无机胶凝材料水泥.ppt

第四章 无机胶凝材料 水泥,一、胶凝材料的定义(复习),1.气硬性胶凝材料 指在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度的胶凝材料。适合：地上和干燥环境。,2.水硬性胶凝材料 指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，并保持和继续发展其强度的胶凝材料。适宜：既适宜于地上，也可用于地下和水中环境。,第一节 概述,1824年10月21日，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）获得英国第5022号“波特兰水泥”专利证书，从而一举成为流芳百世的水泥发明人。,1824年，英国石匠阿斯浦丁偶然发现粘土+石灰+水人造石（波特兰水泥）特点：强度高、耐久性好、防水、防火。,二、水泥的发明,中国的第一个水泥厂,启新水泥股份有限公司龙马负太极图牌水泥,画面由骏马，海水，太极图，火焰，祥云和中英文对照的“启新洋灰有限公司”等字样组成。是中国最早的水泥商标之一,水泥：是一种多组分的人造矿物粉料，它与水拌和后成为塑性胶体，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成具有一定强度的整体。（水泥是水硬性胶凝材料。）,三、水泥的定义,中华人民共和国国家标准GB1752007通用硅酸盐水泥（Common Porland Cement）,水泥 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 系列 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥硅酸盐水泥系列是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。,我是建筑业的粮食！,四、水泥的分类,硅酸盐水泥（05%）普通水泥（6%15%）矿渣水泥（2070%）火山灰水泥（2050%）粉煤灰水泥（2040%）复合水泥（1550%）,专用水泥专门用于某些工程的水泥,如道 路水泥、中低热水泥、砌筑水 泥等。特性水泥某种性能较突出的水泥，如快硬 硅酸盐水泥、高铝水泥、彩色水 泥、膨胀水泥等。,硅酸盐水泥系列,通用水泥,上述百分含量为混合材料的掺量,硅酸盐系列水泥的分类,通用硅酸盐系列水泥的分类,彩色水泥,彩色水泥,彩色水泥,普通水泥,硅酸盐系列水泥的分类,第二节 硅酸盐水泥,1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥国外通称的波特兰水泥（Portlandcement）。2.类型及代号硅酸盐水泥 型硅酸盐水泥：不掺混合材料的，代号P。型硅酸盐水泥：粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P。,硅酸盐水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 六个强度等级（R代表早强型水泥）,一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号,硅酸盐水泥的强度要求（GB1752007）,注：R早强型。,一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号,二.硅酸盐水泥的生产工艺概述（1）生产工艺 两磨一烧生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程（2）生产原料,石灰石质原料石灰石、白垩等粘土质原料粘土、页岩等,校正原料（少量）铁粉,CaO,SiO2、Al2O3、Fe2O3,Fe2O3,二、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,CaO：62%67%SiO2:20%24%Al2O3:4%7%Fe2O3：2.5%6.0%,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺,作用是调节水泥的凝结时间，使水泥不发生急凝现象,CaO,SiO2、Al2O3少量的 Fe2O3,校正SiO2，Fe2O3,硅酸盐水泥熟料中硅酸钙矿物不小于66%，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0.,1.主要成分：主要由四种矿物化学组成,三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性,注 意,原因：,煅烧水泥中反应：,危害：影响水泥体积安定性,石灰石质原料富含,潜在危害非常严重,其含量严格控制在水泥熟料的5%以内,增加PH值，保护钢筋,含量太高，产生碱骨料反应引起浆体的收缩和变形。,水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O表示，不应大于0.60%或由买卖双方确定。,道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。,大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣,适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。,水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低,实 例,快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程,（一）硅酸盐水泥的水化,水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应 各组分开始逐渐溶解 放出一定热量 固相体积也逐渐增加。其反应式如下：,四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,2(3CaOSiO2)+7H2O=3CaO2SiO24H2O+3Ca(OH)2 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙3CaOAl2O3+3(CaOSO3)2H2O+26H2O=6CaOAl2O33SO2.32H2O铝酸三钙 钙矾石4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O铁铝酸四钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙,反应较快,反应较慢,反应极快,反应较慢,主要水化产物（在完全水化的水泥石中）：,水化硅酸钙 70%（凝胶）氢氧化钙 20%（晶体）水化铝酸钙（晶体）水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）7%,是水泥石形成强度的最主要化合物,硅酸盐水泥的水化产物,(二）硅酸盐水泥的凝结硬化,凝结硬化的概念凝结：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程；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十年。,1.硅酸盐水泥的凝结和硬化过程,水化初期熟料矿物与水反应的速度较快，使水化产物不断地从液相中析出并聚集在水泥颗粒表面，形成以水化硅酸钙凝胶为主体的凝胶薄膜，大约在1h左右即在凝胶薄膜外侧及液相中形成粗短的针状钙矾石晶体。水化中期以水化硅酸钙（CSH）和氢氧化钙的快速形成为特征。水化后期由于新生成的水化产物的压力，水泥颗粒薄膜的凝胶薄膜破裂，使水进入未水化水泥颗粒的表面，水化反应继续进行。水化产物之间互相交叉连生，不断密实，固体之间的空隙不断减小，网状结构不断加强，结构逐渐紧密。,水泥石的结构A-未水化水泥颗粒；B-胶体粒子（C-S-H等）；C-晶体粒子（Ca(OH)2等）;D-毛细孔（毛细孔水）；E-凝胶孔,水泥石的组成：凝胶体（水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体）未水化的水泥颗粒内核毛细孔及凝胶孔 它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质随之而改变。,2.水泥石的结构,水泥石的工程性质(强度和耐久性)决定于水泥石的结构组成，即 水化物的类型 水化物的相对含量（可用水化程度表示）孔的大小、形状等,水灰比即拌和时用水量与水泥用量之比表示(W/C),2.水泥石的结构,不同水化程度水泥石的组成（a）水灰比：0.4；（b）水灰比：0.7,1.水灰比相同时，水化程度愈高，则水化物愈多，而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构，水灰比越大，毛细孔所占比例相对增加，水泥石的强度和耐久性下降。,3.影响水泥硬化的因素,湿度：水泥只有在潮湿、温暖的环境中硬化，若水泥石处于干燥的环境中，当水分蒸发完毕后，水化作用将无法进行，硬化停止，强度不在增长。,混凝土浇筑后23周必须浇水养护,温度：温度越高，水泥硬化越快；温度越低，水泥硬化越慢；温度低于0度时，水泥不在硬化。,混凝土冬季施工时采取保温措施,龄期：水泥石强度增长最快是在28天以前，以后较慢，三个月后更慢。但温度和湿度适宜的情况下，可以增长很多年。,以28天的混凝土立方体抗压强度作为强度评定指标。,细度：水泥颗粒的粗细直接影响水泥的硬化和强度。水泥越细，水化作用快且充分，凝结硬化速度快，早期强度也越高。,小结,1、硅酸盐水泥 型硅酸盐水泥：不掺混合材料的，代号P。型硅酸盐水泥：粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化 高炉矿渣混合材料，代号P。2、硅酸盐水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 六个强度等级（R代表早强型水泥）3、水泥生料中的主要成分是氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等 水泥熟料中的主要成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙4、水泥水化后生成的主要成分是水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸 钙（钙矾石）5、在水泥熟料中，掺加石膏的作用是调节水泥的硬化速度，防止水泥闪凝。6、在水泥熟料中除了四种主要成分外，还有游离的钙和镁，他们对水泥的影响主要是水泥体积的不安定性。7、在水泥熟料中，决定水泥强度等级的是硅酸三钙含量；保证水泥后期强度增长的是硅酸二钙含量；影响水泥凝结时间是铝酸三钙的含量8、水泥石的组成：凝胶体（水化硅酸钙凝胶和氢氧 化钙晶体）、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔及凝胶孔。9、影响水泥硬化的因素：水灰比、细度、温度、湿度、龄期、储存条件、矿物组成。,五、硅酸盐水泥的技术指标,国家标准GB1752007，对硅酸盐水泥的主要技术指标如下。,（一）密度与堆积表观密度,硅酸盐水泥的密度一般为3.13.2克/立方厘米；松散堆积密度一般为9001300公斤/立方米；紧密堆积密度一般为14001700公斤/立方米,（一）密度与堆积表观密度,（三）细度（Fineness）,（四）凝结时间（Setting time）,（八）标准稠度用水量,（五）体积安定性,（六）强度,（九）水化热,（七）碱含量（Na2O+0.658K2O计算值表 示，低碱水泥不应大于0.60%或由买卖双方确定。）,（二）化学指标,其中化学指标、凝结时间、体积安定性、强度、是强制性指标,细度是指水泥颗粒的粗细程度。影响水泥性能的重要指标鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。（1）筛分法是以80m方孔筛的筛余量表示。水筛法：负压筛法(为准)普通水泥的细度用筛余量表示，其筛余量不得超过10.0%。（2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。,（二）细度（Fineness）,.教学试验录像水泥试验水泥细度试验.flv,（二）细度（Fineness）,例题：取某厂生产硅酸盐水泥进行细度试验，两次取样均为25g，两次80um负压筛的筛余量分别为1.98g、2.01g，则此水泥的细度是否合格？,凝结时间：是指水泥从开始加水到失去塑性，即从可 塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。1.初凝时间（Initial setting time）自开始加水拌和起，至水泥浆体塑性开始降低所需时间，称为初凝时间。国家标准规定了通用硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。2.终凝时间（Final setting time）自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于390min（6.5h）。其他通用水泥为不得迟于600min.,（三）凝结时间（Setting time）,水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法水泥稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB1346）进行。它是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度下，用凝结时间测定仪来测定。,水泥净浆：水泥+水,水泥凝结时间在施工中具有重要意义。它直接决定混凝土的凝结时间。但水泥的凝结时间不等于混凝土的凝结时间。凝结不宜过快，以便在凝结前完成混凝土各工序的施工操作；凝结不宜过迟，使混凝土在浇筑完毕后尽早凝结硬化，有利于下一步施工工序的进行。,凝结时间测定仪,圆模和试针,滑动部分总质量为300g1g,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，一般在24%30%之间。水泥熟料矿物成分不同时，其标准稠度用水量亦有所差别，磨得越细的水泥，标准稠度用水量越大。,（四）标准稠度用水量,标准稠度测定仪,试锥和锥模,标准稠度用水量的测定,（1）将称好的 500g水泥试样倒入搅拌锅内，用量筒量好拌和用水。（2）拌和时，先将装有试样的锅放到搅拌机锅座上的搅拌位置，开动机器，同时徐徐加入拌和用水，慢速搅拌120s，停拌15s，接着快速搅拌120s后停机。,水泥净浆搅拌机,标准稠度用水量的测定,（4）拌和完毕，立即将净浆一次装入锥模中，用小刀插捣并振动数次刮去多余净浆，抹平后，迅速放到测定仪试锥下面的固定位置上。将试锥降至净浆表面，拧紧固定螺丝。将测定仪的刻度对零，然后突然放松固定螺丝让试锥沉入净浆中，直到停止下沉时，记录试锥下沉的深度S。以试杆沉入净浆并距底板6mm+-1mm的水泥净浆为标准稠度净浆，此时的用水量为标准稠度用水量。,水泥净浆达到标准稠度用水量越小越好。,（五）体积安定性,国家标准规定，水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫含量不得超过3.5%。,定义：水泥净浆在硬化过程中体积变化的均匀性。不安定现象：裂纹、翘曲、松脆、崩溃。原因：熟料中活性CaO、MgO，水泥中SO3存在（石膏）检测方法：试饼法及雷氏法两种 沸煮法测：CaO,将标准稠度的水泥净浆做成试饼经煮沸3h后，用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格，反之为不合格。采用试饼尺寸：直径：7080mm，高10mm养护24h,加热至沸腾30min恒温3h。规定：不合格不能使用。,1.试饼法,试饼,测定水泥浆在雷氏夹中硬化沸煮后的膨胀值，当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于5mm时，即判为该水泥安定性合格，反之为不合格；若两个试饼膨胀值的差值大于4.0mm，判定为不合格。,2.雷氏法,.教学试验录像水泥试验水泥标准用水量、凝结时间、体积安定性试验.flv,国家标准水泥胶砂强度试验方法（ISO法）（GB/T1767199）,（六）强度,（1）水泥强度确定的条件及等级水泥的强度等级按规定龄期（3天，28天）、在标准条件下的水泥胶砂的抗压强度和抗折强度来划分。概述：GB规定用水泥胶砂试件测水泥强度配合比：水泥：标准砂=1：3(平潭)说明:试验采用水泥450g，标准砂1350g，水225g。,标准砂是统一检验水泥强度用的材料，是以福建省平潭县芦洋浦的天然石英海砂经筛洗等加工制成。,方孔筛孔径，毫米,累计筛余量，,065,3,040,405,025,94,ISO法,标准砂,ISO法,标准尺寸：4040160（mm3）（一天后脱模）标准养护条件：温度201 相对湿度：90%以上,行星式水泥胶砂搅拌机主要用于水泥胶砂试件制备时的搅拌,水泥胶砂搅拌机,4040160mm水泥胶砂试模是国家标准水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671-1999中规定的统一设备。,水泥胶砂振实台主要用于水泥胶砂试件制备时的振实成型,水泥胶砂试模和振实台,水泥压力机专供测定水泥胶砂抗压强度之用,最大载荷200kN,水泥压力机,电动抗折机做水泥软练胶砂抗折强度检验用,并可作其他非金属脆性材料的抗折强度检验。本试验机使用单杠杆时最大试验力为1000N,使用双杠杆时最大试验力为5000N,试验机标尺有专为水泥软练胶砂抗折强度与抗折力的换算刻度。,电动抗折机,水泥的强度等级,注：R早强型。,早强型优点：3d强度较普通型强度提高10%24%，3d强度可达普通型强度28天的50%。,硅酸盐水泥强度等级：(Mpa)42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R普通硅酸盐水泥强度等级：(Mpa)42.5、42.5R、52.5、52.5R。,几种通用水泥的强度等级,七、通用硅酸盐水泥的化学指标GB175-2007,GB175-2007通用硅酸盐水泥规定：通用硅酸盐水泥分为合格品和不合格品。凡检验结果符合化学指标、凝结时间、安定性、强度技术要求的为合格品。凡检验结果不符合化学指标、凝结时间、安定性、强度技术要求的为不合格品。,合格水泥和不合格水泥,通用硅酸盐水泥的化学指标GB175-2007,（七）水泥的水化热,水泥在水化过程中所放出的热量，成为水泥的水化热（焦耳/公斤）。,水化热在水化的初期释放（7天前）较多，后期释放逐渐减少。,取决因素：水泥熟料的矿物组成，颗粒细度。,水泥强度等级越高，水化热越大，否则越低。,缓凝剂（早强剂）可以减缓（加速）水泥的水化反应，减缓（加速）放热速度,水泥的水化热对大体积混凝土（大坝混凝土）不利。导致内外温差，引起局部拉应力，混凝土产生裂缝。一般大体积混凝土采用水化热低的水泥或加缓凝剂。,.教学试验录像水泥试验水泥胶砂强度试验.flv,复习,1、GB1752007通用硅酸盐水泥中规定的强制指标包括：化学指标、凝结时间、安定性、强度。2、水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。低碱水泥的碱含量不大于0.6%，或双方约定。3、水泥的细度用比表面积（不小于300平米/公斤）或80um筛余百分量（不大于10%）表示。4、取某厂生产硅酸盐水泥进行细度试验，两次取样均为25g，两次80um负压筛的筛余量分别为1.98g、2.01g，则此水泥的细度是否合格？5、凝结时间是指水泥从开始加水到失去塑性，即从可 塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。6、经检测某种硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的初凝时间为54min，终凝时间490min，上述两种水泥是否为合格品？7、某种水泥的终凝时间为160min，则用此水泥拌制混凝土时，混凝土从搅拌到浇筑成型的最长时间是160min?8、水泥凝结时间、标准稠度用水量的测定使用水泥胶砂？水泥净浆？9、标准稠度用水量以标准维卡仪试杆沉入净浆并距底板6mm+-1mm的水泥净浆拌合用水。用百分比表示。10、水泥凝结时间的测定用维卡仪，当试针沉入距底板4mm+-1mm时，水泥达到初凝状态；当试针沉入试体0.5mm时，为水泥终凝状态。,11、相同品种的水泥，其中一个批次的比表面积是350平米/公斤，另一个批次的比表面积是450平米/公斤。前者的标准稠度用水量大于（小于）后者；前者的水化热大于（小于）后者；前者的早期强度大于（小于）后者。12、某品种水泥500g，加入100g水时，测定标准维卡仪的试杆距底板10mm，加入150g水时，标准维卡仪的试杆距底板8mm；加入180g水时，试杆距底板7mm；加入200g水时，试杆距底板4mm，则此水泥的标准稠度用水量为？13、某品种水泥加水搅拌成标准稠度净浆，用维卡仪测定其凝结时间。从加水搅拌到指针距底板6mm用时为85min，指针距底板5mm用时为65min;从加水搅拌到指针沉入试体1.0mm用时为300min;指针沉入试体0.5mm用时340min,则此水泥的初凝时间和终凝时间为？14、体积安定性的检测方法包括试饼法和雷氏法。15、用试饼法检测体积安定性时，试饼没有裂纹、翘曲、松脆、崩溃等现象为合格。16、用雷氏法检测体积安定性时，两个试饼蒸煮后与蒸煮前量测增加值的平均值不大于5.0mm时，体积安定性合格，否则为不合格；如果两个试饼增加值的差值大于4.0mm，判定为安定性不合格。17、水泥的强度等级按规定龄期（3天，28天）、在标准条件下的水泥胶砂的抗压强度和抗折强度来划分。18、强度等级为42.5和42.5R的硅酸盐混凝土，其3天和28天强度有什么异同？抗压和抗折强度均相同？,19、有四个厂家生产的同为P.I 52.5的水泥，检测数据如下：,那个厂家水泥合格？,水泥石的腐蚀：在某些环境条件（如受到某些侵蚀性液体或气体的作用）下，引起水泥石的结构逐渐破坏，强度降低，以致全部溃裂的现象称为水泥石的腐蚀。耐腐蚀系数：以同一龄期的分别浸在侵蚀性溶液中的水泥石试件强度与在淡水中养护的试件强度的比值来表示。耐腐蚀系数越大，水泥石的抗腐蚀性能也就越好。水泥石腐蚀的基本原因是：水泥石中存在有易被腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实而使侵蚀性介质易于进入其内部；外界因素的影响，如腐蚀介质的存在，环境温度、湿度、介质浓度的影响等。,六、环境水对水泥石的侵蚀,1.软水腐蚀（溶出性侵蚀）雨水、雪水、蒸馏水、工业冷凝水及含碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。水泥与软水接触水化产物氢氧化钙被溶出不断溶解流失孔隙增大，碱度下降并促使硬化水泥石的其它产物水化硅酸钙、水化铝酸钙分解使水泥石结构遭受破坏。,水质越软，水的流动性越大，侵蚀性越高。,（一）水泥石的几种主要侵蚀作用,软水腐蚀、盐类腐蚀、酸类腐蚀等,（1）硫酸盐腐蚀当海水、沼泽水、工业污水等中含有碱性硫酸盐（如Na2SO4、MgSO4、K2SO4等）时，其中的SO4根对水泥石有严重的破坏作用。Ca(OH)2+硫酸盐CaSO4硫酸钙亦能与水泥石中的固态水化铝酸钙作用，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体。4CaOAl2O312H2O+3CaSO4+20H2O3CaOAl2O33CaSO431H20+Ca(OH)2反应是在固相中进行的高硫型水化硫铝酸钙结合着大量结晶水其体积膨胀为原来的水化铝酸钙体积的2.5倍水泥石产生很大的内应力水泥石开裂、强度降低和造成破坏。,2.盐类腐蚀,水化硫铝酸钙呈针状结晶，故常称为“杆菌水泥”,（2）镁盐腐蚀 海水、地下水中常含有大量镁盐 硫酸镁(MgSO4)氯化镁(MgCl2)MgSO4十Ca(0H)2十2 H20 CaSO42 H20十Mg(0H)2(3CaOAl2036 H20十3（CaSO42 H20）十19 H20 3CaOAl2033CaSO431 H20)MgCl2十Ca(0H)2CaCl2十Mg(0H)2反应结果：氢氧化镁（Mg(0H)2）松软而无胶凝能力 二水硫酸钙（Ca SO42H20）又将引起硫酸盐的破坏作用 氯化钙（CaC12）易溶解于水硫酸镁对水泥石起着双重腐蚀作用。,2.盐类腐蚀,（1）碳酸腐蚀在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳。二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙反应生成碳酸钙继续与含碳酸的水作用变成易溶于水的碳酸氢钙（Ca（HCO3）2），由于碳酸氢钙的溶解使Ca（0H）2浓度降低，导致水泥石中其它产物的分解，而使水泥石结构破坏。开始：Ca（0H）2十C02十H20CaC03十2 H20然后：CaC03十C02十H20 Ca（HCO3）2可逆的，当碳酸超过平衡浓度（溶液中的pH7）时，则上式反应向右进行，形成碳酸腐蚀。,3.酸类腐蚀,随着水温度的增加，反应加快；如果是渗滤的压力水，生成的Ca（HCO3）2将被带走，反应向右进行；游离的C02越多，腐蚀越厉害。,（2）一般酸的腐蚀（HCl、H2SO4）各种酸类与水泥石中的氢氧化钙作用生成化合物或者易溶于水，或者体积膨胀而导致水泥石破坏。对水泥石腐蚀作用最快的是无机酸中的盐酸、氢氟酸、硝酸、硫酸和有机酸中的醋酸、蚁酸和乳酸等。例如，盐酸和硫酸分别与水泥石中氢氧化钙作用，其反应式如下：2HCl十Ca(0H)2CaCl2十2H20 氯化钙易溶于水而导致化学腐蚀型破坏H2SO4十Ca(0H)2CaSO42H20 石膏对水泥石产生硫酸盐膨胀型破坏。,3.酸类腐蚀,(1)根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种。水泥品种不同，其矿物组成也不同，对腐蚀的抵抗能力不同。水泥生产时，调整矿物的组成，掺加相应耐腐蚀性强的混合材料，就可制成具有相应耐腐蚀性能的特性水泥。水泥使用时必须根据腐蚀环境的特点，合理地选择品种。如硅酸盐水泥水化时产生大量Ca(OH)2，易受各种腐蚀的作用，抵抗腐蚀能力较差；而掺加活性混合材料的水泥，其熟料比例降低，水化时Ca(OH)2较少，抵抗各种腐蚀的能力较强；铝酸钙含量低的水泥，其抗硫酸盐、抗碱腐蚀性能较强。(2)提高水泥石的密实度，改善孔隙结构。水泥石的构造是一个多孔体系，因多余水分蒸发形成的毛细孔隙，是连通的孔隙，介质能渗入其内部，造成腐蚀。提高水泥石的密实度，减少孔隙，能有效地阻止或减少腐蚀介质的侵入，提高耐腐蚀能力；改善水泥石的孔隙结构，引入密闭孔隙，减少毛细孔连通孔，可提高抗渗性，是提高耐腐蚀能力的有效措施。(3)通过表面处理，形成保护层。当腐蚀作用较强时，应在水泥石表面加做不透水的保护层，隔断腐蚀介质的接触，保护层材料选用耐腐蚀性强的石料、陶瓷、玻璃、塑料、沥青和涂料等。也可用化学方法进行表面处理，形成保护层，如表面碳化形成致密的碳酸钙、表面涂刷草酸形成不溶的草酸钙等。对于特殊抗腐蚀的要求，则可采用抗蚀性强的聚合物混凝土。,4.防止水泥石腐蚀的措施,1.活性混合材料：加水拌和本身并不硬化，但与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌和后能发生化学反应，生成有一定胶凝性的物质，且具有水硬性，这种混合材料称为活性混合材料。其主要成分为SiO2、Al2O3等。,第三节 掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,（一）定义：磨细水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料称为混合材料。,（二）种类：按性质不同分：活性混合材料或水硬性混合材料（用量最大）非活性混合材料或填充性混合材料。,活性混合材料的种类,系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。,炼钢厂冶炼生铁时的副产品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有较高的化学潜能，但稳定性差。,粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰,火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有较高的活性。,天然的、人工的,主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。,2、非活性混合材料,定义：在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。目的：调节水泥强度，增加水泥产量(节约水泥用量)，降低水化热。常用种类：磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣、高硅质炉灰等。品质要求：足够的细度，不含或极少含对水泥有害的杂质。,氧化硅含量越高，活性越差。,通用硅酸盐系列水泥的分类,通用硅酸盐水泥的化学指标GB175-2007,二、普通硅酸盐水泥（代号PO）,定义（Ordinary portland cement）硅酸盐水泥熟料+适量石膏+大于5%且小于等于20%的混合材料技术性质要求（与硅酸盐水泥相比）相同点 MgO含量、SO3含量、初凝时间、安定性的技术要求相同。不同点终凝时间：不迟于600min（10h）；烧失量：不得大于5.0%；,1.普通硅酸盐水泥强度等级,强度等级：普通硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。各龄期的强度不低于下表的规定。,2.普通硅酸盐水泥特性,与硅酸盐水泥比较，有以下特性：最高强度等级不及硅酸盐水泥；凝结时间略长；抗冻、耐磨等性能较硅酸盐水泥稍差。应用普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。,三、矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定义技术性质要求（与普通水泥相比）相同点MgO含量、细度、凝结时间、安定性的技术要求相同。,1.强度指标,2.主要特性,二次反应,三种水泥的共同特性凝结硬化较慢，早强强度较低，后期强度增长较快；水化热较低，放热速度慢；具有较好的化学稳定性，抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力较强；硬化时对湿热敏感性强，蒸汽养护适应性好；抗冻性、耐磨性及抗碳化性能较差。,3.三种水泥各自特性,矿渣水泥的抗渗性较差，但耐热性好，更适用于高温车间、高炉基础等耐热工程。火山灰水泥的抗渗性好，但干缩较大，不适用于长期处于干燥环境中的混凝土工程。粉煤灰水泥干缩小，抗裂性好，特别适用于水利工程及大体积混凝土建筑物。,矿渣硅酸盐水泥(代号PS)（Portland blastfurnace-slag cement）（1）适用于地下或水中工程，以及经常受较高水压的工程。对于要求耐淡水侵蚀和耐硫酸盐侵蚀的水工或海工建筑尤其适宜。（2）适用于大体积混凝土工程，但不适用于受冻融或干湿交替的建筑及耐磨工程。（3）最适用于蒸气养护的预制构件。（4）适用于受热（200以下）的混凝土工程。,4.矿渣硅酸盐水泥应用,火山灰硅酸盐水泥（代号PP）（Portland pozzolane cement）（1）最适宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗渗性、抗淡水及抗硫酸盐侵蚀的工程中。但是火山灰水泥的抗冻性较差，不宜用于受冻部位。（2）不宜用于干燥地区或高温车间。（3）适宜用蒸汽养护生产混凝土预制构件。（4）宜用于大体积砼工程。,5.火山灰硅酸盐水泥应用,6.复合硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥（Composite portland cement）凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。混合材料总掺量应20%，但不能超过50%。由于掺入了两种或两种以上的混合材料，复合水泥的水化热较低；早期强度较高，其强度要求与普通水泥的强度要求相同。,某32.5矿渣硅酸盐水泥，储存期超过三个月。已测得其3d强度达到强度等级为32.5MPa的要求。现又测得其28d抗折、抗压破坏荷载如下表所示：,计算后判定该水泥是否能按原强度等级使用。,例题1,抗折试验时，支撑长度为100mm。,解:1.抗折破坏强度 v=3 F L/2 b2=0.00234 F试件1:v=0.00234*2900=6.786MPa试件2:v=0.00234*2600=6.084MPa试件3:v=0.00234*2800=6.552MPa平均值=(6.786+6.084+6.552)/3=6.474 MPa三个值中无超过平均值10%,故无剔除值.故该水泥的抗折强度为6.474 MPa.,2.抗压强度 c=F/A=F/1600试件1:c=65000/1600=40.6MPa c=64000/1600=40MPa试件2:c=64000/1600=40MPa c=53000/1600=33.1MPa,例题1,L100mmb40mmh40mm,试件3:c=66000/1600=41.3MPa c=70000/1600=43.8MPa平均值=(40.6+40+40+33.1+41.3+43.8)/6=39.8 MPa 其中33.1超过平均值的10%,应剔除。剩余5个的平均值为:平均值=(40.6+40+40+41.3+43.8)/5=41.1 MPa 无值超过平均值的10%,故该水泥的抗压强度为41.1 MPa。国家标准规定32.5#普通水泥28d抗折强度须大于5.5 MPa、抗压强度须大于32.5MPa，根据试验结果得出该水泥28d抗折强度为6.474 MPa、抗压强度为41.1MPa，因此该水泥满足28天的强度要求。已测得其3d强度达到强度等级为32.5MPa的要求。故该水泥能按原强度等级使用。,第四节 其他品种水泥,通用硅酸盐系水泥品种不多，但用量却是最大的。除此之外水泥品种的大部分是特性水泥和专用水泥，又称为特种水泥 其用量虽然不大，但用途却很重要且很广泛。特种水泥中又以硅酸系水泥为主。,一.白水泥与彩色水泥,白水泥:Fe2O3 3%-4%0.35%-0.4%暗灰色 白色 Mn Cr等氧化物也影响颜色白水泥主要用于建筑物的装饰，如地面、楼梯、外墙饰面，彩色水刷石和水磨石制造，大理石及瓷砖镶贴，混凝土雕塑工艺制品等。还用于与彩色颜料配成彩色水泥，配制彩色砂浆或混凝土，用于装饰工程。,彩色硅酸盐水泥简称彩色水泥，主要有两种生产方法，即染色法和烧成法。染色法是将碱性颜料、白色水泥熟料和石膏共同磨细制成，其产品标准为JC/T 8702000彩色硅酸盐水泥；也可将颜料直接与白水泥混合配制而成，这种方法灵活简单，但颜料消耗大，色泽不易均匀。烧成法是将着色剂加入水泥生料中，经过煅烧使熟料具有所需的颜色，再与石膏混合磨细而成。烧成法制得的彩色水泥，色泽均匀，颜色保持持久，但生产成本较高；染色法制得的彩色水泥，色泽不易均匀，长期使用易出现褪色，但生产成本较低。目前彩色水泥以染色法较常用。染色法使用的颜料多为无机矿物颜料，要求不溶于水、分散性好、大气稳定性好、抗碱性强、着色力强，并不得显著影响水泥的强度和其他性质。有机颜料易老化，只能作为辅助用途使用，通常只加入少量，以提高水泥色彩的鲜艳度。彩色水泥主要是配制彩色砂浆或混凝土，用于制造人工石材和装饰工程。,彩色水泥,二.快硬(硅酸盐)水泥,凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以三天抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥)。C3S S3A含量增大(60%-65%),石膏8%,提高细度4503d 强度用途:早强砼 紧急抢修工程,低温施工工程,三.高铝水泥(矾土水泥),铝酸钙 Al2O3超过50%3d强度特性:1.快硬早强(紧急军事工程,抢修工程),临时工程.2.水化热大,且放热量集中(15,25施工,不能进行蒸汽养护).3.强的抗硫酸盐性能4.耐热性好(1300-1400),配制耐热砼,炉衬.5.长期强度要降低(40%-50%),不能用于长期承重结构及高温高湿环境.,四.膨胀水泥与自应力水泥,1.概念：膨胀水泥和自应力水泥都是硬化时具有一定体积膨胀的水泥品种。膨胀水泥膨胀值较小，主要用于补偿收缩；自应力水泥膨胀值较大，用于产生预应力混凝土。,通用硅酸盐水泥在空气中硬化，一般都表现为体积收缩，平均收缩率为0.02%0.035%。混凝土成型后，7d60d的收缩率较大，以后趋向缓慢。收缩使水泥石内部产生细微裂缝，导致其强度、抗渗性、抗冻性下降；用于装配式构件接头、建筑连接部位和堵漏补缝时，水泥收缩会使结合不牢，达不到预期效果,而使用膨胀水泥就能改善或克服上述的不足。另外，在钢筋混凝土中，利用混凝土与钢筋的握裹力，使钢筋在水泥硬化发生膨胀时被拉伸，而混凝土内测产生压应力，钢筋混凝土内由组成材料(水泥)膨胀而产生的压应力称为自应力。自应力的存在使混凝土抗裂性提高。,使水泥产生膨胀主要有三种途径氧化钙水化生成Ca(OH)2氧化镁水化生成Mg(OH)2铝酸盐矿物生成钙矾石。因前二种反应不易控制，一般多采用以钙矾石为膨胀组分生产各种膨胀水泥。,常用硅酸盐系膨胀水泥主要是明矾石膨胀水泥(标准代号为JC/T 3111997)、低热微膨胀水泥(标准代号为GB 29381997)自应力硅酸盐水泥(标准代号为JC/T 2181995)。,低水化热硅酸盐水泥原称大坝水泥，是专门用于要求水化热较低的大坝和大体积工程的水泥品种。主要品种有三种。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥(简称中热水泥)，代号PMH。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热硅酸盐水泥(简称低热水泥)，代号PLH。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉矿渣、适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥(简称低热矿渣水泥)，代号PSLH。生产低水化热水泥，主要是降低水泥熟料中的高水化热组分C3S、C3A等的含量。中热水泥主要适用于大坝溢流面的面层和水位变动区等要求较高耐磨性和抗冻性的工程，低热水泥和低热矿渣水泥主要适用于大坝或大体积建筑物内部及水下工程。,五、低水化热硅酸盐水泥,国家标准GB 7482005抗硫酸盐硅酸盐水泥按抵抗硫酸盐腐蚀的程度分成中抗硫酸盐硅酸盐水泥和高抗硫酸盐硅酸盐水泥两大类。以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称中抗硫水泥，代号PMSR。具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称高抗硫水泥，代号PHSR。水泥石中的Ca(OH)2和水化铝酸钙是硫酸盐腐蚀的内在原因，水泥的抗硫酸盐性能就决定于水泥熟矿物中这些成分的相对含量。降低熟料中C3S和C3A的含量，相应增加耐蚀性较好的C2S替代C3S，增加C4AF替代C3A，是提高耐硫酸盐腐蚀的主要措施之一。,六、抗硫酸盐硅酸盐水泥,铝酸盐系水泥是应用较多的非硅酸盐系水泥，是具有快硬早强性能和较好耐高温性能的胶凝材料，还是膨胀水泥的主要组分，在军事工程、抢修工程、严寒工程、耐高温工程和自应力混凝土等方面应用广泛，是重要的水泥系列之一。一、铝酸盐水泥的原料与组成 依据国家标准GB 20