第2章 無機(jī)膠凝材料課件

第二章氣硬性膠凝材料石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2012年9月制作1本章內(nèi)容氣硬性膠凝材料（2學(xué)時(shí)）石灰石膏水玻璃

、菱苦土

2教學(xué)目標(biāo)掌握氣硬性膠凝材料（石灰及建筑石膏）消化、硬化過程、技術(shù)性質(zhì)和應(yīng)用；掌握硅酸鹽水泥熟料礦物成分與特性、水化與凝結(jié)硬化的機(jī)理和主要技術(shù)性質(zhì)；掌握摻加混合材硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)、特點(diǎn)以及應(yīng)用；了解菱苦土、水玻璃以及其他水泥的特點(diǎn)、性質(zhì)及應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)硅酸鹽和摻加混合材硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)、特點(diǎn)以及應(yīng)用；基本要求3建筑石膏石灰水玻璃菱苦土第一節(jié)氣硬性膠凝材料4

第一節(jié)氣硬性膠凝材料

何為膠凝材料？膠凝材料是指在一定條件下，通過自身的一系列物理化學(xué)變化能夠由漿體變?yōu)槭癄铙w，并能膠結(jié)其它物料成整體而且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)。5有機(jī)膠凝材料：無機(jī)膠凝材料膠凝材料氣硬性膠凝材料：

只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度。如：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土水硬性膠凝材料：

不僅能在空氣中而且能更好地在水中硬保持并發(fā)展其強(qiáng)度。如：水泥

如：瀝青、各種合成樹脂

第一節(jié)氣硬性膠凝材料分類？？6一、石膏(gypsum)石膏的生產(chǎn)建筑石膏的水化與硬化

建筑石膏的技術(shù)特性、質(zhì)量要求與應(yīng)用高強(qiáng)石膏7（一）石膏的生產(chǎn)

石膏膠凝材料：是一種以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。

原材料：天然二水石膏（CaSO4?2H2O)與

無水石膏(CaSO4)，其中無水石膏只能生產(chǎn)無水石膏水泥。

生產(chǎn)工藝：破碎、加熱與磨細(xì)（見后面工藝圖）8

天然二水石膏65～75C高強(qiáng)石膏-半水石膏建筑石膏-半水石膏107～170C500～750C800～1000C＞1600C開始脫水死燒石膏地板石膏分解為CaO壓蒸鍋1.3大氣壓127C（一）石膏的生產(chǎn)9-半水石膏與α型半水石膏有何區(qū)別？

β型半水石膏特點(diǎn)：結(jié)晶細(xì)小、分散度高、其中雜質(zhì)含量少，白度較高，常用于制作模型合花飾，稱模型石膏，在陶瓷工業(yè)中用做成型的模型。

α型半水石膏特點(diǎn)：結(jié)晶粗大，生成的半水石膏是粗大而密實(shí)的晶體，水化后具有較高強(qiáng)度，故稱高強(qiáng)石膏。10（二）建筑石膏的水化與硬化

水化凝結(jié)硬化

1、水化反應(yīng)方程式：

CaSO4??H2O+1?H2O=CaSO4?2H2O

2、漿體的凝結(jié)硬化過程

半水石膏溶解水化CaSO4?2H2O飽和膠體微粒晶體析出破壞溶液的平衡

半水石膏溶解水分減少漿體變稠晶體長大產(chǎn)生強(qiáng)度不斷增長1112（三）建筑石膏的性質(zhì)、要求與應(yīng)用1、建筑石膏技術(shù)性質(zhì)

（1）凝結(jié)硬化速度快，

要求初凝6min，終凝30min。（2）與水泥相比硬化后強(qiáng)度較低(3～6MPa)，表觀密度小。（3）由于石膏制品的孔隙率大，因而導(dǎo)熱系數(shù)小，吸聲性強(qiáng)，吸濕性大，可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度。（4）石膏凝結(jié)過程中體積膨脹,裝飾性好。（5）石膏制品的耐水性差抗凍性差，不宜用于潮濕部位。（6）具有良好的抗火性能。13（三）建筑石膏的性質(zhì)、要求與應(yīng)用

2、質(zhì)量要求

包括強(qiáng)度、細(xì)度和凝結(jié)時(shí)間。按強(qiáng)度和細(xì)度劃分為優(yōu)等品、一等品和合格品。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB9776-1988。各等級建筑石膏的初凝時(shí)間≮6min終凝時(shí)間≯30min14（三）建筑石膏的性質(zhì)、要求與應(yīng)用

3、應(yīng)用（見圖片）

（1）制成石膏抹灰材料

需加緩凝劑及附加材料。粉刷石膏粘接力高、不裂、不起鼓、表面光潔、防火、保溫。（2）墻體材料如紙面石膏板、石膏空心砌塊、石膏空心條板（3）裝飾石膏板、石膏浮雕花飾、雕塑制品

4、使用時(shí)應(yīng)注意問題

在運(yùn)輸及儲存時(shí)應(yīng)防止受潮，一般儲存三個(gè)月后強(qiáng)度降低30%左右。15

應(yīng)用實(shí)例質(zhì)量輕，可鋸、可刨、可釘，加工性能好，可連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，有廣闊的發(fā)展前途。16紙面石膏條板石膏空心條板石膏立柱石膏吊頂

應(yīng)用實(shí)例17

應(yīng)用實(shí)例18思考題：建筑石膏及其制品適用于室內(nèi)，不適用于室外，為什么?19（四）高強(qiáng)石膏

建筑石膏是片狀的、有裂隙的晶體，結(jié)晶很細(xì)，比表面積比高強(qiáng)石膏大的多，拌制石膏制品時(shí)需水量高達(dá)60%-70%，因而制品的空隙率大，強(qiáng)度低。高強(qiáng)石膏結(jié)晶良好、堅(jiān)實(shí)、粗大，因而比表面積小，調(diào)制成可塑性石膏漿體時(shí)需水量約為35%-45%，因此，高強(qiáng)石膏硬化后有較高的密實(shí)度與強(qiáng)度。復(fù)習(xí)：高強(qiáng)石膏與建筑石膏有何不同？20（四）高強(qiáng)石膏2、高強(qiáng)石膏的應(yīng)用（1）強(qiáng)度要求較高的抹灰工程、裝飾制品和石膏板（2）摻入防水劑，可用于濕度較高的環(huán)境。（3）做粘結(jié)劑，須加入聚乙烯醇水溶液。其特點(diǎn)是無收縮。21二、石灰

(lime)概述石灰的生產(chǎn)工藝石灰的消化和硬化石灰的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)石灰的應(yīng)用22（一）概述什么是石灰？石灰是由以碳酸鈣（ＣａＣＯ3）為主要成分的石灰石，經(jīng)過適當(dāng)?shù)撵褵?，分解和排出CO2后所得的以CａO為主要成分的材料。通常稱生石灰。原材料分布廣，生產(chǎn)工藝簡單，成本低，應(yīng)用十分廣泛。23

石灰的分類按粘土含量分為

氣硬性石灰：石灰中粘土＜8%

水硬性石灰：石灰中粘土＞8%按氧化鎂含量分為

鈣質(zhì)石灰：氧化鎂≤5%

鎂質(zhì)石灰：氧化鎂＞5%

主要成分：氧化鈣（ＣａＯ）氧化鎂（ＭｇＯ）（一）概述24（二）石灰的生產(chǎn)工藝1、原料：富含碳酸鈣的巖石（如石灰石、白云石、白堊等）。2、原理：高溫煅燒

CaCO3CaO+CO2從化學(xué)平衡的角度看，應(yīng)盡可能排除CO2，使反應(yīng)向右移動(dòng)。優(yōu)質(zhì)的石灰，色質(zhì)潔白或略帶灰色，質(zhì)量較輕，塊狀石灰堆積密度為800～１000ｋｇ／ｍ3具有多孔結(jié)構(gòu)

25(二)石灰的生產(chǎn)工藝（1）煅燒溫度

CaCO3的理論分解溫度為898℃（普通大氣壓下）.一般生產(chǎn)中控制在1000-1200℃左右。溫度低，欠火石灰;溫度高，過火石灰（2）反應(yīng)前后體積變化

CaCO3分解時(shí)，釋放出占原重44%的CO2，但石灰體積比原體積僅減少10-15%,石灰為多孔結(jié)構(gòu)。（3）石灰原料中常含有一些MgCO3，其分解溫度為590℃，容易過燒26(二)石灰的生產(chǎn)工藝3、欠火石灰和過火石灰欠火石灰顏色發(fā)青，內(nèi)部有未燒透的內(nèi)核，使用時(shí)不能完全消化;產(chǎn)漿量低（有效氧化鈣和氧化鎂含量低），缺乏粘結(jié)力；過火石灰表面出現(xiàn)裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色;塊體密度大，消化緩慢，用于建筑結(jié)構(gòu)物中仍能繼續(xù)消化，以致引起體積膨脹，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫等破壞現(xiàn)象，危害極大。27(三)石灰的消化和硬化1、石灰的消化(熟化)塊狀的生石灰使用時(shí)加水使其“消化”成為粉未狀的“消石灰”，這一過程亦稱“熟化”，故消石灰亦稱“熟石灰”。其化學(xué)反應(yīng)式為：

CaO+H2O→Ca(OH)2+64.9×103J熟化的特點(diǎn)：石灰加水后，放出大量的熱，體積膨脹，質(zhì)純且煅燒良好的石灰體積增大１～２.５倍。28（三）石灰的消化和硬化區(qū)別消石灰粉和石灰漿（乳）消石灰粉：將生石灰用適量的水消化而得的粉末。石灰漿（石灰膏）：將生石灰用較多的水消化而得的可塑性漿體。石灰乳：石灰漿若水分加的更多，則成石灰乳。29（三）石灰的消化和硬化如果加水量控制的合適，就可以把塊狀生石灰變成干消石灰粉，為什么？原因：（1）生石灰的結(jié)構(gòu)多孔，其中氧化鈣的晶粒尺寸極細(xì)，因此它含有極大的內(nèi)比表面積，加水后，水立即滲入孔內(nèi)發(fā)生水化反應(yīng)，水分子進(jìn)入氧化鈣晶格內(nèi)生成氫氧化鈣，氫氧化鈣質(zhì)地疏松，密度小，（CaO密度3.2g/cm3,Ca(OH)2密度2.2g/cm3）體積增大約一倍，造成膨脹壓力，使石灰自動(dòng)形成粉末。（2）因消解反應(yīng)放出大量熱，能使水分變成蒸汽，使自由水蒸發(fā)，起干燥作用。30（三）石灰的消化和硬化

2、石灰的消化速度塊狀生石灰加水后產(chǎn)生熱量達(dá)到最高溫度所需的時(shí)間

快熟石灰１０ｍｉｎ就完成消化過程，

中熟石灰１０～３０ｍｉｎ，

慢熟石灰則需３０ｍｉｎ以上的時(shí)間才能完成消化。3、陳伏陳伏過程就是使石灰完全消解，以消除過火的危害。時(shí)間一般為兩星期以上，且表面應(yīng)保有一層水分。31（三）石灰的消化和硬化4、石灰的硬化

干燥：水分蒸發(fā)氫氧化鈣濃度增加強(qiáng)度

結(jié)晶：氫氧化鈣濃度增加析出晶?？拷L大形成整體強(qiáng)度增長干燥結(jié)晶Ca(OH)2+CO2CaCO3(蒸發(fā))+H2O

碳化32課堂練習(xí)：1、石灰漿體在空氣中硬化是由

和___兩個(gè)過程來完成的。2、選擇：要保持石灰膏不變質(zhì)，應(yīng)把它置于___。

a)水中b)干燥的空氣中

c)潮濕空氣中d)含二氧化碳空氣中3、簡答：何謂欠火石灰、過火石灰，它對石灰質(zhì)量有何影響? 33（四）石灰的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、技術(shù)性質(zhì)（1）凝結(jié)、硬化慢（2）具有良好的可塑性石灰是依靠化學(xué)作用自動(dòng)分散成消石灰粉或石灰漿。氫氧化鈣呈細(xì)小膠粒狀態(tài)（直徑約為1μm），顆粒表面能吸收大量的水形成較厚的水膜，所以可塑性好。（3）硬化有明顯收縮不宜單獨(dú)使用。34（四）石灰的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、技術(shù)要求

（1）有效氧化鈣和氧化鎂含量（2）生石灰產(chǎn)漿量和未消化殘?jiān)浚?）二氧化碳含量（4）消石灰粉游離水含量（5）體積安定性（6）細(xì)度

35四、石灰的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建筑石灰現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑生石灰》（ＪＣ／Ｔ４７９－９２）《建筑生石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８０－９２）《建筑消石灰粉》（ＪＣ／Ｔ４８１－９２）根據(jù)氧化鎂含量分為鈣質(zhì)生石灰和鎂質(zhì)生石灰按有效鈣＋氧化鎂含量、產(chǎn)漿量、未消化殘?jiān)停茫希驳龋磦€(gè)項(xiàng)目的指標(biāo)，將生石灰分為優(yōu)等品、一等品和合格品３個(gè)等級。36

表1生石灰的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮908580858075

C02含量/%≯

5796810未消化殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）/%≯5101551015產(chǎn)漿量/L·kg-1≮

2.82.32.02.82.32.037

表2、生石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮858075807570

C02含量/%≯

791181012細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯0.20.51.50.20.51.50.125mm篩篩余/%≯7.012.018.07.012.018.038

表3消石灰粉的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量/%≮706560656055656055游離水/%0.4～２體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.90mm篩篩余/%≯000.5000.5000.50.125mm篩篩余%≯31015310153101539（四）石灰的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)答：

1.檢測石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,細(xì)度。2.根據(jù)MgO含量，判定該石灰的類別(屬鈣質(zhì)/鎂質(zhì)石灰)3.根據(jù)表4.1判定該石灰的等級。思考：某工地要使用一種生石灰粉，現(xiàn)取試樣，應(yīng)如何判斷該石灰的品質(zhì)？40（五）石灰的應(yīng)用1、配制建筑砂漿用于砌筑磚石等塊狀材料或抹面工程。

2、配制無熟料水泥石灰做堿性激發(fā)劑與具有火山灰性的材料，以一定的比例混合磨細(xì)，而得到不經(jīng)過煅燒具有水硬性的膠凝材料。

41（五）石灰的應(yīng)用3、生產(chǎn)硅酸鹽制品如灰砂磚、加氣混凝土制品4、配灰土或三合土5、碳化石灰板磨細(xì)生石灰+纖維狀填料+輕質(zhì)骨料攪拌成型，人工通以二氧化碳12~24小時(shí)。碳化石灰板容重輕，保溫隔熱性能好。42

1.選擇：耐酸性好的材料是————：

A）硅酸鹽水泥B）建筑石膏

C）石灰D）水玻璃2.填空：建筑石膏的化學(xué)成分是

，高強(qiáng)度石膏化學(xué)成分是

。3.判斷：石灰陳伏是為了降低石灰熟化時(shí)的發(fā)熱量()4.生石灰在空氣中貯存1年后可以照常使用()5.石灰砂漿硬化過程中發(fā)生碳化的反應(yīng)是按下述方式進(jìn)行的

Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O()課堂練習(xí)題43三、水玻璃

水玻璃定義俗稱泡花堿，是一種能溶于水的硅酸鹽，由不同比例的堿金屬與二氧化硅所組成最常用的是硅酸鈉(Na2O?SiO2)與硅酸鉀(K2O?SiO2)水玻璃。44三、水玻璃水玻璃的生產(chǎn)濕法：將石英砂和苛性鈉溶液在壓蒸鍋（2-3大氣壓）內(nèi)用蒸氣加熱，并加攪拌，使直接反應(yīng)而成液體水玻璃。干法：將石英砂與碳酸鈉磨細(xì)拌勻，在熔爐內(nèi)于1300℃-1400℃溫度下熔化生成固體水玻璃，然后在水中加熱而成液體水玻璃。45水玻璃的模數(shù)氧化硅和氧化鈉分子比n稱為水玻璃的模數(shù)一般在1.5-3.5之間。水玻璃的模數(shù)n反映了固體水玻璃在水中溶解的難易程度。為1能溶解于常溫的水中，加大則只能在熱水中溶解；大于3時(shí)，要在4個(gè)大氣壓以上的蒸氣中才能溶解。三、水玻璃46水玻璃的硬化

Na2O?nSiO2+CO2+mH2O==Na2CO3+nSiO2?mH2O

上述過程進(jìn)行很慢，常用加熱與加入促硬劑硅氟酸鈉(Na2SiF6)的辦法促使硬化。

Na2O?nSiO2+Na2SiF6+mH2O===6NaF+(2n+1)SiO2?mH2O三、水玻璃47三、水玻璃水玻璃的性質(zhì)

1、水玻璃具有良好的粘結(jié)能力，硬化時(shí)析出的硅酸凝膠有堵塞毛細(xì)孔而防止水滲透的作用。2、水玻璃不燃燒，在高溫下硅酸凝膠干燥的更加強(qiáng)烈，強(qiáng)度并不降低，甚至有所增加。3、水玻璃具有高度的耐酸性能，能抵抗大多數(shù)無機(jī)酸與有機(jī)酸的作用。48三、水玻璃水玻璃的應(yīng)用

1、涂刷在建筑材料表面可提高抗風(fēng)化能力。2、配制防水劑。3、配制水玻璃礦渣砂漿，修補(bǔ)磚墻裂縫。4、用于土壤加固。49四、菱苦土菱苦土，又稱鎂質(zhì)膠凝材料或氯氧鎂水泥，其主要成分為MgO。菱苦土硬化后吸濕性大，耐水性差。遇水或吸濕后易產(chǎn)生翹曲變形，表面泛霜，且強(qiáng)度大大降低。因此菱苦土制品不宜用于潮濕環(huán)境。

使用玻璃纖維增強(qiáng)的菱苦土制品具有很高的抗折強(qiáng)度和抗沖擊能力，其主要產(chǎn)品為玻璃纖維增強(qiáng)菱苦土波瓦。50本節(jié)小結(jié)重點(diǎn)部分：膠凝材料的概念建筑石膏、石灰的特性及應(yīng)用難點(diǎn)部分：建筑石灰和石膏凝結(jié)硬化機(jī)理了解部分：水玻璃和菱苦土的特點(diǎn)與應(yīng)用51本節(jié)作業(yè)與復(fù)習(xí)題

1.建筑石膏及其制品為什么適用于室內(nèi)，而不適用于室外？2.用于內(nèi)墻抹灰時(shí)，建筑石膏與石灰比較具有哪些優(yōu)點(diǎn)？為什么？3.某單位宿舍樓的內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面上出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時(shí)在個(gè)別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。試分析上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。4.既然石灰不耐水，為什么由它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？52第二節(jié)硅酸鹽水泥53水泥概述硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)水泥石的腐蝕與防止硅酸鹽水泥的儲存與應(yīng)用主要內(nèi)容54教學(xué)目標(biāo)重點(diǎn)：硅酸鹽水泥的礦物組成、技術(shù)性質(zhì)難點(diǎn)：硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化知識目標(biāo)：掌握硅酸鹽水泥的礦物組成與技術(shù)性質(zhì)；掌握水泥石腐蝕的類型與腐蝕機(jī)理；掌握硅酸鹽水泥的儲存與應(yīng)用；了解硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)硬化機(jī)理55

水泥發(fā)展歷史水泥現(xiàn)狀未來水泥發(fā)展趨勢水泥的定義與分類一、水泥概述56（一）中國古代的建筑膠凝材料公元前新石器時(shí)代仰韶文化時(shí)期

用“白灰面”涂抹山洞，用黃泥漿砌筑土坯墻；至公元前7世紀(jì)

出現(xiàn)石灰；

公元5世紀(jì)南北朝時(shí)代

出現(xiàn)了“三合土”1806年“波特蘭水泥”-PortlandCement（歐美國家）過去中國把水泥稱為“洋灰”。

（一）水泥發(fā)展歷史57（一）水泥發(fā)展歷史（一）中國水泥發(fā)展史

中國水泥史上設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)程的4個(gè)里程碑（1）昆明水泥廠建設(shè)立窯廠；（2）湘鄉(xiāng)水泥廠建設(shè)濕法回轉(zhuǎn)窯廠；（3）江西水泥廠建設(shè)日產(chǎn)2000（3）安徽海螺集團(tuán)有限責(zé)任公司建設(shè)日產(chǎn)5000噸

熟

料預(yù)分解

窯新型干法廠58立窯回轉(zhuǎn)窯-預(yù)分解干法立窯（一）水泥發(fā)展歷史59

中國：目前我國有7000多家水泥企業(yè)，水泥年產(chǎn)量占世界水泥總產(chǎn)量的40％以上，僅就數(shù)量而言，是世界第一水泥生產(chǎn)大國?！笆濉逼陂g，水泥產(chǎn)量平均增速為12%，水泥生產(chǎn)企業(yè)得到較快發(fā)展，水泥行業(yè)正處于高速發(fā)展階段。（二）水泥發(fā)展現(xiàn)狀602003年：水泥年產(chǎn)量已達(dá)8.6億噸；世界總產(chǎn)量的40％，居世界第一位（二）水泥發(fā)展現(xiàn)狀2006年：Estimatedcurrentproduction =1240Estimated%ofworldtotal =45%中國：612009年：Annualoutput:1.65

billiontons

(中國產(chǎn)量:16.5億噸)

China’s/world’s>55%Cement(水泥)2020年：Estimatedproduction= 2500Estimated%worldtotal= 60%（二）水泥發(fā)展現(xiàn)狀中國：62（二）水泥發(fā)展現(xiàn)狀Total:2.83billiontonsCO2emissionfromcement:2.46billiontons其他國家（2008年）：63198520032020EDevelopedCountries320400500DevelopingCountries36012002500Total68016004000M.Betts,WorldCement,November2003(millionsoftonnes)水泥耗用量（二）水泥發(fā)展現(xiàn)狀世界各國:64（三）水泥發(fā)展前景建新型干法水泥生產(chǎn)線

我國2008年新建成投產(chǎn)新型干法水泥生產(chǎn)線120條，新增水泥熟料產(chǎn)能1.433億噸，新型干法水泥占總量比重已接近70%。水泥需求大省結(jié)構(gòu)比例已經(jīng)達(dá)到70%以上，欠發(fā)達(dá)地區(qū)在建項(xiàng)目今年投產(chǎn)后也將達(dá)到70%以上。水泥工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展

是CO2排放大戶以及原材料的主要用戶（見后面統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）65

2009年我國水泥CO2排放與原料/能源消耗情況：

Emissions:CO20.97billiontons;SO20.48milliontons;

NOx1.9milliontons.Consumption:limestone1.46billiontons;clay0.24billiontons;electricity182billionkWh;coal0.19billiontons.

ThesecondinCO2emission;7%ofthenationalenergyconsumption.（三）水泥的發(fā)展前景66環(huán)境負(fù)荷大、資源能源難以支撐持續(xù)發(fā)展呼喚生態(tài)水泥工藝及技術(shù)的誕生！生態(tài)水泥節(jié)能和減排用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)工藝,達(dá)到節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)目的。工業(yè)廢棄物的利用

（三）水泥發(fā)展的前景67生態(tài)水泥工業(yè)的內(nèi)涵？？節(jié)能和減排

用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)工藝,達(dá)到節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的目。工業(yè)廢棄物的利用

用大量含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物的工業(yè)固體廢棄物部分或全部地替代水泥熟料，制造性能優(yōu)良的生態(tài)水泥和混凝土，通過鋼鐵、建材、化工、能源等工業(yè)的循環(huán)，實(shí)現(xiàn)資源和能源的節(jié)約，環(huán)境和生態(tài)的友好。68（四）水泥的定義與分類水泥定義：指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料，并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。水泥分類：

根據(jù)化學(xué)組成分類

硅酸鹽水泥（常用）鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥鐵鋁酸鹽水泥

根據(jù)用途分類

通用水泥：如硅酸鹽系列水泥（六大品種水泥）

特種水泥：如白水泥、膨脹水泥等

專用水泥：油井水泥、大壩水泥、道路水泥等69

硅酸鹽水泥的概念硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝及礦物組成硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治硅酸鹽水泥的儲存與應(yīng)用二、硅酸鹽水泥70（一）硅酸鹽水泥的概念凡由硅酸鹽水泥熟料、05%石灰或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）硅酸鹽水泥分P和P兩種類型：P：不摻加混合材料；P：摻加不超過水泥質(zhì)量5%石灰石或?；郀t礦渣混合材料。711、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝；“二磨一燒”72

原料：石灰質(zhì)原料：如石灰石、白堊等，提供氧化鈣）黏土質(zhì)原料：如如黏土，提供氧化硅、氧化鋁）輔助原料：如鐵礦石礦化劑：如螢石1、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝73生產(chǎn)工藝流程圖1、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝74

生產(chǎn)設(shè)備1、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝752、水泥熟料礦物組成水泥顆粒顯微外貌水泥實(shí)物76硅酸三鈣分子式分子簡式

3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣名稱含量37%60%15%37%7%15%10%18%

水泥中的其它成分：潛在危害嚴(yán)重影響水泥體積安定性改變四種成分的比例，得到不同品種的硅酸鹽水泥?。?、水泥熟料礦物組成77（三）硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化

水化

水化反應(yīng)單礦物水化產(chǎn)物石膏作用原理

凝結(jié)與硬化

凝結(jié)硬化含義

凝結(jié)硬化過程影響凝結(jié)硬化因素782C3S+6H2O==C-S-H+3Ca(OH)22C2S+4H2O==C-S-H+Ca(OH)2C3A+6H2O==3CaOAl2O36H2O2C4AF+7H2O==3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O1、硅酸鹽水泥的水化

水化硅酸鈣凝膠六方板結(jié)晶水化速度最快；閃凝

立方板狀結(jié)晶

水化速度快，早強(qiáng)

水化速度慢，后強(qiáng)

立方板狀結(jié)晶

水化速度適中

說明：水化硅酸鈣凝膠一般表示：：C-S-H氫氧化鈣：簡寫為CH79高硫型水化硫鋁酸鈣鈣礬石，AFt低硫型水化硫鋁酸鈣AFm1、硅酸鹽水泥的水化80硅酸鈣水化產(chǎn)物微觀形貌：1、硅酸鹽水泥的水化Ca(OH)2C-S-H811、硅酸鹽水泥的水化硅酸鈣水化產(chǎn)物微觀形貌：82Ca(OH)2——羥鈣石(portlandite)縮寫：CH體積含量:占水泥石體積20～25%；特征：表面積較小、次價(jià)鍵力弱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：六方片狀晶體

Portlandite

相似氫氧化鈣晶體形貌生長在水泥石孔隙中的六方片狀的羥鈣石晶體石家莊鐵道大學(xué)1、硅酸鹽水泥的水化83水化硫鋁酸鈣針狀結(jié)晶體該難溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保護(hù)膜，阻礙水分進(jìn)入水泥顆粒內(nèi)部，從而阻礙了鋁酸三鈣的水化，降低了水泥的水化速度，使水泥的凝結(jié)時(shí)間得以延緩。少量石膏在水泥中起調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間（緩凝）的作用。石膏用量過多引起水泥安定性不良，或者引起水泥瞬凝。石膏作用原理？？1、硅酸鹽水泥的水化84

水泥的水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物：膠體晶體水化硅酸鈣凝膠70%水化鐵酸鈣Ca(OH)2六方片狀晶體水化鋁酸鈣六方晶體鈣釩石針狀晶體1、硅酸鹽水泥的水化85名稱簡稱強(qiáng)度水化熱水化速度硅酸三鈣C3S高多快硅酸二鈣C2S早期低后期高少慢鋁酸三鈣C3A低最多最快鐵鋁酸四鈣C4AF低中快四種礦物的水化特性1、硅酸鹽水泥的水化862.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化

何為凝結(jié)？水泥加水拌合后形成具有一定流動(dòng)性和可塑性的漿體，隨著水化的不斷進(jìn)行，水分的不斷蒸發(fā)，起潤滑作用的自由水分逐漸減少，水泥漿逐漸變稠失去可塑性的過程。有初凝和終凝之分。何為硬化？失去可塑性的漿體隨著時(shí)間的增長產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的水泥石的過程。87水泥硬化機(jī)理cement+waterpaste基本假設(shè)溶解沉淀反應(yīng)理論就地反應(yīng)理論(局部反應(yīng)理論)石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化88溶液中的反應(yīng)：機(jī)理：溶解擴(kuò)散沉淀離子在水中的擴(kuò)散C3S表面離子水化弱化晶體中的化學(xué)鍵，增加pH值水化產(chǎn)物成核CSH析出、凝聚、脫水離開水相，形成凝膠，CH結(jié)晶生長石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化89面局部反應(yīng)：機(jī)理：顆粒表面水化物層的形成與擴(kuò)散

水化物層在固－液界面上形成，并不斷增厚顆粒表面離子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生長石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化90（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)1—水泥顆粒2—水分

3—凝膠4—晶體

5—水泥顆粒的未水化內(nèi)核

6—毛細(xì)孔凝結(jié)硬化過程示意圖石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化91凝結(jié)硬化過程初始反應(yīng)期潛伏期凝結(jié)期硬化期初始的水解和水化，約持續(xù)5~10分鐘。流動(dòng)性可塑性好凝膠體膜層圍繞水泥顆粒生長，1h凝膠膜破裂、水化產(chǎn)物長大并連接，水泥顆粒進(jìn)一步水化，6h。多孔的空間網(wǎng)絡(luò)-凝聚結(jié)構(gòu)，失去可塑性。

凝膠體填充毛細(xì)管6h，若干年硬化石狀體密實(shí)空間網(wǎng)石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化92水泥石的組成：固相—水化物+未水化的水泥顆粒膠體：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；晶體：水化硫鋁酸鈣水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體氣相—各種尺寸的孔隙與空隙凝膠孔毛細(xì)孔氣孔液相—水或孔溶液自由水吸附水凝膠水2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化93水泥石微結(jié)構(gòu)由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內(nèi)核相互聚集形成連續(xù)固體顆粒堆聚結(jié)構(gòu)，大小不等的凝膠孔和毛細(xì)孔分布其中。水化良好的水泥石微結(jié)構(gòu)：“A”代表結(jié)晶性差、膠體尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶體相，尺寸為1m；“C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據(jù)的毛細(xì)孔隙或空隙，尺寸在10nm~m。石家莊鐵道大學(xué)2.硅酸鹽水泥凝結(jié)與硬化943.影響水泥凝結(jié)硬化的因素影響因素礦物組成細(xì)度石膏摻量水灰比溫度、濕度齡期95水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時(shí)間(天)（1）礦物組成的影響水泥熟料礦物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S96（2）石膏摻量的影響石膏主要降低C3A的水化速度；摻量太少，凝結(jié)較快；過多，凝結(jié)硬化影響不大。石膏摻量對C3A漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響放熱速度(W/kg)試時(shí)間(h)石膏摻量增加：放熱速度減慢放熱峰延后石膏摻量對C3A與硅酸鈣漿體初凝時(shí)間的影響

石膏摻量增加，凝結(jié)硬化加快；摻量達(dá)到一定后，再增加，影響不大。97（3）溫度與濕度的影響溫度升高，水化反應(yīng)加快，凝結(jié)硬化加速溫度升高10C，速度加快1倍。溫度低于0C時(shí)，水化反應(yīng)基本停止。保持一定濕度，有利于水泥的水化。溫度升高，放熱速度加快，誘導(dǎo)期時(shí)間縮短98（4）拌和用水量的影響重要概念：水灰比—水泥漿體中拌和水量與水泥質(zhì)量之比；水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化所需時(shí)間越長；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。99水灰比對水泥漿體中水化物與孔隙體積的影響（4）拌和用水量的影響100Summary：C3S、C3A含量多，凝結(jié)硬化快，反之亦然。摻加混合材，熟料減少，凝結(jié)硬化速度減慢。有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。

細(xì)度越小，水化反應(yīng)越快，凝結(jié)硬化越快。

水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結(jié)硬化速度越慢。提高溫度，加快水泥的凝結(jié)硬化；保持足夠的水分有利于水泥的凝結(jié)硬化

101細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度水化熱（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)細(xì)度凝結(jié)時(shí)間

強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

體積安定性技術(shù)性質(zhì)其它102體積安定性強(qiáng)度

細(xì)度是指水泥的粗細(xì)程度，水泥顆粒粒徑一般在0.007—0.2mm范圍內(nèi)；測定方法：篩析法（80m的方孔篩-篩余量不得超過10.0％。

）比表面積法（單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面積）（GB175—1999）規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300㎡/kg。水化熱細(xì)度（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間103為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？思考題：解答：水泥顆粒越粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；水泥顆粒越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度越高，但水化放熱速度快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加(采用助磨劑，介紹-石家莊建設(shè)局項(xiàng)目，JF型高效水泥助磨劑的研制”）；水泥越細(xì)，儲存不利，容易受潮結(jié)塊，降低強(qiáng)度。1、細(xì)度104方法：負(fù)壓篩、水篩、手工篩。當(dāng)發(fā)生爭議時(shí)以負(fù)壓篩為準(zhǔn)。篩的孔徑：80μm方孔篩主要儀器設(shè)備

負(fù)壓篩析儀（圖1）水篩架和噴頭（圖2）

水泥細(xì)度檢驗(yàn)（篩析法）1、細(xì)度105(1)負(fù)壓篩析法試樣質(zhì)量：80μm-25g；45μm-10g(2)水篩法檢查系統(tǒng)負(fù)壓4000-6000Pa稱樣篩析2min精確至0.01g稱取篩余物調(diào)整水壓及水篩架稱樣篩析3min精確至0.01g烘干稱取篩余物

水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法106水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)：式中F—水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)，%；

Ri—水泥篩余物的質(zhì)量，g；

W—水泥試樣的質(zhì)量，g

水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法107(3)水泥比表面積試驗(yàn)方法（勃氏法）

測定原理本方法主要根據(jù)一定量的空氣通過具有一定空隙率和固定厚度的水泥層時(shí)，所受阻力不同而引起流速的變化來測定水泥的比表面積。在一定空隙率的水泥層中，孔隙的大小和數(shù)量是顆粒尺寸的函數(shù)，同時(shí)也決定了通過料層的氣流速度。

108Blaine透氣儀(3)水泥比表面積試驗(yàn)方法（勃氏法）

109凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度細(xì)度目的為了使水泥凝結(jié)時(shí)間、體積安定性等的測定具有準(zhǔn)確的可比性。

標(biāo)準(zhǔn)稠度定義按規(guī)定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀上，試錐下沉距地板61mm時(shí)的水泥凈漿的稠度。

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量定義指水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需要的水量，用水與水泥質(zhì)量的比來表示。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水泥量一般在21%~28%。水化熱標(biāo)準(zhǔn)稠度（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它110試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)法（1）拌合水量按經(jīng)驗(yàn)找水；（2）先加水，再加水泥500g，在5-10s內(nèi)加入到攪拌鍋內(nèi)。（3）在試桿停止或沉入水泥漿30s時(shí)記錄試桿距底板的距離（4）試桿沉入水泥凈漿并距底板6±1mm時(shí)拌合水量為標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量（P）:

2.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

111主要儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)維卡儀與試針代用法維卡儀與試模2.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

112待用法

用調(diào)整水量和固定水量兩種方法：

(1)固定加水量方法水泥500g，水為142.5ml;(2)試驗(yàn)結(jié)果：

1）調(diào)整水量法以試錐下沉深度S為28±2mm時(shí)的凈漿為標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿，其拌合水量P為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，其計(jì)算方法同上。

2）采用固定加水量法測定時(shí)，根據(jù)測得的試錐下沉深度S計(jì)算P(%):

若S小于13mm，應(yīng)改用調(diào)整水量法。2.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

1132.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

試驗(yàn)演示播放試驗(yàn)錄像114細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度體積安定性強(qiáng)度

初凝時(shí)間：

加水拌和到標(biāo)稠，凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間。

終凝時(shí)間：

加水拌和到標(biāo)稠，凈漿完全失去可塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。

GB規(guī)定：

初凝不小于45min，終凝不遲于390min。初凝不合格者為廢品，終凝不合格者為不合格品。水化熱凝結(jié)時(shí)間（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它1153、凝結(jié)時(shí)間儀器：采用凝結(jié)時(shí)間測定儀（維卡儀）水泥漿體：采用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿。初凝時(shí)間：試針距底板距離為4mm±1mm。終凝時(shí)間：當(dāng)試針沉入試體0.5mm時(shí)，即環(huán)形附件開始不能在試體上留下痕跡時(shí)。注意！初凝不合格者為廢品！終凝不合格者為不合格品！凝結(jié)時(shí)間測定：116初凝時(shí)間的測定

第一次測定是試件在濕氣養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)至加水后30min；觀察試針停止下沉或釋放30s時(shí)指針的讀數(shù)。當(dāng)試針沉至距底板4±1mm時(shí)，為水泥達(dá)到初凝狀態(tài)；臨近初凝時(shí)，每隔5min測定一次。終凝時(shí)間的測定

在終凝針上安裝一個(gè)環(huán)形附件；臨近終凝時(shí)間每隔15min測定一次，當(dāng)試針沉入試體0.5mm時(shí)，水泥達(dá)到終凝狀態(tài)。播放試驗(yàn)錄像（min）凝結(jié)時(shí)間測定3、凝結(jié)時(shí)間117標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度細(xì)度

定義水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性能。原因（1）熟料中f-CaO，f-MgO

過多，（2）石膏過量，硬化后，仍有CaSO4存在，與CA、水化鋁酸鈣與之反應(yīng)，形成AFt

,導(dǎo)致膨脹開裂。

測定方法：沸煮法（雷氏法、試餅法）

GB規(guī)定:f-MgO≯5%SO3≯3.5%水化熱（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它118試餅法雷氏夾法C-A≯5.0mm4、體積安定性沸煮箱雷氏夾測定儀檢測f-Cao是否會引起安定性不良30±5min內(nèi)加熱至沸騰并橫沸：180±5min1194、體積安定性試驗(yàn)演示播放試驗(yàn)錄像（2min）120標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時(shí)間體積安定性強(qiáng)度細(xì)度強(qiáng)度定義：按照GB/T17961-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO）法》方法制作水泥膠砂試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期時(shí)檢測強(qiáng)度值。ISO試驗(yàn)方法：試件尺寸:4040160mm水泥:中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件：溫度：20±1°C，濕度90%以上齡期：3d和28d的抗壓和抗折強(qiáng)度水化熱4、水泥膠砂強(qiáng)度其它121

圖1水泥膠砂攪拌機(jī)圖2撥料器和振實(shí)臺試驗(yàn)儀器：4、水泥膠砂強(qiáng)度122抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)壓力機(jī)夾具4、水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)儀器123（1）試件受壓面為非成型面;（2）試件放入前杠桿應(yīng)調(diào)成平衡狀態(tài);（3）加荷速度為50±10N/s;（4）單塊抗折強(qiáng)度的計(jì)算（精確到0.01MPa):抗折強(qiáng)度的試驗(yàn)方法：抗折強(qiáng)度以三個(gè)抗折結(jié)果的平均值計(jì)算(精確到0.1MPa).當(dāng)三個(gè)強(qiáng)度值中有超出平均值的±10%時(shí),應(yīng)剔除后再取平均值作為抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果；如果有兩個(gè)超出平均值的±10%時(shí),則必須重做試驗(yàn)。4、水泥膠砂強(qiáng)度124

例題：有三組抗折強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下，試確定最后的試驗(yàn)結(jié)果。

（1）9.0，10.0，11.0（MPa）

=11.0（MPa）抗折強(qiáng)度=11.0（MPa）(2)10.8，10.2，13.0(MPa）

平均值Rf=11.3（MPa），其中（13.0-11.3）/11.3=14.7%＞10%抗折強(qiáng)度=(10.8+10.2)/2=10.5（MPa）(3)8.5,10.0,11.5（MPa）平均值Rf=10.0（MPa），最大和最小值均平均值的超過10%。此組試驗(yàn)應(yīng)重做。4、水泥膠砂強(qiáng)度125抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法(1)受壓面為非成型面;(2)加荷速率為2400±200N/s;(3)單塊抗壓強(qiáng)度按試計(jì)算(精確0.1MPa):(4)抗壓強(qiáng)度以六個(gè)抗壓強(qiáng)度測地值的平均值為試驗(yàn)結(jié)果(精確0.1MPa)。如六個(gè)測定值中有一個(gè)超出六個(gè)平均值的±10%時(shí)，應(yīng)剔除這個(gè)值，以剩下的五個(gè)平均值作為結(jié)果。若五個(gè)測定值中再有超過它們平均值的±10%時(shí)，則此組結(jié)果作廢。4、水泥膠砂強(qiáng)度126影響水泥強(qiáng)度的因素：水泥石強(qiáng)度來自水化物顆粒間的相互作用力——次價(jià)鍵力在整個(gè)表面積上的積分和；水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，理論強(qiáng)度大于600MPa；影響水泥石強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是孔隙率P：

Powers’s公式：

＝k(1-P3)影響孔隙率的因素均影響水泥石的強(qiáng)度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，強(qiáng)度越低；水泥組成：熟料礦物、混合材；養(yǎng)護(hù)條件：溫度、濕度、齡期；水泥細(xì)度：水泥顆粒越細(xì)，強(qiáng)度發(fā)展越快。4、水泥膠砂強(qiáng)度127水泥的強(qiáng)度等級：4、水泥膠砂強(qiáng)度128影響水泥石強(qiáng)度的因素水泥石強(qiáng)度來自水化物顆粒間的相互作用力——次價(jià)鍵力在整個(gè)表面積上的積分和；水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強(qiáng)度大于600MPa；影響水泥石強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是孔隙率P：

Powers’s公式：＝k(1-P3)影響孔隙率的因素均影響水泥石的強(qiáng)度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，強(qiáng)度越低水泥組成：熟料礦物、混合材養(yǎng)護(hù)條件：溫度、濕度、齡期水泥細(xì)度：水泥顆粒越細(xì)，強(qiáng)度發(fā)展越快4、水泥膠砂強(qiáng)度129影響水泥石強(qiáng)度的因素水泥細(xì)度對強(qiáng)度的影響水泥石強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系130水泥品種對強(qiáng)度的影響水泥熟料礦物組成對強(qiáng)度的影響影響水泥石強(qiáng)度的因素131標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間

體積安定性強(qiáng)度

細(xì)度概念：單位質(zhì)量水泥水化放出的熱量(KJ/Kg)

特征：水泥放熱過程持續(xù)很長時(shí)間，大部分在3d內(nèi)釋放出來。工程意義：水化熱大，對冬季施工有利，對大體積混凝土工程不利，引起混凝土開裂。影響因素：水泥的礦物組成水泥細(xì)度礦物摻合料水化熱（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它132標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時(shí)間

體積安定性強(qiáng)度

細(xì)度堿含量：水泥中堿含量按Na2O＋0.653K2O計(jì)算值來表示。若使用活性骨料，水泥中堿含量≯0.60%。不溶物：指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物；燒失量：指水泥經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量損失率。物理性質(zhì)：

密度:3.0-3.15g/cm3,通常取3.1g/cm堆積密度:1000-1600Kg/m3水化熱（四）硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)其它133總結(jié)技術(shù)性質(zhì)不符合要求細(xì)度不合格品凝結(jié)時(shí)間（初凝）廢品（終凝）不合格品體積安定性廢品強(qiáng)度不合格品或降低等級不溶物和燒失量不合格品134（五）水泥石的腐蝕與防治

硅酸鹽水泥石腐蝕的類型硅酸鹽水泥石腐蝕的原因硅酸鹽水泥石腐蝕的防止

硅酸鹽水泥石腐蝕的概念135在使用環(huán)境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質(zhì)的作用，其組成和結(jié)構(gòu)會逐漸發(fā)生變化或受到損害，導(dǎo)致性能改變、強(qiáng)度下降等。水泥石抵抗這種作用、而保持不變的能力稱為其耐腐蝕性。

1.水泥石腐蝕概念1362.腐蝕類型

軟水侵蝕

鹽類腐蝕

a.硫酸鹽腐蝕

b.鎂鹽腐蝕

酸類腐蝕

a.碳酸腐蝕

b.一般酸腐蝕

強(qiáng)堿腐蝕1373.腐蝕機(jī)理

軟水侵蝕-溶出鹽類腐蝕-生成膨脹組分酸類腐蝕-溶出或膨脹強(qiáng)堿腐蝕-生成膨脹138水泥石的腐蝕軟水侵蝕Ca2＋Ca2＋Ca(OH)2Ca2＋Ca2＋流水結(jié)果：表面Ca2＋的流失導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，在流水作用下腐蝕進(jìn)一步加劇。壓力水？砼（1）軟水腐蝕139一般酸腐蝕砼H2SO4HClCa2＋＋石膏C3AH6AFtCa2＋＋可溶CaCl2（2）酸類腐蝕140碳酸性腐蝕砼CO2H2OCO2H2OCa2＋現(xiàn)象：堿度下降結(jié)構(gòu)收縮結(jié)果：防腐減弱應(yīng)力裂紋碳化（2）酸類腐蝕CaCO3+CO2+H2O==CaH(CO3)2141（3）鹽類腐蝕

硫酸鹽腐蝕特點(diǎn)：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)生成石膏（1.5倍的體積膨脹），石膏再與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣礬石（2.5倍的體積膨脹），導(dǎo)致脆性水泥石結(jié)構(gòu)的開裂。舉例：Na2SO4+Ca(OH)2=CaSO4+NaOHCaO?Al2O3?6H2O+CaSO4+H2O——

CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+Ca(OH)2棒狀晶體-水泥桿菌142

鎂鹽腐蝕：

特點(diǎn)：鎂鹽與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)，生成易溶于水的或松軟無膠凝性的物質(zhì)，水泥石分解。舉例：MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2MgSO4+Ca(OH)2+H2O——CaSO4?2H2O+Mg(OH)2（3）鹽類腐蝕易溶于水結(jié)晶膨脹無膠凝性143（4）堿類腐蝕

特點(diǎn)：堿性強(qiáng)的液態(tài)堿腐蝕性強(qiáng),堿與水泥石中的成分反應(yīng)，生成易溶于水或膨脹性的物質(zhì)，破壞水泥石。

舉例：

CaO?Al2O3+NaOH——Na2O?Al2O3+Ca(OH)2

NaOH+CO2——Na2CO3+H2O易溶于水干燥、結(jié)晶、膨脹1444、水泥石腐蝕破壞的原因外因：

環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等。內(nèi)因：水泥石內(nèi)存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質(zhì)侵入提供了通道；水泥石內(nèi)有在某些腐蝕性介質(zhì)下不穩(wěn)定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細(xì)孔通道的共同作用加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞。

145水泥石的腐蝕水泥石的防腐根據(jù)侵蝕環(huán)境特點(diǎn)，合理選用水泥品種。提高水泥石的密實(shí)度表面加保護(hù)層5、水泥石腐蝕的防止措施

軟水侵蝕

鹽類腐蝕

a.硫酸鹽腐蝕

b.鎂鹽腐蝕酸類腐蝕

a.碳酸性腐蝕

b.一般酸腐蝕

強(qiáng)堿腐蝕146思考題

降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對水泥的耐腐蝕性有什么作用？為什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的能力。因?yàn)榛瘜W(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。147Summary物理力學(xué)性能密度強(qiáng)度體積安定性細(xì)度水化熱耐久性能軟水腐蝕鹽類腐蝕酸類腐蝕強(qiáng)堿腐蝕為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能：

施工性能凝結(jié)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量Back148本節(jié)復(fù)習(xí)思考題1、談?wù)勀銓λ嗟恼J(rèn)識。2、何為硅酸鹽水泥，分幾種型號？各有什么區(qū)別？3、水泥熟料由哪幾種礦物組成？各自的含量是多少？4、什么是水泥石？其組成成分有哪些？影響水泥石強(qiáng)度發(fā)展的因素是什么？5、何謂水泥的體積安定性？水泥的體積安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥應(yīng)如何處理？6、既然硫酸鹽對水泥石具有腐蝕作用，那么為什么在生產(chǎn)水泥時(shí)摻入的適量石膏對水泥石不產(chǎn)生腐蝕作用？7、硅酸鹽水泥腐蝕的類型有哪些？腐蝕后水泥石破壞的形式有哪幾種？149本節(jié)作業(yè)題1、選擇沸煮法只能檢測出（）引起的水泥體積安定性不良。ASO3含量超標(biāo)B游離CaO含量超標(biāo)

C游離MgO含量超標(biāo)D石膏摻量超標(biāo)2、水泥安定性經(jīng)（）檢驗(yàn)必須合格。

A坍落度法B沸煮法C篩分析法

D維勃稠度法150本節(jié)作業(yè)題

3、現(xiàn)有甲、乙兩廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，其礦物成分如下表，試估計(jì)和比較這兩廠所生產(chǎn)的硅酸鹽水泥的性能有何差異？生產(chǎn)廠礦物熟料C3SC2SC3AC4AF甲56171215乙42357161514、測得硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)試件的抗折和抗壓破壞荷載如下表，試評定其強(qiáng)度等級。本節(jié)作業(yè)題抗折破壞荷載（kN）抗壓破壞荷載（kN）3d28d3d28d1.792.9042.184.841.085.21.812.8341.283.640.383.91.923.5243.587.144.887.5152混合材料普通硅酸鹽水泥礦渣、火山灰、粉煤灰水泥復(fù)合硅酸鹽水泥第三節(jié)摻混合材的硅酸鹽水泥153一、

混合材料定義分類活性混合材非活性混合材活性混合材的水化154生產(chǎn)水泥時(shí)加入的天然的或人工的礦物材料改善水泥性能

降低成本

調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級在生產(chǎn)水泥時(shí)，為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級，降低成本，而加到水泥中去的天然的或人工的礦物材料。

（一）

混合材料定義155分類活性混合材非活性混合材特點(diǎn)：本身并不具有膠凝性質(zhì)或膠結(jié)能力很小，但與石灰、石膏一起，在常溫下能生成具有水硬性的水化產(chǎn)物。常用品種：?；郀t礦渣，粉煤灰火山灰。特點(diǎn)：不與水泥成分起化學(xué)作用或作用很小，摻入的作用主要是為了提高水泥的產(chǎn)量，調(diào)整標(biāo)號，減少水化熱。稱為填充性混合材料。常用品種：如石英、黏土、慢冷礦渣

（二）混合材的分類156（三）摻入混合材料的作用

提高產(chǎn)量

降低成本

改善水泥性能

調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級降低水化熱減少堿骨料反應(yīng)擴(kuò)大應(yīng)用范圍

充分利用工業(yè)廢渣保護(hù)環(huán)境157（四）常用活性混合材料煉鐵高爐的熔融爐渣，經(jīng)急速冷卻而成的顆粒?；钚越M分：活性SiO2和活性Al2O3具有弱得水硬性。?；郀t礦渣隨同熔巖一起噴發(fā)的大量碎屑沉積在地面行成松軟物質(zhì)活性組分：活性SiO2和活性Al2O3。分類（1）含水硅酸質(zhì)：硅藻土、硅藻石、蛋白石等；

(2)鋁硅玻璃質(zhì)：火山灰、凝灰?guī)r、浮石（3）燒粘土質(zhì)：燒粘土、煤渣、煅燒的煤矸石。發(fā)電廠煙道氣體中收集的玻璃態(tài)的粉末。球形顆粒表面致密，粒徑0.001-0.05mm?；钚越M分：活性SiO2、活性Al2O3（高達(dá)60%）粉煤灰火山灰質(zhì)混合材1581、粉煤灰簡介粉煤灰分為高鈣灰和低鈣灰。由褐煤燃燒形成的粉煤灰，其氧化鈣含量>10%，呈褐色，稱為高鈣粉煤灰，它具有一定的水硬性；由煙煤和無煙煤燃燒形成的粉煤灰，其氧化鈣含量<10%呈灰色或深灰色，稱為低鈣灰，一般具有火山灰活性。1591、粉煤灰簡介我國在50年代初期，就對粉煤灰摻入水泥的性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究：冶金建設(shè)部門在東北地區(qū)冶金基地建設(shè)中，推廣干硬性水泥，并摻加了水泥重量20%左右的粉煤灰，收到了較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。水利電力部門從50年代末開始，曾在一些大型水利工程中應(yīng)用了大量的粉煤灰，多數(shù)用于大壩內(nèi)部。調(diào)查表明，大壩混凝土中摻用粉煤灰強(qiáng)度和耐久性都能滿足工程的設(shè)計(jì)要求。1601、粉煤灰簡介70年代后期，北京石景山電廠為滿足日本承包商東南亞混凝土工程以及北京市地下鐵道工程需要，開始加工符合日本粉煤灰產(chǎn)品規(guī)格的磨細(xì)粉煤灰，完成了出口任務(wù)，同時(shí)推動(dòng)了國內(nèi)粉煤灰混凝土的技術(shù)進(jìn)步。1979年，由電力部門等發(fā)布了建材科學(xué)研究院的起草的《用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB1959-79）》標(biāo)準(zhǔn)。該國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中正式規(guī)定了直接應(yīng)用于混凝土中的粉煤灰的質(zhì)量要求，于1980年5月起實(shí)施。至此，可以認(rèn)為完成了發(fā)展粉煤灰混凝土新技術(shù)的前期工作。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已在1988年修訂。1612、對粉煤灰化學(xué)成分要求

粉煤灰的化學(xué)成分與煤的品種和燃燒條件有關(guān)，一級燃燒煙煤和無煙煤鍋爐排出的粉煤灰，其SiO2含量為45%-60%，Al2O3為20%-35%；Fe2O3為5%-10%,CaO含量約為5%左右，燒失量約為5%-30%，但多數(shù)不大于15%。化學(xué)成分中硅、鐵的氧化物的含量是評定粉煤灰在混凝土中應(yīng)用的主要指標(biāo)。通常低鈣粉煤灰，這些氧化物含量可達(dá)75%以上。1623、粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)（1）細(xì)度粉煤灰細(xì)度與其對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)有明顯的相關(guān)性，因?yàn)榧?xì)度愈細(xì)的粉煤灰一般活性愈大，所以細(xì)度是粉煤灰分級的一項(xiàng)指標(biāo)。細(xì)度是以45μm方孔篩的篩余量表示。（2）需水量比是指在相同流動(dòng)度下，粉煤灰的需水量與硅酸鹽水泥的需水量之比。需水量小的粉煤灰摻入混凝土中，可增加其流動(dòng)度，改善和易性，提高強(qiáng)度。163

3、粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)（3）燒失量：

是指在粉煤灰在高溫灼燒下?lián)p失的質(zhì)量。燒失部分主要為未燒盡固態(tài)碳，這些碳成分的增加，即意味有效活性成分的減少。同時(shí)，會導(dǎo)致粉煤灰的需水量增加，因此要加以控制。（4）SO3含量：粉煤灰中SO3含量超過一定限量，可使混凝土后期生成有害鈣礬石，導(dǎo)致危害。SO3含量是測定硫酸鹽按SO3計(jì)算。國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

（GB1596-91）將粉煤灰分為三個(gè)等級（見后面表）：164粉煤灰質(zhì)量指標(biāo)與等級質(zhì)量指標(biāo)等級ⅠⅡⅢ細(xì)度（45μm方孔篩篩余），≯%122045需水量比，≯%95105115燒矢量比，≯%5815含水量比，≯%1不作規(guī)定三氧化硫，≯%3

3、粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)165拌制水泥混凝土用粉煤灰的分級表粉煤灰等級質(zhì)量指標(biāo)細(xì)度45μm方孔篩篩余（%）燒失量（%）需水量（%）SO3含量（%）Ⅰ≤12≤5≤95≤3Ⅱ≤20≤8≤105≤3Ⅲ≤45≤15≤115≤3

3、粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)166

按國標(biāo)規(guī)定各級粉煤灰適用范圍：（1）Ⅰ級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和跨度小于6m的預(yù)應(yīng)力混凝土；（2）Ⅱ級粉煤灰適用于鋼筋混凝土和無筋混凝土；（3）Ⅲ級粉煤灰主要適用于無筋混凝土。（4）用于預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土及設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級30及以上的無筋混凝土的粉煤灰等級，如經(jīng)試驗(yàn)論證，可以用比上述三條規(guī)定低一級的粉煤灰。

3、粉煤灰的技術(shù)指標(biāo)167

活性混合材與水調(diào)和后，本身不會硬化或硬化極慢，強(qiáng)度極低，在氫氧化鈣溶液中顯著水化，而在飽和的該溶液中水化更快，水化反應(yīng)：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O——CaOSiO2(m+x)H2OyCa(OH)2+A2O3+nH2O——CaOA2O3(n+y)H2O

摻混合材的硅酸鹽水泥水化分兩步：第一步：水泥熟料的水化；第二步：氫氧化鈣與活性混合材中的活性組分反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。（五）活性混合材的作用168當(dāng)液相中有石膏存在時(shí)，將于水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣，這些水化物能在空氣中硬化，并能在水中繼續(xù)硬化，具有相當(dāng)高的強(qiáng)度。激發(fā)劑：氫氧化鈣和石膏的存在，使活性混合材的潛在活性得以發(fā)揮，即氫氧化鈣和石膏的起著激發(fā)水化、促進(jìn)凝結(jié)的作用，故稱為激發(fā)劑。激發(fā)劑分類

堿性激發(fā)劑：石灰和水泥熟料

硫酸鹽激發(fā)劑：二水石膏和半水石膏（有堿性激發(fā)劑的條件下作用得以發(fā)揮）（五）活性混合材的作用169

二、普通硅酸鹽水泥

普通硅酸鹽水泥定義技術(shù)要求強(qiáng)度要求技術(shù)性能和應(yīng)用170

（一）普通硅酸鹽水泥定義硅酸鹽水泥熟料6%-15%混合材料適量石膏磨細(xì)水硬性膠凝材料普通水泥P·O普通硅酸鹽水泥是一種水硬性的膠凝材料；混合材料的最大量≯

15%，允許摻≯5%窯灰或≯

10%的非活性混合材來代替。171（二）普通硅酸鹽水泥強(qiáng)度要求強(qiáng)度等級：

32.5，32.5R，42.5,，42.5R，

52.5，52.5R172（三）普通水泥的性能和應(yīng)用性能特點(diǎn)

初凝時(shí)間≮45min；終凝時(shí)間≯

10h

大部分性能和硅酸鹽水泥相近，不同點(diǎn)：早期水化速度稍慢，３天強(qiáng)度稍低；抗凍性和耐磨性也略差；耐腐蝕性提高。應(yīng)用應(yīng)用范圍與硅酸鹽水泥基本相同；是通用水泥的主要品種。173三、礦渣、火山灰和粉煤灰水泥礦渣、火山灰和粉煤灰水泥定義三種水泥的技術(shù)要求三種水泥的共性和應(yīng)用三種水泥的區(qū)別和應(yīng)用174

（一）礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料?；郀t礦渣適量石膏磨細(xì)水硬性膠凝材料礦渣水泥P·S?；郀t礦渣摻量為20%～70%?？捎檬沂?、窯灰、粉煤灰和火山灰質(zhì)混合材料中的一種代替礦渣，代替數(shù)量≯水泥質(zhì)量的8%，代替后水泥中粒化高爐礦渣≮２0%。175技術(shù)性質(zhì)：GB1344-1999規(guī)定：MgO≯5.0%，如壓蒸試驗(yàn)合格，MgO含量允許放寬到6.0%；SO3≯4.0%；強(qiáng)度等級：32.5，32.5R，42.5,，42.5R，52.5，

52.5R；密度2.8～3.1g/cm3，堆積密度約為1000～1200Kg/cm3。（一）礦渣硅酸鹽水泥176

（二）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥熟料火山灰質(zhì)混合材適量石膏磨細(xì)水硬性膠凝材料火山灰水泥P·P通用水泥的主要品種之一；火山灰質(zhì)混合材摻量為20%～５0%。177技術(shù)性質(zhì)

GB1344-1999規(guī)定：MgO≯5.0%，如壓蒸試驗(yàn)合格，MgO含量允許放寬到6.0%；SO3≯3.5%；強(qiáng)度等級：32.5，32.5R，42.5,，42.5R，52.5，

52.5R；密度2.8～3.1g/cm3，堆積密度約為900～1000Kg/cm3。（二）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥178硅酸鹽水泥熟料粉煤灰適量石膏磨細(xì)水硬性膠凝材料粉煤灰水泥P·Ｆ通用水泥的主要品種之一；粉煤灰摻量為20%～４0%；細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、體積安定性和強(qiáng)度要求與火山灰水泥相同。

（三）粉煤灰硅酸鹽水泥179

強(qiáng)度指標(biāo)：分為６個(gè)強(qiáng)度等級（下見表）其他技術(shù)要求同普通硅酸鹽水泥。（四）三種水泥的技術(shù)性質(zhì)和應(yīng)用180（四）三種水泥的技術(shù)性質(zhì)和應(yīng)用1、與硅酸鹽水泥