土木工程材料-水泥

1、,,土木工程材料Building and Construction Material,土木與交通工程學(xué)院材料工程系,,,北京建筑工程學(xué)院,凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，通稱水泥（cement）。,,水泥的定義,,,,,最早采用具有水硬性膠凝材料制備混凝土的是中國(guó)人，而不是多少年來(lái)一直誤認(rèn)為的古羅馬人。據(jù)甘肅省考古研究所于198

2、0年和1983年考察，在該省秦安縣的大地灣（黃河支流渭水之畔，西安以西約600公里處）先后發(fā)掘出兩個(gè)大型住宅遺址，該遺址的地坪系用混凝土建造，經(jīng)測(cè)算距今已有5千年，相當(dāng)于“新石器時(shí)代”。從大地灣發(fā)掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。這種水泥以礓石—一種富含碳酸鈣的粘土為原料煅燒而成。,,水泥按其用途和性能分類,,通用水泥： 用于大量土木建筑工程一般用途的水泥，如硅酸鹽水泥、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

3、煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥等。 專用水泥： 指有專門用途的水泥，如油井水泥、砌筑水泥 特性水泥： 某種性能比較突出的一類水泥，如快硬硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、膨脹硫鋁酸鹽水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥等。,,水泥按組成分類,硅酸鹽系水泥 鋁酸鹽系水泥 硫酸鹽系水泥 硫鋁酸鹽系水泥 磷酸鹽系水泥等 目前，水泥品種已達(dá)100余種，其中硅酸鹽系水泥用途最廣，本章即重點(diǎn)

4、介紹。,,4.1 硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）,,硅酸鹽水泥為什么又叫波特蘭水泥? 19世紀(jì)初期（1810-1825年），英國(guó)人Aspdin用人工配合原料，再經(jīng)煅燒、磨細(xì)以制造水硬性膠凝材料。這種膠凝材料凝結(jié)后的外觀顏色與當(dāng)時(shí)建筑上常用的英國(guó)波特蘭島出產(chǎn)的石灰石相似，故稱之為波特蘭水泥，我國(guó)稱為硅酸鹽水泥。Portland Cement √Silicate Cement ×,,,,通用硅酸鹽水泥（GB175-20

5、07）（common portland cement）以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料。按照混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥熟料：由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按適當(dāng)比例磨成細(xì)粉燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。,,硅酸鹽水泥的構(gòu)成和類別,,,硅酸鹽水泥 = 水泥熟

6、料 + 石膏 + 混合材P?Ⅰ（Ⅰ型硅酸鹽水泥）= 硅酸鹽水泥熟料 + 石膏 + OP?Ⅱ（Ⅱ型硅酸鹽水泥）= 硅酸鹽水泥熟料 + 石膏 + ? 5%石灰石或粒狀高爐礦渣,,4.1.1 硅酸鹽水泥生產(chǎn)及熟料礦物組成,（1）硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過(guò)程可以概括為“兩磨一燒” 。,石灰石,粘 土,鐵礦石,,,,生料磨,熟料磨,,,,,,,,燒成設(shè)備,水泥產(chǎn)品,,,（2）熟料的礦物組成 名稱 分子式

7、 簡(jiǎn)寫 含量 硅酸三鈣 3CaO·SiO2 C3S 37~60% 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·Fe

8、2O3 C4AF 10~18% 次要成分：游離氧化鈣、游離氧化鎂、堿 <10%,,,各熟料礦物單獨(dú)與水作用的性質(zhì),,熟料單礦物水化程度 (%),,4.1.2 硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化,硅酸鹽水泥的水化① 2(3CaO?SiO2) + 6 H2O = 3CaO?2SiO2?3H2O + 3 Ca(OH)2 C-S-H凝膠② 2(2CaO?SiO2) + 4 H2O = 3

9、CaO?2SiO2?3H2O + Ca(OH)2 C-S-H凝膠③ 3CaO?Al2O3 + 6 H2O = 3CaO?Al2O3?6H2O 水化鋁酸三鈣立方晶體 ④ 4CaO?Al2O3?Fe2O3 + 7 H2O = 3CaO?Al2O3?6H2O + CaO?Fe2O3?H2O 水化鐵酸一鈣,,

10、C3A在水泥中的實(shí)際水化情況:為Ca(OH)2飽和溶液,3CaO?Al2O3 + Ca(OH)2 + 12 H2O = 4CaO?Al2O3?13H2O 水化極快，無(wú)強(qiáng)度，瞬時(shí)凝結(jié)—速凝或急凝。有石膏存在時(shí)（起緩凝作用）：4CaO?Al2O3?13H2O + 3 (CaSO4?2H2O) + 14 H2O = 3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O + Ca(OH)2高硫型水化硫鋁酸鈣（Aft)，即鈣礬石，為針狀晶體，

11、包圍熟料顆粒，形成“保護(hù)膜”，延緩水化。當(dāng)石膏耗盡，而且3CaO?Al2O3量較多時(shí)：3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O + 2（3CaO?Al2O3）+ 4 H2O = 3（3CaO?Al2O3?CaSO4?12H2O）單硫型水化硫鋁酸鈣(Afm),,水泥的水化產(chǎn)物及其特性,,硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化,水泥加水拌和后，成為可塑的水泥漿，水泥漿逐漸變稠失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過(guò)程，稱為水泥的“凝結(jié)”。隨后產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐

12、漸發(fā)展而成為堅(jiān)強(qiáng)的人造石——水泥石，這一過(guò)程稱為水泥的“硬化”。水泥石的組成：水化產(chǎn)物---凝膠體和晶體 未水化的水泥顆粒 水（自由水和吸附水）和孔隙（毛細(xì)孔和凝膠孔）,,水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖,(a) (b),(c) (d),1—水泥顆粒； 2—水分；3—凝膠； 4—晶體；5—水泥顆粒的未水

13、化內(nèi)核；6—毛細(xì)孔 (a)分散在水中未水化的水泥顆粒；(b)在水泥顆粒表面形成水化物膜層；(c)膜層長(zhǎng)大并互相連接（凝結(jié)）；(d)水化物進(jìn)一步發(fā)展，填充毛細(xì)孔（硬化）,,4.1.3 硅酸鹽水泥的性能,細(xì)度 凝結(jié)時(shí)間； 強(qiáng)度； 安定性； 化學(xué)減縮； 水化熱。,,⑴ 細(xì)度：顆粒的粗細(xì)程度,顆粒細(xì)，反應(yīng)快，早期和后期強(qiáng)度高，收縮大當(dāng)水泥顆粒＞90μm時(shí)幾乎沒有活性 ≤40μm時(shí)活性好磨的過(guò)細(xì)①

14、電耗大，產(chǎn)量低，成本高 ②收縮大，易開裂 ③水化速度過(guò)大，凝結(jié)硬化快國(guó)標(biāo)要求硅酸鹽水泥細(xì)度用比表面積表示≥300m2/kg；其它通用水泥用0.08mm篩余表示，要求不大于10%,,（2）凝結(jié)時(shí)間,,水泥漿體屈服值與凝結(jié)時(shí)間的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ca2+、OH-Al(OH)4-SO42-,C-S-H,,,,AftCSH2,,,,,,,,,,,初凝時(shí)間取決

15、于C3A、C4AF及C3S的水化；終凝時(shí)間主要受C3S水化控制。,,凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定——維卡儀,試針支架,試桿,圓模,試桿沉至底板3-5mm時(shí)，即為初凝狀態(tài)；當(dāng)下沉0.5mm，沒有壓痕時(shí)即為終凝狀態(tài)。 影響凝結(jié)時(shí)間的因素：① C3A含量；② 水泥的細(xì)度；③ 水灰比；④ 混合材摻量。,,初凝時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間。（施工所需時(shí)間、不宜過(guò)短）不早于45分鐘。初凝時(shí)間不合格者為廢品。終凝時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn)稠

16、度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。（等待硬化、產(chǎn)生強(qiáng)度，不宜過(guò)長(zhǎng)）不遲于10小時(shí)（僅硅酸鹽水泥不遲于6.5小時(shí)）。,,（3）強(qiáng)度,水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）（GB/T17671-1999）,試體連模一起在濕氣中（溫度20℃±1℃，相對(duì)濕度不低于90%）養(yǎng)護(hù)24h，然后脫模在水中（20℃±1℃）養(yǎng)護(hù)，測(cè)定3d和28d強(qiáng)度。 以28d抗壓強(qiáng)度值表示強(qiáng)度等級(jí)。,,硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度要求(GB175

17、-1999),三個(gè)強(qiáng)度等級(jí)、兩種類型。R——早強(qiáng)型,,（4）安定性,水泥在調(diào)水和凝結(jié)以后，必須不產(chǎn)生任何顯著的體積變化。體積安定性不良的水泥，在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生不均勻的膨脹，從而導(dǎo)致硬化漿體的開裂。安定性不良的原因：熟料中f-CaO、f-MgO，及水泥中石膏摻量過(guò)多f-CaO、f-MgO是過(guò)燒的，結(jié)構(gòu)致密，水化很慢，膨脹；過(guò)量石膏與硬化體中的水化鋁酸鈣作用生成鈣礬石，體積膨脹1.5倍，引起不均勻體積變化，造成破壞。,,安定性的檢驗(yàn)

18、方法,f-CaO：沸煮法(餅法)或雷氏法檢驗(yàn)； MgO：216℃，20atm×3h，試體膨脹率不超過(guò)0.5%。檢測(cè)煩瑣，故規(guī)定f-MgO<5.0%。 SO3：試餅試驗(yàn)：將試餅置于潮濕環(huán)境或浸入水中經(jīng)過(guò)28d或更長(zhǎng)時(shí)間觀察有無(wú)明顯變形。其檢測(cè)煩瑣，規(guī)定SO3<3.5%。,,,（5）水化熱,硅酸鹽水泥1-3d齡期水化放熱量為總放熱量的50%，7d為75%，6個(gè)月為83-97%。因此水泥放熱大部分在早期3-7d放出。

19、,水泥礦物水化熱，J/g,,混凝土構(gòu)件中心溫度與厚度的關(guān)系,,對(duì)冬季施工而言，水化放熱有利于水泥的正常凝結(jié)，可不因環(huán)境溫度過(guò)低而使水化太慢。但如構(gòu)筑物尺寸較大，熱量不易散失，溫度升高，與其表面的溫差過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫。,,在大體積混凝土工程不宜采用硅酸鹽水泥,,大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土構(gòu)筑物，由于水化熱積聚在內(nèi)部不易散熱，內(nèi)部溫度常上升到50-60℃以上，內(nèi)外溫度差所引起的應(yīng)力，可使混凝土產(chǎn)生裂縫，因此水化熱對(duì)大

20、體積混凝土是有害因素。在大體積混凝土工程中，不宜采用硅酸鹽水泥。,,4.1.4 水泥石的腐蝕與防止,水泥石在某些腐蝕性介質(zhì)的長(zhǎng)期作用下，結(jié)構(gòu)逐漸受到破壞，強(qiáng)度和耐久性降低的現(xiàn)象，稱為水泥石的腐蝕。,水泥石腐蝕的機(jī)理,溶解性腐蝕： 流動(dòng)的軟水將Ca(OH)2的溶解。Ca(OH)2的溶解度約1.3g/l。流水造成Ca(OH)2晶體的溶蝕，帶來(lái)① 孔隙率的增大② C-S-H凝膠需要足夠的堿環(huán)境，隨Ca(OH)2溶蝕，C-S-H分解自身CaO

21、去補(bǔ)充，久而久之，水泥石孔隙率越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)破壞。,,分解性腐蝕：MgCl2與Ca(OH)2反應(yīng)生成的Mg(OH)2很松軟，生成的CaCl2易溶于水，或HCl與Ca(OH)2反應(yīng)也生成CaCl2 ，加速Ca(OH)2分解破壞。膨脹性腐蝕：硫酸鹽與Ca(OH)2生成硫酸鈣，后與水化鋁酸鈣生成水化硫鋁酸鈣，體積增大1.5，或直接以二水石膏結(jié)晶，膨脹。,,水泥石腐蝕的原因： 水泥石中存在引起腐蝕的成分：氫氧化鈣和水化鋁酸鈣。

22、 毛細(xì)孔通道，易使腐蝕介質(zhì)進(jìn)入。 腐蝕與通道相互促進(jìn)。水泥石腐蝕防止的措施： 合理選擇水泥品種 提高水泥石的密實(shí)度—減少加水量 加做保護(hù)層,,4.1.5 硅酸鹽水泥的應(yīng)用,⑴ 硅酸鹽水泥等級(jí)較高—高強(qiáng)度混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土；⑵ 凝結(jié)硬化較快，耐凍性好—適用于要求凝結(jié)快，早期強(qiáng)度高，冬季施工及嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融工程；⑶ 水化熱大，不宜用于大體積混凝土工程；⑷ 含較多Ca(OH)2，耐軟水侵蝕和

23、耐化學(xué)腐蝕性差，不宜用于經(jīng)常與流動(dòng)的淡水接觸及有水壓作用的工程；也不適用于受海水、礦物水等作用的工程；⑸ 受熱溫度不能高。,,,4.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥,在制成水泥時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于某些品種，還允許摻入一定數(shù)量的天然的或人工制得的材料，其目的是為了改善水泥的某些性質(zhì)，提高水泥的質(zhì)量，降低成本。這種材料叫做混合材料。水泥混合材料通常分為活性混合材料和非活性混合材料。,,,4.2.1 水泥混合材料——活性,與水調(diào)和后，本身不會(huì)

24、硬化或硬化極為緩慢； 在Ca(OH)2或石膏等“激發(fā)劑”作用下，可使其潛在活性得以發(fā)揮，具有水硬性； 這種材料為玻璃態(tài)物質(zhì)，其主要成分為活性SiO2和活性Al2O3。常見的活性混合材料有： 粒狀高爐礦渣 火山灰質(zhì)混合材料； 粉煤灰,,,活性材料激發(fā)劑類型,堿性激發(fā)劑,硫酸鹽激發(fā)劑,石灰和硅酸鹽水泥熟料,二水石膏或半水石膏，硫酸鹽激發(fā)劑的激發(fā)作用必須在有堿性激發(fā)劑的條件下，才能充分發(fā)揮。,,,活性混合材料活性反

25、應(yīng),x Ca(OH)2 + SiO2 + m H2O = xCaO?SiO2?mH2O (活性SiO2) (C-S-H) 4 Ca(OH)2 + Al2O3 + 13 H2O = 4CaO?Al2O3?13H2O (活性Al2O3) 4CaO?Al2O3?13H2O + 3(CaSO4?2H2O) + 14 H2O = 3CaO?Al2O3?3CaSO4?32H2O + Ca

26、(OH)2,,,4.2.1 水泥混合材料——非活性,與水泥成分不起化學(xué)作用（即無(wú)化學(xué)活性）或化學(xué)作用很??； 為結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，如磨細(xì)的石英砂、石灰石、粘土、白云石、砂巖、慢冷礦渣及各種廢渣等屬于非活性混合材料； 非活性混合材料摻入硅酸鹽水泥中主要起調(diào)節(jié)水泥等級(jí)、減少水化熱、節(jié)約熟料用量的作用。,,4.2.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥（ordinary portland cement，代號(hào)P.O）：>5且20且50且2

27、0且20且20<50%混合材。,,,摻混合材料硅酸鹽水泥的水化特性,1、水化反應(yīng)分兩步進(jìn)行：反應(yīng)速度慢 熟料礦物水化，生成物同硅酸鹽水泥的。 熟料生成的氫氧化鈣及石膏作為激發(fā)劑與活性混合材料發(fā)生二次反應(yīng)。2、水化產(chǎn)物： 種類上與硅酸鹽水泥的完全相同。 比例上不同：主要是氫氧化鈣含量大大減少。,,,在性能上與硅酸鹽水泥相比,,,摻混合材料水泥性能比較,,,P.S、P.P、P.F及P.C共同點(diǎn),① 凝結(jié)硬化慢

28、，早期強(qiáng)度相對(duì)較低，水化分兩 步進(jìn)行，但后期強(qiáng)度高② 水化熱相對(duì)降低，宜用于大體積砼工程；③ 水泥石中Ca(OH)2量減少，相對(duì)能抗軟水、海水和硫酸鹽腐蝕，宜用于水工和海港工程；④ 適宜蒸汽養(yǎng)護(hù)構(gòu)件。⑤ 孔隙較多時(shí)抗碳化性差,,P.S、P.P、P.F及P.C不同點(diǎn),P.S：泌水性大，抗?jié)B差，耐凍性差；但耐熱性較好，適宜于高溫車間和有耐熱要求的混凝土結(jié)構(gòu)； P.P：保水性好，抗?jié)B性好；干縮大，易干燥起粉；耐磨性差 P.F：和

29、易性好；干縮性較小，抗裂性較好，適宜于有抗裂性要求較高的構(gòu)件； P.C：根據(jù)所摻入的混合材料種類，與其他摻混合材料水泥性質(zhì)相近；由于疊加效應(yīng)，強(qiáng)度較高。,,思考,當(dāng)不得不采用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行大體積混凝土施工時(shí)，可采取哪些措施來(lái)保證工程質(zhì)量？,,4.3 其他品種的硅酸鹽水泥,4.3.1 道路硅酸鹽水泥,各種公路路面建筑中，以水泥混凝土路面最為優(yōu)良。其優(yōu)點(diǎn)是： 路面不易損壞，使用年限長(zhǎng)，可達(dá)數(shù)十年，是 瀝青路面的好幾倍； 路面阻

30、力??； 抗油類侵蝕性強(qiáng)； 雨天不打滑； 保養(yǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用少。,,道路特點(diǎn),經(jīng)受高速車輛的摩擦； 循環(huán)不已的負(fù)荷； 載重車的震蕩與沖擊； 路面和路基的溫度差及其產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力； 夏天的高溫路面經(jīng)受驟雨冷卻，冬季路面的凍融循環(huán)等。,,對(duì)道路水泥的要求,耐磨性好； 收縮??； 抗凍性好； 彈性模量低； 有高的應(yīng)變性能； 抗沖擊性能好； 有高的抗折強(qiáng)度； 彈性好。,,,道路水泥不同于普通水泥：① 熟料組成；② 粉

31、磨細(xì)度；③ 石膏加入量；④ 外加劑。,,① 熟料組成,提高C3S含量，適當(dāng)提高C4AF含量，限制C3A含量。原因是： 水泥的耐磨性與其抗壓強(qiáng)度有較好的相關(guān)性，因此提高C3S含量； C3S從液相中析出，而液相由C4AF和C3A的相應(yīng)成份提供； 熟料礦物的化學(xué)減縮作用大小順序?yàn)椋篊3A﹥C4AF﹥C3S﹥C2S為了提高道路水泥的致密性，因而要限制C3A的含量；從而適當(dāng)提高C4AF含量。,,② 粉磨細(xì)度,道路水泥的比表面積300

32、～320m2/kg，80?m方孔篩篩余5～10%，稍細(xì)于普通水泥。 水泥粉磨細(xì)度增加，雖可提高強(qiáng)度，但水泥的細(xì)度增加，收縮增加很快，從而易產(chǎn)生微細(xì)裂縫，使道路易于破壞。,硅酸鹽水泥比表面積大于300m2/kg，普通水泥80?m方孔篩篩余不超過(guò)10%。,,③ 石膏加入量,適當(dāng)提高水泥中的石膏加入量，可提高水泥的強(qiáng)度和降低收縮，對(duì)制造道路水泥是有利的。,鈣礬石,體積增大1.5倍,,④ 外加劑,加入硬度大的物質(zhì)，如加入5%以下的石英

33、砂，可提高道路混凝土的耐磨性。,,4.3.2 砌筑水泥,定義： 凡由一種或兩種以上活性混合材加入適量的硅酸鹽水泥熟料和石膏，經(jīng)磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，總稱為砌筑水泥。 砌筑水泥標(biāo)號(hào)：GB3183-2003，12.5、22.5兩個(gè)等級(jí) 類型：礦渣砌筑水泥：礦渣加入量不得少于70%；火山灰質(zhì)砌筑水泥：火山灰質(zhì)摻入量不少于50%；粉煤灰質(zhì)砌筑水泥：粉煤灰摻入量不少于40%。三種混合材允許相互代替，當(dāng)代替量不超過(guò)混

34、合材總摻量1/3時(shí)，水泥名稱不變。當(dāng)超過(guò)1/3時(shí)，則應(yīng)在砌筑水泥名稱前冠以兩種混合材的名稱。,,4.3.3 抗硫酸鹽硅酸鹽水泥,,硫酸鹽侵蝕機(jī)理,硫酸鹽與水泥石中的Ca(OH)2及水化鋁酸鈣作用：MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O→CaSO4·2H2O + Mg(OH)2 4CaO·Al2O3·13H2O + 3(CaSO4·2H2O) + 19H2O→ 3CaO·Al2

35、O3·3CaSO4·32H2O因此，控制水泥中的Ca(OH)2及水化鋁酸鈣的含量就能從組成的角度達(dá)到防止硫酸鹽侵蝕的目的。,,4.3.4 白色硅酸鹽水泥（P.W）,由Fe2O3含量少的硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏磨細(xì)制成。Fe2O3﹤0.4%，其它著色元素也有嚴(yán)格限制。 主要礦物組成為：C3S、C2S和C3A，因而其燒成溫度更高。 加入顏料，可以制成彩色水泥。用于裝飾工程中。,,4.3.5 膨脹水泥及自應(yīng)力水泥,

36、鋁酸鈣的水化產(chǎn)物與石膏作用生成鈣礬石，產(chǎn)生1.5倍的體積膨脹。若這種膨脹發(fā)生在水泥硬化之后，就會(huì)對(duì)水泥石產(chǎn)生破壞作用。若發(fā)生在硬化初期，則其膨脹可以抵消水泥水化后的收縮，埋充孔隙，甚至可以產(chǎn)生膨脹——膨脹水泥。 若膨脹組分含量較高時(shí)，在膨脹過(guò)程中又受到限制（如鋼筋）則水泥石本身就受到壓應(yīng)力——自應(yīng)力，自應(yīng)力值>2MPa時(shí),稱為自應(yīng)力水泥。,,膨脹水泥,普通硅酸鹽水泥在空氣中硬化，通常表現(xiàn)為收縮。水泥混凝土成型后，7-60天內(nèi)的收

37、縮率較大，60天后收縮率趨向緩慢。由于收縮，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生微裂紋，使混凝土的耐久性降低。 為解決普通水泥硬化后的收縮問(wèn)題，研制了膨脹水泥。,,膨脹水泥原理,在水泥中摻入1150-1250℃煅燒的CaO，氧化鈣水化時(shí)產(chǎn)生體積膨脹； 在水泥中摻入900-950℃煅燒的MgO，氧化鎂水化時(shí)產(chǎn)生體積膨脹； 在水泥水化過(guò)程形成鈣礬石，產(chǎn)生體積膨脹。 由于溫度對(duì)CaO和MgO的水化速度較敏感，在生產(chǎn)上往往膨脹性能不夠穩(wěn)定，因此實(shí)際上

38、應(yīng)用較廣的是鈣礬石的膨脹。,硅酸鹽型,鋁酸鹽型,硅酸鹽水泥,適量高鋁水泥,石膏,高鋁水泥,石膏,硫鋁酸鹽型,鐵鋁酸鈣型,3(CA) ·CaSO4 + C2S,石膏,石膏,鐵相(C2F、C4AF),3(CA) ·CaSO4 + C2S,,膨脹水泥類型,,膨脹水泥及自應(yīng)力水泥的應(yīng)用,膨脹水泥適用于配制收縮補(bǔ)償混凝土，用于構(gòu)件的接縫及管道接頭，混凝土結(jié)構(gòu)的加固和修補(bǔ)，防滲堵漏工程，機(jī)器底座及地腳

39、螺絲的固定等； 自應(yīng)力水泥適用于制造自應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及其配件。,,4.4 鋁酸鹽水泥——高鋁水泥,熟料組成CA：CaO·Al2O3；CA2： CaO·2Al2O3；C2AS：2CaO·Al2O3·SiO2（鋁方柱石）；C12A7：12CaO·7Al2O3；少量C2S：2CaO·SiO2 Al2O3含量約50%。,,熟料水化

40、 CA + aq CAH102 CA + aq C2AH8 + AH33 CA + aq C3AH6 + 2 AH3 CA2 + aq CAH10 + AH32 CA2 + aq C2AH8 + 3 AH33 CA2 + aq C3AH6 + 5 AH3,,,,,,,﹤20℃,﹤15-2

41、0℃,20-30℃,﹥30℃,20-30℃,﹥30℃,針狀、片狀的CAH10、C2AH8構(gòu)成骨架，AH3凝膠充填孔隙。,,4.4 鋁酸鹽水泥——高鋁水泥,,,,,,,,高鋁水泥各齡期強(qiáng)度值,,高鋁水泥的特點(diǎn),快凝早強(qiáng)，1d強(qiáng)度可達(dá)最高強(qiáng)度的80%以上，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)不顯著； 水化熱大，且放熱量集中，1d內(nèi)即可放出水化熱總量的70-80%； 結(jié)構(gòu)致密，抗硫酸鹽性能很強(qiáng)，但耐堿性極差； 耐熱性差,30℃以上使用水硬性差；耐高溫性好，高鋁

42、水泥混凝土在1300℃還能保持約53%的強(qiáng)度； 長(zhǎng)期強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)。,,高鋁水泥的應(yīng)用,配制不定形耐火材料； 配制不同類型的膨脹水泥和自應(yīng)力水泥； 用于搶修、搶建，抗耐硫酸鹽腐蝕和冬季施工等特殊要求的工程。 高鋁水泥最適宜的硬化溫度為15℃左右，一般不得超過(guò)25℃。因此用高鋁水泥調(diào)制的混凝土不能進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，且不宜在高溫季節(jié)施工。,,4.5 快硬硫鋁酸鹽水泥,主要用于搶修工程、軍事工程、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件等；以3d

43、的抗壓強(qiáng)度值作為標(biāo)號(hào)，有兩類： 快硬硫鋁酸鹽水泥：42.5、52.5和62.5 熟料組成：3(CaO·Al2O3)·CaSO4 36-44% β-C2S 23-34% C2F 10-17% CaSO4 12-17%,,快硬硫鋁酸鹽水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程,原料：石灰石、礬土、無(wú)水石膏。900-1000℃： CaCO3→CaO +

44、 CO2 Al2O3·xH2O → Al2O3 + H2O 1000-1250℃：CaSO4 + 3CaO + 3Al2O3 →3(CaO·Al2O3)·CaSO4CaSO4 + 4CaO + 2SiO2 →2CaO·SiO2·CaSO41280℃： 2CaO·SiO2·CaSO4 → 2CaO·SiO2+ CaSO4合適煅燒溫度12

45、50-1350℃。,,快硬硫鋁酸鹽水泥的水化,3(CaO·Al2O3)·CaSO4 + 2(CaSO4·2H2O) + 36H2O→2Al(OH)3 + 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O3(CaO·Al2O3)·CaSO4 + 18H2O→ 2Al(OH)3 + 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O

46、C2S + n H2O→C-S-H + Ca(OH)23 Ca(OH)2 + Al(OH)3 + 3(CaSO4·2H2O)+20H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O,鈣礬石構(gòu)成骨架結(jié)構(gòu)，Al(OH)3和C-S-H凝膠充填于骨架間隙中。,,練 習(xí),1、在硅酸鹽水熟料礦物C3S、C2S、C3A、C4AF中，干縮性最大的是_______ 。,C3A,2、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

47、硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于_____，終凝時(shí)間不遲于_____ 。,45min　6.5h,答案,答案,,練 習(xí),3、水泥孰料中，水化速度最快，28天水化熱最大的是＿＿＿。,C3A,ABD,答案,答案,4、引起水泥安定性不合格的原因有（）。 A、熟料游離氧化鈣過(guò)多　B、熟料中游離氧化鎂過(guò)多 C、二氧化硅含量過(guò)量　 D、加入的石膏過(guò)多,,練 習(xí),5、以下工程適合用硅酸鹽水泥的是＿＿＿＿。

48、A.大體積混凝土工程　B.受海水及化學(xué)侵蝕的工程C.耐熱混凝土工程　D.早期強(qiáng)度要求較高的淺工程,6、生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)，一定要加入適量石膏，　是為了對(duì)水泥起__________ 作用。,D,緩凝,7、判斷：國(guó)標(biāo)規(guī)定，硅酸鹽水泥體積安定性不符合要求時(shí)應(yīng)初視為廢品。（）,正確,答案,答案,,練 習(xí),8、為何不是水泥細(xì)度越細(xì)，強(qiáng)度越高？,9、與硅酸鹽水泥相比，礦渣水泥的早期強(qiáng)度__________ ，水化熱__________ ，抗凍

49、性__________，耐腐蝕性__________ 。,低、小、差、好,答案,答案,一般來(lái)講，水泥顆粒細(xì)有利于提高水泥的水化速度及充分水化，有利于提高強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。但水泥顆粒過(guò)細(xì)，比表面積過(guò)大，水泥漿體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過(guò)多，反面影響水泥的強(qiáng)度。,,練 習(xí),10、高鋁水泥制品為何不宜蒸養(yǎng)？,高鋁水泥的水化在環(huán)境溫度小于20℃時(shí)主要生成 CAH10，在溫度20～30℃會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镃2AH8及 Al(OH)3，溫度大于30℃

50、時(shí)再轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH6及Al(OH)3、凝膠CAH10 、C2AH8等為介穩(wěn)態(tài)水化產(chǎn)物， C3AH6是穩(wěn)定態(tài)的，但是強(qiáng)度低。當(dāng)蒸養(yǎng)時(shí)直接生成C3AH6這類強(qiáng)度低的水化產(chǎn)物，故高鋁水泥制品不易蒸養(yǎng)。,11、生產(chǎn)水泥時(shí)常用的混合材料有__________ 、__________和__________ 。,火山灰、粉煤灰、礦渣,答案,答案,,練 習(xí),12、與硅酸鹽水泥相比，礦渣水泥的早期強(qiáng)度__________ ，水化熱__________

51、 ，抗凍性__________ ，耐腐蝕性__________ 。,低、小、差、好,13、某些體積安定性不良的水泥，在存放一段時(shí)間后變?yōu)楹细瘢瑸槭裁矗?某些體積安定性輕度不合格的水泥，在空氣中存放2～4 周以上，水泥中的部分游離氧化鈣可吸收空氣中的水蒸氣而水化，即在空氣中存放一段時(shí)間后由于游離氧化鈣的膨脹作用被減小或消除，因而水泥的安定性可能由輕度不合格變?yōu)楹细瘛?答案,答案,,練 習(xí),14、水泥石是由凝膠體、

52、、 和毛細(xì)孔組成的。,晶體、未水化的熟料內(nèi)核,15、 根據(jù)下列條件選擇適宜的水泥品種：早期強(qiáng)度要求高，抗凍性好的混凝土應(yīng)選用__________水泥；抗淡水侵蝕強(qiáng)、抗?jié)B性高的混凝土應(yīng)選用__________水泥；抗軟水及硫酸鹽腐蝕較強(qiáng)、耐熱性好的混凝土應(yīng)選用__________水泥。,普通硅酸鹽水泥(或硅酸鹽水泥)、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥,答案,答案,,練習(xí),16、常用的活性混合材料為_

53、_________、__________、__________，活性混合材料的主要化學(xué)成分是__________和__________，這些活性成分能引起水泥腐蝕的水化產(chǎn)物__________反應(yīng)，生成__________和__________而參與水泥凝結(jié)硬化。,?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料、粉煤灰、二氧化硅、三氧化鋁、氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣,17、引起水泥石腐蝕的內(nèi)因主要是由于水化產(chǎn)物中含有__________、___

54、_______及水泥石的__________不夠所造成的。,氫氧化鈣、水化鋁三鈣、密實(shí)度,答案,,練 習(xí),18、為了加快模具的周轉(zhuǎn)，在生產(chǎn)混凝土預(yù)制構(gòu)件時(shí)，常用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法，在此條件下，選擇制成混凝土構(gòu)件時(shí)，應(yīng)采用(　　)水泥拌制混凝土。A.普通水泥　　　B.高鋁水泥　　　C.粉煤灰水泥,C,19、在江河橋梁建設(shè)中，不宜采用(　　)水泥拌制混凝土。A.普通水泥　　　　B.礦渣水泥　　　C.火山灰水泥,A,答案,答案,,練

55、習(xí),20、 某工程中用普通水泥配制的混凝土，產(chǎn)生裂紋，試分析下列原因中哪個(gè)不正確(　　)。A.混凝土因水化后體積膨脹開裂　　B.因干縮變形而開裂 C.水泥體積安定性不良,A,21、 硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不得早于( )，終凝時(shí)間不得遲于( )。A.30 min　 B.45 min 　C.12 h　 D.15 h　 E.6.5 h,BE,答案,答案,,練

56、 習(xí),22、下列膠凝材料中，干燥收縮最大的是( )。A.建筑石膏　 B.粉煤灰 C.硅酸鹽水泥　 D.石灰,D,23、 高層建筑基礎(chǔ)工程的混凝土宜優(yōu)先選用(　　)。A.普通水泥　　B.礦渣水泥　C.火山灰水泥,B,答案,答案,,練 習(xí),24、現(xiàn)有四種白色粉末，已知其為建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸鹽水泥，請(qǐng)加以鑒別(化學(xué)分析法除外)。,取相同質(zhì)量的四種粉末，分別加入適量的水拌合為同一稠

57、度的漿體。放熱量最大且有大量的水蒸汽放出的為生石灰粉；在5～30 min內(nèi)凝結(jié)并具有一定強(qiáng)度的為建筑石膏；在45 min到12 h內(nèi)凝結(jié)硬化的為白色水泥；加水后沒有任何反映和變化的白色石灰石粉。,答案,,練 習(xí),25、 為什么生產(chǎn)硅酸鹽水泥時(shí)摻加適量石膏對(duì)水泥不起破壞作用，而硬化水泥石在有硫酸鹽的的環(huán)境介質(zhì)中生成石膏時(shí)就有破壞作用？,硫酸鹽對(duì)水泥石的腐蝕作用，是因?yàn)榕蛎浶援a(chǎn)物高硫型水化硫鋁酸鈣　　　 是在變形能力很小的水泥石

58、內(nèi)產(chǎn)生的故可以把水泥石脹裂。生產(chǎn)水泥時(shí)摻入適量的石膏也會(huì)和水化產(chǎn)物C3AH6反應(yīng)生成　 　 ，但該水化產(chǎn)物主要在水泥漿體凝結(jié)果前產(chǎn)生，凝結(jié)果后產(chǎn)生的很少。此時(shí)水泥漿還未凝結(jié)，具有流動(dòng)性和可塑性，因而對(duì)水泥漿體無(wú)破壞作用,答案,,練 習(xí),26、下列混凝土工程中宜優(yōu)先選用哪種水泥？（1）處于干燥環(huán)境中的混凝土工程。（2）采用濕熱處理的混凝土構(gòu)件。（3）厚大體積混凝土工程。（4）水泥下混凝土工程。（5）高強(qiáng)度混凝土工程。（6）高溫爐

59、或工業(yè)窯爐的混凝土基礎(chǔ)。（7）嚴(yán)寒地區(qū)受反復(fù)凍融的混凝土工程。（8）有抗?jié)B要求的混凝土工程。（9）混凝土地面或路面工程。,（1）普通硅酸鹽水泥。（2）礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。（3）礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥。（4）礦渣硅酸鹽水泥或火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥。（5）硅酸鹽水泥。（6）礦渣硅酸鹽水泥。（7）硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。（8）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、或