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1、第四章 水泥（2）,1.矿物组成：C3S、C2S、C3A、C4AF,复习旧课,2.硬化水泥石中的组成,水化产物未水化的水泥颗粒 毛细孔,3.水泥石强度的发展规律,早期强度发展快，后期强度发展慢，随着时间的延长，强度仍有缓慢的增长。,4.水泥石强度发展的必要条件,温度湿度 时间,5.决定水泥石强度的因素,熟料矿物成分细度水灰比,常用水泥的技术要求,水泥石的腐蚀和防止,水泥的性质与应用,新课内容,一、硅酸盐水泥的细度,定义,细度指水泥颗粒的粗细程度。用比表面积（单位质量粉末的总表面积，m2/kg）表示。影响水泥的需水量、水化速度、凝结时间、强度及收缩等性质。,同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。
2、,讨论与分析,缺点:,水泥越细,优点：,硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。,GB规定,总表面积越大，与水接触面积也较大，需水量大，与水发生水化反应的速度越快，水化产物越多，强度越高。,细度指水泥颗粒的粗细程度。用比表面积（单位质量粉末的总表面积，m2/kg）表示。影响水泥的需水量、水化速度、凝结时间、强度及收缩等性质。,细度指水泥颗粒的粗细程度。用比表面积（单位质量粉末的总表面积，m2/kg）表示。影响水泥的需水量、水化速度、凝结时间、强度及收缩等性质。,细度指水泥颗粒的粗细程度。用比表面积（单位质量粉末的总表面积，m2/kg）表示。影响水泥的需水量、水化速度、凝结时间、强度及收缩等
3、性质。,缺点:,水泥越细,优点：,缺点:,水泥越细,优点：,硬化收缩越大；易受潮；生产能耗越多，机械磨损越多，成本越高。,思考：对强度的影响？,二、硅酸盐水泥的凝结时间,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝,终凝,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。例如：混凝土的施工（搅拌、运输、浇筑、振捣、成形）。,讨论与分析,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,请观看凝结时间试验动画,试验方法,结
4、论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,初凝时间不得早于45min,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,终凝时间不得迟于6.5h。,同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。,GB规定,试针及圆模,三、硅酸盐水泥的体积安定性,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的体积安定性指水泥硬化过程中体积变化是否均匀的性质。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，导致水泥石开裂、翘曲等现象。,否则，为良好。,不良：,良好：,注意：安定性不良的水泥为废品水泥，严禁在工程中使用。,即水泥硬化浆体能保持一定形状，
5、不开裂，不变形，不溃散的性质。,讨论与分析,引起安定性不良的原因有哪些,熟料中含有过多的游离MgO;,熟料中含有过多的游离CaO;,石膏掺量过多。,GB规定,用沸煮法检验必须合格；,熟料中MgO含量5%；,熟料中SO3含量3.5%；,游离CaO过多：CaO+H2O=Ca(OH)2 过烧CaO，其水化活性低，在水泥硬化后才进行上述反应，该反应会产生体积膨胀97，引起不均匀的体积变化会导致水泥石开裂。用沸煮法检验。游离MgO过多：MgO+H2O=Mg(OH)2 水泥中过烧MgO的水化速度比过烧CaO更为缓慢，要几个月甚至几年才能明显水化，生成Mg(OH)2体积膨胀将导致水泥石安定性不良。用压蒸法。
6、石膏掺量过多：3C3AH6+3CaSO4H2O=3AFt 水泥中掺有石膏作为缓凝剂，当石膏掺量过多时，在水泥硬化后还会继续与水化铝酸钙反应生成AFt，体积约增大1.5倍，也会引起体积安定性不良。长期浸泡在温水中。,C3A的水化：,体积安定性不良,与水化铝酸钙反应生成钙矾石,沸煮法（试饼法/雷氏法）,控制f-MgO含量,控制SO3含量,试验方法,请观看安定性（试饼法）试验,沸煮法,按抗压强度和抗折强度分为六个强度等级。,硅酸盐水泥各龄期的强度要求,水泥胶砂水泥：标准砂：水1：3：0.5,四、强度及强度等级,思考：硅酸盐水泥的标号表示的是哪一天的强度值？,水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，
7、但在某些腐蚀性介质作用下（软水、含酸、含盐等），水泥石的结构受到破坏，强度明显下降，甚至完全破坏的现象称为水泥石的腐蚀。表现形式：体积膨胀膨胀型腐蚀 体积收缩溶出型腐蚀腐蚀的种类：,二 水泥石的腐蚀和防止,软水腐蚀 盐类腐蚀 一般酸的腐蚀,（一）软水腐蚀（溶出型腐蚀）,软水：指暂时硬度较小的水，即水中重碳酸盐（碳酸氢盐）含量较小的水。如雨水、雪水、蒸馏水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水。水泥石中水化产物以C-S-H凝胶为主，Ca(OH)2约占25。软水腐蚀机理：在静水即无水压的情况下，溶出仅限于表层，整个水泥石影响不大。在流水或压力水作用下，溶出的Ca(OH)2 将不断流失而使水泥石孔隙率不断增加
8、，腐蚀也就不断地进行。同时由于水泥石中Ca(OH)2 浓度的降低，还会使水泥石中C-S-H等分解，引起水泥石的结构破坏和强度下降。,软水（soft water）指的是不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。软水不易与肥皂产生浮渣，而硬水相反。天然软水一般指雨、雪水。人工软水是经软化处理的钙盐和镁盐含量降至为 1.050 毫克/升 后得到的软化水。在日常生活中，我们经常见到水壶用久后内壁会有水垢生成，这是因为在我们取用的水中含有不少无机盐类物质，如钙、镁盐等。这些盐在常温下的水中肉眼无法发现，一旦它们加温煮沸，便有不少钙、镁盐以碳酸盐形式沉淀出来，它们紧贴壶壁就形成水垢。我们通常把水中钙、镁离子的含
9、量用“硬度”这个指标来表示。硬度1度相当于每升水中含有10毫克氧化钙。低于8度的水称为软水，高于17度的称为硬水，介于817度之间的称为中度硬水。雨、雪水都是软水，泉水、深井水、海水、江、河、湖水都是硬水。水的硬度对日常生活影响是很大的。如水的硬度大时洗衣服不起泡；旅居异地因饮水的硬度不适应可出现水土不服的症状；壶内结水垢会使壶的导热性下降；工业锅炉的水垢可引起爆炸事故。所以，生活和工业用水均应适当控制水的硬度。一般来说，软水多用于生活中，洗澡、洗衣服等。不用于饮用，所含矿物质过少。,硬水中不腐蚀：当环境水中含有较多的重碳酸盐，即水的硬度较高时，重碳酸盐会与水泥石中的Ca(OH)2作用。CaC
10、O3或MgCO3几乎不溶于水，积聚在水泥石的表面的孔隙内，阻碍了外界水的侵入和Ca(OH)2的继续溶出，使腐蚀作用停止。,（二）盐类腐蚀,主要为硫酸盐腐蚀和镁盐腐蚀,硫酸盐若硫酸盐浓度较高：二水石膏结晶，体积膨胀破坏。若硫酸盐浓度较低：二水石膏与C3AH6反应生成钙矾石，体积增加1.5倍以上，体积膨胀破坏。镁盐Mg(OH)2松软、无胶结能力、碱度降低，使腐蚀作用进一步加剧。CaCl2极易溶解于水，加剧溶出型腐蚀。,硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。,（三）一般酸的腐蚀,碳酸腐蚀,一般酸腐蚀,在一些工业废水、地下水和沼泽水中，含有无机酸或有机酸。因为水泥的水化产物Ca(OH)2呈碱性,
11、这些酸与碱会发生反应：,在某些工业废水和地下水中，溶有一定量的CO2及其盐类,它们会与水泥石中的Ca(OH)2反应：,如果酸的浓度较高，使水泥石腐蚀加剧。,生成Ca(HCO3)2易溶于水，造成水泥石的腐蚀。,“碳化”,水泥石腐蚀的原因：内因：1.水泥石中存在易受腐蚀的成分 Ca(OH)2和C3AH6 2.水泥石中存在孔隙外因：环境中存在有害介质（软水、酸、盐等），而且液态的腐蚀介质较固态的引起腐蚀更为严重，较高的温度、压力、较快的流速、适宜的湿度等均可加速腐蚀过程。,防止水泥石腐蚀的方法（）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，防止或延缓水泥的腐蚀。如
12、处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。,（）提高混凝土的密实度，采取措施减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。（）在水泥石结构的表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。如采用涂料、贴面等致密的耐腐蚀层覆盖水泥石，能够有效地保护水泥石不被腐蚀。,1.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，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。2.抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。3.耐腐蚀
13、性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。4.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。,三 硅酸盐水泥的性质与应用,5.抗碳化性好。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。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。6.耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。7.耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。,硅酸盐水泥的运输与储存1.水泥在储存和运输过程中，应按不同标号、品种及出厂日期分别储运。2.防水、防潮、防过期。在空气中水蒸气及二氧化碳的作用下，水泥会发生部分水化和碳化，使水泥的胶结能力及强度下降。一般储存3个月后
14、，强度降低约1020，6个月后降低1530，1年后降低2540。因此水泥的有效储存期为3个月。如果超过6个月，在使用时应重新检测，按实际强度使用。3.袋装水泥的堆放高度不得超过10袋。,例3-1 硅酸盐水泥熟料由那些矿物成分所组成？这些矿物成分对水泥的性质有何影响？,解 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有硅酸三钙3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3和铁铝酸四钙4AF。这些矿物成分对水泥性质产生的影响见下表：,例3-2 何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥应如何处理？,解：水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变
15、形，不溃散的性质。导致水泥安定性不良的主要原因是：（1）由于熟料中含有的游离氧化钙、游离氧化镁过多；（2）掺入石膏过多；,其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca（OH）2晶体，这时体积膨胀97以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，也导致水泥石开裂。体积安定性不良的水泥，会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂、造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥
16、，应判为废品，不得在工程中使用。,例3-3 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？,解:由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。,评注 甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙3S、铝酸三钙C3 的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟料，而乙厂硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量高于甲厂硅酸盐水泥熟料。熟料矿物成分含量的不同是造成上述差异的主要原因。,例3-4.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏？,解:水泥熟料中的
17、铝酸三钙遇水后，水化反应的速度最快，会使水泥发生闪凝或急凝。为了延长凝结时间，方便施工，必须掺入适量石膏。评注在有石膏存在的条件下，水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。,例3-5 为什么水泥必须具有一定的细度？,在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越
18、大。另外要把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。评注 国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比表面积或0.08 mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）来表示。如普通水泥的细度为0.08 mm方孔筛的筛余量不得超过10%。,例3-6.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？,解:影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量及水泥的细度。硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中
19、由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。,评注 水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。水泥水化热的大小及放热的快慢，主要取决于熟料的矿物组成和水泥细度。铝酸三钙C3的水化热最大，硅酸三钙3S的水化热也很大。通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之，凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。,例3-7.为什么流动的软水对水泥石有腐蚀作用？,解:水泥石中存在有水泥
20、水化生成的氢氧化钙。氢氧化钙Ca（OH）2可以微溶于水。水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出并流失，从而引起水泥石孔隙率增加。当水泥石中游离的氢氧化钙Ca（OH）2浓度减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，所以流动的软水或具有压力的软水对水泥石有腐蚀作用。,评注 造成水泥石腐蚀的基本原因有：（1）水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，主要有氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸三钙C3AH6等。（2）水泥石本身不密实，内部含有大量毛细孔，腐蚀性介质易于渗入和溶出，造成水泥石内部也受到腐蚀。工程环境中存在有腐蚀性介质且其来源充足。,例3-8
21、 既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？,解:硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在变形能力很小的水泥石内产生的，因而造成水泥石破坏，对水泥石具有腐蚀作用。,生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝酸钙C3AS3H31，但该水化物主要在水泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少。由于此时水泥浆还未凝结，尚具有流动性及可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔含量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用，只起到了缓凝的作用。,评注 硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。,本节结束,
