泥稍差；同等级时，普通水泥早期硬化速度表现稍慢，3d抗压强度也稍低。通用硅酸盐水泥的性能特点及选用高掺量混合材硅酸盐水泥早期强度低，后期强度增长潜力大。水化热低。较好的软水侵蚀和硫酸盐侵蚀抵抗能力。对温度敏感，适合高温养护。抗冻性较差，耐磨性较差。抗碳化能力较差。耐热性较强。硬化后干缩较大。保水性较差，泌水性较大。通用硅酸盐水泥的性能特点及选用硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小与硅酸盐水泥基本相同早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度较低，后期强度才长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差适用范围一般土建工程中钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土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；蒸汽养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要求的工程地上、地下及水中大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；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大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程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；其他同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥白色硅酸盐水泥（彩色硅酸盐水泥）

组成特点：水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.5%。性能特点：外观为白色，按白度分为1级、2级；技术要求与普通水泥同。强度等级分为32.5，42.5和52.5三个等级细度（45μm方孔筛筛余不大于30%），初凝≥45min，终凝≤600min彩色硅酸盐水泥（相当于白色硅酸盐水泥加入着色剂和混合材）强度等级分为27.5，32.5和42.5三个等级细度，80μm方孔筛筛余不大于6%），初凝≥60min，终凝≤600min应用特点：

白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。——《白色硅酸盐水泥》（GB/T2015-2017）——《彩色硅酸盐水泥》（JC/T870-2012）道路硅酸盐水泥由道路硅酸盐水泥熟料，适量石膏，加入0~10%符合要求的粒化高炉矿渣、粒化电炉磷渣或钢渣等活性混合材料，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥），代号P·R。组成特点：水泥熟料主要矿物——硅酸钙和铁铝酸钙铁铝酸四钙高，C4AF的含量≥15.0％，C3A≤5.0%。性能特点：初凝时间较长，≥1.5h；抗折强度高；耐磨性好，磨损率≤3.60kg/m2；抗裂性好，28d干缩率≤0.10%；使用特点：主要用于混凝土路面工程。——《道路硅酸盐水泥》（GB13693-2017）抗硫酸盐水泥组成特点：

C3S、C3A的含量低，要求C3S的含量低于50.0~55.0%；C3A的含量低于5.0~3.0%。（为什么？）性能特点：具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力。14d线膨胀率≤0.060%（中抗）或≤0.040%（高抗）。中抗硫水泥中，C3S和C3A的计算含量分别不应超过55.0％和5.0％；高抗硫水泥中C3S<50.0％，C3A<3.0％；烧失量≤3.0％，水泥中SO3含量≤2.5％；水泥比表面积不得小于280m2/kg；凝结时间初凝≥45min，终凝≤600min。

应用特点：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。

——《抗硫酸盐硅酸盐水泥》（GB748-2023）中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥组成特点：熟料中C3S、C3A的含量较低，后一种掺加20~60%的粒化高炉矿渣。性能特点：水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较好。应用特点：适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化热、高抗冻性和耐磨性的工程。——《中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥》（GB200-2017）《低热矿渣硅酸盐水泥》（GB/T42531-2023）代号：P.SLH强度等级：32.5膨胀水泥组成特点：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。种类：硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。性能特点：凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性。应用特点：可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等。——《低热微膨胀水泥》（GB/T2938-2008）铝酸盐水泥（高铝水泥）定义：铝酸盐水泥是以铝钒土和石灰石为原料，经锻烧（至熔融状态）后所得以铝酸钙为主、氧化铝含量约为50%的熟料，再经磨制成的水硬性胶凝材料。由于它是以矾土为主要原料，且其铝含量较高，故又被称为矾土水泥或高铝水泥；因为它具有耐高温的特点，故又称为耐火水泥。主要矿物有：铝酸一钙CaO

Al2O3CA，50%~70%；铝酸盐水泥的水化和硬化主要取决于铝酸一钙的水化及其水化物的结晶。特点及应用快凝早强，1d强度可达最高强度的80%以上。水化热大，且放热量集中，1d内放热占总量的70%～80%。抗硫酸盐性能很强，因其水化后无Ca(OH)2及水化铝酸三钙。耐热性好，能耐1300～1400℃高温。长期强度要降低，一般降低40%～50%。各种抢修工程、紧急军事工程；高温窑炉的炉体和炉衬、高温车间的部分结构等；可以用于某些腐蚀环境中的工程。硫铝酸盐水泥定义：以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙3(CaO·Al2O3)·CaSO4和β型硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料掺加不同量的石灰石、适量石膏磨细制成，具有水硬性的胶凝材料，称为硫铝酸盐水泥。主要矿物有：无水硫铝酸钙3(CaO·Al2O3)·CaSO4和β型硅酸二钙特点及应用可分为快硬硫铝酸盐水泥、自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥等3个品种。显著的快硬早强特点。具有良好的抗腐蚀性。较高的抗冻性和抗渗性。耐热性较差快硬硫铝酸盐水泥主要用于早强、抗渗和抗硫酸盐侵蚀的混凝土，配制快应水泥浆用于灌浆、喷锚支护、抢修、堵漏等，也可用于负温施工（冬期施工）。碱激发胶凝材料定义与特点：碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，是由铝硅酸盐胶凝成分固结的化学键合的一种新型胶凝材料。它是通过铝硅酸盐组分的溶解、分散、聚合和脱水硬化而成。其矿物组成与沸石相近，物理形态上呈三维网络结构，因此其具有有机聚合物、陶瓷、水泥的优良性能。分类：碱－铝硅酸盐玻璃体类；碱—烧黏土类；碱－矿石尾矿类；碱碳酸钙类。性能：碱激发胶凝材料所用的原料不同，在形成硬固体以后的力学性能差别较大，但它的强度，尤其是抗拉强度比硅酸盐水泥浆体高得多。碱激发胶凝材料具有良好的、较全面的耐久性。应用：可用于高强结构材料、固封材料和海洋工程、强酸腐蚀环境中的工程材料地聚合物定义与特点：Geopolymer一词原意指由地球化学作用或地质合成作用而形成的铝硅酸盐矿物聚合物，而这一概念发展到现在则包括了所有采用天然矿物或固体废弃物制备成的以硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体地聚合物材料的结构以网络结构为特征，这与水泥以水化氧化硅为主的微纤维状结构完全不同，此类胶凝材料也因此具有传统水泥所不具有的优异性能。。性能：凝结硬化快、早期强度高；良好的界面结合能力；耐腐蚀性好；体积稳定性好；保温隔热性能好；耐久性好；环境协调性好。应用：快速修补材料；地聚合物基涂料；地聚合物板材；建筑用地聚合物块体材料；地聚合物混凝土路面；灌浆料、固封料和耐酸碱腐蚀材料等本章知识归纳（I）水泥是无机水硬性胶凝材料，按用途与性能也可划分为通用水泥、专用水泥及特性水泥三类。一般土木建筑工程中常用的水泥多为硅酸盐系水泥，通用硅酸盐水泥包硅酸盐水泥、PO、PF、PS、PP、PC等六大品种。硅酸盐水泥熟料中主要的硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）四种矿物。通用硅酸盐水泥的技术指标有：化学指标、凝结时间、体积安定性、强度和细度等。影响水泥凝结硬化的主要因素有：熟料的矿物组成、水泥的细度、拌合用水量、养护条件及龄期等。本章知识归纳（II）通用硅酸盐水泥在通常环境条件中可表现出较好的耐久性，某些环境条件下可能发生水泥石的腐蚀，典型的腐蚀类型有：软水侵蚀、盐类侵蚀、酸类侵蚀、强碱腐蚀等。提高水泥石密实程度可有效改善水泥石的抗腐蚀性能。实际工程中，应根据使用环境和性能要求，结合六大品种水泥的特性和适用范围，合理选用通用硅酸盐水泥。工程中也广泛使用其他具有特殊性能的水泥，如其他硅酸盐系水泥（白色硅酸盐水泥、彩色硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥、中低热水泥）以及铝酸盐系水泥、硫铝酸盐水泥等非硅酸盐系列水泥。碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一类新型无机非金属材料，包括地聚合物材料，具有常规胶凝材料难以比拟的优良性能。-END-（第四章混凝土）教学目标掌握：混凝土拌和物的性能、测定和调整方法；硬化混凝土的力学、变形性能和耐久性；普通混凝土配合比设计。熟悉：水泥混凝土的基本组成材料、分类和性能要求；水泥混凝土的外加剂和矿物掺合料了解：混凝土质量控制与强度评定；高性能混凝土；特种混凝土及其应用与发展。教学重点普通混凝土组成材料的主要技术要求新拌混凝土和易性及其测试评价方法硬化混凝土的力学性能、变形性能及耐久性普通混凝土配合比设计本章主要教学内容与要求混凝土（Concrete）混凝土概述普通混凝土的基本组成材料普通混凝土拌合物的性能普通混凝土硬化后的性能混凝土外加剂与掺合料普通混凝土配合比设计混凝土质量控制与强度评定高性能混凝土特种混凝土及其发展本章知识归纳广州中信广场(391m）世界最高的混凝土结构分类混凝土的胶结材料可以是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。

混凝土的定义及分类按胶凝材料定义混凝土是由胶凝材料、粗骨料、细骨料和水按适当的比例配合、拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材。水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材—砼。根据干表观密度

0：普通混凝土

(≈2400kg/m3)；轻混凝土

(＜1950kg/m3)；重混凝土

(＞2600kg/m3)。根据用途(功能)：普通混凝土道路混凝土防水混凝土耐热混凝土耐酸混凝土防辐射混凝土膨胀混凝土装饰混凝土等生产与施工工艺：商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土离心混凝土等。

水泥混凝土水泥混凝土的分类按照强度分类低强混凝土普通强度混凝土高强混凝土超高强混凝土高性能混凝土HPC经济性：原材料来源丰富、价格低廉，可就地取材，可充分利用工业废弃物。可靠性：配制不同强度等级的混凝土；与钢筋能够协同工作。可塑性：混凝土凝结前有良好的可塑性，利于施工成型，可利用模板浇筑成各种形状及尺寸的构件或结构物。耐久性：在自然环境中使用时，具有良好的耐久性。耐火性：混凝土在高温或火灾中，能够较长时间保持强度，与钢结构相比具有很大优势。可改造性：可根据不同工程需要，通过采用新材料、新配方或施工方法配制出不同性质的混凝土，满足工程的多重要求。混凝土的特点（相对优点）抗拉强度低，性脆易裂：素混凝土抗拉强度很低，受拉时易产生脆性破坏，在冲击荷载作用下很容易发生脆断。自重大、比强度低：表观密度大、比强度低，不利于用于向高层、大跨度结构物和构筑物。体积稳定性差：容易发生各种形式的收缩变形，产生内部缺陷和收缩开裂，影响结构耐久性。保温隔热性能较差：导热系数较大，不利于保温隔热。生产周期长：浇筑后需要较长时间的养护才能达到预期强度，不利于加快施工进度和结构修补施工后尽快恢复交通。混凝土性能受施工质量影响大：混凝土施工中的搅拌、浇筑和振捣等影响密实，养护影响强度形成和发展，施工质量的好坏严重影响混凝土硬化后的强度和耐久性能。混凝土的特点（缺点）数千年前，石灰与砂混合砌筑房屋；公元前约500年，古罗马人配制了使用火山灰的混凝土；1824年，英国人阿普斯丁发明波特兰水泥（PortlandCement），现代混凝土随后问世。1850年法国人朗波特首次制成钢筋混凝土船，1967年法国人莫尼埃用铁丝加固砼制成花盆，并申请多项相关专利；1884年，德国人提出板中钢筋应配置在受拉部位并，提出钢筋混凝土板计算理论。1916年，混凝土强度的水灰比理论；1930年瑞士鲍罗米提出公式；1925年，水灰比学说和恒定用水量法则；1928年，法国人佛列西涅发明预应力混凝土工艺；20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术；20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术。混凝土理论与技术发展简史"恒定用水量法则":大量试验证明,当水灰比在一定范围(0.40～0.80)内而其他条件不变时,混凝土拌合物的流动性只与单位用水量(每立方米砼拌合物的拌合水量)有关,满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载；满足混凝土施工所要求的和易性，以便硬化后能得到均匀密实的混凝土；具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命；满足经济与生态的要求，能源与资源消耗低、环境负荷少等。土木工程对混凝土的基本要求原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料——绿色化；推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。混凝土材料工业的可持续发展混凝土的宏观结构粗骨料细骨料水泥石过渡区混凝土的组成与结构骨料廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用降低水化热提供耐磨性水泥浆润滑作用——与水形成水泥浆， 赋予新拌混凝土以流动性胶结作用——包裹在所有骨料表面， 凝结后将骨料胶结成整体形成固体。各组成材料的作用界面过渡区ITZCivilEngineeringMaterials清华大学出版社

TSINGHUAUNIVERSITYPRESS水泥水水泥浆砂子石子骨料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混凝土的性能普通水泥混凝土的组成材料水泥品种的选择依据工程性质及所处的环境；施工条件；混凝土的强度等级。

若用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，虽然满足强度要求的水泥用量少，但难以满足混凝土的和易性和耐久性的要求，不可取。若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，满足强度要求的水灰比会很小，其和易性难以满足施工要求，也不可取。通常宜选用强度等级为混凝土强度等级标准0.9～1.5倍的水泥

水泥细集料粒径在0.15~4.75mm之间的集料，称为细集料。细骨料主要采用天然砂和机制砂。细集料天然砂人工砂河砂海砂机制砂混合砂根据砂的技术要求，可分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。Ⅰ类砂宜用于配制强度等级大于C60的混凝土，Ⅱ类砂宜用于配制强度等级C30～C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土，Ⅲ类砂宜用于配制强度等级小于C30的混凝土和建筑砂浆。细集料技术要求含泥量、石粉含量和泥块含量有害物质含量表观密度、堆积密度、空隙率坚固性粗细程度和颗粒级配碱活性！项目（天然砂）指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计）（%，≤）1.03.05.0泥块含量（按质量计）（%，≤）01.02.0含泥量、泥块含量、石粉含量（GB/T14684—2011）

项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类云母(按质量计)(%，≤）1.02.0轻物质(按质量计)(%，≤）1.0有机物（比色法）合格合格合格硫化物及硫酸盐(SO3质量计,%）0.5氯化物(以氯离子质量计)(%，≤)0.010.020.06贝壳（按质量计）(%，≤)该指标仅适用于海砂3.05.08.0砂中有害物质含量（GB/T14684—2011）

坚固性指标(GB/T14684—2011)项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失（%，≤）810压碎指标(GB/T14684—2011)项目（机制砂）指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类单级最大压碎指标(%，≤)202530砂的坚固性

是指砂在气候、环境或其他物理因素作用下抵抗碎裂的能力碱活性、表观密度、堆积密度、空隙率碱活性（碱骨料反应）碱骨料反应：水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与骨料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂破坏的膨胀反应。碱活性：能够和混凝土组成物中的碱发生反应的化学活性表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定：表观密度不小于2500kg/m3，松散堆积密度不小于1400kg/m3空隙率不大于44%。此外，含水率和饱和面干吸水率混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？砂子粗细比表面积空隙率强度和易性···砂的粗细程度及颗粒级配最理想的情况：砂的空隙率及总表面积均较小。

评定砂的粗细程度和颗粒级配150μm300μm600μm1.18mm2.36mm4.75mm9.50mm砂子筛分析m1m2m3m4m5m6M底筛余量筛分曲线筛孔尺寸I区II区III区9.50mm0004.75mm10-010-010-02.36mm35-525-015-01.18mm65-3550-1025-00.60mm85-7170-4140-160.30mm95-8092-7085-550.15mm100-90100-90100-90机制砂0.1585-9780-9475-94累计筛余怎样计算细度模数Mx？

细度模数的计算3.7~3.1为粗砂，3.0~2.3为中砂，2.2~1.6为细砂。筛孔mm4.752.361.180.6000.3000.150<0.150合计筛余量g28.557.673.1156.6118.555.59.7499.5①计算分计筛余百分率ai②计算累计筛余百分率Ai③计算细度模数Mx④评定级配①A4，（初）定级配；②A1，在范围，③其它，5％以内④最终定级配区粒径在4.75～90mm之间的骨料谓之粗骨料粗骨料的种类粗骨料按照骨料的密度普通骨料：堆积密度1520~1680kg/m3

密度在2500～2700kg/m3轻骨料：堆积密度＜1120kg/m3

密度在<1000kg/m3重骨料：堆积密度＞2080kg/m3密度在3500～4000kg/m3按照骨料颗粒形状卵石、碎石按照GB/T14685－2011Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类按照骨料来源天然骨料人工骨料再生骨料粗骨料技术要求含泥量和泥块含量有害物质含量表观密度、堆积密度、空隙率坚固性最大粒径和颗粒级配针片状含量强度碱-骨料反应粗骨料最大粒径粗骨料公称粒级的上限粒径增大，总比面积减小，但超过40mm可能强度下降粗骨料颗粒级配指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况——不同粒径颗粒的分布颗粒级配分为连续粒级、间断级配(单粒级)。评价方法同砂子颗粒级配的评定方法筛孔系列2.36、4.75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5、53、63、75、90粗骨料的技术要求——颗粒级配粗骨料的技术要求——最大粒径GB50204－2002规定最大粒径不得超过结构截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净距的3/4；对于实心板，不得超过板厚的1/3且不得超过40mm；任何情况下，组骨料最大粒径不得大于150mm；对于泵送混凝土，最大粒径与输送管道内径之比，碎石不宜大于1:3，卵石不宜大于1:2.5（泵送高度<50m）

。——《混凝土结构工程施工质量验收规范(2011年版)》（GB50204-2002）粗骨料的技术要求指标（GB/T14685－2011）项目指标Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类含泥量（按质量计），%≤0.51.01.5泥块含量（按质重量计），%≤00.20.5硫化物与硫酸盐含量（以SO3重量计），%≤0.51.01.0有机物含量（用比色法试验）≤合格合格合格针片状（按质量计），%≤51525坚固性质量损失，%≤5812碎石压碎指标，≤102030卵石压碎指标，≤121416连续级配松散堆积空隙率≤434547粗骨料技术要求——针片状颗粒含量定义针状颗粒：颗粒长度大于其所属相应粒级平均粒径的2.4倍；片状颗粒：颗粒厚度小于其所属相应粒级平均粒径的0.4倍。针片状颗粒不利影响本身受力时易折断；易产生架空现象增大集料孔隙率，降低混凝土拌合物和易性和强度；影响配筋较密构件的浇筑质量测试方法针状颗粒规准仪和片状颗粒规准仪粗骨料技术要求——强度碎石的强度指标：抗压强度、压碎值；卵石的强度指标：压碎值。PP(1)抗压强度:将母岩制成50mm×50mm×50mm的立方体试件或Ф50mm×50mm的圆柱体试件，在水中浸泡48h以后，取出擦干表面水分，测得其在饱和水状态下的抗压强度值。通常混凝土等级≥C60时必须检验。不应小于混凝土强度的1.5倍(2)压碎值指标气干状态5.5~19mm石子去除针片状颗粒后装入标准筒，3~5min中均匀加荷至200kN并持荷5s……坚固性定义卵石、碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。测试方法：用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。测试原理：硫酸钠(NaSO4

10H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。混凝土用水是混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称。氯离子含量：设计使用年限为100年的结构混凝土，≤500mg/L；使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，≤350mg/L。

未经处理的海水严禁用于钢筋混凝土和预应力混凝土；含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制混凝土。满足《混凝土用水标准

》(JGJ63-2006)的其他规定水新拌混凝土的性能硬化混凝土的性能混凝土拌和物的和易性：流动性粘聚性保水性塑性收缩等混凝土微结构：密实性均匀性运输、浇灌和振捣硬化混凝土性能：强度f‘c

弹性模量Ec

徐变耐久性混凝土拌合物的和易性——概念混凝土拌合物是指由混凝土组成材料拌和而成、尚未凝结硬化的混合料，又称新拌混凝土。和易性指混凝土拌合物组分均匀，易于施工操作（拌和、运输、浇筑和振捣），以获得质量均匀、密实的混凝土的性能。混凝土拌合物和易性是一项综合技术性能，反映混凝土拌合物易于流动但组分间又不分离的一种性能，包括流动性、粘聚性和保水性三个方面的含义。流动性：拌合物在自重或施工机械振捣力的作用下，能