第三章水泥

1、第五章 水 泥,按使用性質(zhì)及分為三種類(lèi)型：一、通用水泥：通用硅酸鹽水泥,包括:硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥；二、專(zhuān)用水泥：道路硅酸鹽水泥、砌筑水泥等；三、特性水泥：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥等。,第五章 水 泥,第一節(jié) 硅酸鹽水泥的基本組成與生產(chǎn)原理 第二節(jié) 硅酸鹽水泥的硬化機(jī)理 第三節(jié) 硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)及其性能特點(diǎn) 第四節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水

2、泥 第五節(jié) 常用水泥的選用原則第六節(jié) 其它品種水泥,第一節(jié) 硅酸鹽水泥的基本組成與生產(chǎn)原理,定義：凡是由硅酸鹽水泥熟料、0~5％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為硅酸鹽水泥(國(guó)外稱(chēng)波特蘭水泥)。硅酸鹽水泥分兩種類(lèi)型，不摻混合材料的為I型硅酸鹽水泥，代號(hào)P·I；在硅酸鹽水泥熟料中摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5％的石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的為II型硅酸鹽水泥，代號(hào)P·II。 一、硅酸鹽水泥的生

3、產(chǎn)工藝概述 二、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及其特性,,一、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述,,生 料,水 泥,,煅燒（約（14500C）,,熟 料,一、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述,水泥生產(chǎn)線示意圖：,1.生料貯存；2.磨細(xì)設(shè)施； 3.生料混合設(shè)施；4.預(yù)熱/預(yù)煅燒裝置；5.回轉(zhuǎn)窯；6.熟料貯存；7.外加劑；8.熟料磨細(xì)；9. 水泥貯存&灌裝,,二、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及其特性,1. 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 硅酸三鈣 3CaO

4、·SiO2（C3S）：36～60%， 硅酸二鈣 2CaO·SiO2（C2S）：15～37%， 鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3（C3A）：7～15%， 鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）：10～18%。 硅酸三鈣和硅酸二鈣稱(chēng)為硅酸鈣礦物，一般占總量的75％～82％(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不小于66%, CaO與SiO2的質(zhì)量比不小于2.0)。,二、硅酸

5、鹽水泥熟料的礦物組成及其特性,2．水泥熟料主要礦物與水作用時(shí)的特性①磨細(xì)后能與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成具有水硬性的水化產(chǎn)物。②C3S、C3A、C4AF水化快，C2S水化慢， C3A＞C3S＞C4AF＞C2S③水化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)放出熱量, C3A、C3S放熱量大， C3A＞C3S＞C4AF＞C2S④C3S早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均較高，C2S早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高。C3A、C4AF強(qiáng)度均不高。四

6、個(gè)礦物的強(qiáng)度均隨齡期成曲線變化，見(jiàn)圖3.2。,圖5-2 水泥熟料各礦物的強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線,,圖5-3 水泥熟料各礦物的放熱曲線,,第二節(jié) 硅酸鹽水泥的硬化機(jī)理,水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性和流動(dòng)性的漿體，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，水泥漿體逐漸變稠失去可塑性，這一過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)。隨著時(shí)間繼續(xù)增長(zhǎng)，水泥產(chǎn)生強(qiáng)度且逐漸提高，并形成堅(jiān)硬的石狀體——水泥石，這一過(guò)程稱(chēng)為硬化。 水泥的凝結(jié)與硬化是一個(gè)連續(xù)的復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程，這些變化決定了水

7、泥一系列的技術(shù)性能。因此，了解水泥的凝結(jié)與硬化過(guò)程，對(duì)于了解水泥的性能有著重要的意義。,,一、硅酸鹽水泥的水化,水泥顆粒與水接觸后，水泥熟料各礦物立即與水發(fā)生水化作用，生成新的水化物，并放出一定的熱量。,一、硅酸鹽水泥的水化,水化硅酸鈣幾乎不溶于水，形成后立即以膠體微粒析出，并逐漸凝聚而成為凝膠體。氫氧化鈣呈六方晶體。由于氫氧化鈣可溶于水，但溶解度不大，所以溶液的CaO濃度很快達(dá)到飽和狀態(tài)。因此，各礦物成分的水化主要是在CaO飽和溶

8、液中進(jìn)行的。式中水化硅酸鈣的組成只是理論上的組成，實(shí)際上各氧化物之間的比例是不確定的，通常隨水化時(shí)的溫度、溶液中的CaO濃度等因素的變化而變化。,,電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖,CH氫氧化鈣晶體,C-S-H 水化硅酸鈣凝膠,一、硅酸鹽水泥的水化,水化鋁酸鈣為立方晶體。由于鋁酸三鈣的水化、凝結(jié)和硬化速度很快，為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，在水泥中摻入了少量石膏。鋁酸三鈣水化后形成的水化鋁酸鈣會(huì)與石膏作用，生成三硫型

9、水化硫鋁酸鈣，也稱(chēng)鈣礬石晶體（以AFt表示），其反應(yīng)式如下：,,一、硅酸鹽水泥的水化,鈣礬石呈針狀（或柱狀）晶體，它難溶于水。當(dāng)石膏耗盡后，鈣釩石將與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成單硫型水化硫鋁酸鈣晶體（以AFm表示）：鐵鋁酸四鈣與水反應(yīng)后生成水化鋁酸鈣晶體和水化鐵酸鈣凝膠體。,,一、硅酸鹽水泥的水化,綜上所述，硅酸鹽水泥與水作用后，生成的主要水化產(chǎn)物有兩類(lèi)：凝膠體：水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠體；晶體：氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶

10、體。由于水泥熟料中硅酸三鈣和硅酸二鈣的含量高，所以在完全水化的水泥石中，水化硅酸鈣凝膠體約占70％，而氫氧化鈣約占20％，鈣礬石和單硫型水化硫鋁酸鈣約占7％。,水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期）,C-S-H,,鈣礬石,,硬化前未水化水泥顆粒水C-S-H鈣礬石氫氧化鈣硬化后,,,水灰比,二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,水泥漿,開(kāi)始凝結(jié),完全凝結(jié),人工石材,,,,,,,,,初凝時(shí)間,終凝時(shí)間,硬化,凝結(jié),水 泥,水,水化產(chǎn)物,水

11、,水 泥,水 泥,水 泥,水,水,水化產(chǎn)物,水化產(chǎn)物,水泥顆粒的水化是從表面向內(nèi)部進(jìn)行的，水化程度受水和水化物的擴(kuò)散所控制，水泥顆粒的內(nèi)核很難完全水化。因此。硬化的水泥石是由水化產(chǎn)物(凝膠體和結(jié)晶體)、未水化的水泥顆粒、水和孔隙(毛細(xì)孔和凝膠孔)組成的。水泥石的工程性質(zhì)決定于水泥石的組成和結(jié)構(gòu)。水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程，也是水泥強(qiáng)度發(fā)展的過(guò)程。水泥的水化是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷進(jìn)行的，水化產(chǎn)物也會(huì)不斷增加并填充毛細(xì)孔，使毛細(xì)孔孔隙率減少，凝膠

12、孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前28d的水化速度較快，強(qiáng)度發(fā)展也快，隨后水化速度減慢，強(qiáng)度增加幅度減小。,二、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,三、影響水泥凝結(jié)和硬化的主要因素,1.水泥熟料的礦物組成 水泥中C3S和C3A含量越高，凝結(jié)硬化也越快。2.水泥的細(xì)度水泥越細(xì)，顆粒就越小，其與水接觸的面積也就越大，則水化速度越快，凝結(jié)硬化也越快。3．水泥漿體的水灰比水灰比是拌制水泥漿時(shí)水與水泥的質(zhì)量之比，水泥完全水化所需的用水量約為水泥質(zhì)量

13、的25％，但這樣的水量很難形成具有足夠流動(dòng)性的漿體，因而實(shí)際工程中必須加入較多的水，以便取得較好的塑性。水灰比決定了水泥漿體的稠度，水灰比越大，則水泥漿體的稠度越?。丛较。?，凝結(jié)硬化也越慢。,三、影響水泥凝結(jié)和硬化的主要因素,4.水泥的水化程度 水灰比相同時(shí)，水化程度愈高，則水泥漿體中水化產(chǎn)物愈多，凝結(jié)硬化也越快。5．石膏摻量 石膏(常用CaSO4·2H2O)是水泥的緩凝劑，能調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度。在磨

14、制水泥時(shí)，若不摻入少量石膏，則水泥漿凝結(jié)很快。當(dāng)摻入少量石膏后，硫酸鈣將與水化鋁酸鈣作用，生成難溶的水化硫鋁酸鈣晶體(鈣礬石)，減少了溶液中的鋁離子，延緩了水泥漿體的凝結(jié)速度。但石膏摻量必須適當(dāng)，摻入過(guò)多的石膏不僅緩凝作用不大，而且會(huì)引起凝結(jié)硬化后的水泥石出現(xiàn)開(kāi)裂。,三、影響水泥凝結(jié)和硬化的主要因素,5．環(huán)境的溫度和濕度環(huán)境因素（主要是溫度和濕度）對(duì)水泥的凝結(jié)硬化有著明顯的影響。溫度越高，水泥水化速度越快，凝結(jié)硬化的速度就越快。

15、環(huán)境濕度大，水泥漿中的水分不僅不易蒸發(fā)，使水泥石中保持有水泥水化及凝結(jié)硬化所需要的化學(xué)用水，而且在水泥石中水分不足時(shí)，能使水泥石吸收環(huán)境中的水分，保證水泥進(jìn)行水化和硬化。如果環(huán)境干燥，水泥漿中的水分蒸發(fā)過(guò)快，當(dāng)水分蒸發(fā)完后，水化作用將無(wú)法進(jìn)行，硬化停止，強(qiáng)度不再增長(zhǎng)，甚至還會(huì)在制品表面產(chǎn)生干縮裂縫。,,第三節(jié) 硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì) 及其性能特點(diǎn),一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì)二、硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)三、硅酸鹽水泥的腐蝕

16、四、硅酸鹽水泥的主要特性及工程應(yīng)用,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),1.密度2.細(xì)度3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量4.凝結(jié)時(shí)間5.體積安定性6.強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)7.其它技術(shù)指標(biāo),一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),1.密度 硅酸鹽水泥的密度一般在3.05~3.15g／cm3，平均可取為3.10 g／cm3，其大小主要取決于水泥熟料的礦物組成。堆積密度為1000~1600kg/m3。,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),2.細(xì)度——水泥顆粒的粗

17、細(xì)程度。對(duì)水泥性質(zhì)有很大影響。水泥顆粒粒徑一般在7~200μm范圍內(nèi)，顆粒愈細(xì)，與水起反應(yīng)的表面積就愈大，因而水化速度較快，而且較完全，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都較高。水泥顆粒過(guò)粗，則不利于水泥活性的發(fā)揮，但水泥過(guò)細(xì)，在空氣中的硬化收縮性較大，生產(chǎn)成本也較高。硅酸鹽水泥的細(xì)度采用比表面積法檢驗(yàn)。,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),比表面積——單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面積，用m2／kg表示。比表面積法是根據(jù)一定量空氣通過(guò)一定空隙率和厚度的水

18、泥層時(shí)，所受阻力不同而引起流速的變化來(lái)測(cè)定水泥的比表面積。硅酸鹽水泥的細(xì)度采用勃氏透氣法比表面積儀（GB/T8074-2008）進(jìn)行檢驗(yàn)，要求其比表面積大于300m2／kg。,,,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量——水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的拌和用水量，按水泥質(zhì)量百分比計(jì)；水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度是指水泥凈漿對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試桿（或試錐）的沉入達(dá)到一定阻力時(shí)的稠度。我國(guó)國(guó)標(biāo)（GB/T1346-2001）中規(guī)定，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法為

19、試桿法（標(biāo)準(zhǔn)法），或試錐法（代用法）。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量通常在24％~ 30％之間。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的大小，可以反映出水泥的需水性，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量愈大，表明其需水性愈大。,標(biāo)準(zhǔn)稠度和凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),4.凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。初凝時(shí)間是指水泥與水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿達(dá)到初凝狀態(tài)（即開(kāi)始失去可塑性）所需的時(shí)間；終凝時(shí)間是水泥與水拌和至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿達(dá)到終凝狀態(tài)（即完全失去可塑性并開(kāi)

20、始產(chǎn)生強(qiáng)度）所需的時(shí)間。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 175-2007）規(guī)定，硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于45min，終凝時(shí)間不得遲于6.5h。為何這樣規(guī)定?,規(guī)定初凝時(shí)間和終凝時(shí)間的意義：,為使混凝土和砂漿有充分的時(shí)間進(jìn)行攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑，水泥的初凝時(shí)間不能過(guò)短。當(dāng)施工完畢，則要求盡快硬化而產(chǎn)生強(qiáng)度，故終凝時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)使施工周期變長(zhǎng)。影響水泥凝結(jié)時(shí)間的主要因素：（1）鋁酸三鈣含量與石膏摻量的匹配；（2）水泥的細(xì)度；（3）水灰

21、比；（4）凝結(jié)時(shí)的溫度；（5）混合材料摻量。,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),5.體積安定性——水泥凈漿硬化過(guò)程中體積變化的均勻性和穩(wěn)定性。如果在水泥硬化過(guò)程中，產(chǎn)生不均勻的體積變化，就會(huì)使水泥石產(chǎn)生膨脹性裂縫，這種現(xiàn)象稱(chēng)為水泥體積安定性不良。引起水泥體積安定性不良的原因及控制方法：游離 CaO過(guò)多；控制方法：沸煮法（雷氏夾法或試餅法）檢驗(yàn)合格；游離 MgO過(guò)多；控制方法：壓蒸法檢驗(yàn)合格，或生產(chǎn)控制， MgO含量≤5%摻入的

22、石膏過(guò)多，生產(chǎn)控制, SO3含量≤3.5%,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),6.強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí)強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水泥質(zhì)量、確定水泥強(qiáng)度等級(jí)的重要指標(biāo)。水泥強(qiáng)度除了與水泥礦物組成和細(xì)度有關(guān)外，還與水灰比、試件制作方法、養(yǎng)護(hù)條件和齡期等因素有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)（GB 17671-1999）中規(guī)定，水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法是：將水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂以1︰3的比例混合后，以0.5的水灰比拌制成一組塑性膠砂，用標(biāo)準(zhǔn)方法制成40mm×40mm×1

23、60mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（20℃±1℃，相對(duì)濕度不小于90%或水中）下養(yǎng)護(hù)，達(dá)到規(guī)定齡期（3d、28d）時(shí)，測(cè)定其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。,6.強(qiáng)度及強(qiáng)度等級(jí),水泥的強(qiáng)度等級(jí)是根據(jù)規(guī)定齡期（3d和28d）測(cè)定的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度來(lái)劃分的，各強(qiáng)度等級(jí)水泥在各齡期的強(qiáng)度不得低于表5-2規(guī)定的數(shù)值。按國(guó)家標(biāo)淮(GBl75—2007)規(guī)定，硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)有42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六種。

24、強(qiáng)度等級(jí)中有R的為早強(qiáng)型，無(wú)R的為普通型。早強(qiáng)型水泥的3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)28d抗壓強(qiáng)度的50%左右，并比同強(qiáng)度等級(jí)的普通型水泥的3d強(qiáng)度提高10%以上。,一、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),7.其它技術(shù)指標(biāo)（1）有害成分含量為了保證水泥的使用質(zhì)量，要求水泥中的氧化鎂MgO和三氧化硫SO3含量、堿含量不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量（見(jiàn)表5-3）。堿含量(選擇性指標(biāo)): 指水泥中Na2O和K2O的含量。水泥中Na2O和K2O含量較高時(shí)，可能在混凝土

25、中與活性集料發(fā)生堿—集料反應(yīng)，使混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂、強(qiáng)度降低或破壞。 用戶(hù)要求低堿時(shí)： Na2O+0.685 K2O≤0.60%,7.其它技術(shù)指標(biāo),（2）不溶物含量不溶物將影響水泥的有效成分含量，所以不溶物含量不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量（見(jiàn)表5-3）。（3）燒失量 不得超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量（見(jiàn)表5-3）。(4)氯離子含量 不得超過(guò)0.06% 。,,二、硅酸鹽水泥的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)現(xiàn)行的硅酸鹽水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為《通用硅酸鹽水泥》

26、（GB 175-2007） 。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡化學(xué)指標(biāo)(包括氧化鎂含量、三氧化硫SO3含量、堿含量、不溶物含量、燒失量、氯離子含量)、凝結(jié)時(shí)間、安定性和強(qiáng)度符合規(guī)定要求的為合格品，凡化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時(shí)間、安定性和強(qiáng)度中的任何一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不符合規(guī)定要求的為不合格品。,,三、硅酸鹽水泥的腐蝕,當(dāng)水泥石長(zhǎng)期處在某些介質(zhì)中，水泥石中的水化產(chǎn)物會(huì)與介質(zhì)發(fā)生各種物理、化學(xué)作用，并導(dǎo)致水泥石強(qiáng)度降低，甚至發(fā)生破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為水泥石腐蝕。 1.水泥石腐

27、蝕的主要類(lèi)型 （1）軟水腐蝕(溶出性腐蝕) 軟水是指暫時(shí)硬度較小的水。在流動(dòng)的軟水中，特別是在有水壓作用而且水泥石的滲透性又較大的情況下，水流不斷將氫氧化鈣溶出并帶走，從而使水泥石中氫氧化鈣的含量不斷減少。隨著氫氧化鈣含量的降低，其他水化產(chǎn)物，如水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，亦將發(fā)生分解，從而使水泥石結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，強(qiáng)度不斷降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起整個(gè)建筑物的毀壞。,三、硅酸鹽水泥的腐蝕,（2）硫酸鹽的腐蝕 以硫酸鈉為例，反應(yīng)式如下：

28、 由于是在已經(jīng)固化的水泥石中發(fā)生上述反應(yīng)，所以生成三硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石）時(shí)，產(chǎn)生的體積增加對(duì)水泥石將產(chǎn)生破壞作用。由于鈣礬石呈針狀或桿狀結(jié)晶，故常稱(chēng)其為“水泥桿菌”。,三、硅酸鹽水泥的腐蝕,（3）鎂鹽腐蝕在海水及地下水中常含有大量鎂鹽，主要是硫酸鎂及氯化鎂。它們與水泥石中的氫氧化鈣起置換作用，生成松軟而無(wú)膠結(jié)能力的氫氧化鎂，或易溶于水的氯化鈣，生成的二水石膏則引起上述的硫酸鹽破壞作用?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：,,,三、硅酸鹽水泥

29、的腐蝕,（4）碳酸性腐蝕 若天然水中游離的二氧化碳過(guò)多時(shí)，將會(huì)起破壞作用。首先，硬化水泥石中的氫氧化鈣受到碳酸的作用，生成碳酸鈣，反應(yīng)式為：由于水中含有較多的二氧化碳，它與生成的碳酸鈣之間可發(fā)生下列可逆反應(yīng)：水泥石中的氫氧化鈣通過(guò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿闹靥妓徕}而流失。隨著水泥石中氫氧化鈣含量的降低，還會(huì)導(dǎo)致水泥石中其他水化物的分解，使腐蝕作用進(jìn)一步加劇。,,,三、硅酸鹽水泥的腐蝕,（5）一般酸性腐蝕在工業(yè)廢水、地下水、沼澤水中常含有無(wú)

30、機(jī)酸和有機(jī)酸。各種酸類(lèi)對(duì)水泥石有不同程度的腐蝕作用。它們與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)后生成的化合物，或溶于水，或體積膨脹，對(duì)水泥石產(chǎn)生破壞作用。以上論述了水泥石腐蝕的幾種主要類(lèi)型，但在實(shí)際工程中．水泥石的腐蝕很少只是單一因素造成的，而可能是兩種或幾種腐蝕同時(shí)發(fā)生，并互相影響，使腐蝕程度更加嚴(yán)重。,2.水泥石腐蝕的原因及防止措施,腐蝕的原因（內(nèi)因）：（1）水泥石中含有氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；（2）水泥石中有孔隙。腐蝕的預(yù)防措施：根據(jù)

31、侵蝕特點(diǎn)，合理選擇水泥品種 ；減小孔隙率，提高水泥石的密實(shí)程度；采用保護(hù)層，構(gòu)件表面敷設(shè)防護(hù)物質(zhì)。,,四、硅酸鹽水泥的主要特性及工程應(yīng)用,1、硬化快、強(qiáng)度高硅酸鹽水泥中C3S及C3A含量較多，它們水化速度快，所以硅酸鹽水化凝結(jié)硬化快，強(qiáng)度高，尤其早期強(qiáng)度高，適用于早期強(qiáng)度要求高和冬季施工的混凝土工程。一般用于配制C40以上的混凝土，主要用于地上、地下和水中重要結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程。 2．水化熱高、抗凍性好 水化速

32、度快，放熱量大，因而不宜用于大體積混凝土工程。但放熱量大對(duì)水泥石的抗凍性有利。硅酸鹽水泥如采用適宜的水灰比，并經(jīng)充分養(yǎng)護(hù)，可獲得密實(shí)的水泥石，具有較高的抗凍性。因此，這種水泥適用于嚴(yán)寒地區(qū)會(huì)遭受反復(fù)凍融作用的混凝土工程。,四、硅酸鹽水泥的主要特性及工程應(yīng)用,3．耐腐蝕性和耐熱性較差 硅酸鹽水泥水化后形成較多的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，所以不宜用于受流動(dòng)及壓力水作用的混凝土工程，也不宜用于海水、礦物水等腐蝕性作用的工程。硅酸鹽水泥石的主要

33、成分在高溫下會(huì)發(fā)生脫水和分解，使其結(jié)構(gòu)遭受破壞。此外，水泥石經(jīng)高溫作用后，其中的氫氧化鈣已經(jīng)分解為氧化鈣，如再受水潤(rùn)濕或長(zhǎng)期置放時(shí)，由于氧化鈣重新與水反應(yīng)，在生成氫氧化鈣的同時(shí)，產(chǎn)生體積膨脹，從而對(duì)水泥石造成破壞。,,第四節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水泥,一、混合材料概述二、普通硅酸鹽水泥三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥四、復(fù)合硅酸鹽水泥,,一、混合材料概述,混合材料是指在生產(chǎn)水泥時(shí)加入的各種礦物質(zhì)材料。通常分為

34、活性混合材料和非活性混合材料兩類(lèi)。1. 活性混合材料——能與石灰、石膏或硅酸鹽水泥一起，加水拌和后能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并生成具有膠凝性和水硬性水化物的混合材料?；钚曰旌喜牧系倪@種性質(zhì)也稱(chēng)為火山灰性?；钚曰旌喜牧现幸话憔谢钚許iO2和活性Al2O3，它們是主要的活性成分，能與水泥水化生成的氫氧化鈣作用，生成水硬性水化產(chǎn)物。常用的活性混合材料有?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料和粉煤灰等。,一、混合材料概述,（1）粒化高爐礦渣——鋼鐵廠用水

35、淬方法，將煉鐵高爐的熔融礦渣進(jìn)行急速冷卻處理后得到的質(zhì)地疏松、多孔的粒狀物。在一般礦渣中CaO、SiO2、Al203含量占90％以上。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥用粒化高爐礦渣的質(zhì)量系數(shù)不得小于1.2。 （2）火山灰質(zhì)混合材料——泛指天然的或人工的以活性氧化硅和活性氧化鋁為主要成分，具有火山灰活性的礦物質(zhì)材料，其本身一般無(wú)水硬性，但在常溫下能與石灰和水作用，生成水硬性的水化物。 （3）粉煤灰——火力發(fā)電廠從煤粉爐煙道氣體中收集的粉末狀廢渣。

36、粉煤灰中含有較多的活性SiO2和活性Al2O3，兩者總含量可達(dá)60％以上。由于它是由煤粉在煤粉爐中，經(jīng)懸浮態(tài)燃燒后急冷而成，所以多呈直徑為1～50μm的實(shí)心或空心的玻璃態(tài)球粒狀。,粉煤灰的球形顆粒,一、混合材料概述,2.非活性混合材料——不具有活性或活性非常低的人工或天然的礦物質(zhì)材料。這類(lèi)材料在水泥水化過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者化學(xué)反應(yīng)甚微。石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦碴以及不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的活性混合材料均可以作為非活性混合材料應(yīng)用。非

37、活性混合材料摻入到水泥中僅能起調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí)、增加水泥產(chǎn)量、降低水化熱等作用。非活性混合材料應(yīng)具有足夠的細(xì)度，不含或極少含對(duì)水泥有害的雜質(zhì)。,,二、普通硅酸鹽水泥,1. 概述根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBl75—2007)，普通硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、規(guī)定摻加量的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，簡(jiǎn)稱(chēng)普通水泥，代號(hào)P·O。普通水泥中混合材料的摻加量按重量百分比計(jì)，活性混合材料的摻加量＞5％且≤20％，其中允許用不超過(guò)

38、水泥質(zhì)量5％的窯灰(水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下的粉塵)或不超過(guò)水泥質(zhì)量8％的非活性混合材料來(lái)代替。,二、普通硅酸鹽水泥,2. 普通硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通硅酸鹽的水泥強(qiáng)度等級(jí)分為42.5、42.5R、52.5和52.5R等4個(gè)等級(jí)。各種強(qiáng)度等級(jí)水泥在不同齡期的強(qiáng)度均不得低于表5-5所規(guī)定的數(shù)值。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通水泥的細(xì)度用比表面積法檢驗(yàn)，要求其比表面積大于300m2／kg；初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于60

39、0min (即10h)。對(duì)體積安定性的要求與硅酸鹽水泥相同。,二、普通硅酸鹽水泥,3. 普通硅酸鹽水泥的特性及應(yīng)用 與硅酸鹽水泥的工程特性略有差異：水化凝結(jié)硬化較快，早期強(qiáng)度較高；水化熱較大；抗凍性較好；耐腐蝕性較差；耐熱性較差?！∑胀ㄋ嗯c硅酸鹽水泥的用途基本相同，但較硅酸鹽水泥的用途更廣。,,三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥,1. 概述（1）礦渣硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、20%～70%的粒

40、化高爐礦渣和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。代號(hào)為P·S·A和P·S·B。（2）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、20%～40%的火山灰質(zhì)混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，代號(hào)為P·P。（3）粉煤灰硅酸鹽水泥：由硅酸鹽水泥熟料、20%～40%的粉煤灰和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，代號(hào)為P·F。,三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥,

41、2. 三種水泥的水化反應(yīng)特點(diǎn)具有二次水化的特點(diǎn)：首先是水泥熟料礦物與水作用，生成氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物；當(dāng)氫氧化鈣生成之后，它就與混合材料中的活性氧化硅和活性氧化鋁進(jìn)行二次反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。即：,三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥,上述二次反應(yīng)過(guò)程就是“火山灰反應(yīng)”，其中，溶液中的氫氧化鈣是激發(fā)混合材料活性的物質(zhì)，所以稱(chēng)為激發(fā)劑（堿性激發(fā)劑）。而磨細(xì)時(shí)加入的石膏為硫酸鹽激發(fā)

42、劑，它的作用是進(jìn)一步與水化鋁酸鈣化合而生成水化硫鋁酸鈣。,三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥,3. 三種水泥的主要技術(shù)性質(zhì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這三種水泥的凝結(jié)時(shí)間和體積安定性的技術(shù)要求與普通硅酸鹽水泥基本相同。這三種水泥有六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。各強(qiáng)度等級(jí)水泥在不同齡期的強(qiáng)度不得低于表5-6所規(guī)定的數(shù)值。細(xì)度:0.08mm方孔篩篩余不大于10%或0.045mm方

43、孔篩篩余不大于30% 。由于火山灰質(zhì)混合材料一般具有多孔性，比表面積較大，所以火山灰水泥的標(biāo)椎稠度用水量較大。,三、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥,4. 三種水泥的特性及應(yīng)用共同的特點(diǎn)： （1）早期凝結(jié)硬化慢，強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高，并且對(duì)溫度影響的敏感性比較大。不宜用于早期強(qiáng)度要求高的混凝土工程，但對(duì)承受荷載較遲的工程更為適用，并且適用于制作蒸汽養(yǎng)護(hù)的預(yù)制構(gòu)件。 （2）具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力?？捎糜谛枰谷艹鲂?/p>

44、侵蝕或抗硫酸鹽侵蝕的水工混凝土、海洋混凝土等工程。（3）水化熱低，抗凍性較差。適用于大體積混凝土工程。但它們的抗凍性較差，不宜用于嚴(yán)寒地區(qū)會(huì)遭受反復(fù)凍融作用的混凝土工程。,共同特性,1--硅酸鹽水泥，2--礦渣水泥，3—?；V渣,由于這三種水泥所摻加的混合材料的品種不同，所以在性能上也存在各自的特點(diǎn)：,礦渣水泥具有較好的耐熱性，可用于高溫車(chē)間的混凝土結(jié)構(gòu)?；鹕交宜囝w粒較細(xì)，泌水性小。在潮濕環(huán)境中或在水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，因能生成較多的水化硅

45、酸鈣膠體，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，因而具有較高的抗?jié)B性和耐水性，可用于有抗?jié)B要求的混凝土工程。但在硬化過(guò)程中干縮現(xiàn)象較礦渣水泥更顯著，如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，易產(chǎn)生干縮裂縫，所以不宜用于干燥地區(qū)及高溫車(chē)間。由于粉煤灰的球形顆粒表面很致密，吸水能力弱，其標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量較小，干縮性也小，因而抗裂性較高。但球形顆粒的保水性差，泌水較快，若養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，也易引起混凝土失水而產(chǎn)生裂縫。,,四、復(fù)合硅酸鹽水泥,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GBl75—2007) 的規(guī)定：由硅酸鹽水

46、泥熟料和兩種或兩種以上的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱(chēng)為復(fù)合硅酸鹽水泥(簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合水泥)，代號(hào)P·C。復(fù)合硅酸鹽水泥中混合材料的摻加量按質(zhì)量百分比計(jì)為20％~50％。復(fù)合水泥的主要技術(shù)要求與粉煤灰水泥相同。復(fù)合水泥的特性取決于其所摻兩種或兩種以上混合材料的種類(lèi)、摻量及相對(duì)比例，其特性與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥有不同程度的相似之處，可根據(jù)其摻入的混合材料的種類(lèi)，參照摻相同混合材料的水泥的適用范圍進(jìn)行選用。

47、,,,第五節(jié) 常用水泥的選用原則,一、常用水泥的特性常用水泥的特性可總結(jié)如表5-7。 二、常用水泥的選用各類(lèi)建筑工程，可針對(duì)其工程性質(zhì)、結(jié)構(gòu)部位、施工要求和使用環(huán)境條件等，按照表5-8進(jìn)行選用。,,1. 硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥,用于配制高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土；用于要求早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快的工程；用于有抗凍融要求和冬季施工的工程；不宜用于受侵蝕性介質(zhì)作用的混凝土；不宜用于大體積混凝土工程 。,2. 礦渣硅酸鹽水泥,適宜用

48、于水工和海港工程，特別是用于需要抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程；可用于耐熱混凝土工程；適于采用蒸汽養(yǎng)護(hù)；宜用于澆筑大體積混凝土工程?？捎糜谟心湍バ砸蟮幕炷粒徊灰擞糜谝笤缙趶?qiáng)度高、凝結(jié)快的工程；不宜用于有抗?jié)B要求的混凝土工程。,3. 火山灰硅酸鹽水泥,最適宜用于地下或水下工程，特別是用于需要抗?jié)B、抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程；宜用于蒸汽養(yǎng)護(hù)；宜用于澆筑大體積混凝土工程。不宜用于低溫施工，不宜用于受凍部位；不宜用于干燥地

49、區(qū)；不宜用于有耐磨性要求的混凝土；不宜用于要求早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快的工程。,4. 粉煤灰硅酸鹽水泥,宜用于承受荷載較遲的工程；宜用于大體積混凝土工程 ；宜用于需要抗淡水或抗硫酸鹽侵蝕的工程；不宜用于要求早期強(qiáng)度高、凝結(jié)快的工程；不宜用于干燥地區(qū)；不宜用于有耐磨性要求的混凝土；不宜用于有抗?jié)B要求的混凝土工程。,,第六節(jié) 其他水泥品種,一、鋁酸鹽水泥二. 膨脹水泥三. 白色硅酸鹽水泥和彩色硅酸鹽水泥四. 道路硅酸鹽水泥,

50、一、鋁酸鹽水泥,(1)定義：以鋁酸鈣為主要成分的水泥熟料，經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為鋁酸鹽水泥，其Al2O3含量約為50%，所以又稱(chēng)為高鋁水泥。（原料是鋁礬土和石灰石，又稱(chēng)為礬土水泥。）(2)礦物成分：主要礦物成分為鋁酸一鈣（CA）、二鋁酸一鈣（CA2），此外含有少量的C2S及其他鋁酸鹽（C12A7等）。,一、鋁酸鹽水泥,(3)水化反應(yīng)：水化產(chǎn)物的組成隨溫度變化而不同，當(dāng)溫度30℃時(shí)：3CA + 12H2O→C3AH6 （

51、水化鋁酸三鈣）+2AH3 （鋁膠） CA2水化慢，早強(qiáng)低，C12A7水化快，但強(qiáng)度不高，C2S生成C-S-H。,一、鋁酸鹽水泥,(4)硬化特點(diǎn) CAH10和C2AH8為針片狀晶體，形成骨架。AH3填充于空隙之中，形成較密實(shí)的結(jié)構(gòu)，因此使初期強(qiáng)度增長(zhǎng)很快、很高。但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)不顯著。 CAH10和C2AH8是亞穩(wěn)態(tài)晶體，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為C3AH6，這是自發(fā)過(guò)程，可隨環(huán)境溫度的升高而加速。晶體轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式為：

52、 3（C2AH8）→2（C3AH6）+ AH3 + 9H2O 3（CAH10）→C3AH6 + 2（AH3）+ 18H2O 晶體轉(zhuǎn)化會(huì)造成長(zhǎng)期使用時(shí)強(qiáng)度有退縮現(xiàn)象，在濕熱條件下，強(qiáng)度下降嚴(yán)重，一般5年以后降低40～60%。最低穩(wěn)定強(qiáng)度可通過(guò)快速試驗(yàn)確定。,一、鋁酸鹽水泥,(5)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求(見(jiàn)表5-9) 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為《鋁酸鹽水泥》（GB201-2000），類(lèi)型：CA-50

53、、CA-60、CA-70、CA-80（根據(jù)氧化鋁含量劃分）。技術(shù)要求主要有：細(xì)度：比表面積大于300m2／kg 或0.045mm方孔篩篩余不得超過(guò)20%；凝結(jié)時(shí)間：CA-60型初凝時(shí)間不得早于60min，終凝時(shí)間不得遲于18h;其它類(lèi)型初凝時(shí)間不得早于30min，終凝時(shí)間不得遲于6h 。,一、鋁酸鹽水泥,(6)特性①凝結(jié)硬化快、早期強(qiáng)度高;②水化熱大，放熱集中; ③耐熱性好;④抗酸和抗硫酸鹽性能強(qiáng)（水化時(shí)不生成Ca(

54、OH)2），但抗堿性極差;⑤長(zhǎng)期強(qiáng)度會(huì)降低。(7)應(yīng)用 可用于緊急軍事工程、搶修工程（堵漏）、配制耐熱混凝土，不宜用于永久性工程或大體積混凝土工程，不能用于蒸汽養(yǎng)護(hù)的混凝土構(gòu)件。,二. 膨脹水泥,(1)定義：自應(yīng)力值<2.0MPa（通常約為0.5MPa）的水泥(2)主要品種：按礦物組成分為四種：1）硅酸鹽膨脹水泥——以硅酸鹽水泥為主，外加鋁酸鹽水泥和石膏配制而成。2）鋁酸鹽膨脹水泥——以鋁酸鹽為主，外加石膏配制而

55、成。3）硫鋁酸鹽膨脹水泥——以無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分，外加石膏配制而成。4）鐵鋁酸鹽膨脹水泥——以鐵相、無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要成分，外加石膏配制而成。,二.膨脹水泥,(3)膨脹機(jī)理：水化鋁酸鈣與石膏反應(yīng)生成鈣礬石或無(wú)水硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)殁}礬石，鈣礬石形成時(shí)體積增加1.5～2倍，從而引起水泥漿體的體積增大。(4)用途：配制收縮補(bǔ)償混凝土，用于混凝土構(gòu)件接縫及管道接頭、混凝土結(jié)構(gòu)的加固、修補(bǔ)、防滲堵漏、機(jī)器底座及地腳螺栓的

56、固定等。,三. 白色硅酸鹽水泥和 彩色硅酸鹽水泥,白色硅酸鹽水泥是在嚴(yán)格控制水泥中著色物質(zhì)含量的情況下生產(chǎn)出的一種硅酸鹽水泥，其組成和性能與硅酸鹽水泥基本相同。著色物質(zhì)主要有氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、氧化鉻等。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB2015—2005規(guī)定：白色硅酸鹽水泥的細(xì)度要求為0.080㎜方孔篩篩余量不得超過(guò)10%；其初凝時(shí)間不得早于45分鐘，終凝時(shí)間不得遲于12小時(shí)；根據(jù)強(qiáng)度劃分為3個(gè)等級(jí)（32.5、42.5、52.5），各

57、等級(jí)的強(qiáng)度要求見(jiàn)表5-12；白度:要求不得低于87。,三.白色硅酸鹽水泥和 彩色硅酸鹽水泥,彩色硅酸鹽水泥是采用不同方法生產(chǎn)的具有特定顏色的硅酸鹽水泥。生產(chǎn)方法主要有三種：（1）在水泥生料中加入著色物質(zhì)，經(jīng)過(guò)煅燒，制成彩色水泥熟料，再粉磨成彩色水泥；（2）將白水泥或硅酸鹽水泥、適量石膏和堿性著色物質(zhì)共同磨細(xì)制成彩色水泥；（3）將干燥狀態(tài)的著色物質(zhì)摻入白水泥或硅酸鹽水泥中。,三.白色硅酸鹽水泥和

58、 彩色硅酸鹽水泥,白水泥和彩色水泥主要用于建筑裝飾工程，常用于配制各類(lèi)彩色水泥漿、砂漿和混凝土，用以制造各種水磨石、水刷石、斬假石等飾面，以及制作各種雕塑和裝飾部件等制品。,四. 道路硅酸鹽水泥,（1）定義：凡由適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分和較多量鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料，稱(chēng)為道路硅酸鹽水泥熟料。由道路硅酸鹽水泥熟料、0～10％活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為道路硅酸鹽水泥，簡(jiǎn)稱(chēng)道路水泥。（2

59、）按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《道路硅酸鹽水泥》(GB13693-2005)的要求，道路水泥熟料中C3A含量不得大于5.0％，C4AF含量不得小于16％。限制C3A的含量主要是因?yàn)樗X酸三鈣孔隙較多、干縮較大，降低其水化物含量，可以減少水泥的干縮率。提高C4AF的含量是為了增加水泥的抗折強(qiáng)度和耐磨性，因?yàn)镃4AF脆性小，硬化時(shí)體積收縮小。,四. 道路硅酸鹽水泥,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定道路水泥中氧化鎂含量不得超過(guò)5.0％，三氧化硫含量不得超過(guò)3.5％；水泥的

60、初凝時(shí)間不得早于90min，終凝時(shí)間不得遲于600min(10h)；細(xì)度：比表面積300～400m2／kg ；沸煮法檢驗(yàn)安定性必須合格；28d干縮率不得大于0.10％；耐磨性以磨損量表示，不得大于3.0kg/m2。強(qiáng)度等級(jí):分為32.5、42.5、52.5(各等級(jí)的強(qiáng)度要求見(jiàn)表5-11)；,四. 道路硅酸鹽水泥,,,,（3）道路水泥的主要特性： 抗折強(qiáng)度高、干縮小，并且耐磨性、抗凍性和抗沖擊性能好。（4）用途： 主要