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1、胶凝材料学,主讲：李子成,内容回顾,影响水泥石结构强度的主要因素?水泥石体积变化?加入引气剂提高水泥石耐久性的原因？,【案例1】某砼工程工期较短，现有强度等级同为42.5级的硅酸盐水泥和矿渣水泥。从有利于完成工期的角度来看，选用哪种水泥更为有利？,【案例2】何谓水泥凝结时间？国家标准对通用硅酸盐水泥凝结时间是如何规定的？有何工程意义？,【案例3】现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外，从特性和试验角度分析）？,第四章 硅酸盐水泥第一节 硅酸盐水泥的生产过程与方法第二节 硅酸盐水泥熟料矿物形成的物理化学过程第三节 硅酸盐水泥熟料矿物的
2、组成、结构及其与胶 凝性能的关系第四节 硅酸盐水泥的水化反应及机理第五节 水泥浆结构的形成过程与特性第六节 水泥石的结构第七节 水泥的工程性质,第七节水泥石的工程性质,四、水泥石腐蚀的方式1、软水侵蚀（溶出性侵蚀）2、酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀）酸的腐蚀碳酸水的腐蚀3、强碱腐蚀4、镁盐腐蚀5、硫酸盐腐蚀(膨胀性腐蚀),1软水侵蚀（溶出性侵蚀）1）何谓软水侵蚀？当水泥石处在软水环境中，软水能使水泥石中的水化产物氢氧化钙溶解，进而促使其它水化产物分解，称之为软水侵蚀或溶出性侵蚀。2)侵蚀机理：水泥石中的水化产物必须在一定碱性浓度的液相中才能稳定存在，否则易被分解。,当水泥石长期与软水接触时，Ca(O
3、H)2最先被溶出：在静水及无压水的情况下，由于周围的水易为溶出的Ca(OH)2所饱和，溶解作用很快中止。Ca(OH)2溶出仅限于表层，影响不大。当水泥石在流动水及压力水作用下，Ca(OH)2不断溶解、流失，而且由于石灰浓度的继续降低，还会引起其它水化物的分解溶蚀，使水泥石的结构遭受进一步的破坏，这种现象称为“溶 析”。溶出性侵蚀的强弱程度，与水质的暂时硬度有关。当水质较硬，侵蚀作用较弱。,硬水条件下,2酸类腐蚀（1）碳 酸 腐 蚀当水中CO2浓度较高时，CO2与水泥石中的Ca(OH)2发生反应，生成易溶的重碳酸钙而溶失。Ca(OH)2 浓度降低，还会导致水泥石中的其它水化物分解，腐蚀加剧。（2
4、）一般酸的腐蚀各种酸对水泥石都有不同程度的腐蚀。酸与水泥石中的Ca(OH)2作用后的生成物，或者易溶于水，或者体积膨胀，导致水泥石破坏。且由于Ca(OH)2被大量消耗，引起水泥石碱度降低，促使其它水化物大量分解，从而引起水泥石强度的急剧下降。,3强碱腐蚀碱类溶液如浓度不大时一般是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如NaOH）作用后也会破坏：氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠：3C3A+6NaOH 3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2作用而生成碳酸钠：NaOH+CO2 Na2CO3+H2O碳酸钠在水泥石
5、毛细孔中结晶沉积,使水泥石胀裂。,4.镁盐的腐蚀 镁盐与水泥石中的Ca(OH)2起复分解反应，如：MgSO4+Ca(OH)2+2H2O CaSO42H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2 CaCl2+Mg(OH)2因此，MgSO4对水泥石起镁盐及硫酸盐的双重腐蚀作用。,Mg(OH)2松软无胶凝能力CaCl2易溶于水二水石膏则引起水泥石的硫酸盐破坏,生成物,5.硫酸盐的腐蚀 硫酸盐对水泥石产生膨胀性化学腐蚀。硫酸盐与水泥石中的Ca(OH)2起置换反应，生成硫酸钙，硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙作用生成三硫型水化硫铝酸钙，体积增大，对水泥石起极大的破坏作用。三硫型水化硫铝酸钙呈针状晶体
6、，通常称为“水泥杆菌”。在水中硫酸盐浓度较高时，CaSO4将在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，从而导致水泥石破坏。,水泥石腐蚀的基本原因 内因：水泥石中易腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙 施工质量差，水泥石本身不够密实，侵蚀性介质易于进入 外因：腐蚀性介质存在、温度、湿度、介质浓度等防止水泥石腐蚀的措施1、改变熟料矿物组成2、加入外加剂3、提高混凝土的密实度。4、在水泥石结构的表面设置保护层。5、根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。,五、通用水泥的性能及应用 硅酸盐水泥水化硬化是硅酸盐水泥熟料及少量石膏与水发生水化反应。普通硅酸盐水泥混合材掺量较少，与硅酸盐水泥性能相近。矿渣水泥等通用水泥混合
7、材料掺量较大。硅酸盐水泥熟料先水化，生成水化产物水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙，氢氧化钙再与混合材料中的活性SiO2及Al2O3发生水化反应，称之“二次水化反应”。一般来说，掺入较多的混合材料会使水化速度减慢，故对早期强度有所影响；另一方面，又降低了水泥石中氢氧化钙的含量，对水泥性能有较大影响。,1、硅酸盐水泥的特性及应用,凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程。抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不适于用有海水、矿物水及硫酸盐侵蚀介质存在的环境。水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。抗碳化性好。
8、因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强（电化学知识）。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。耐热性差。不适用于承受高温作用的混凝土工程。耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。,2.普通硅酸盐水泥的性能特点及应用 1).特性（与硅酸盐水泥相比）：水化热略低 早期强度略低 耐腐蚀性稍好 抗冻性略差 耐磨性略差 抗碳化性略差 2).用途：与硅酸盐水泥相同，广泛应用于各种砼或钢筋砼工程。,发生二次水化反应。水泥熟料矿物水化后的产物在激发剂的作用下又与混合材料中的活性氧化物进行反应，生成新的水化产物，称二次水化反应。早期强度低，后期强度增长较快。早期（3d、7d）强度低，后
9、期（28d以后）强度增长较快，甚至超过同强度等级普通硅酸盐水泥。不适于早强砼工程。水化热较低。适用于大体积砼工程。熟料少，水化慢，水化热低。耐热性较好。可用于耐热砼工程。当受到高温（不大于200）作用，强度不显著降低。耐热性较好。可用于高温车间和有耐热耐火要求的砼结构。耐腐蚀性较强(抵抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力较强)。宜用于水工和海港工程。,3.矿渣硅酸盐水泥的性能特点及应用,保水性较差，泌水性较大，干缩性较大。矿渣水泥的标准稠度用水量较大，但保持水分的能力较差，泌水性较大，故矿渣水泥的干缩性较大。如养护不当，就容易产生裂纹。抗渗性、抗冻性、耐磨性和抵抗干湿交替循环的性能均较差。不宜用于承
10、受冻融交替部位及受高速水流或挟砂水流冲刷部位。且使用时要注意加强早期养护。湿、热敏感性强，适于蒸汽养护、蒸压养护的预制构件。在常温下二次水化反应较慢，若采用蒸汽养护或蒸压养护等湿热处理方法，则能显著加快硬化速度。抗碳化能力差。矿渣水泥水化、硬化以后碱度较低。,4.火山灰质硅酸盐水泥的性能特点及应用,特性及应用：（与矿渣水泥相近，主要差别）抗渗性好。适用于抗渗要求较高的工程。火山灰水泥的干燥收缩性比矿渣水泥还大，在干热环境中容易产生裂缝。不宜用于干热环境的工程。应加强养护，并适当延长养护时间。抗冻性、耐磨性比矿渣水泥还差。不宜用于有抗冻、耐磨要求的工程。,5.粉煤灰硅酸盐水泥的性能特点及应用,特
11、性及应用：与矿渣水泥、火山灰水泥比较，性质相似，主要区别：干缩性较小，抗裂性好。适于抗裂要求较高的构件。砼拌和物的和易性好。特别适用于大体积砼结构、高流动性泵送砼。早期强度更低(比矿渣水泥、火山灰水泥还要低)。适于承受荷载较迟的砼工程。,6.复合硅酸盐水泥的性能特点及应用,特性及应用：特性：复合硅酸盐水泥的特性取决于所掺两种混合材料的种类、掺量及相对比例，与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似或略有改善。用途：与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥相似。,六、水泥的选用,1、水泥品种的选用水泥品种应根据砼工程特点、所处的环境条件和施工条件等进行选择。水泥性能必须符合国家标准规定。2、水
12、泥强度等级的选择水泥强度等级应与砼的设计强度等级相适应。原则上：配制高强度等级的砼，应选用高强度等级的水泥；配制低强度等级的砼，应选用低强度等级的水泥。,【案例1】某砼工程工期较短，现有强度等级同为42.5级的硅酸盐水泥和矿渣水泥。从有利于完成工期的角度来看，选用哪种水泥更为有利？,【案例2】何谓水泥凝结时间？国家标准对通用硅酸盐水泥凝结时间是如何规定的？有何工程意义？,【案例3】现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外，从特性和试验角度分析）？,3、水泥的运输和储存水泥在运输和储存过程中不得混入杂物，应按不同品种、强度等级、出厂日期
13、分别运输、分别存放，并加以明确标示。散装水泥分库存放，袋装水泥堆放高度一般不超过10袋，并先存先用。【不同品种、不同生产厂家的水泥使用时不得混用，且检测时仪器必须每次洗净】。防潮。对于结块水泥的处理方法：仅有轻微结块，可压碎后按实测强度等级使用；对于部分结成硬块，可筛除或压碎硬块后，用于次要部位；对于大部分结块的，不能使用。水泥储存时间不宜过长，一般不超过3个月。铝酸盐水泥储存期一般不超过2个月。,受潮水泥作适当处理可以降级使用。但安定性不良的水泥应作废品处理。,注意,七、水泥粉磨掺合料,1、混材的定义 混合材料：为改善水泥性能、提高水泥产量，在生产时掺入的天然或人工矿物质材料。2、混材的分类
14、活性混合材料 具有潜在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料（指能与氢氧化钙或水泥发生反应的具有水硬性水化产物的混材）。如：粒化高炉矿渣；粉煤灰；火山灰质混合材料,【掺混合材料的目的】改善水泥的某些性能、调节水泥强度等级、节约水泥熟料、提高水泥产量、降低水泥成本、利用工业废渣等。,火山灰特性：磨细的矿物质材料和水拌和成浆后，单独不具有水硬性，但在常温下与外加的石灰一起和水拌和后的浆体，能形成具有水硬性化合物的性能。如：火山灰、粉煤灰、硅藻土潜在水硬性：该类矿物质材料只需在少量外加剂的激发条件下，即可利用自身溶出的化学成分，生成水硬性的化合物。如：粒化高炉矿渣（类似熟料矿
15、物）,粒化高炉矿渣：是炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒，粒径一般为0.55mm。急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣。主要成分：活性SiO2、Al2O3。具有较高的活性。粉煤灰：是火力发电厂锅炉以煤粉做燃料，由收尘器从其烟气中收集下来的灰粉，又称飞灰。呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，粒径一般为0.0010.05mm。主要成分：活性SiO2、Al2O3。具有较高的活性。火山灰质混合材料：凡天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的物质，本身磨细加水并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，统称为火山灰质混合材料。天然的火山灰质混合材料
16、：火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等。人工的火山灰质混合材料：烧粘土、煤矸石、粉煤灰、煤渣等。,非活性混合材料 不具有潜在水硬性或活性指标不能达到规定要求的混合材料（在常温下不能与氢氧化钙或水泥发生水化反应的混材）。如：磨细石灰石、石英砂、粘土、慢冷矿渣及各种废渣等。,【掺加非活性混合材料的目的】起填充作用、增加水泥产量、降低水泥强度等级、降低水泥成本、减少水化热、调节水泥的某些性质等。,3.窑 灰窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘，应符合标准规定。窑灰的性能：介于活性混合材料与非活性混合材料之间。窑灰的主要组成：碳酸钙、脱水粘土、玻璃态物质、氧化钙，另外还有少量的熟料矿物、碱金属硫酸盐、石膏等。4.石膏主要采用天然石膏，也可采用工业副产石膏。,5、助 磨 剂水泥熟料粉磨时，加入助磨剂，可以提高磨机台时产量，降低粉磨电耗，减少熟料用量，增加混合料掺量，节约水泥生产成本。国标规定：水泥熟料粉磨时允许加入助磨剂，但加入量应不超过水泥质量的0.5%。且助磨剂质量符合JC/T667-2004水泥助磨剂标准规定。助磨剂作用机理：降低颗粒表面能，减小颗粒硬度及颗粒之间的黏附性，提高易磨性。,结束,
