土木工程材料第3章水泥教學(xué)提綱

第3章水泥(shuǐní)水泥主要(zhǔyào)有三大系列：硅酸鹽水泥系列鋁酸鹽水泥系列硫鋁（鐵）酸鹽水泥系列硅酸鹽水泥國(guó)外稱波特蘭水泥（PortlandCement），1824年由英國(guó)人約瑟夫·阿斯普?。↗osephAspdin）發(fā)明。1第一頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)硅酸鹽水泥的定義(dìngyì)：由硅酸鹽水泥熟料、0~5％的石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。根據(jù)用途和特點(diǎn)，硅酸鹽水泥分為通用水泥、專用水泥、特性水泥三類。常用硅酸鹽水泥有六大品種（六大通用水泥）2第二頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)名稱代號(hào)硅酸鹽水泥P·ⅠP·Ⅱ普通(pǔtōng)硅酸鹽水泥P·O礦渣硅酸鹽水泥P·S火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥P·P粉煤灰硅酸鹽水泥P·F復(fù)合硅酸鹽水泥P·C3第三頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)其它硅酸鹽水泥有：大壩水泥、道路(dàolù)水泥（專用水泥）

白色水泥、彩色水泥快硬水泥、膨脹水泥（特性水泥）硅酸鹽水泥的主要礦物成分為：3CaO·SiO22CaO·SiO24第四頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)我國(guó)的水泥產(chǎn)量逐年上升(shàngshēng)，1996年4.8億噸，超過(guò)世界水泥產(chǎn)量的1/3。2006年我國(guó)水泥年產(chǎn)量達(dá)13億噸，占全世界的第1位。5第五頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)一水泥的生產(chǎn)原料石灰質(zhì)原料：提供CaO

粘土原料：提供SiO2、Al2O3、Fe2O3

校正(jiàozhèng)原料：主要是鐵質(zhì)材料（鐵礦石）6第六頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)生料分別磨細(xì)、拌勻經(jīng)干燥、預(yù)熱、分解、煅燒、冷卻、卸料，得到水泥(shuǐní)熟料。熟料加入適量石膏共同磨細(xì)制成水泥(shuǐní)。概括為“兩磨一燒”7第七頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)生產(chǎn)(shēngchǎn)水泥會(huì)產(chǎn)生：CO2、NOX、SO3和粉塵等污染物。需消耗煤、電和石灰石等資源。8第八頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)化學(xué)(huàxué)簡(jiǎn)式CaO—CSiO3—SH2O—HCa(OH)2—CH9第九頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)二水泥熟料的礦物成分及其特性（1）硅酸(ɡuīsuān)三鈣3CaO·SiO2(簡(jiǎn)式C3S)，占36-60%，28天水化70%，28天的強(qiáng)度達(dá)一年的70-80%。

（2）硅酸(ɡuīsuān)二鈣2CaO·SiO2(簡(jiǎn)式C2S)，占15-37%，28天水化20%，一年后強(qiáng)度可趕上C3S。

10第十頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)（3）鋁酸三鈣3CaO·Al2O3(簡(jiǎn)式C3A)，占7-15%，3天強(qiáng)度大部分發(fā)揮出來(lái)，但絕對(duì)值不高，后期強(qiáng)度有退縮。

（4）鐵鋁酸四鈣4CaO·Al2O3·Fe2O3(簡(jiǎn)式C4AF)，占10-18%，提高水泥(shuǐní)抗折強(qiáng)度，抗沖擊性能。11第十一頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)三水泥的水化和凝結(jié)硬化水泥和水拌合成為水泥漿體（會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)，生成晶體和凝膠體），具有塑性，可流動(dòng)。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水化產(chǎn)物不斷增加，晶體凝聚形成骨架，凝膠分散在水泥石中，裹住晶體，水泥漿體逐漸失去塑性，產(chǎn)生強(qiáng)度。12第十二頁(yè)，共57頁(yè)。結(jié)論：（1）水泥的水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣（C-S-H）水化鋁酸鈣（C3AH6）水化鐵酸鈣（C-F-H）氫氧化鈣（CH）水化硫鋁酸鈣（鈣礬石(fánshí)、AF）（2）水化物中C-S-H約占70%、CH約占用20%、AF約占5~7%（3）水化速度、水化放熱總量：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S13第十三頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)（4）早期(zǎoqī)強(qiáng)度發(fā)展速度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S（5）后期強(qiáng)度發(fā)展：主要由C2S提供，C2S后期可趕上或超過(guò)C3S（6）體積收縮：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S14第十四頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)（7）石膏的緩凝作用生成鈣礬石，包裹在未水化的水泥顆粒表面。

按SO3計(jì)≤3.5%，太多，安定性不良(bùliáng)，應(yīng)在終凝前反應(yīng)完畢。15第十五頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)四水泥石的結(jié)構(gòu)（1）未水化的水泥顆粒（2）凝膠（C–S–H，C–F–H）（3）晶體（CH，C3AH6，AFt）（4）孔（毛細(xì)孔，凝膠孔）（5）水（結(jié)合(jiéhé)水、吸附水、游離水）16第十六頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)說(shuō)明：（1）C–S–H、C–F–H稱為凝膠，但在更小尺度上發(fā)現(xiàn)它們是一些0.1～1μm近程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序的微晶體。（2）水泥石的晶體按其作用分兩類，一類在裂縫(lièfèng)經(jīng)過(guò)的路徑上，起加強(qiáng)作用；另一類分布在本無(wú)缺陷的C–S–H中及界面上，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，這些為多余的晶體。晶體存在最佳含量，高性能水泥應(yīng)使晶體達(dá)最佳含量。17第十七頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)（3）未水化的水泥(shuǐní)顆粒始終存在，溫濕度合適，水泥(shuǐní)石強(qiáng)度幾十年后仍有增長(zhǎng)。（4）水泥(shuǐní)石中孔可分為有害孔（孔徑＞300埃）少害孔（孔徑100—300埃）無(wú)害孔（孔徑＜100埃）18第十八頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)（5）水泥(shuǐní)石的強(qiáng)度主要取決于：礦物成分、細(xì)度、W/C、水化程度。（6）水泥(shuǐní)的水化及強(qiáng)度增長(zhǎng)：早期快，后期慢，以3天、28天齡期強(qiáng)度評(píng)定水泥(shuǐní)的強(qiáng)度等級(jí)。（7）溫濕度對(duì)強(qiáng)度發(fā)展影響很大。蒸養(yǎng)強(qiáng)度發(fā)展快，強(qiáng)度增長(zhǎng)夏季比冬季快。19第十九頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB175-1999《硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥》的規(guī)定(guīdìng)，硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)如下：p3920第二十頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)⑴細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度水泥越細(xì)則比面越大、活性越大；但水泥太細(xì)則生產(chǎn)率下降、能耗上升，顆粒易相互吸附，活性反而降低；易受潮、存放期縮短；新拌砼流動(dòng)性降低；水泥石硬化(yìnghuà)后收縮變形加大。21第二十一頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)水泥太細(xì)（比面達(dá)400㎡/㎏），配制的砼約五年后強(qiáng)度(qiángdù)開(kāi)始降低。而較粗的水泥（比表面積約300㎡/㎏）配制的砼的強(qiáng)度(qiángdù)幾十年后仍在增加，且混凝土不易開(kāi)裂。22第二十二頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)對(duì)細(xì)度的要求：硅酸鹽水泥：比面300～350㎡/㎏對(duì)其它五種水泥：0.08mm方孔篩篩余量≤10%測(cè)試：負(fù)壓(fùyā)篩法（標(biāo)準(zhǔn)方法）

23第二十三頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)水泥細(xì)度的評(píng)價(jià)，還應(yīng)包括粒徑分布，水泥粒徑分布宜寬不宜(bùyí)窄，合理的粒徑分布是：＜3μｍ的＜10％3-32μｍ的65~70％32~45μｍ的12~18％＞45μｍ的6~8％結(jié)論：16~24μｍ的顆粒較多則水泥性能較好。粒形好的水泥（呈球形）拌制砼需水量小，砼性能好。24第二十四頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)⑵標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為測(cè)定凝結(jié)時(shí)間、體積安定性具有可比性而設(shè)定的指標(biāo)。調(diào)整(tiáozhěng)用水量法：C=500g、W=142.5ml，在凈漿攪拌機(jī)中，慢攪拌120S、停15S、快攪拌120S，試桿下沉距底板6±1mm時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)稠度。25第二十五頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)固定(gùdìng)用水量法（標(biāo)準(zhǔn)法）：C=500gW=142.5ml

P=33.4－0.185S

p34026第二十六頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)⑶凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間：水泥凈漿從加水到開(kāi)始失去(shīqù)塑性的時(shí)間。六大水泥要求≥45min終凝時(shí)間：水泥凈漿從加水到完全失去(shīqù)塑性的時(shí)間。硅酸鹽水泥要求≤6.5h復(fù)合水泥≤12h其它四種水泥≤10h27第二十七頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)測(cè)定：稱500g水泥，拌標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凈漿，30min測(cè)第一次，臨近(línjìn)初凝前每5min測(cè)一次，試針距底板4±1mm為初凝；臨近(línjìn)終凝前每15min測(cè)一次，試針距表面0-0.5mm為終凝。不測(cè)定時(shí)，放入20±1℃、相對(duì)濕度≥90﹪的恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中保溫保濕。28第二十八頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)關(guān)于濕度：絕對(duì)濕度（AH）：每1m3空氣(kōngqì)中水的質(zhì)量（g）。相對(duì)濕度（RH）：空氣(kōngqì)中水分子的飽和程度。RH=100﹪即飽和。溫濕度計(jì)測(cè)定29第二十九頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)⑷體積安定性指水泥在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積變化的均勻性。危害：硬化后的砼膨脹開(kāi)裂。原因：f-CaO、f-MgO、過(guò)量(guò〃liàng)石膏。［f—free］測(cè)定方法：A試餅法（定性）——代用方法試餅：中間厚（約10mm），邊緣薄，20±1℃養(yǎng)護(hù)24h，在常溫水中30min加熱至沸騰，沸煮3h，冷至室溫，檢查裂縫、彎曲。30第三十頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)B雷氏法（定量法）——標(biāo)準(zhǔn)方法雷氏夾：圓柱體D=30mm，H=30mm。裝入標(biāo)準(zhǔn)稠度(chóudù)的水泥漿，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24h，沸煮3h，兩指針尖增加的長(zhǎng)度平均值≤5mm。31第三十一頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)⑸強(qiáng)度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO）》測(cè)定方法：1稱C=450g，標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)砂S=1350g，水W=225ml。（即水灰比W/C=0.5，膠砂比C/S=1:3）標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)砂專門(mén)用于水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)。2在行星式膠砂攪拌機(jī)攪拌鍋內(nèi)先加水，再加入水泥，慢攪30S，在第二個(gè)慢攪30S內(nèi)加完砂，停90S，再快攪60S，膠砂攪拌完成。32第三十二頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)3將40×40×160三聯(lián)試模涂上機(jī)油，放下套模。4在試模內(nèi)倒入一半膠砂，在膠砂振動(dòng)臺(tái)上振60次，再倒入另一半，再振60次。5取下，用直尺刮平，編號(hào)。6標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(yǎnghù)24h（溫度20±1℃、RH≥90﹪）。33第三十三頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)7脫模，在20±1℃水中繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(yǎnghù)。養(yǎng)護(hù)(yǎnghù)到3d、28d齡期，各取三個(gè)試件測(cè)定抗折、抗壓（不要取同一試模中的三個(gè)試件）強(qiáng)度。齡期誤差：72h±45min28d±8h34第三十四頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)在水泥抗折試驗(yàn)機(jī)上測(cè)抗折強(qiáng)度。（以試件的側(cè)面受力）數(shù)據(jù)處理：p3431、取三個(gè)平均值為抗折強(qiáng)度，精確到0.1MPa2、有一個(gè)值與平均值相差(xiānɡchà)超過(guò)±10﹪，去掉，取余下兩個(gè)平均值。35第三十五頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：（以試件的側(cè)面受力）設(shè)備：壓力試驗(yàn)機(jī)，抗壓夾具40×40mm數(shù)據(jù)處理：p3431、取六個(gè)平均值為抗壓強(qiáng)度，精確到0.1MPa2、有一個(gè)超出(chāochū)平均值±10﹪，去掉，取余下五個(gè)平均值。3、五個(gè)中仍有一個(gè)超出(chāochū)五個(gè)平均值的±10﹪，試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。36第三十六頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)剛出廠的水泥28天強(qiáng)度值應(yīng)有富余。各廠的水泥富余強(qiáng)度不等，有的很高，有的很低。水泥各齡期抗折、抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到(dádào)規(guī)定要求。（p40）37第三十七頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥(shuǐní)的技術(shù)性質(zhì)⑹堿含量水泥中的強(qiáng)堿（Na2O、K2O）或外加劑中的強(qiáng)堿能與活性集料（SiO2、CaO、MgO）發(fā)生堿集料反應(yīng)，導(dǎo)致砼開(kāi)裂(kāiliè)。堿量按Na2O+0.685K2O計(jì)算。低堿水泥（堿量≤0.6﹪）則無(wú)堿集料反應(yīng)。高堿水泥也不都會(huì)發(fā)生堿集料反應(yīng)。與集料有關(guān)38第三十八頁(yè)，共57頁(yè)。第3章五硅酸鹽水泥的技術(shù)(jìshù)性質(zhì)水泥不合格品、廢品的判別：體積安定性、初凝時(shí)間兩個(gè)指標(biāo)(zhǐbiāo)中任一指標(biāo)(zhǐbiāo)不合格則為廢品。

其它指標(biāo)(zhǐbiāo)不合格為不合格品。廢品不能使用，不合格品限制使用。39第三十九頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)六硅酸鹽水泥的特性p45

1水化熱大Q3=0.5Q總Q7=0.75Q總Q90=0.9Q總水化熱取決于礦物(kuàngwù)成分、細(xì)度，細(xì)度對(duì)Q總沒(méi)有影響，但對(duì)放熱速率有很大影響。40第四十頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)水化熱的危害：會(huì)使砼內(nèi)部的溫升最高時(shí)達(dá)50℃（與砼初始溫度相比），砼體積膨脹。而從這樣的溫度再冷卻下來(lái)(xiàlái)，又引起砼體積的收縮，導(dǎo)致開(kāi)裂。41第四十一頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)2耐腐蝕性差水泥石受到腐（侵）蝕的類型(lèixíng)有：p55A、溶蝕B、CO2、H＋、SO4—、Mg2＋、Cl－C、藻類，白蟻（酸）生物侵蝕D、溫度的侵蝕：高溫破壞，低溫凍壞E、沖刷、磨損等侵蝕；水工砼、路橋面砼42第四十二頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)3W/C小、抗凍性好，干縮小。4CH多，耐熱性差。5早期強(qiáng)度發(fā)展(fāzhǎn)快。普通硅酸鹽水泥的特性：p56由于混合材摻量少（6~15％），性能與硅酸鹽水泥相近，歸為同一類。43第四十三頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥主要用于：高強(qiáng)砼；要求早期強(qiáng)度(qiángdù)發(fā)展快的砼（搶修工程）；冬期施工砼：不適合水工建筑和大體積砼。連續(xù)5天的平均溫度＜5℃或一天的最低溫度低于0℃為冬期（一天的平均溫度：測(cè)2、8、14、20時(shí)四個(gè)時(shí)刻的溫度，取平均值）。44第四十四頁(yè)，共57頁(yè)。第3章水泥(shuǐní)嚴(yán)寒地區(qū)：即最冷月份平均氣溫低于－15℃；寒冷(hánlěng)地區(qū)：即最冷月份平均氣溫在－5℃～－15℃之間；溫和地區(qū)：最冷月份平均氣溫高于－3℃的地區(qū)。45第四十五頁(yè)，共57頁(yè)。七混合(hùnhé)水泥的特性為了增加產(chǎn)量、降低成本、改善技術(shù)性質(zhì)，而生產(chǎn)摻混合材的水泥(shuǐní)（簡(jiǎn)稱混合水泥(shuǐní)）礦渣硅酸鹽水泥(shuǐní)火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥(shuǐní)粉煤灰硅酸鹽水泥(shuǐní)復(fù)合硅酸鹽水泥(shuǐní)混合水泥(shuǐní)具有二次水化反應(yīng)的特點(diǎn)46第四十六頁(yè)，共57頁(yè)。七混合水泥(shuǐní)的特性活性混合材與非混合材共同點(diǎn)：主要成分為SiO2、Al2O3、CaO；不同點(diǎn)：前者玻璃體結(jié)構(gòu)多，活性高，在CH的激發(fā)下能發(fā)生二次反應(yīng)(fǎnyìng)，生成較多的CSH,C3AH6。（玻璃體：能量狀態(tài)高。自發(fā)過(guò)程：高能量狀態(tài)→低能量狀態(tài)。）非活性混合材也能發(fā)生少量的二次反應(yīng)(fǎnyìng)。47第四十七頁(yè)，共57頁(yè)。七混合(hùnhé)水泥的特性礦渣硅酸鹽水泥（P·S）（混合材20~70％）礦渣摻量大，水泥產(chǎn)量高，成本低；早期強(qiáng)度低，后期(hòuqī)強(qiáng)度發(fā)展?jié)摿Υ螅凰艧崴俣嚷?，水化放熱總量?。恍掳桧判杷啵ǖV渣粗糙），保水性差，易泌水，抗?jié)B抗凍性差；CH含量少，耐酸，耐軟水腐蝕，耐熱性好；48第四十八頁(yè)，共57頁(yè)。七混合水泥(shuǐní)的特性C3AH6少，抗硫酸鹽腐蝕能力強(qiáng)；砼坍落度時(shí)間損失小干縮變形大不適合早期強(qiáng)度要求高或冬期施工(shīgōng)的砼體積安定性好。49第四十九頁(yè)，共57頁(yè)。七混合(hùnhé)水泥的特性2火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥(shuǐní)（P·P）(混合材20~50％)浮石、沸石、凝灰?guī)r、硅藻土、蛋白石、燒粘土、煤渣、火山噴出的灰均是火山灰。主要特點(diǎn)：A、干縮大，要加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)B、抗?jié)B性好。由于顆粒細(xì)、泌水少、毛細(xì)孔少。C、耐磨性差。其它性能同礦渣水泥(shuǐní)。50第五十頁(yè)，共57頁(yè)。七混合水泥(shuǐní)的特性3粉煤灰硅酸鹽水泥（P·F）(混合材20~40％)從火電廠煙道中收集的粉末，呈球形。成分：SiO240~60%Al2O317~35%少量CaO。按粗細(xì)程度分為Ⅰ級(jí)灰、Ⅱ級(jí)灰、Ⅲ級(jí)灰。