工程材料（第三版） 課件 閆宏生 項目4水泥

項目4水泥

水泥是一種粉狀水硬性無機膠凝材料。加水攪拌后成漿體，能在空氣中硬化或者在水中更好地硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結在一起形成水泥混凝土，是一種應用非常廣泛的建筑材料。水泥的分類

通用硅酸鹽水泥是由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。通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥（代號P·Ⅰ、P·Ⅱ）、普通硅酸鹽水泥(代號P·O）、礦渣硅酸鹽水泥(代號P·S）、火山灰質硅酸鹽水泥(代號P·P）、粉煤灰硅酸鹽水泥(代號P·F）和復合硅酸鹽水泥(代號P·C）。4.1通用硅酸鹽水泥4.1.1通用硅酸鹽水泥定義硅酸鹽水泥生產(chǎn)的簡要過程4.1.2通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)生產(chǎn)過程:1.破碎及預均化3.煅燒生料2.制備生料4.粉磨熟料4.1.2通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)

混合材料：根據(jù)礦物材料的性質不同，混合材料分為活性混合材料和非活性混合材料。活性混合材料可以改善水泥的某些性能，調節(jié)水泥的強度等級，降低水泥生產(chǎn)成本。主要有?；郀t礦渣、火山灰質混合材料和粉煤灰等。非活性混合材料可以調節(jié)水泥強度等級、提高水泥產(chǎn)量、降低水化熱等。主要有磨細石灰石、石英巖、慢冷高爐礦渣等。4.1.2通用硅酸鹽水泥生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的主要礦物組成（1）硅酸三鈣的水化。在水泥礦物中，硅酸三鈣含量最高，它與水作用時，反應較快，水化放熱量大，生成水化硅酸鈣及氫氧化鈣。（2）硅酸二鈣的水化。硅酸二鈣的水化產(chǎn)物與硅酸三鈣相同，但數(shù)量不同。其水化反應較慢，水化放熱量小。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化（3）鋁酸三鈣的水化。鋁酸三鈣與水作用時，反應極快，水化放熱量很大，生成水化鋁酸三鈣。水化鋁酸三鈣為晶體，易溶于水，它在石灰飽和溶液中能與氫氧化鈣進一步反應，生成水化鋁酸四鈣。（4）鐵鋁酸四鈣的水化。鐵鋁酸四鈣與水作用時反應也較快，水化熱中等，生成水化鋁酸三鈣及水化鐵酸鈣凝膠。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化水泥漿體結構

A—水泥顆粒；B—自由水；C—凝膠C—S—H；D—晶體［Ca(OH)2等］；E—毛細孔；F—氣孔4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化1.初始反應期水泥加水拌和成水泥漿的同時，水泥顆粒表面上的熟料礦物立即溶于水，并與水發(fā)生水化反應，或者固態(tài)的熟料礦物直接與水發(fā)生水化反應。這時伴有放熱反應，此即初始反應期。該階段時間很短，僅5～10min。這時由于水化物生成的速度很快，來不及擴散，因此便附著在水泥顆粒表面，形成膜層。膜層是以水化硅酸鈣凝膠為主體，其中分布著氫氧化鈣等晶體，所以，通常稱之為凝膠體膜層。凝膠體膜層的形成，會妨礙水泥的水化。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化2.潛伏期初始反應以后，由于凝膠體膜層的形成，水化反應和放熱速度變慢。在一段時間（30～60min）內，水泥顆粒仍是分散的，水泥漿的流動性基本保持不變。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化3.凝結期經(jīng)過1～6h，放熱速度加快，并達到最大值，說明水泥繼續(xù)加速水化。原因是凝膠體膜層雖然妨礙水分的滲入，使水化速度減慢，但因為它是半透膜，水分向膜層內滲透的速度大于膜層內水化物向外擴散的速度，所以產(chǎn)生滲透壓，導致膜層破裂，使水泥顆粒得以繼續(xù)水化。由于水化物的增多和凝膠體膜層的增厚，被膜層包裹的水泥顆粒逐漸接近，以致在接觸點互相粘結，形成網(wǎng)狀結構，水泥漿體變稠，失去可塑性，這就是凝結過程。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化4.硬化期由于水泥顆粒之間的空隙逐漸縮小為毛細孔，水化生成物進一步填充毛細孔，毛細孔越來越少，使水泥漿體結構更加緊密，逐漸產(chǎn)生強度。在適宜的溫度和濕度條件下，水泥強度可繼續(xù)增長，此即硬化階段。水泥漿體硬化后的石狀物稱為水泥石。水泥石是由膠凝體、未水化的水泥顆粒內核和毛細孔等組成的非均質體。4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化

水泥熟料礦物成分：鋁酸三鈣相對含量高，凝結硬化快。水泥細度：水泥顆粒越細，總表面積越大，與水反應時接觸面積增加，水泥的水化反應速度加快，凝結硬化快。

拌和用水量：拌和用水量過多，加大了水化產(chǎn)物之間的距離，減弱了分子間的作用力，延緩了水泥的凝結硬化。

4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化5.影響因素

養(yǎng)護條件：是保障水泥水化和凝結硬化的重要外界條件。提高溫度可以促進水泥水化，加速凝結硬化，并且有利于水泥強度增長。

混合材料摻量：摻入混合材料后，使水泥熟料中礦物成分含量相對減少，凝結硬化變慢。石膏摻量：石膏摻量過多或過少，都會加快水泥的凝結硬化。

4.1.3通用硅酸鹽水泥凝結硬化5.影響因素氧化鎂含量：水泥熟料中，存在游離的氧化鎂，可以引起水泥體積安定性不良。

三氧化硫含量：三氧化硫含量超出一定限度，在水泥石硬化后，還會繼續(xù)與水化產(chǎn)物反應，產(chǎn)生體積膨脹性物質，引起水泥體積安定性不良，導致結構物破壞。

不溶物：不溶物是指水泥經(jīng)酸和堿處理后，不能被溶解的殘余物。不溶物的存在會影響水泥的粘結質量。

4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質（一）化學要求燒失量：燒失量是指水泥在一定的灼燒溫度和時間內，經(jīng)高溫灼燒后的質量損失率。水泥煅燒不理想或者受潮后，會導致燒失量增加。

氯離子含量：當水泥中的氯離子含量較高時，容易使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，降低結構的耐久性。

4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質（一）化學要求（二）堿含量

堿含量指水泥中Na2O與K2O的總量，堿含量的大小用Na2O＋0.658K2O的計算值來表示。當水泥中的堿含量較高，骨料又具有一定的活性時，容易產(chǎn)生堿骨料反應，降低結構的耐久性。4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質（三）密度

水泥的密度與其熟料礦物組成、儲存時間、儲存條件以及熟料的煅燒程度有關。

（四）水泥細度

指水泥顆粒的粗細程度。水泥顆粒越小，水泥顆?？偙砻娣e越大，與水發(fā)生水化反應的速度越快，水泥石早期強度越高；水泥硬化收縮越大，易受潮而降低活性，成本越高。討論與分析

指水泥凈漿達到標準稠度時的用水量，通常以占水泥質量的百分數(shù)來表示。

？為了使試驗結果具有可比性

為什么在測定水泥的凝結時間、體積安定性時，要將水泥凈漿稠度達到標準稠度呢？（五）標準稠度用水量4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質水泥的凝結時間分初凝時間和終凝時間。（六）凝結時間水泥全部加入水中水泥漿開始失去可塑性水泥漿完全失去可塑性初凝終凝4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質引起水泥體積安定性不良的原因

指水泥硬化后體積變化是否均勻的性質。

水泥硬化后體積發(fā)生不均勻膨脹，導致水泥制品產(chǎn)生開裂、翹曲等現(xiàn)象。

熟料中含有過多的游離CaO

熟料中含有過多的游離MgO

石膏摻量過多（七）體積安定性4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質水泥與水發(fā)生水化反應所放出的熱量。對工程的影響

在混凝土冬期施工時，水化熱有利于水泥的凝結、硬化和防止混凝土受凍對于大體積混凝土工程中是非常不利（九）水化熱

(八)強度根據(jù)3d、28d的抗壓強度和抗折強度大小劃分強度等級，帶R的為早強型水泥。4.1.4通用硅酸鹽水泥的技術性質

4.1.5水泥石的腐蝕與防止硅酸鹽水泥硬化后形成的水泥石，在正常環(huán)境條件下將繼續(xù)硬化，強度不斷增長。但在某些腐蝕性液體或氣體的長期作用下，水泥石就會受到不同程度的腐蝕，嚴重時會使水泥石強度明顯降低甚至完全破壞，這種現(xiàn)象稱為水泥石的腐蝕。常見的水泥石腐蝕有軟水侵蝕（溶出性侵蝕）、酸類侵蝕（溶解性侵蝕）、鹽類腐蝕和強堿腐蝕等。除上述四種侵蝕類型外，對水泥石有腐蝕作用的還有糖類、酒精、脂肪、氨鹽和含環(huán)烷酸的石油產(chǎn)品等。1.軟水侵蝕（溶出性侵蝕）軟水能使水泥水化產(chǎn)物中的Ca(OH）2溶解，并促使水泥石中其他水化產(chǎn)物發(fā)生分解，導致強度下降，故軟水侵蝕稱為“溶出性侵蝕”。在水量不多或無水壓的情況下，由于周圍的水迅速被溶出的Ca(OH）2所飽和，溶出作用很快中止，破壞僅發(fā)生于水泥石的表面部位，危害不大。當水泥石滲透性較大而又受壓力水作用時，水不僅能滲入內部，而且還能產(chǎn)生滲透作用，將Ca(OH）2溶解并滲濾出來，這樣不僅減小了水泥石的密實度，還會影響其強度。而且由于液相中Ca(OH）2的濃度降低，還會破壞原來水化物間的平衡堿度，而引起其他水化產(chǎn)物的溶解或分解，最后變成一些無膠凝能力的硅酸凝膠、Al(OH)3、Fe(OH)3等，水泥石結構徹底遭受破壞。4.1.5水泥石的腐蝕與防止2.酸類侵蝕當水中溶有一些無機酸或有機酸時，硬化水泥石就受到溶析和化學溶解雙重的作用。酸類離解出來的H+離子和酸根R-離子，分別與水泥石中Ca(OH)2的OH-和Ca2+結合成水和鈣鹽。2H++2OH-→2H2OCa2++2R-→CaR24.1.5水泥石的腐蝕與防止3.鹽類腐蝕在一些湖水、海水、沼澤水、地下水以及某些工業(yè)污水中常含有鈉、鉀、銨等的硫酸鹽，它們會先與硬化的水泥石結構中的Ca(OH)2起置換反應，生成CaSO4。CaSO4再與水泥石中的水化硫鋁酸鈣起反應，生成高硫型水化硫鋁酸鈣。由于高硫型水化硫鋁酸鈣含有大量結晶水，其體積較原體積膨脹2.22倍，會產(chǎn)生巨大的膨脹應力，因此對水泥石的破壞很大。當水中硫酸鹽的濃度較高時，CaSO4會在孔隙中直接結晶成二水石膏，造成膨脹壓力，引起水泥石的破壞。4.1.5水泥石的腐蝕與防止4.強堿腐蝕硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物呈堿性，一般堿類溶液濃度不大時不會對水泥石造成明顯的損害。但鋁酸鹽（C3A）含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿（如NaOH）時會發(fā)生反應，生成的鋁酸鈉溶于水。當水泥石被NaOH浸透后又在空氣中干燥，則溶于水的鋁酸鈉會與空氣中的CO2反應生成Na2CO3。由于水分失去，Na2CO3在水泥石毛細管中結晶膨脹，引起水泥石疏松、開裂。4.1.5水泥石的腐蝕與防止（1）根據(jù)環(huán)境特點，合理選擇水泥品種如處于軟水環(huán)境的工程，常選用摻混合材料的礦渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，因為這些水泥的水泥石中氫氧化鈣含量低，對軟水侵蝕的抵抗能力強。（2）提高水泥石的密實度通過減小水灰比，摻加外加劑，采用機械攪拌和機械振搗，可以提高水泥石的密實度，降低水泥石的孔隙率。

（3）在水泥石表面敷設保護層在水泥石的表面涂抹或鋪設保護層，隔斷水泥石和外界的腐蝕性介質的接觸。5.防止措施4.1.5水泥石的腐蝕與防止

1．硅酸鹽水泥

（1）凝結硬化快，早期及后期強度均高適用于有早強要求的工程（如冬季施工、預制、現(xiàn)澆等工程），高強度混凝土工程（如預應力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土）。

（2）抗凍性好適用于抗凍性要求高的工程。

（3）水化熱高不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。4.1.6通用硅酸鹽水泥的特性與應用

（4）耐腐蝕性差因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。不宜用于流動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。

（5）抗碳化性好因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護作用較強。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。

（6）耐熱性差因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。

（7）耐磨性好適用于高速公路、道路和地面工程。4.1.6通用硅酸鹽水泥的特性與應用

2．普通硅酸鹽水泥由于普通硅酸鹽水泥中混合材料的摻量較少，所以普通硅酸鹽水泥的特點與硅酸鹽水泥差別不大，適用范圍與硅酸鹽水泥基本相同。

3．礦渣硅酸鹽水泥（1）與普通硅酸鹽水泥一樣，能應用于任何地上工程、配制各種混凝土及鋼筋混凝土。（2）適用于地下或水中工程，以及經(jīng)常受較高水壓的工程。對于要求耐淡水侵蝕和耐硫酸鹽侵蝕的水工或海工建筑尤其適宜。（3）因水化熱較低，適用于大體積混凝土工程。（4）最適用于蒸汽養(yǎng)護的預制構件。（5）適用于受熱（200℃以下）的混凝土工程。

4.1.6通用硅酸鹽水泥的特性與應用4.火灰山質硅酸鹽水泥火灰山質硅酸鹽水泥的技術性質與礦渣硅酸鹽水泥比較接近，主要適用范圍如下：（1）最適宜用在地下或水中工程，尤其是需要抗?jié)B性、抗淡水及抗硫酸鹽侵蝕的工程中。（2）可以與普通硅酸鹽水泥同樣用在地面工程，但用軟質混合材料的火山灰水泥，由于干縮變形較大，不宜用于干燥地區(qū)或高溫車間。（3）適宜用蒸汽養(yǎng)護生產(chǎn)混凝土預制構件。（4）由于水化熱較低，所以宜用于大體積混凝土工程。但是，火山灰質硅酸鹽水泥不適用于早期強度要求較高、耐磨性要求較高的混凝土工程；其抗凍性較差，不宜用于受凍部位。

4.1.6通用硅酸鹽水泥的特性與應用5．粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥與火山灰質硅酸鹽水泥相比較有著許多相同的特點，其適用范圍如下：（1）除使用于地面工程外，還非常適用于大體積混凝土以及水中結構工程等。（2）粉煤灰硅酸鹽水泥的缺點是泌水較快，易引起失水裂縫，因此在混凝土凝結期間宜適當增加抹面次數(shù)，在硬化期應加強養(yǎng)護。6．復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥的特性與礦渣硅酸鹽水泥、火灰山質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥相似，并取決于所摻混合材料的種類及相對比例。

4.1.6通用硅酸鹽水泥的特性與應用散裝水泥

隨機地從不少于3個車罐中各取等量水泥。袋裝水泥

隨機地從不少于20袋中各取等量水泥。

將所取水泥混拌均勻后，再從中稱取不少于12Kg水泥作為檢驗試樣。一.水泥檢驗樣品的確定方法4.1.7水泥的質量評定、驗收與保管檢查、核對水泥出廠的質量檢驗報告

水泥出廠的質量檢驗報告，不僅是驗收水泥的技術保證依據(jù)，也是施工單位長期保存的技術資料，還可以作為工程質量驗收時工程用料的技術憑證。核對試驗報告的編號與實收水泥的編號是否一致，試驗項目是否齊全，試驗測值是否達到國家標準要求。

水泥安定性仲裁檢驗時，應在水泥取樣之日起10天以內完成。

二.水泥的驗收4.1.7水泥的質量評定、驗收與保管核對包裝及標志是否相符

水泥包裝袋上應清楚標明：執(zhí)行標準、水泥品種、代號、強度等級、生產(chǎn)者名稱、生產(chǎn)許可證標志（QS）及編號、出廠編號、包裝日期、凈含量。包裝袋兩側應根據(jù)水泥的品種采用不同的顏色印刷水泥名稱和強度等級。

散裝運輸時應提交與袋裝標志相同內容的卡片。

填寫水泥進場驗收記錄二.水泥的驗收4.1.7水泥的質量評定、驗收與保管

防水防潮：水泥在存放過程中很容易吸收空氣中的水分產(chǎn)生水化作用，凝結成塊，降低水泥強度，影響水泥的正常使用，因此，水泥應在干燥環(huán)境條件下存放。

分類儲存：不同品種、強度等級、生產(chǎn)廠家、出廠日期的水泥，應分別儲存，并加以標志，不得混雜。

儲存期不宜過長：袋裝水泥儲存期不宜超過3個月，使用時應做到先存先用，不可儲存過久。三.水泥的保管4.1.7水泥的質量評定、驗收與保管特性水泥是指其某種性能比較突出的水泥，如快凝快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥、膨脹水泥、低水化熱水泥等。4.2特性水泥與專用水泥4.2.1特性水泥1.快硬硫鋁酸鹽水泥以適當成分的生料，燒成以無水硫鋁酸鈣［3（CaO·Al2O3）·CaSO4］和β型C2S為主要礦物成分的熟料，加入適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁酸鹽水泥。快硬硫鋁酸鹽水泥按3d的強度劃分為425、525、625、725四個標號。這是一種早期強度很高的水泥，其12h強度即可達3d強度的60％～70％?？煊擦蜾X酸鹽水泥具有快凝、早強、不收縮的特點，可用于配制早強、抗?jié)B和抗硫酸鹽侵蝕的混凝土，適用于負溫施工（冬期施工），漿錨、噴錨支護，搶修、堵漏，水泥制品及一般建筑工程。4.2.1特性水泥2.低水化熱水泥低水化熱水泥包括低熱硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣硅酸鹽水泥。以適當成分的硅酸鹽水泥熟料加入適量的石膏，磨細制成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料，稱為低熱硅酸鹽水泥，簡稱低熱水泥．代號P·LH。以適當成分的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細制成的具有中等水化熱的水硬性膠凝材料，稱為中熱硅酸鹽水泥（簡稱中熱水泥），代號為P·MH。中熱水泥主要適用于大壩溢流面或大體積建筑物的面層和水位變化區(qū)等部位，要求具有低水化熱和較高耐磨性、抗凍性的工程；低熱水泥主要適用于大壩或大體積混凝土內部及水下等要求具有低水化熱的工程。4.2.1特性水泥3.抗硫酸鹽硅酸鹽水泥根據(jù)抵抗硫酸鹽侵蝕的程度不同，抗硫酸鹽硅酸鹽水泥分中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥和高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥兩種。以特定礦物組成的硅酸鹽水泥熟料，加入適量石膏，磨細制成的具有抵抗中等濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，簡稱中抗硫酸鹽水泥，代號P·MSR。具有抵抗較高濃度硫酸根離子侵蝕的水硬性膠凝材料，稱為高抗硫酸鹽水泥，代號P·HSR?？沽蛩猁}硅酸鹽水泥熟料中鋁酸三鈣的含量比較低?？沽蛩猁}硅酸鹽水泥的抗侵蝕能力以抗硫酸鹽腐蝕系數(shù)F來評定?？沽蛩猁}硅酸鹽水泥具有較高的抗硫酸鹽侵蝕能力，水化熱較低，主要用于受硫酸鹽侵蝕的海港、水利、地下隧道、引水、道路與橋梁基礎等工程。4.2.1特性水泥4.鋁酸鹽水泥凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為鋁酸鹽水泥，代號為CA。鋁酸鹽水泥的主要礦物組成是鋁酸一鈣（CaO·Al2O3，簡寫為CA）和其他鋁酸鹽礦物以及少量的硅酸二鈣（2CaO·SiO2）。CA具有很高的水化活性，其凝結正常，但硬化迅速，是鋁酸鹽水泥的強度來源。鋁酸鹽水泥早期強度