土木工程材料必備復(fù)習(xí)題

土木工程材料

CivilEngineeringMaterials曾志勇Email:zzy8191@

Tel:656039臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課（必修）課時：總學(xué)時40學(xué)時理論課時24學(xué)時實驗學(xué)時16學(xué)時采用教材：《土木工程材料》（第二版）陳志源李啟令主編武漢理工大學(xué)出版社出版緒論第一章1.1概述1.1.1土木工程材料的分類

土木工程材料品種繁多，我們可按不同原則進行分類：(1)按材料在工程中的功能分類

結(jié)構(gòu)材料

它們在建筑中承受各種荷載，起骨架作用，其質(zhì)量好壞直接危及結(jié)構(gòu)安全，屬于這類材料的有鋼材、水泥混凝土等。

功能材料

它們在建筑中起圍護與隔絕作用，以便形成建筑空間，這些材料應(yīng)具有絕熱、隔聲、防水等功能。

裝飾材料

特種功能材料

用于建筑物內(nèi)外的裝飾，其色彩和質(zhì)感均應(yīng)滿足建筑內(nèi)外環(huán)境設(shè)計的要求。

其中包括耐高溫、抗強腐蝕、防輻射、太陽能轉(zhuǎn)換等具有特種功能要求的材料。(2)按材料的化學(xué)成分分類無機材料有機材料復(fù)合材料金屬材料非金屬材料植物材料瀝青材料合成高分子材料鋼、鋁等碳、水泥、石材、混凝土玻璃等木材、竹材石油瀝青、煤瀝青及其制品塑料、合成橡膠等金屬–––非金屬有機–––無機1.1.2土木工程材料的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容:規(guī)格、分類、技術(shù)要求、檢驗方法、驗收規(guī)則、標(biāo)志、運輸和貯存等。標(biāo)準(zhǔn)類型：

ISO國際標(biāo)準(zhǔn)

國家標(biāo)準(zhǔn)（GBGB/T)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JGJCYBJT)

地方標(biāo)準(zhǔn)（DB)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB)

1.2材料的基本狀態(tài)參數(shù)1.2.1材料的密度、表觀密度和堆積密度

密度定義：材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量?？砂聪率接嬎悖?/p>

–––密度，g/cm3；m–––材料的質(zhì)量，g；V–––材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，cm3。（density）測量方法

有較多孔隙的材料，采用磨細后用李氏瓶測定其體積的方法。

某些致密材料，如卵石等，可用直接

排液法，用這種方法測量的體積，由

于無法排除內(nèi)部封閉的孔隙，所以稱

這樣測得的密度為近似密度(

a)。

表觀密度定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計算：

0–––表現(xiàn)密度，g/cm3或kg/m3；m–––材料的質(zhì)量，g，或kg；V0–––材料在自然狀態(tài)下的體積，cm3或m3。（unitweight）

堆積密度定義：粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。計算：

0–––堆積密度，kg/m3；m–––材料的質(zhì)量，kg；V0–––松散材料的堆積體積，m3。（heapeddensity

）V0VVKVB開口孔封閉孔閉口孔隙自然狀態(tài)下的塊狀材料開口孔隙實體實體空隙開口孔隙封閉孔隙裝在容器里的粒狀、粉狀或塊狀材料V0′VVKVBV01.2.2材料的孔隙和空隙

材料的孔隙(1)孔隙率:材料內(nèi)部孔隙體積占材料總體積的百分率材料的孔隙從兩個方面對材料的性能產(chǎn)生影響：一是孔隙的多少（孔隙數(shù)量），二是孔隙特征?？紫稊?shù)量用孔隙率表征。(2)密實度:材料內(nèi)部固體物質(zhì)的實際體積占材料總體積的百分率孔隙特征主要有三方面：（1）按孔隙尺寸大小分微孔、細孔和大孔；（2）按空隙間是否貫通分互相隔開的孤立孔和互相貫通的連通孔；（3）按孔隙是否與外界連通分為與外界連通的開口孔和不與外界連通的封閉孔（閉口孔）。把開口孔體積記為Vk，閉口孔體積記為VB，則孔隙體積Vｐ=Vk+VB定義開口孔孔隙率為定義閉口孔孔隙率為則孔隙率為散粒材料顆粒間的空隙多少用空隙率表示。(1)空隙率:散粒材料顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率

材料的空隙(2)填充率:顆粒的自然狀態(tài)體積占堆積體積的百分率1.3材料的力學(xué)性質(zhì)1.3.1強度與比強度一、材料的強度定義

材料在外力作用下不破壞時能承受的最大應(yīng)力

根據(jù)外力作用方式的不同，材料有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等。

LL

F/2F/2

F

F

L/3

F

FL/3L/3(a)壓力(b)拉力(c)彎曲(d)剪切材料所受外力：各種強度的計算公式如下：

抗壓、抗拉、抗剪的強度f––––強度，Mpa；P––––破壞時最大荷載，N；A

––––受力截面面積，mm2。

抗彎強度1）(中點集中荷載)2）(三分點兩相等集中荷載)ff––––抗彎強度，Mpa；P––––彎曲破壞時最大荷載，N；L––––兩支點的間距，mm；b––––試件橫截面積寬度，mm；h––––試件橫截面積高度，mm。

許多土木工程材料常以其強度大小劃分為若干等級，俗稱“標(biāo)號”。材料強度受以下三個因素的影響：

材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

材料所處的環(huán)境條件(溫度、濕度、含水量等)

強度值的測試條件(試件尺寸、加荷速度等)二、材料的比強度定義

單位體積重量的材料強度,等于材料的強度與其表觀密度之比衡量材料是否輕質(zhì)、高強的指標(biāo)1.3.2材料的彈性與塑性

彈性與塑性

材料在承受外力時，如撤除外力的作用后，材料的幾何形狀能恢復(fù)原狀，材料的這種性能稱為彈性。如果只能部分恢復(fù)變形，而殘留一部分不能消失的變形，該殘留部份稱為塑性變形。材料在彈性范圍內(nèi)，其應(yīng)力和應(yīng)變之間關(guān)系符合如下公式：σ＝Εεσ——應(yīng)力；

ε——應(yīng)變；Ε——彈性模量；彈性模量是材料剛度的度量，物理意義為單位應(yīng)變所需要的應(yīng)力，反映了材料抵抗變形的能力。是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要參數(shù)之一。彈塑性材料：材料受力時，彈性變形和塑性變形同時發(fā)生，外力去除后，彈性變形恢復(fù)，塑性變形保留。1.3.3脆性和韌性（1）脆性材料在外力作用下，無明顯塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。具有這種破壞特征的材料，稱為脆性材料。從應(yīng)力應(yīng)變圖中看材料的脆性

（2）韌性材料在沖擊或震動荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。一般以測定其沖擊破壞時單位斷面上吸收的能量作為指標(biāo)。1.3.4硬度和耐磨性硬度：材料抵抗較硬物質(zhì)刻劃或壓入的能力常用刻劃法和壓入法測定?？虅澐ǚQ莫氏硬度；壓入法稱布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。耐磨性：材料抵抗磨損的能力，用耐磨率表示1.3.5材料的徐變和應(yīng)力松弛

當(dāng)材料在恒定外力的作用下，其變形隨時間而緩慢增加的過程，稱為徐變。

當(dāng)材料在持續(xù)外力作用下，總的變形值保持不變，由于徐變而使材料內(nèi)應(yīng)力隨時間而逐漸降低的過程，稱為應(yīng)力松弛。徐變和應(yīng)力松弛是相互關(guān)聯(lián)的兩種現(xiàn)象。1.4材料與水有關(guān)的性質(zhì)

(a)親水性材料

(b)憎水性材料

90

親水材料

90

憎水材料1.4.1材料的親水性與憎水性潤濕邊角:在材料、水和空氣的三相交叉點處沿水滴表面作切線，切線與材料和水接觸面的夾角。1.4.2材料的含水狀態(tài)四種基本含水狀態(tài)：干燥狀態(tài)——材料孔隙中不含或含水極微；氣干狀態(tài)——材料孔隙中所含水與大氣濕度平衡；飽和面干狀態(tài)——材料表面干燥，孔隙含水飽和；濕潤狀態(tài)——材料孔隙含水飽和，表面為水濕潤附有一層水膜。材料也可處于兩種基本含水狀態(tài)之間的過渡狀態(tài)飽和水表面水材料的含水狀態(tài)(a)干燥狀態(tài)(b)氣干狀態(tài)(c)飽和面干狀態(tài)(d)濕潤狀態(tài)(a)(b)(c)(d)1.4.3材料的吸濕性和吸水性吸濕性

––––親水材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。用含水率表示W(wǎng)h––––含水率；％ms––––材料含水狀態(tài)下的質(zhì)量，g；mg––––材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。材料的含水率隨環(huán)境溫度和濕度變化而變化。平衡含水率：材料中所含水分與環(huán)境溫度所對應(yīng)的濕度相平衡時的含水率。材料在干燥空氣中放出所含水分的性質(zhì)稱還濕性。（2）吸水性——材料在水中吸水的性質(zhì)。用吸水率表示，有重量吸水率和體積吸水率兩個定義：重量吸水率——材料吸水飽和時，吸收的水分重量占材料干燥時重量的百分率；體積吸水率——材料吸水飽和時，吸收的水分體積占材料干燥時體積的百分率；材料的體積吸水率等于其重量吸水率乘上材料干燥狀態(tài)時的表觀密度。1.4.4耐水性定義

材料長期在水作用下不破壞、強度也不明顯下降的性質(zhì)用軟化系數(shù)表示：軟化系數(shù)——材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度與干燥狀態(tài)下的抗壓強度之比軟化系數(shù)

0.85

的材料稱為耐水材料1.4.5抗?jié)B性定義材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)常用滲透系數(shù)或抗?jié)B標(biāo)號表示：滲透系數(shù)：k––––滲透系數(shù)，cm/h；Q––––透水量，cm3；d––––試件厚度，cm；A––––透水面積，cm2；

t––––時間，h；H––––靜水壓力水頭，cm。抗?jié)B標(biāo)號（記為Pn）：材料按規(guī)定制作的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下所能承受的最大水壓力（MPa）。材料的滲透系數(shù)越小或抗?jié)B標(biāo)號越高表明材料的抗?jié)B性越好。1.4.6抗凍性定義材料在含水狀態(tài)下能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。常用抗凍標(biāo)號（記為Fn）表示：以規(guī)定的吸水飽和試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，經(jīng)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強度降低不超過規(guī)定數(shù)值，也無明顯損壞和剝落，則此凍融循環(huán)次數(shù)即為抗凍標(biāo)號。材料的抗凍性與材料吸水程度、材料強度及孔隙特征有關(guān)。含水率大、強度低、開口孔多抗凍性差。1.5材料的熱性質(zhì)1.5.1.熱容性定義材料在溫度變化時吸收或放出熱量的能力不同材料的熱容性可用比熱進行比較。比熱：單位質(zhì)量的材料升高單位溫度所需熱量。定義1.5.2導(dǎo)熱性材料兩側(cè)有溫差時熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的能力。常用導(dǎo)熱系數(shù)表示。材料的導(dǎo)熱性能與孔隙特征有關(guān)，增加孤立的、不連通孔隙可降低材料導(dǎo)熱能力。1.5.3熱變形性定義材料在溫度變化時的尺寸變化常用線膨脹系數(shù)表示。有保溫隔熱要求的工程盡量選用熱容量大、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。1.6材料的耐久性

土木工程材料在使用過程中經(jīng)受各種破壞因素(物理的、化學(xué)的、環(huán)境的、生物的……等等)的作用，而能保持其使用性能的性質(zhì)稱為土木工程材料的耐久性。環(huán)境影響因素往往是復(fù)雜多變的，它們單獨或交互作用于材料形成破壞。由于各種破壞因素的復(fù)雜性和多樣性，使得耐久性是一個綜合性概念。材料的耐久性是一項重要技術(shù)指標(biāo)。在構(gòu)筑物的設(shè)計及材料選用中，必須慎重考慮材料耐久性問題，以利節(jié)約材料、減少維修費用，延長使用壽命。高耐久性材料可抵抗各種破壞作用、延長構(gòu)筑物使用壽命，使之堅固穩(wěn)定、經(jīng)久耐用，并可降低維修費用，最終使整體綜合費用降低，利用率增高，收益增大，從而獲得顯著的綜合經(jīng)濟效益。提高材料耐久性是土木工程材料生產(chǎn)及應(yīng)用的重要課題之一。第三章

水泥

Cement概述

什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂

根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。概述

什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥的特性膨脹水泥快硬水泥低熱水泥抗腐蝕水泥

根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。硬化時膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好

根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。概述

什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？硅酸鹽系水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥

根據(jù)水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。

根據(jù)水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。硅酸鹽系水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥；摻混合材的硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥有PⅠ和PⅡ兩類，后者含有混合材。

主要內(nèi)容什么是硅酸鹽水泥？硅酸鹽水泥是怎樣制造？硅酸鹽水泥的組成？水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅硬固體？水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)？如何正確使用水泥？重點論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、基本性質(zhì)及其檢測方法，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用。

凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(即國外通稱的PortlandCement).一、硅酸鹽水泥是怎樣制造的？原料：硅質(zhì)：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3

鈣質(zhì)：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補充Fe2O3

與SiO2制造工藝：原料經(jīng)粉磨混合后得到水泥生料生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒得到水泥熟料水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起經(jīng)粉磨混合后得到水泥自動化生產(chǎn)過程“兩磨一燒”水泥生料可以是：與水混合成漿體—濕法工藝加少量水制成料球—半干法工藝加稍多水制成濕球—半濕法工藝干粉混合物—干法工藝硅質(zhì)(粘土)鈣質(zhì)(石灰石)1450℃調(diào)節(jié)原料石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程粉磨煅燒粉磨

水泥制造廠全貌水泥生料煅燒回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯尾1450~1500

C二、硅酸鹽水泥的組成硅酸鹽水泥是由下列物質(zhì)混合組成的水泥硅酸鹽水泥熟料Clinkers石膏(CaSO4

2H2O)Gypsum混合材(礦渣或石灰石粉末)MineralAdditives各物質(zhì)的作用熟料：主要膠凝物質(zhì)，能水化硬化；石膏：調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間；混合材：調(diào)節(jié)水泥的強度等級；必要組分礦物名稱英文名稱縮寫分子式礦物式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二鈣BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化學(xué)組成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，F(xiàn)e2O3(=F)少量雜質(zhì)：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。礦物組成：

硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結(jié)構(gòu)水泥熟料顆粒細觀形貌水泥熟料礦物微觀結(jié)構(gòu)

硅酸鹽水泥的品種及礦物含量C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特點：普通早強低熱抗硫酸鹽

ABCDCaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345f-CaO1111SO32222三、水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅硬固體？

水泥漿通過水泥熟料礦物的水化反應(yīng)、漿體的凝結(jié)硬化過程變成堅硬固體凝結(jié)——水泥與水混合形成可塑漿體，隨著時間推移、可塑性下降，但還不具備強度，此過程即為“凝結(jié)”；硬化——隨后漿體失去可塑性，強度逐漸增長，形成堅硬固體，這個過程即為“硬化”。

水泥漿體轉(zhuǎn)變成堅硬固體的過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程。需學(xué)習(xí)與掌握的內(nèi)容：化學(xué)過程——水泥熟料礦物的水化反應(yīng)石膏的作用物理過程——水泥漿的凝結(jié)硬化硬化水泥漿的組成與結(jié)構(gòu)水泥漿凝結(jié)硬化的影響因素1.水泥熟料礦物的水化反應(yīng)特征：水泥熟料顆粒中的四種主要礦物同時進行水化反應(yīng)；其水化反應(yīng)均是放熱反應(yīng)；水化反應(yīng)是固－液異相反應(yīng)。反應(yīng)速度序列：半水石膏CaSO4

0.5H2O和游離氧化鈣f-CaO的水化鋁酸三鈣C3A的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸三鈣C3S的水化硅酸二鈣

-C2S的水化

來自水泥粉磨過程中二水石膏的脫水分解：CaSO4

2H2O

CaSO4

0.5H2O+1.5H2O硅酸鈣C3S與

-C2S的水化硅酸鈣水化生成水化硅酸鈣C3S2H3—C-S-H凝膠和Ca(OH)2—羥鈣石，并放出熱：

硅酸三鈣：2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羥鈣石特征：形成相同的水化物—組成不確定的C-S-H凝膠，組成為：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2

nH2O(x,z與溫度、水灰比等有關(guān))其中鈣硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反應(yīng)速度比C2S快，其放熱量比C2S大。水化度％水化時間（天）C－S－H凝膠體結(jié)構(gòu)水化硅酸鈣的形成重新排列和凝聚后的凝膠體結(jié)構(gòu)硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產(chǎn)物——C-S-H與Ca(OH)鋁酸三鈣C3A的水化鋁酸鈣C3A的水化行為在水泥水化早期特別重要純C3A與水反應(yīng)迅速，生產(chǎn)水化鋁酸鈣：C3A+18H2O

[C2AH8+C4AH13]C3AH6

(不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物)(穩(wěn)定產(chǎn)物)

這一反應(yīng)導(dǎo)致水泥漿閃凝或假凝，必須避免！避免閃凝的有效途徑——加入石膏CaSO4

2H2O

這就是硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，必須加入石膏與水泥熟料一起粉磨的根本原因！這一發(fā)明是硅酸鹽水泥發(fā)展史上的一個里程碑。鋁酸三鈣C3A在石膏存在下的水化反應(yīng)C3A與石膏反應(yīng)首先形成三硫型硫鋁酸鈣—鈣礬石晶體，并放出大量熱：

C3A+3C?·H2+26H

C3A·3C?3·H32+300cal/g(1)

(鈣釩石)反應(yīng)后期，石膏量不足時，水化生成單硫型硫鋁酸鈣水化物：

C3A+C3A·3C?3·H32+4H

C3A·C?3·H12

(2)石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：

C3A+18H2O

C3AH6(3)石膏緩凝機理：鈣釩石的形成反應(yīng)(1)速度比純C3A的反應(yīng)(3)慢；在水泥顆粒表面析出鈣礬石晶體構(gòu)成阻礙層，延緩了水泥顆粒的水化，避免閃凝或假凝。鐵鋁酸四鈣C4AF的水化鐵鋁酸四鈣C4AF與水發(fā)生類似于C3A的水化反應(yīng)，也形成類似的產(chǎn)物鈣釩石和單硫型水化物：

C4AF+7HC3AFH6

＋CFH

C4AF

+3C?·H2+26H

C3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+20H

C3(A,F)·C?3·H16C4AF水化物的組成是可變，是鋁酸鹽與鐵酸鹽的固溶體，并由鐵相凝膠產(chǎn)生。C4AF的水化反應(yīng)對整個水泥的行為影響較小。Summary硅酸鈣的水化2C3S+6H

C3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4H

C3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羥鈣石鋁酸鈣的水化C3A+18H2O

C2AH8+C4AH13C3A+3C?·H2+26H

C3A·3C?3·H32+300cal/g

（鈣釩石）C3A+C3A·3C?3·H32+4H

C3A·C?3·H12鐵鋁酸鈣的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3C?·H2+26H

C3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+26H

C3(A,F)·C?3·H12水泥的水化過程：當(dāng)水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進入溶液中，液相被各種離子飽和；幾分鐘內(nèi)，Ca2＋、SO4＋、

Al3＋、

OH－離子間反應(yīng)，形成鈣釩石；幾小時后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據(jù)、并溶解熟料礦物的空間；幾天后，因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。此后，水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。石膏的作用避免水泥漿的閃凝和假凝現(xiàn)象。調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間。導(dǎo)致鈣釩石和單硫型硫鋁酸鈣水化物的形成。水泥水溶解沉淀水泥漿的凝結(jié)硬化過程擴散2.水泥漿的凝結(jié)硬化——物理過程單一水泥顆粒在大量水中的水化過程模型新拌1小時后數(shù)小時后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶體3、硬化水泥漿體—水泥石的組成與結(jié)構(gòu)水泥石的組成固相—水泥水化物與未水化的水泥顆粒膠體相：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；晶體相：硫鋁酸鈣水化物、水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體等；氣相—各種尺寸的孔隙與空隙凝膠孔毛細孔工藝空隙液相—水或孔溶液自由水吸附水凝膠水水泥石的組成隨水泥水化度而變背散射掃描電鏡照片未水化水泥顆粒C-S-H氫氧化鈣單硫型硫鋁酸鹽水泥漿掃描電鏡照片(7d齡期)C-S-H鈣礬石水泥漿中的固體相Ca(OH)2——羥鈣石(portlandite)縮寫：CH體積含量:

占水泥石體積的20～25%；特征：表面積較小、次價鍵力弱

耐久性和強度。組成特點：組成確定——Ca(OH)2。結(jié)構(gòu)特點：六方片狀晶體，與天然羥鈣石Portlandite相似。形貌：大片狀晶體的堆積體。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水化硫鋁酸鈣CalciumSulfoaluminateHydrates縮寫：Aft、Afm含量：占水泥石體積的15～20%。組成特點：開始時，形成三硫型硫鋁酸鈣——鈣釩石ettringite(Aft)后期，轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐土蜾X酸鈣monosulfatehydrates(Afm)結(jié)構(gòu)特點：結(jié)晶性好的晶體形貌：

Aft—針狀晶體；Afm—六方片狀晶體水泥漿中的固體相典型Afm六方片狀晶體和Aft針狀晶體的形貌水泥漿中的鈣釩石生長在水泥石孔隙中的針狀的鈣釩石晶體未水化的水泥顆粒內(nèi)核處于水化物包裹中水灰比越小，其含量越多未水化的水泥內(nèi)核水泥漿中的固體相水泥石中的孔隙C-S-H凝膠中的層間孔隙——凝膠孔gelpores尺寸=5～25?含量：約占C-S-H凝膠的28%對強度和抗?jié)B性無害，對干縮和徐變有一定影響毛細孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，與水灰比有關(guān)對強度和抗?jié)B性有害，對干縮和徐變有重大影響空隙AirVoids夾雜的空氣泡:~3mm引入的空氣泡:50～200

m對強度和抗?jié)B性非常有害黑色代表孔隙（1）水泥礦物組成（2）水泥細度（3）養(yǎng)護條件（溫度、濕度）與時間（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加劑水泥凝結(jié)硬化的主要影響因素

水泥漿的凝結(jié)硬化取決于水泥的水化，水泥水化速度是礦物組成及其含量、粉磨細度、溫度和水灰比的函數(shù)：

R(t)=f(C3S)·f(細度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時間(天)水泥熟料礦物組成的影響水泥熟料礦物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝結(jié)硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝結(jié)硬化速度越慢；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間的影響

石膏摻量增加，凝結(jié)硬化加快；摻量達到一定后，再增加，影響不大。水泥顆粒細度的影響水泥顆粒越細，水化速度越快，為什么？

答：水泥的水化反應(yīng)是液－固異相反應(yīng)，反應(yīng)首先發(fā)生在液－固界面上；水泥顆粒越細，比表面積越大，界面區(qū)越大，反應(yīng)點越多，因此水化速度越快。比表面積m2/kg放熱速度時間/小時細度(比表面積)對C3S漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響水泥漿比表面積與水化度隨時間的關(guān)系水化度(%)比表面積(m2/cm3)水泥細度FinenessofCement粒徑：<3μm水化非常迅速，需水量增大；

<40μm水化較慢，內(nèi)芯難以水化。

>90μm幾乎接近惰性。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，為什么？溫度升高10

C，速度加快一倍。溫度低于0

C時，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)期時間縮短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(W/C)；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)硬化所需時間越長；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強度越低。水灰比對水泥漿體中水化物與孔隙體積的影響SummaryC3S、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

問題？水泥凝結(jié)硬化速度快，好嗎？

答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結(jié)硬化形成的微結(jié)構(gòu)體積較疏松，且在隨后的降溫期間，或受干燥環(huán)境作用收縮變形時產(chǎn)生大量微裂縫，致使結(jié)構(gòu)混凝土強度與滲透性（耐久性）受到嚴(yán)重影響。水泥宜在什么條件下凝結(jié)硬化？

答：水泥宜在常溫(20±10

C)與相對濕度較高的條件下，凝結(jié)硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化所需水分供應(yīng)充足的條件。四、硅酸鹽水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)密度與堆積密度細度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時間體積安定性強度水化熱不溶物和燒失量堿含量耐腐蝕性軟水侵蝕鹽類侵蝕酸類腐蝕強堿腐蝕防腐措施1.密度與堆積密度密度

3.05~3.20，混凝土配合比計算時，一般取3.10。堆積密度

1000~1600kg/m3，在工地計算水泥倉庫時，一般取1300kg/m3

。密度的測量方法

排液法，用煤油作為測量液體。

2.細度定義

細度是指水泥粉體的粗細程度。測量方法篩分析法以80

m方孔篩的篩余量表示；比表面積法以1kg水泥顆粒所具有的總表面積來表示。國標(biāo)要求硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/kg。普通水泥80

m方孔篩的篩余量不得超過10.0%。細度不符合要求的水泥為不合格品！

問題：為什么需要規(guī)定水泥的細度？解答：水泥顆粒細度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；雖然水泥越細，凝結(jié)硬化越快，早期強度會越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；水泥越細，生產(chǎn)能耗越高，成本增加；水泥越細，對水泥的儲存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強度。3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

標(biāo)準(zhǔn)稠度：

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（28

2）mm時的水泥凈漿的稠度。

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：

是指水泥凈漿達到標(biāo)準(zhǔn)稠度時所需要的水量，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%。

試錐下降高度水泥漿試錐問題：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與什么因素有關(guān)？

為什么？

解答：

與水泥細度、水泥礦物組成、混合材摻量等有關(guān)。因為水泥顆粒越細，比表面越大，表面吸附水越多；水泥礦物組成和混合材摻量不同，顆粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。

4.凝結(jié)時間

概念：

凝結(jié)時間—水泥加水開始到水泥漿失去流動性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時間。初凝時間從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強度所需的時間。測定方法：用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時間測定儀來測定。國標(biāo)要求：硅酸鹽水泥初凝時間≥45min；終凝時間＜390min。水泥凝結(jié)時間的測定標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥漿離底1～2mm為初凝園弧形壓痕終凝

國標(biāo)規(guī)定：凡初凝時間不符合規(guī)定的水泥為廢品；終凝時間不符合規(guī)定的水泥為不合格品。為什么？

答：水泥凝結(jié)時間的規(guī)定是為了有足夠的時間進行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量；初凝時間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無使用價值，即為廢品；終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工，即為不合格品。5.體積安定性

基本概念：水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)稱為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當(dāng)，則水泥的體積安定性良好；若水泥石發(fā)生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。體積安定性不良的水泥為廢品！為什么？水泥體積安定性不良的原因：水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。因為水泥熟料中的游離CaO、MgO都是過燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增大1.98%和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹。5.體積安定性檢測方法：試餅法雷氏夾法5.體積安定性試餅法雷氏夾法合格標(biāo)準(zhǔn)：＜5mm。肉眼觀察表面有無裂紋用直尺檢查有無彎曲合格標(biāo)準(zhǔn)：無裂紋、無彎曲。試餅法用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法測量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。6.強度

檢驗方法——軟練膠砂法，分別測量抗壓強度和抗折強度。試件尺寸：40

40

160mm 棱柱體；膠砂配比：水泥:ISO標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5；振動成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實臺上成型。振動時間120s。試件養(yǎng)護：在20

C

1

C，相對濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護箱中24h，然后脫模在20

C

1

C的水中養(yǎng)護至測試齡期；100mm160mmP抗折強度試驗PP抗壓強度試驗強度測量：將試件從水中取出，先進行抗折強度試驗，折斷后每截再進行抗壓強度試驗。受壓面積為40

40=1600mm2。

結(jié)果計算：抗折強度以三個試件的平均值，抗壓強度以六個試件的平均值。強度等級：根據(jù)3天和28天強度測試結(jié)果，將水泥強度劃分若干個強度等級

3d28d時間（d）強度（MPa）水泥強度發(fā)展規(guī)律早期增長快，隨后逐漸減慢；28天，基本達到極限強度的80％以上；在合適的溫濕度條件下，強度增長可以持續(xù)幾十天乃至幾十年。問題：為什么水泥強度檢驗方法要規(guī)定試件尺寸、試件配比、養(yǎng)護條件、養(yǎng)護時間等？

解答：水泥膠砂試件的強度與水泥的組成、試件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及試件的大小有關(guān)，而水泥的水化程度與養(yǎng)護條件和養(yǎng)護時間有關(guān)；水泥強度檢驗?zāi)康氖菣z驗具有確定組成的水泥的強度，因此，為排除其它因素的影響，將這些因素統(tǒng)一規(guī)定，以便相互比較。水泥石強度的影響因素水泥石強度來自水化物顆粒間的相互作用力——次價鍵力在整個表面積上的積分和；水泥石內(nèi)部水化物顆粒的表面積很大，因此，理論強度大于600MPa；影響水泥石強度

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度水灰比水灰比越大，孔隙率越大，強度越低水泥組成：熟料礦物、混合材養(yǎng)護條件：溫度、濕度、齡期水泥細度：水泥顆粒越細，強度發(fā)展越快水泥石強度與孔隙率的關(guān)系水泥熟料礦物組成對強度的影響水泥品種對強度的影響水泥細度對強度的影響7.水化熱

概念：

水泥的水化是放熱反應(yīng)，放出的熱量就是水化熱。放熱特征：水泥放熱過程可持續(xù)很長時間，但大部分在3d內(nèi)釋放。水化熱的益處與危害：水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化熱發(fā)散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大體積混凝土，更是如此。水化熱和放熱速度的影響因素：水泥礦物組成水泥細度

問題？為什么水泥顆粒越細，水化放熱越快？

答:水泥礦物的水化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，水泥顆粒越細，水化反應(yīng)速度越快。硅酸鹽水泥熟料的四種礦物中，哪一種水化熱最大？哪一種水化熱最?。?/p>

答：鋁酸三鈣C3A水化熱最大；硅酸三鈣C3S次之；硅酸二鈣C2S水化熱最小。為什么要限制水泥的不溶物含量和燒失量？答：不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物；燒失量是指水泥經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量損失率。這兩項指標(biāo)超標(biāo)表示水泥中不能水化的雜質(zhì)含量大，影響水泥硬化后的性能。問題？試從應(yīng)用的角度，分析水泥的技術(shù)性質(zhì)及其要求？答：水泥是一種膠凝材料，是主要的結(jié)構(gòu)材料之一，因此，它必須具有強度和體積安定性；細度和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是相互關(guān)聯(lián)的，用水量大將影響強度；為了澆注成型施工，應(yīng)對凝結(jié)時間有所限制；水化熱對水泥硬化過程和硬化后的水泥石體積穩(wěn)定性有影響；堿含量、不溶物和燒失量影響水泥的品質(zhì)；為了結(jié)構(gòu)物自重的計算，必須知道水泥的密度。水泥質(zhì)量的判定

技術(shù)性質(zhì)不符合要求細度不合格品凝結(jié)時間（初凝）廢品（終凝）不合格品體積安定性廢品強度不合格品或降低等級不溶物和燒失量不合格品8.

水泥的耐腐蝕性

基本概念：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。導(dǎo)致水泥石腐蝕性破壞的原因外因：

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；腐蝕與毛細孔通道的共同作用

加劇水泥石結(jié)構(gòu)的破壞。

軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

機理：當(dāng)水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離子的濃度低于水化物的溶度積，導(dǎo)致水化物分解、溶失和轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。

破壞形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密實度下降，孔縫增多、強度降低，直至整體破壞。

鹽類腐蝕

硫酸鹽的腐蝕腐蝕機理：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應(yīng)，生成鈣礬石，其體積增加2.22倍，引起水泥石的破壞。當(dāng)硫酸鈣濃度高時，他們可直接結(jié)晶，造成膨脹壓力，引起破壞。鎂鹽的腐蝕

腐蝕機理：主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應(yīng)，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。

鈣礬石水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內(nèi)部形成膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開裂酸類腐蝕

腐蝕機理：水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應(yīng)生成可溶性鹽。另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會導(dǎo)致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。破壞形式：溶失性破壞，組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生很大改變。

水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落強堿腐蝕

腐蝕機理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應(yīng)，生成可溶性鋁酸鹽。當(dāng)介質(zhì)中強堿濃度較高是，會造成水泥石的嚴(yán)重破壞。

防止水泥石腐蝕的措施

主要針對引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施，根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩(wěn)定組分的含量；提高水泥石的密實度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；表面防護處理，堵塞通道如：防腐涂層。

第六節(jié)

摻混合材的硅酸鹽水泥

摻混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6~15%混合材普通硅酸鹽水泥20~70%礦渣礦渣硅酸鹽水泥20~50%火山灰火山灰硅酸鹽水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥16~50%兩種混合材復(fù)合硅酸鹽水泥

摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關(guān)！摻混合材水泥的代號

水泥品種組成特點代號普通水泥6％～15％的混合材P·O礦渣水泥20～70％礦渣P·S火山灰水泥20～50％火山灰P·P粉煤灰水泥20～40％粉煤灰P·F復(fù)合水泥15～50％兩種混合材P·C石灰石水泥11％～25％的石灰石P·L一、水泥混合材

定義：

在水泥生產(chǎn)過程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強度等級所加入的天然或人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。種類：活性非活性兩類作用：

在水泥中主要其填充作用，調(diào)節(jié)強度等級、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱等。1.非活性混合材

定義：與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。常見的有：磨細石英砂石灰石粉粘土慢冷礦渣2.活性混合材

定義——具有水化活性的混合材?；钚越M分：SiO2、Al2O3常用品種：?；郀t礦渣—煉鋼鐵的廢料火山灰質(zhì)粉末—天然巖石和人工煅燒物粉煤灰—火電廠的廢料3.活性混合材的作用

火山灰反應(yīng)：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO

SiO2

nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O稀釋作用減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中Ca(OH)2的含量。超細粉末的密實填充效應(yīng)活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應(yīng)3d7d49d182d摻加粉煤灰的水泥的水化熱摻加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)2的含量礦渣摻量對硬化水泥漿中Ca(OH)2的影響摻加粉煤灰的水泥強度發(fā)展

早期強度增長減慢，但摻量小于20％時，

后期強度也有較多增長礦渣摻量對礦渣水泥抗壓強度的影響礦渣水泥的凝結(jié)時間與礦渣摻量的關(guān)系二、活性混合材水泥的共性密度較小2.70～3.10。早期強度較低，后期強度增長率高。對養(yǎng)護溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護。水化熱較小。耐腐蝕性較好?？箖鲂?、耐磨性不及硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。三、活性混合材水泥的特性礦渣水泥：

保水性差，泌水性大，干縮較大，耐熱性較好?；鹕交宜啵?/p>

易吸水，易反應(yīng)，結(jié)構(gòu)較致密，抗?jié)B性和耐水性較好，體積收縮較大，抗硫酸鹽能力較差。粉煤灰水泥：

吸水能力弱，需水量較低，干縮性較小，結(jié)構(gòu)致密，抗裂性較好。復(fù)合水泥：取決于所摻的混合材種類。本章小結(jié)基礎(chǔ)理論：硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物，凝結(jié)硬化過程及其影響因素；水泥組成對其性能的影響?；局R：硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)、應(yīng)用及儲運知識；水泥漿體在侵蝕性介質(zhì)下的腐蝕及其防止的措施；水泥石的結(jié)構(gòu)；活性混合材的組成、性質(zhì)及作用；普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和高鋁水泥等其它水泥的組成、性能的特點及應(yīng)用?；炯寄埽核嘀饕夹g(shù)性質(zhì)的測試，各種水泥的正確選用138第四章混凝土139一、混凝土定義：混凝土是由膠結(jié)材料將天然的（或人工的）骨料粒子或碎片聚集在一起，形成堅硬整體，并具有強度和其它性能的復(fù)合材料。1．分類：混凝土按所用膠結(jié)材料可分為：水泥混凝土、瀝青混凝土、硅酸鹽混凝土、聚合物(膠結(jié)、浸漬、水泥）混凝土、水玻璃混凝土、石膏混凝土、硫磺混凝土等多種。其中水泥混凝土是使用最廣泛、使用量最大的結(jié)構(gòu)材料?；炷涟幢碛^密度大小（主要是骨料不同）可分三大類。干表觀密度大于2600kg/m3的重混凝土，系采用高密度骨料（如重晶石、鐵礦石、鋼屑等）或同時采用重水泥（如鋇水泥、鍶水泥等）制成，主要用于輻射屏蔽方面；干表觀密度為2000～2500kg/m3的普通混凝土，系由天然砂、石為骨料和水泥配制而成，是目前建筑工程中常用的承重結(jié)構(gòu)材料；干表觀密度小于1950kg/m3的輕混凝土，系指輕骨料混凝土、無砂大孔混凝土和多孔混凝土，用于保溫、結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)兼保溫?；炷涟词┕すに嚳煞譃椋罕盟突炷?、噴射混凝土、真空脫水混凝土、造殼混凝土（裹砂混凝土）、碾壓混凝土、壓力灌漿混凝土（預(yù)填骨料混凝土）、熱拌混凝土、太陽能養(yǎng)護混凝土等多種。§

4.1

混凝土概述140二、優(yōu)越性1.耐水耐火，堅固耐用；2.制作簡便，造型方便；3.獲得容易，價格低廉；

4.性能可調(diào)，用途廣泛；5.能耗較低，能效較高。三、局限性1.抗拉強度低2.韌性差3.體積不穩(wěn)定4.比強度低四、對混凝土的基本要求

1.新拌混凝土的性能2.硬化混凝土的性能3.經(jīng)濟性五、滿足要求的措施

1.材料選擇2.配合比設(shè)計3.施工操作混凝土按用途可分為：防水混凝土、防射線混凝土、耐酸混凝土、裝飾混凝土、耐火混凝土、不發(fā)火混凝土、補償收縮混凝土、水下澆筑混凝土等多種?；炷涟磽胶狭峡煞譃椋悍勖夯一炷?、硅灰混凝土、磨細高爐礦渣混凝土、纖維混凝土等多種。另外，混凝土還可按抗壓強度分為：低強混凝土（抗壓強度小于30MPa）、中強混凝土（抗壓強度30～60MPa）和高強混凝土（抗壓強度大于等于60MPa）；按每立方米水泥用量又可分為：貧混凝土（水泥用量不超過170kg）和富混凝土（水泥用量不小于230kg）等。

普通混凝土定義：石子＋砂＋水泥＋水§

4.1

混凝土概述141§4-2基本組成材料

一、水泥選用：工程性質(zhì)、部位、所處環(huán)境、施工條件、環(huán)境狀況→合理選擇水泥品種砼強度等級、充分利用水泥活性→水泥標(biāo)號注意：不同品種水泥不能混用若用低強度等級的水泥配制高強度等級混凝土，不僅會使水泥用量過多，還會對混凝土生產(chǎn)不利影響。反之，用高強度等級的水泥配制低強度等級混凝土，若只考慮強度要求，會使水泥用量偏少，從而影響耐久性能，若水泥用量兼顧了耐久性等要求，又會產(chǎn)生超強而不經(jīng)濟。因此根據(jù)經(jīng)驗：一般以選擇的水泥強度等級標(biāo)準(zhǔn)值為混凝土強度等級標(biāo)準(zhǔn)值的1.5~2.0倍為宜。二、砼拌合及養(yǎng)護用水

1、作用①使拌合物具有流動性；②與水泥水化，使砼硬化。

2、要求──不含有雜質(zhì)

3、可用的水自來水、潔凈的天然水

4、水質(zhì)有疑問時：強度對比試驗混凝土用水的基本質(zhì)量要求是：不影響混凝土的凝結(jié)和硬化；無損于混凝土強度發(fā)展及耐久性；不加快鋼筋銹蝕；不引起預(yù)應(yīng)力鋼筋脆斷；不污染混凝土表面。142

三、骨料作用──力學(xué)、耐久性、經(jīng)濟分類——

細骨料0.16～5mm粗骨料＞5mm普通混凝土中所用細骨料，一般是由天然巖石長期風(fēng)化等自然條件形成的天然砂。根據(jù)產(chǎn)源不同，天然砂可分為河砂、海砂和山砂三類。普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵石兩種。粗、細骨料的總體積一般占混凝土體積的60~80%，所以骨料質(zhì)量優(yōu)劣，將直接影響到混凝土各項性質(zhì)的好壞?！?-2基本組成材料骨料的技術(shù)質(zhì)量要求有：1、有害雜質(zhì)①有機雜質(zhì)──妨礙水泥水化；②泥──降低界面粘結(jié)，增加用水量；③泥塊──形成薄弱區(qū)；④硫化物、硫酸鹽──體積膨脹反應(yīng)；⑤云母(砂中)──與水泥粘結(jié)差；⑥輕物質(zhì)(砂中)⑦氯鹽(砂中)──促進鋼筋銹蝕。1432、堅固性檢測：硫酸鈉溶液3、堿活性危害：集料中的a-SiO2與水泥中的堿發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹并導(dǎo)致混凝土開裂檢測：化學(xué)法、巖相法、長度法§4-2基本組成材料4、顆粒形狀、表面特征顆粒形狀──鵝卵形、棱角形、針狀、片狀顆粒形狀骨料空隙率骨料表面積拌合物需水量拌合物內(nèi)摩擦力拌合物工作性混凝土強度針、片狀定義：針狀顆粒是指長度大于該顆粒所屬粒級的平均粒徑2.4倍者；片狀顆粒是指厚度小于平均粒徑0.4倍者。平均粒徑系該粒級上、下限粒徑的平均值針片狀顆粒的危害：①比表面積大，空隙率大→用水量大，工作性差→砼強度↓②傾向于一個方向排列,受力時易折斷→砼耐久性↓144骨料品種碎石卵石性質(zhì)取決于母巖堅固,密實形狀棱角形鵝卵形表面特征粗糙光滑與水泥粘結(jié)好差砼拌合物流動性差難搗實流動性好易密實砼強度稍高稍低碎石和卵石的比較河砂：表面光滑、棱角少──與水泥粘結(jié)差，拌合物流動性好。山砂：表面粗糙、棱角多──與水泥粘結(jié)好，拌合物流動性差。§4-2基本組成材料1455、顆粒級配、粗細程度⑴級配定義──各粒徑顆粒的分布良好的級配應(yīng)當(dāng)能使骨料的空隙率和總表面積均較小，從而不僅所需水泥漿量較少，而且還可以提高混凝土的密實度、強度及其它性能。測定──篩分法表示方法─各號篩上的累計篩余的百分數(shù)§4-2基本組成材料(2)粗細程度定義──骨料的粗細程度是指不同粒徑的顆?；煸谝黄鸬钠骄旨毘潭取Ｏ嗤|(zhì)量的骨料，粒徑小，總表面積大；粒徑大，總表面積小，因而大粒徑的骨料所需包裹其表面的水泥漿量就少。也就是說，相同水泥漿量，包裹在大粒徑骨料表面的水泥漿層就厚，便能減小骨料間的摩擦。146①孔隙率要小，②表面積要小，③要有適量的細顆粒。

級配要求——147

（3）砂的顆粒級配、粗細程度砂的級配和粗細程度是用篩分析方法測試的。砂的篩分析方法是用一套孔徑為5.00、2.50、1.25、0.63、0.315及0.160的標(biāo)準(zhǔn)篩，將抽樣所得500g干砂，由粗到細依次過篩，然后稱得留在各篩上砂的重量，并計算各篩上的分計篩余百分率a1、a2、a3、a4、a5、a6（各篩上的篩余量占砂樣重量的百分率），及累計篩余百分率A1、A2、A3、A4、A5、A6（各個篩與比該篩粗的所有篩之分計篩余百分率之和）。累計篩余與分計篩余關(guān)系見表。任意一組累計篩余（A1~A6）表征了一個級配。§4-2基本組成材料表4－1分計篩余和累計篩余的關(guān)系篩孔尺寸（mm）分計篩余（%）累計篩余（%）5.002.501.250.6300.3150.160a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6148§4-2基本組成材料149§4-2基本組成材料砂的累計篩余計算篩孔尺寸/mm分計篩余/g分計篩余/%累計篩余/%525552.57014191.258016350.639018530.31512024770.161002097<0.16153100150§4-2基本組成材料砂的級配區(qū)及其曲線：我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定砂按0.63mm篩孔的累計篩余百分率計，分成三個級配區(qū)。砂的實際顆粒級配與表中所示累計篩余百分率相比，除5.00mm和0.630mm篩號外，允許稍有超出分界線，但其總量百分率不應(yīng)大于5%。以累計篩余百分率為縱坐標(biāo)，篩孔尺寸為橫坐標(biāo)，畫出砂的I、Ⅱ、Ⅲ級配區(qū)上下限的篩分曲線，配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用Ⅱ區(qū)砂；當(dāng)采用I區(qū)砂時，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥用量，以滿足混凝土的和易性；當(dāng)采用Ⅲ區(qū)砂時，宜適當(dāng)降低砂率，以保證混凝土強度。砂的細度模數(shù)：砂的粗細程度用細度模數(shù)表示，細度模數(shù)（Mx）按下式計算：

細度模數(shù)越大，表示砂越粗，普通混凝土用砂的細度模數(shù)范圍一般為3.7~1.6，其中3.7~3.1為粗砂3.0~2.3為中砂2.2~1.6為細砂1.5~0.7為特細砂配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用中砂。對特細砂，配制混凝土?xí)r要作特殊考慮。砂的細度模數(shù)不能反映其級配的優(yōu)劣，細度模數(shù)相同的砂，級配可以很不相同。所以配制混凝土?xí)r，必須同時考慮砂的級配和細度模數(shù)。151（4）石的顆粒級配和最大粒徑①顆粒級配石子的級配分為連續(xù)粒級和單粒級兩種，

六種連續(xù)粒級──砼工作性較好，不易離析。五種單粒級──不宜單獨使用，宜組合成連續(xù)級配。石子的級配通過篩分試驗確定，一套標(biāo)準(zhǔn)篩有孔徑為2.50，5.00，10.0，16.0，20.0，31.5，40.0，50.0，63.0，80.0和100mm共12個篩子，可按需選用篩號進行篩分，計算分計篩余百分率和累計篩余百分率。碎石和卵石的級配范圍要求是相同的，我國要求符合表8－6的規(guī)定。②最大粒徑粗骨料中公稱粒級的上限稱為該骨料的最大粒徑。Dmax↑→總表面積↓→需水量↓→水泥用量↓Dmax↑↑→界面應(yīng)力,砼不連續(xù)性↑→砼強度↓另外，Dmax≤結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，同時Dmax≤鋼筋間最小凈距的3/4；對于混凝土實心板，Dmax≤板厚的1/3，且Dmax≤40mm；對于泵送混凝土，骨料最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，碎石不宜大于1:3，卵石大宜大于1:2.5。石子粒徑過大，對運輸和攪拌都不方便。§4-2基本組成材料152吸水量全干飽和面干潤濕氣干總含水量表面含水量6、骨料含水量§4-2基本組成材料1537、強度作用：保證混凝土強度粗骨料必須致密、具有足夠強度，碎石的強度可用抗壓強度和壓碎指標(biāo)值表示，卵石的強度只用壓碎指標(biāo)表示。檢測：抗壓強度——立方體（邊長為50mm）、圓柱體試件（直徑與高均為50mm）碎石抗壓強度一般在混凝土強度等級大于或等于C60時才檢驗。通常要求巖石抗壓強度與混凝土強度等級之比不應(yīng)小于1.5。壓碎指標(biāo)——碎石、卵石碎石和卵石的壓碎指標(biāo)值測定，是將一定量氣干狀態(tài)的10～20mm石子裝入標(biāo)準(zhǔn)筒內(nèi)，按規(guī)定加荷速率，加荷至200KN，卸荷后稱取重量m0，再用2.5mm孔徑的篩篩除被壓碎的細粒，稱出剩留在篩上的試樣重量m1，按下式計算壓碎指標(biāo)值：壓碎指標(biāo)值越小，說明抗受壓破碎能力越強，?！?-2基本組成材料四、外加劑Admixtures

定義：摻量≤水泥質(zhì)量的5%，使砼改性的物質(zhì)。

1、分類①改善砼拌合物流變性──減水劑、泵送劑②調(diào)節(jié)砼凝結(jié)硬化性能──緩凝劑、早強劑③改善混凝土的耐久性──防凍劑、阻銹劑④調(diào)節(jié)砼氣體含量的外加劑──引氣劑、泡沫劑⑤提供混凝土特殊性能──膨脹劑、防水劑§4-2基本組成材料1552、減水劑Waterreducer⑴作用：在保持砼稠度不變的條件下，具有減水增強作用。 §4-2基本組成材料⑶減水機理⑵主要成份——表面活性劑156⑷效果①用水量一定時：→坍落度↑②坍落度、水泥用量一定時：→W↓→w/c↓→強度↑③坍落度、強度一定時：→W↓(w/c不變)→水泥用量↓§4-2基本組成材料⑸常用減水劑①木質(zhì)素磺酸鹽系減水10～15%

或提高強度10～20%

或提高坍落度80～100mm②萘系減水劑減水率15～25%③樹脂系減水劑減水率20～30%（三聚氰胺類、羧酸類）⑹注意事項①適宜摻量②是否伴有緩凝、引氣、早強等作用③與水泥的適應(yīng)性④對鋼筋的銹蝕作用1573、引氣劑airentrainingagent定義：在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布，穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。引氣劑是一種表面活性劑，對混凝土性能有以下幾種影響：（1）改善混凝土拌合物和易性。如圖，封閉的氣泡猶如滾珠，減少了水泥顆粒間摩擦，提高流動性。同時氣泡薄膜的形成也起到了保水作用。（2）提高抗摻性和抗凍性。引氣劑引入的封閉氣孔能有效隔斷毛細孔通道，并能減小泌水造成的孔縫，從而提高抗?jié)B性。另外，封閉氣孔的引入對水結(jié)