土木工程材料第四章水泥

唐山啟新水泥廠辦公樓，震后只有二樓破壞嚴(yán)重，墻磚塌落，鋼筋尤存唐山啟新水泥廠倉(cāng)庫(kù)三樓窗柱水泥分類(lèi)性能和用途鋁酸鹽系列水泥、硫鋁酸鹽系列水泥、鐵鋁酸鹽系列水泥

水泥硅酸鹽系列水泥通用水泥專(zhuān)用水泥特性水泥化學(xué)成分

用于—般土木工程的水泥,如普通硅酸鹽水泥專(zhuān)門(mén)用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥

第一節(jié)硅酸鹽水泥第二節(jié)摻混合材料的硅酸鹽水泥第三節(jié)特種水泥

一、硅酸鹽水泥的概念二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝

及礦物組成

三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化

四、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治六、硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用硅酸鹽水泥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)特性應(yīng)用生產(chǎn)礦物組成和特性腐蝕與防止

凡由硅酸鹽水泥熟料、05%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）硅酸鹽水泥分兩種類(lèi)型，不摻加混合材料的稱(chēng)型硅酸鹽水泥，其代號(hào)為P。在硅酸鹽水泥熟料粉磨時(shí)摻加不超過(guò)水泥質(zhì)量5%石灰石或粒化高爐礦渣混合材料的稱(chēng)型硅酸鹽水泥，其代號(hào)為P。1、生產(chǎn)工藝熟料石灰質(zhì)原料粘土質(zhì)原料鐵質(zhì)原料水泥成品石膏生料煅燒1450°C磨細(xì)磨細(xì)按比例混合水泥回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)示意圖2、礦物組成硅酸鹽水泥的主要熟料礦物的名稱(chēng)和含量范圍如下：硅酸三鈣3CaOSiO2，簡(jiǎn)寫(xiě)為C3S，含量37%60%硅酸二鈣2CaOSiO2，簡(jiǎn)寫(xiě)為C2S,含量15%37%鋁酸三鈣3CaOAl2O3

，簡(jiǎn)寫(xiě)為C3A，含量7%15%鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3，簡(jiǎn)寫(xiě)C4AF，10%18%

各種熟料礦物單獨(dú)與水作用時(shí)表現(xiàn)出的特征各種熟料礦物的強(qiáng)度增長(zhǎng)凝結(jié)：水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過(guò)程。硬化：隨后產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度，并逐漸發(fā)展而成為堅(jiān)硬的人造石。有關(guān)概念：凝結(jié)

初凝

終凝硬化膠凝材料＋水流動(dòng)性可塑性強(qiáng)度1、水泥的水化反應(yīng)及水化產(chǎn)物2C3S+6H2O==3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)22C2S+4H2O==3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2

C3A+6H2O==3CaOAl2O36H2O

C4AF+7H2O==3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O

4CaOAl2O313H2O+3(CaSO42H2O)

+14H2O==

3CaOAl2O33CaSO432H2O+Ca(OH)2

2C3A+3CaOAl2O33CaSO432H2O+4H2O==3(3CaOAl2O3CaSO412H2O)2、水泥凝結(jié)硬化過(guò)程（機(jī)理）（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(zhǎng)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)孔硬化后的水泥石包含有凝膠、晶體、未水化的水泥內(nèi)核、水和孔隙。

硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的特點(diǎn)：（1）是由表及里進(jìn)行的。（2）水分和溫度是硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化的必要條件。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)度水化熱標(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

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(cè)定:比表面積法（單位質(zhì)量的粉末所具有的總表面積）《通用硅酸鹽水泥》（GB2007）規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300㎡/kg。水化熱2、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量3、凝結(jié)時(shí)間4、體積安定性5、強(qiáng)度1、細(xì)度

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：為了使水泥凝結(jié)時(shí)間、體積安定性等的測(cè)定具有準(zhǔn)確的可比性，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用標(biāo)準(zhǔn)稠度儀測(cè)定水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量。水化熱標(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

初凝：自加水拌和起，到標(biāo)稠凈漿開(kāi)始失去可塑性所需的時(shí)間。

終凝：自加水拌和起，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：初凝不大于45min，終凝不遲于390min。凝結(jié)時(shí)間不滿(mǎn)足要求者為不合格品。水化熱標(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

體積安定性：水泥漿在硬化過(guò)程中，體積變化的均勻性能。原因：（1）熟料中f-CaO，f-MgO過(guò)多；（2）石膏過(guò)量。測(cè)定方法：沸煮法、雷氏法。規(guī)定:f-MgO≯5%SO3≯3.5%水化熱案例1

1994年10月28日～11月17日，由南通市建筑總公司開(kāi)發(fā)建設(shè)、施工的錦海花園錦普大廈工程，第11～14層結(jié)構(gòu)工程出現(xiàn)重大質(zhì)量事故。事故原因是該結(jié)構(gòu)使用了由上海中山商務(wù)實(shí)業(yè)公司莊木建材分公司供應(yīng)的安徽濉溪縣供電局水泥廠生產(chǎn)的電力牌普通硅酸鹽425號(hào)水泥。經(jīng)市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站等專(zhuān)業(yè)部門(mén)檢測(cè)，這種產(chǎn)品是不合格的水泥。為此，市建委、市建管辦決定將其推倒重澆，并追究有關(guān)部門(mén)、單位對(duì)事故造成的經(jīng)濟(jì)損失和事故的責(zé)任。案例2

衡陽(yáng)“11·3”火災(zāi)中倒塌的衡州大廈殘樓日前已全部拆除完畢，火災(zāi)坍塌事故原因調(diào)查取得進(jìn)展。聯(lián)合調(diào)查組初步認(rèn)定，導(dǎo)致大廈坍塌的根本原因是大火燃燒時(shí)，大廈西部偏北的5根柱子損毀嚴(yán)重，這5根柱子在重載的壓力下倒塌，繼而引起衡州大廈3000多平方米建筑的坍塌。記者從聯(lián)合調(diào)查組了解到，坍塌的衡州大廈建筑質(zhì)量存在問(wèn)題，在大廈的一些局部地方，鋼筋數(shù)量比較少，用的鋼筋沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)配備那么粗，在澆注大廈西南部位的時(shí)候，用了20噸不合格的水泥。

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

GB規(guī)定：用水泥膠砂強(qiáng)度測(cè)定。試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸:4040160mm水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂:水=1:3:0.5養(yǎng)護(hù)條件：20+1℃水中摻標(biāo)準(zhǔn)砂的原因：（1）水泥凈漿體積收縮，易產(chǎn)生裂縫，不利于強(qiáng)度的測(cè)定（2）實(shí)際中均用砂漿，而很少用凈漿。水化熱硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度要求(GB2007)強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度compressivestrength抗折強(qiáng)度bendingstrength3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0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

1—3d齡期內(nèi)水化放熱量為總放熱量的50%，7d為75%，6個(gè)月為83—91%。水化熱五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類(lèi)型（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止軟水腐蝕（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類(lèi)型亦稱(chēng)溶出性侵蝕，雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水等都屬于軟水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O

溶析自動(dòng)填實(shí)鹽類(lèi)腐蝕酸類(lèi)腐蝕強(qiáng)堿腐蝕1、硫酸鹽的腐蝕4CaO?Al2O3?12H2O+3CaSO4+20H2O=3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+Ca(OH)2水泥桿菌2、鎂鹽的腐蝕MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4

?2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)21、碳酸腐蝕Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O==CaH(CO3)22、一般酸的腐蝕2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO4?2H2O3CaO?Al2O3+6NaOH=3NaO?Al2O3+3Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2CO3+H2O（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因1、水泥石內(nèi)含有易引起腐蝕的成分2、水泥石本身不密實(shí)3、外界有腐蝕的介質(zhì)存在（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止1、根據(jù)環(huán)境，合理選擇水泥品種。2、提高水泥石的密實(shí)度。3、加做保護(hù)層，加不透水的瀝青層。4、對(duì)具有特殊要求的抗侵蝕混凝土，采用聚合物混凝土。

六、硅酸鹽水泥的特性、應(yīng)用

1.強(qiáng)度等級(jí)高、強(qiáng)度發(fā)展快；2.水化熱高，抗凍性好；3.干縮小，耐磨好；4.抗碳化較好；5.耐腐蝕性差；6.耐熱性較差，應(yīng)用溫度低于250℃。

一、水泥混合材料二、混合材料的類(lèi)別三、普通硅酸鹽水泥四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥摻入目的：（1）提高產(chǎn)量，降低成本。（2）充分利用工業(yè)廢料。（3）調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí)。（4）改善性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

活性混合材料非活性混合材料活性混合材料非活性混合材料

混合材料磨成細(xì)粉，與石灰或與石灰和石膏拌合在一起，并加水后，在常溫下，能生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物，既能在水中，又能在空氣中硬化的，稱(chēng)為活性混合材料。?；郀t礦渣,火山灰質(zhì),粉煤灰活性混合材料非活性混合材料

非活性混合材料是指不與水泥成分起化學(xué)作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填充作用，摻入的目的主要是為了提高水泥的產(chǎn)量，調(diào)整水泥的標(biāo)號(hào)，減少水化熱，故又被稱(chēng)為填充性混合材料?；旌喜乃嗥贩N水泥熟料+6~20%活性混合材普通硅酸鹽水泥P.O20~50%礦渣A型礦渣硅酸鹽水泥P.S.A50~70%礦渣B型礦渣硅酸鹽水泥P.S.B20~40%火山灰火山灰硅酸鹽水泥P.P20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥P.F20~50%兩種以上混合材復(fù)合硅酸鹽水泥P.C混合材水泥的水化特點(diǎn)-----二次反應(yīng)水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣氫氧化鈣鈣礬石水泥熟料+水混合材SiO2/Al2O3+Ca(OH)2+H2O水化硅酸鈣水化鋁酸鈣第一次反映第二次反應(yīng)三、普通硅酸鹽水泥性能與硅酸鹽水泥基本相同。是用量最大的水泥品種之一。四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥

二次水化：1、水泥熟料水化，水化生成Ca(OH)2。2、Ca(OH)2與混合材料中的活性物質(zhì)SiO2、Al2O3發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鹽鈣、水化鋁酸鈣。性質(zhì)：1、強(qiáng)度發(fā)展：凝結(jié)硬化速度較慢，早期強(qiáng)度發(fā)展慢，后期發(fā)展較快。2、耐腐蝕性較強(qiáng)3、水化熱低4、適于蒸汽養(yǎng)護(hù)5、抗凍性差6、抗碳化能力差7、礦渣水泥耐熱性好，干縮大；火山灰水泥抗?jié)B性強(qiáng)，粉煤灰水泥收縮性小，抗裂性好。復(fù)合水泥綜合性質(zhì)好。

第三節(jié)特種水泥

一、高鋁水泥(high-aluminacement)

二、快硬硅酸鹽水泥三、白水泥與彩色水泥四、膨脹水泥與自應(yīng)力水泥一、高鋁水泥

凡以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量50%的熟料磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱(chēng)為高鋁水泥原料為石灰石、鋁礬土（Al2O3>50%）

礦物組成:鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣、鋁方柱石、七鋁酸十二鈣一、高鋁水泥水化產(chǎn)物：

<20C

CA+10H2O===CaO.Al2O3.10H2O20C-30C

CA+11H2O===2CaO.Al2O3.8H2O+Al2O3.3H2O

>30C

3CA+12H2O===3CaO.Al2O3.6H2O+2(Al2O3.3H2O)一、高鋁水泥性質(zhì):

1、強(qiáng)度發(fā)展迅速，24小時(shí)內(nèi)可達(dá)到最高強(qiáng)度的80%左右。2、低溫下（5-10C）能很好硬化。3、耐腐蝕性好。4、耐濃酸、堿溶液性能不好5、放熱大且集中。6、耐高溫好。7、長(zhǎng)期強(qiáng)度及其他性能有下降的趨勢(shì)。一、高鋁水泥水泥類(lèi)型Kindsofcement抗壓強(qiáng)度(MPa)compressivestrength抗折強(qiáng)度(MPa)bendingstrength6h1d3d28d6h1d3d28dCA-50204050---3.05.56.5---CA-60---204585---2.55.010.0CA-70---3040------5.06.0---CA-