第一節(jié) 硅酸鹽水泥

1、一、水泥的起源一、水泥的起源n據(jù)甘肅省考古研究所于據(jù)甘肅省考古研究所于1980年和年和1983年考察，在該省秦安縣的大地灣（黃河支年考察，在該省秦安縣的大地灣（黃河支流渭水之畔，西安以西約流渭水之畔，西安以西約600公里處）先公里處）先后發(fā)掘出兩個大型住宅遺址，該遺址的地后發(fā)掘出兩個大型住宅遺址，該遺址的地坪系用混凝土建造，經(jīng)測算距今已有坪系用混凝土建造，經(jīng)測算距今已有5千千年，相當(dāng)于年，相當(dāng)于“新石器時代新石器時代”。從大地灣發(fā)。從大地灣發(fā)掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。這種水泥以礓石這種水泥以礓石一種富含碳酸鈣的粘一種富含碳酸鈣的粘土為原料煅燒而成土

2、為原料煅燒而成.n最早采用具有水硬性膠凝材料制備混凝土最早采用具有水硬性膠凝材料制備混凝土的是中國人，而不是多少年來一直誤認(rèn)為的是中國人，而不是多少年來一直誤認(rèn)為的古羅馬人。的古羅馬人。第三章第三章 水泥水泥n古羅馬水泥古羅馬水泥(1796年年):用含有一定比例粘土成分用含有一定比例粘土成分的石灰石煅燒而成，如古羅馬的石灰石煅燒而成，如古羅馬“龐貝龐貝”城遺址即城遺址即用此水泥建造；用此水泥建造；nPortland Cement: 1824年英國泥瓦工約瑟年英國泥瓦工約瑟夫夫.阿斯普?。ò⑺蛊斩。↗oseph Aspdin）申報波特蘭水）申報波特蘭水泥專利泥專利, 該水泥是該水泥是把粘土和粉磨

3、過的石灰石混合，把粘土和粉磨過的石灰石混合，經(jīng)煅燒至二氧化碳釋放，將所得到的產(chǎn)物磨細成經(jīng)煅燒至二氧化碳釋放，將所得到的產(chǎn)物磨細成粉末。這種粉末在與水拌合時，具有水硬膠凝性，粉末。這種粉末在與水拌合時，具有水硬膠凝性，由于它硬化后外觀象波特蘭（英國一港口城市）由于它硬化后外觀象波特蘭（英國一港口城市）的石頭，就起名為波特蘭水泥的石頭，就起名為波特蘭水泥 。一、水泥的起源一、水泥的起源二、水泥的含義二、水泥的含義n是一種無機水硬性膠凝材料，加水拌和可成塑性漿體，該塑性漿體既可在空氣中凝結(jié)硬化，又可在潮濕環(huán)境或水中凝結(jié)硬化，并可將其它材料膠凝成整體，形成堅硬的人造石材的材料。n水泥是用得最多的、最重

4、要的土木工程無機膠凝材料。我國水泥產(chǎn)量居世界第一，約10億噸年。三、硅酸鹽水泥定義三、硅酸鹽水泥定義由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或?；郀t礦渣（混合材），適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（Portland or Silicate Cement）。種類：種類： 型硅酸鹽水泥型硅酸鹽水泥(P)不摻混合材不摻混合材; 型硅酸鹽水泥型硅酸鹽水泥(P)摻小于摻小于5的混合的混合材。材。一、生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料與生產(chǎn)一、生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料與生產(chǎn)n鈣質(zhì)原料： 石灰石、白堊、石灰質(zhì)凝灰?guī)r等。n硅鋁質(zhì)原料： 各種粘土、黃土、硅石、煤矸石、粉煤灰等。n鐵粉： 黃鐵礦燒渣、紅鐵礦粉、高鐵粘土等。第

5、一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥1、原料2、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)石石 灰灰 石石熟熟 料料水水 泥泥生生 料料鐵鐵 礦礦 粉粉粘粘 土土石石 膏膏煅煅 燒燒1 14 45 50 0配配 料料 、磨磨 細細 、 勻勻 化化磨磨 細細硅硅 酸酸 鹽鹽 水水 泥泥 生生 產(chǎn)產(chǎn) 工工 藝藝 示示 意意 圖圖鈣質(zhì)材料：CaO 硅鋁質(zhì)材料：SiO2、Al2O3及Fe2O3鐵質(zhì)：Fe2O3（兩磨一燒兩磨一燒）第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥可能的混合材n煅燒：8001300 固相反應(yīng)，1450 液相反應(yīng)。立窯煅燒回轉(zhuǎn)窯煅燒第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥濕法干法第一節(jié)第一節(jié)

6、 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥8001300 固相反應(yīng)130014501300液相反應(yīng)2CaO+SiO2=2CaOSiO23CaO+Al2O3=3CaOAl2O34CaO+Al2O3+Fe2O3=4CaOAl2O3Fe2O32CaOSiO2+CaO=3CaOSiO2二、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及水化二、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及水化1、礦物組成 n硅酸三鈣（硅酸三鈣（3CaOSiO2）C3S 3760n硅酸二鈣（硅酸二鈣（2CaOSiO2）C2S 1537n鋁酸三鈣（鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）C3A 715n鐵鋁酸四鈣（鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3）C4AF 1018n 除四種主要成分

7、外，水泥中尚含有少量除四種主要成分外，水泥中尚含有少量游離游離f-CaO、f-MgO、SO3、及堿（、及堿（K2O、Na2O）這些均為有害）這些均為有害成分，國家標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格限制。成分，國家標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格限制。第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥2、水化反應(yīng)方程2(3CaOSiO2)+6H2O3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 水化硅酸鈣水化硅酸鈣 氫氧化鈣氫氧化鈣2(2CaOSiO2)+4H2O3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 水化硅酸鈣水化硅酸鈣 氫氧化鈣氫氧化鈣3CaOAl2O3+6H2O3CaOAl2O36H2O 水化水化鋁酸鈣鋁酸鈣4CaOAl2O3Fe2O3+7H2

8、O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 3(CaSO42H2O） + 3CaOAl2O36H2O + 19H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 水化硫鋁酸鈣水化硫鋁酸鈣（鈣礬石（鈣礬石AFt，體積膨脹，體積膨脹1.5倍）倍）第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥簡寫規(guī)簡寫規(guī)則？則？水化反應(yīng)產(chǎn)物n晶體氫氧化鈣晶體氫氧化鈣 2025（六方晶體）（六方晶體）; 水化鋁酸鈣（立方晶體）水化鋁酸鈣（立方晶體）; 水化硫鋁酸鈣水化硫鋁酸鈣（針狀晶體針狀晶體）.n膠體水化硅酸鈣（膠體水化硅酸鈣（C-S-H） 70; 水化鐵酸鈣水化鐵酸鈣. 無膠結(jié)能力無膠結(jié)能力有膠結(jié)能力有膠結(jié)能力第一

9、節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥水化反應(yīng)產(chǎn)物電鏡照片(1)水泥漿掃描電鏡照片（水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期齡期）C-S-H鈣礬石鈣礬石水化反應(yīng)產(chǎn)物電鏡照片(2)CH Crystal 氫氧化鈣晶體氫氧化鈣晶體 C-S-H 水化硅酸鈣凝膠水化硅酸鈣凝膠三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化1、凝結(jié)、凝結(jié) 水泥加水拌和初期形成具有流動性、可塑性的漿體，水泥加水拌和初期形成具有流動性、可塑性的漿體，隨著水泥顆粒表面與水發(fā)生水化反應(yīng)隨著水泥顆粒表面與水發(fā)生水化反應(yīng) ，自由水逐漸減少，自由水逐漸減少，水化產(chǎn)物，即高度分散的凝膠體及晶體不斷增多，水泥水化產(chǎn)物，即高度分散的凝膠體及晶體不斷增多，水

10、泥漿不斷稠化，并逐漸失去流動性、可塑性（漿不斷稠化，并逐漸失去流動性、可塑性（但尚不具有但尚不具有強度強度）的過程稱為凝結(jié)。）的過程稱為凝結(jié)。第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥凝結(jié)初凝：完全失去流動性，開始失去塑性的時刻終凝：完全失去塑性，開始產(chǎn)生強度的時刻石膏在水泥凝結(jié)過程石膏在水泥凝結(jié)過程中的作用及原理？中的作用及原理？石膏延緩水泥水化的機理 為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間，摻入適量石膏，這些石膏與反應(yīng)最快的鋁酸三鈣的水化產(chǎn)物作用生成難溶的水化硫鋁酸鈣，覆蓋于未水化的水泥顆粒周圍，阻止其繼續(xù)快速水化。其反應(yīng)式為：3(CaSO42H2O） + 3CaOAl2O36H2O + 19H2O 3CaOAl

11、2O33CaSO431H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O + 3CaOAl2O36H2O 3CaOAl2O3CaSO412H2On2、硬化、硬化 hardening 水泥漿終凝后，水化作用仍不斷進行，水泥漿終凝后，水化作用仍不斷進行，自由水仍不斷減少，水化產(chǎn)物仍不斷增加。自由水仍不斷減少，水化產(chǎn)物仍不斷增加。形成的水化凝膠及晶體不斷填充、加固水泥形成的水化凝膠及晶體不斷填充、加固水泥漿體結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙，使其形成具有一定強度漿體結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙，使其形成具有一定強度的堅硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱的堅硬的石狀固體（水泥石），這一過程稱為硬化。為硬化。 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽

12、水泥 如何理解硅酸鹽水泥的凝結(jié)與及硬化？凝結(jié)硬化機理 溶解 結(jié)晶 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水化歷程 1水化歷程 2水化歷程 3水化歷程 4水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物填充空隙填充空隙并將水泥并將水泥顆粒連接顆粒連接在一起在一起水化歷程 5已水化的水已水化的水泥漿里留下泥漿里留下的孔隙的孔隙未水化水未水化水泥顆粒泥顆粒水化歷程 6新拌水泥新拌水泥漿漿水灰比水灰比硬化水泥漿硬化水泥漿3、水泥石的組成水泥石的組成： 未水化水泥顆粒未水化水泥顆粒 水化產(chǎn)物晶體、膠體水化產(chǎn)物晶體、膠體 孔隙孔隙、水分水分n水泥石是多相（水泥石是多相（固相、液相、氣相固相、液相、氣相）多孔體系，水）多孔體系，水泥石的工程性質(zhì)取決于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，

13、即決泥石的工程性質(zhì)取決于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即決定于水化物的類型和相對含量、內(nèi)部孔的大小、定于水化物的類型和相對含量、內(nèi)部孔的大小、形狀和分布狀態(tài)形狀和分布狀態(tài)。n毛細孔毛細孔未被水化產(chǎn)物所填充的原充水空間未被水化產(chǎn)物所填充的原充水空間n凝膠孔凝膠孔C-S-H內(nèi)部的結(jié)構(gòu)孔內(nèi)部的結(jié)構(gòu)孔 28 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥3、水泥石的組成水泥石的組成第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥水泥石水泥凝膠體毛細管孔未水化水泥核毛細管自由水C3S2H3、CFH凝膠孔凝膠水結(jié)晶相CHC3AH6AFt、AFm凝膠體和凝膠孔形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)水泥石水泥石C-S-H？影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素n1、水泥細度n2、

14、石膏n3、礦物組成n4、水灰比n5、環(huán)境溫度和濕度n6、齡期第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥四、水泥石的腐蝕四、水泥石的腐蝕1、定義、定義 水泥石在水泥石在外界侵蝕性介質(zhì)外界侵蝕性介質(zhì)（軟水、（軟水、酸、堿、鹽等）的作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)酸、堿、鹽等）的作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，強度降低的現(xiàn)象稱為水泥受到破壞，強度降低的現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。石的腐蝕。第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥2、原因、原因n內(nèi)因和外因，外因通過內(nèi)因起作用。內(nèi)因和外因，外因通過內(nèi)因起作用。n聯(lián)系紐帶水泥石中的孔縫（開口孔隙和裂縫），產(chǎn)生有聯(lián)系紐帶水泥石中的孔縫（開口孔隙和裂縫），產(chǎn)生有害介質(zhì)的侵蝕、交換作用害介質(zhì)的侵蝕、交

15、換作用。 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥內(nèi)內(nèi)因因Ca(OH)2C3AH6結(jié)構(gòu)不密實結(jié)構(gòu)不密實外外因因軟水酸：H2SO4、HCl、H2CO3堿：NaOH、KOH鹽：MgSO4、Na2SO43、水泥石的腐蝕的類型、水泥石的腐蝕的類型 按侵蝕介質(zhì)種類分：按侵蝕介質(zhì)種類分：軟水腐蝕軟水腐蝕酸腐蝕酸腐蝕堿腐蝕堿腐蝕鹽腐蝕鹽腐蝕 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥3、水泥石的腐蝕的類型、水泥石的腐蝕的類型 按腐蝕機理分溶出腐蝕：軟水腐蝕溶解腐蝕：HCl、 CO2+H2O、 MgCl2分界腐蝕：NaOH、KOH膨脹腐蝕： H2SO4 、 MgSO4 、 Na2SO4、 MgCl2 、 NaOH、KOH第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥混凝土的腐蝕破壞膨脹裂縫膨脹裂縫膨脹裂縫膨脹裂縫鈣釩石晶體鈣釩石晶體膨脹開裂開裂的軌枕4、防止腐蝕的措施：、防止腐蝕的措施：n改善內(nèi)因：改善內(nèi)因：合理選用水泥品種；合理選用水泥品種；摻混合材。摻混合材。n阻止外因：阻止外因：提高水泥石的密實度；提高水泥石的密實度；加作保護層加作保護層石材、陶瓷、瀝青、涂料等石材、陶瓷、瀝青