第二章-膠凝材料

第二章無(wú)機(jī)膠凝材料本章主要內(nèi)容

石膏

石灰

水玻璃

硅酸鹽水泥

摻混合材的硅酸鹽水泥

其它品種水泥概念膠凝材料：凡是自身經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)作用，能夠由漿體變?yōu)槭癄铙w，并能將松散材料膠結(jié)成整體的物質(zhì)。氣硬性膠凝材料水硬性膠凝材料分類

氣硬性膠凝材料：石灰、石膏等無(wú)機(jī)膠凝材料（礦物膠凝材料）

水硬性膠凝材料：各種水泥有機(jī)膠凝材料（瀝青材料及樹(shù)脂等）

凝結(jié)與硬化膠凝材料+水(或溶液)可塑性漿體開(kāi)始失去可塑性開(kāi)始失去可塑性凝結(jié)階段硬化階段初凝時(shí)間終凝時(shí)間§2-1石膏一、石膏的種類

天然二水石膏化工石膏天然無(wú)水石膏建筑石膏（半水石膏）高強(qiáng)石膏天然二水石膏

天然二水石膏（CaSO4·2H2O）礦石是生產(chǎn)石膏膠凝材料的主要原料，純凈的天然二水石膏礦石呈無(wú)色透明或白色，但天然石膏常含有各種雜質(zhì)而呈灰色，褐色，黃色，紅色，黑色等顏色?；な嗷な嗍侵敢恍┖蠧aSO4·2H2O與CaSO4混合物的化工副產(chǎn)品及廢渣，也可作為生產(chǎn)石膏的原料，例如磷石膏是制造磷酸時(shí)的廢渣，此外還有鹽石膏、硼石膏、黃石膏、鈦石膏等。天然無(wú)水石膏

天然無(wú)水石膏（CaSO4）結(jié)晶緊密，結(jié)構(gòu)比天然二水石膏致密，質(zhì)地較硬，難溶于水，又稱天然硬石膏。天然硬石膏密度為2.9～3.1g/cm3，一般作為生產(chǎn)水泥的原料。高強(qiáng)石膏若將二水石膏置于具有0.13MPa、124℃的過(guò)飽和蒸汽條件下蒸壓，或置于某些鹽溶液中沸煮，可獲得晶粒較粗、較致密的α型半水石膏（α-CaSO4·1/2H2O），這就是高強(qiáng)石膏。高強(qiáng)石膏晶粒粗大，調(diào)制成漿體時(shí)需水量較小，因而強(qiáng)度較高。

建筑石膏（半水石膏）

β半水石膏（β-CaSO4·1/2H2O）二、建筑石膏（半水石膏）生產(chǎn)

(1)原料:天然石膏或含硫酸鈣的工業(yè)廢渣

(2)過(guò)程:破碎、加熱、磨細(xì)CaSO4.2H2Oβ-CaSO4.0.5H2O+1.5H2Oα-CaSO4.0.5H2O+1.5H2O120℃-180℃干燥空氣中125℃-150℃加壓水蒸汽條件項(xiàng)目晶粒特點(diǎn)標(biāo)稠需水量%凝結(jié)硬化抗壓強(qiáng)度/MPa比表面積/m2.g-1α-半水石膏粗大完整連生0.40-0.45慢24-4019.3β-半水石膏細(xì)小片狀0.70-0.80快7-1047兩種半水石膏的特點(diǎn)

2建筑石膏的凝結(jié)硬化

CaSO4.0.5H2O+H2O→CaSO4.2H2O

①溶解析晶理論(溶解沉淀理論)

半水石膏在20℃水中的溶解度:8.16g/L

二水石膏在20℃水中的溶解度:2.05g/L

②局部化學(xué)反應(yīng)理論(膠體理論)建筑石膏凝結(jié)硬化示意圖

１——半水石膏；２——二水石膏膠體微粒；３——二水石膏晶體；４——交錯(cuò)的晶體

(1)

水化作用快，凝結(jié)硬化快

CaSO4.1/2H2O+3/2H2OCaSO4.2H2O建筑石膏初凝僅需5min，終凝20~30min，一周后即完全硬化。需要加緩凝劑：骨膠、皮膠、紙漿廢液、硼砂等。建筑石膏的技術(shù)特性(2)硬化后孔隙率較大，強(qiáng)度較低建筑石膏的強(qiáng)度指標(biāo)石膏等級(jí)優(yōu)等品一等品合格品抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）2.54.92.13.91.82.9硬化石膏的結(jié)構(gòu)

(3)硬化后具有保溫隔熱和吸聲性能(4)

硬化體吸濕性強(qiáng),可調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度(5)水化硬化時(shí)體積膨脹(6)

石膏制品具有良好的防火性(7)

石膏制品耐水性差(8)

石膏制品有良好的可加工性(9)

石膏制品裝飾性好建筑石膏的應(yīng)用石膏制品具有保溫、隔熱、不燃、不蛀、隔聲、可釘、可鋸、污染小等優(yōu)點(diǎn).

主要應(yīng)用：①粉刷石膏:面層粉刷石膏、底層粉刷石膏和保溫層粉刷石膏.②建筑石膏制品:石膏砌塊、紙面石膏板、纖維石膏板、空心石膏條板藝術(shù)裝飾石膏制品.§2-2石灰

一、建筑生石灰的生產(chǎn)（一）原料（二）生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝原料以碳酸鈣為主的天然原料：石灰?guī)r（limestone）、白堊、白云質(zhì)石灰?guī)r、貝殼等。巖石名稱

方解石含量（%）

白云石含量（%）

石灰?guī)r含白云質(zhì)灰?guī)r白云質(zhì)灰?guī)r

100--9595--7575--500--55--2525--50鈣質(zhì)白云巖含鈣質(zhì)白云巖白云巖50--2525--55--050--7575--9595--100石灰石白云質(zhì)石灰石白堊貝殼生產(chǎn)石灰窯（Limekiln）

900℃CaCO3CaO+CO2↑-178kJ

（塊狀生石灰）土窯立窯河北省唐山豐南石源冶金爐料公司2002年5月建成投產(chǎn)日產(chǎn)480噸的節(jié)能型石灰立窯回轉(zhuǎn)窯武鋼烏龍泉礦日產(chǎn)600噸回轉(zhuǎn)窯豎窯唐山三豐集團(tuán)2003年10月建成投產(chǎn)4×140m3氣燒石灰豎窯生石灰——CaO（QuickLime)正火（燒）石灰（Normallyburntlime）欠火（燒）石灰（Underburntlime）過(guò)火（燒）石灰(Verburntlime)鎂質(zhì)石灰(High-magnesiumlime)MgO>5%、熟化和硬化較慢，但強(qiáng)度較高鈣質(zhì)石灰(Siliceouslime)MgO<5%

石灰的熟化（消解）CaO+H2O——→Ca(OH)2+64.9KJ(熟石灰、消石灰)

（

LimeHydrate，Slakedlime）

熟化特點(diǎn)（1）放熱量大：（2）體積膨脹：1~2.5倍

熟化方法

消石灰粉法

石灰漿法

石灰熟化示意圖陳伏：石灰漿在儲(chǔ)灰坑內(nèi)陳伏2周以上。熟石灰的硬化

結(jié)晶過(guò)程

石灰漿：Ca(OH)2+H2O

析晶蒸發(fā)(吸收)碳化過(guò)程

Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O

慢！硬化特點(diǎn)硬化收縮大，易產(chǎn)生裂縫；硬化石灰石體的孔隙率大、密實(shí)度小、強(qiáng)度低；耐水性差。生熟石灰和石灰石的關(guān)系

CaCO3碳酸鈣.石灰石Ca(OH)2氫氧化鈣.熟石灰加高溫加CO2加水CaO氧化鈣.(生)石灰石灰的應(yīng)用石灰乳涂料配制砂漿消石灰配制石灰土或三合土磨細(xì)生石灰粉制作硅酸鹽制品及無(wú)熟料水泥、灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等磨細(xì)生石灰制作碳化石灰板——做隔墻板、天花板

磨細(xì)生石灰+纖維狀填料或輕質(zhì)骨料攪拌成型人工碳化組成俗稱泡花堿，是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。建筑常用的為鈉水玻璃(Na2O·nSiO2)；鉀水玻璃(K2O·nSiO2)液體水玻璃是一種具有膠體特征，又具有溶液特征的膠體溶液?！?-3水玻璃硬化水玻璃在空氣中吸收二氧化碳，析出二氧化硅凝膠，并逐漸干燥脫水成為氧化硅而硬化。由于空氣中二氧化碳的濃度較低，為加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸鈉(Na2SiF6)作為促硬劑，加速二氧化硅凝膠的析出。

性質(zhì)與應(yīng)用水玻璃在凝結(jié)硬化后，粘結(jié)力強(qiáng),強(qiáng)度較高,耐酸性好,耐熱性好,耐堿性和耐水性差。利用水玻璃凝結(jié)硬化后的性能，在建筑工程中主要有以下幾方面用途：涂刷材料表面，提高抗風(fēng)化能力；加固土壤；配制速凝防水劑；修補(bǔ)磚墻裂縫。問(wèn)題？為什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂漿？

答：水玻璃溶液的凝結(jié)硬化是在酸作用下，使硅酸根離子逐步縮聚交聯(lián)成二氧化硅玻璃體，因此，酸性條件只會(huì)使水玻璃中硅酸根離子的交聯(lián)度提高，更加密實(shí)和耐水。

為什么水玻璃模數(shù)n越大，粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好？

答：n是SiO2/R2O的摩爾比，n越大，表明SiO2含量越大，硬化后的玻璃體中SiO2的交聯(lián)密度越大，所以，粘結(jié)力越強(qiáng)，耐水性越好?！?-5硅酸鹽水泥什么是水泥(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。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(shí)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。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的？硅酸鹽水泥的組成？水泥漿如何轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬的固體？水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)？如何正確使用水泥？重點(diǎn)論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結(jié)硬化機(jī)理和基本性質(zhì)及其檢測(cè)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(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(即國(guó)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(bǔ)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“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

硅酸鹽水泥熟料制造工藝流程水泥制造廠全貌水泥的制造工藝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(shí)間；混合材：調(diào)節(jié)水泥的強(qiáng)度等級(jí)；必要組分礦物名稱英文名稱縮寫(xiě)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熟料化學(xué)組成與礦物組成的確定方法水泥熟料中化學(xué)成分及其含量直接通過(guò)化學(xué)分析方法確定：

GB/T176—1996水泥化學(xué)分析方法(eqvISO680：1990)水泥熟料的4種礦物的含量不能直接通過(guò)分析方法確定，而是采用Bogue方程計(jì)算獲得：

Bogue方程:(C3S)=4.07(C)－7.60(S)－6.72(A)－1.43(F)－2.85(?)(C2S)=2.87(S)－0.754(C3S)(C3A)=2.65(A)－1.69(F)(C4AF)=3.04(F)式中：括號(hào)表示該物相的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，?=SO3水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結(jié)構(gòu)水泥熟料顆粒細(xì)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(diǎn)：普通早強(qiáng)低熱抗硫酸鹽

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥漿如何轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體？

水泥漿通過(guò)水泥熟料礦物的水化反應(yīng)、漿體的凝結(jié)硬化過(guò)程變成堅(jiān)硬固體凝結(jié)——水泥與水混合形成可塑漿體，隨著時(shí)間推移、可塑性下降，但還不具備強(qiáng)度，此過(guò)程即為“凝結(jié)”；硬化——隨后漿體失去可塑性，強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)，形成堅(jiān)硬固體，這個(gè)過(guò)程即為“硬化”。水泥漿體轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬固體的過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程。為什么水泥能由漿體變成固體？水泥與水能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——水化反應(yīng)；水化反應(yīng)將結(jié)合占水泥質(zhì)量30％左右的拌和水；水化反應(yīng)的產(chǎn)物——水化物能相互凝聚成三向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；水化反應(yīng)產(chǎn)物有很大的表面能，而且相互間有很強(qiáng)的次價(jià)鍵力。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(shí)進(jìn)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(lái)自水泥粉磨過(guò)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。水化機(jī)理溶液中反應(yīng)固相顆粒表面的局部反應(yīng)。水化度％水化時(shí)間（天）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(kāi)水相，形成凝膠，CH結(jié)晶生長(zhǎng)表面局部反應(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(zhǎng)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(gè)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(shí)，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(jī)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(duì)整個(gè)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(guò)程：當(dāng)水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進(jìn)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(shí)后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開(kāi)始填充原來(lái)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(kāi)始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開(kāi)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(shí)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(guò)程擴(kuò)散2.水泥漿的凝結(jié)硬化——物理過(guò)程單一水泥顆粒在大量水中的水化過(guò)程模型新拌1小時(shí)后數(shù)小時(shí)后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶體水泥顆粒水水泥顆粒分散在水中形成水泥漿體硅酸鹽水泥水化物理過(guò)程模型水泥水化物膜層水泥顆粒的水化從表面開(kāi)始，在表面形成水化物膜層——誘導(dǎo)期水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，進(jìn)入潛伏期。水化物膜層隨水化時(shí)間向內(nèi)不斷增厚，水泥顆粒粒徑縮小在滲透壓的作用下，膜層破裂、擴(kuò)展，占據(jù)原來(lái)被水占據(jù)的空間，進(jìn)入凝結(jié)期。凝結(jié)期：水化物不斷填充被水占據(jù)的空間，成為連續(xù)相，拌和水不斷減少，并被水化物分割成非連續(xù)相。隨著水泥顆粒的不斷水化，水化物不斷填充毛細(xì)孔和水所占據(jù)的空間，固體相成為連續(xù)相，并具有一定強(qiáng)度。進(jìn)入硬化期。先在固－液界面發(fā)生，水化物圍繞每顆水泥顆粒未水化的內(nèi)核區(qū)域沉積；早期水化物在顆粒上形成表面膜層，阻礙了進(jìn)一步反應(yīng)——進(jìn)入潛伏期；因滲透壓或Ca(OH)2的結(jié)晶或二者，水化物膜層破裂，導(dǎo)致水化繼續(xù)迅速進(jìn)行——進(jìn)入水化的加速期；隨著水化的不斷進(jìn)行，水占據(jù)的空間越來(lái)越少，水化物越來(lái)越多，水化物顆粒逐漸接近，構(gòu)成較疏松的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥漿失去流動(dòng)性，可塑性降低——凝結(jié)；由于水泥內(nèi)核的繼續(xù)水化，水化物不斷填充結(jié)構(gòu)網(wǎng)中的毛細(xì)孔隙，使之越來(lái)越致密，空隙越來(lái)越少，水化物顆粒間作用增強(qiáng)，導(dǎo)致漿體完全失去可塑性，并產(chǎn)生強(qiáng)度——硬化。水泥漿凝結(jié)硬化的物理過(guò)程證據(jù)一：熟料礦物水化物量隨時(shí)間的增長(zhǎng)隨著水泥的水化，水化產(chǎn)物量不斷增加，水化物固相所占據(jù)的空間越來(lái)越多，而原來(lái)由水占據(jù)的空間越來(lái)越少，固體連續(xù)相逐漸形成。證據(jù)二：水泥漿凝結(jié)硬化過(guò)程的放熱曲線熟料礦物和水泥的水化放熱量水泥熟料礦物的水化反應(yīng)是放熱過(guò)程初始放熱峰放熱主峰放熱速度逐漸減慢實(shí)測(cè)的水泥水化放熱全曲線放熱速度很低水泥水化度與放熱量呈線性關(guān)系水化放熱量（J/g)水化度硅酸鹽水泥水化時(shí)的放熱曲線水化放熱速度溶解：鈣釩石形成誘導(dǎo)期：Ca2＋濃度增加C-S-H和CH快速形成初凝終凝單硫型硫鋁酸鈣形成擴(kuò)散控制反應(yīng)水泥漿水化放熱過(guò)程水泥熟料礦物的水化是放熱反應(yīng)，C3S和C3A放熱最大，最快；而C2S放熱最小，最慢。水泥水化放熱有明顯的四個(gè)階段：初始放熱—水泥與水一接觸，立即放熱，放熱速度dQ/dt

很快，表明反應(yīng)激烈。

放熱停滯期—放熱很慢，接近停滯，表明反應(yīng)停頓。放熱加速期—放熱速度逐漸加快，達(dá)到放熱峰值，表明反應(yīng)逐漸加快。放熱減速期—放熱達(dá)到峰值后，放熱速度逐漸減慢，表明反應(yīng)逐漸減速。水灰比0.55的水泥漿水化1天黑色箭頭指示部分水化物殼層；白色箭頭指示完全水化物殼層。證據(jù)三、水泥漿凝結(jié)硬化過(guò)程的微觀觀察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥漿水化9個(gè)月I,：C-S-H內(nèi)產(chǎn)物相;A：鐵相/CH;B：水化belite;白色箭頭指示完全水化物殼層水泥漿中氫氧化鈣的生長(zhǎng)3天7天28天365天紅色：未反應(yīng)的水泥顆粒藍(lán)色：氫氧化鈣CH黃色：C-S-H黑色：孔隙左上：水化度0％；右上：水化度20％；左下：水化度50％；右下：水化度87％。水泥水化過(guò)程模型水化度0%水化度20%水化度50%水化度87%應(yīng)用水泥凝結(jié)硬化機(jī)理分析與解答問(wèn)題水泥生產(chǎn)中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應(yīng)很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結(jié)速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的聚集，Al3＋對(duì)凝膠微粒聚集有促進(jìn)作用；石膏與C3A反應(yīng)形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應(yīng)速度減緩，并減少了溶液中的Al3＋濃度，延緩了水泥漿的凝結(jié)速度。為什么水泥硬化后能產(chǎn)生強(qiáng)度？水泥漿體硬化后轉(zhuǎn)變?yōu)樵絹?lái)越致密的固體；在漿體硬化過(guò)程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強(qiáng)，產(chǎn)生的強(qiáng)度越來(lái)越高。水泥漿體強(qiáng)度的增長(zhǎng)規(guī)律是什么？

水泥漿體的強(qiáng)度隨齡期而逐漸增長(zhǎng)，早期增長(zhǎng)快，后期增長(zhǎng)較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強(qiáng)度可在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)增長(zhǎng)。這與水泥礦物的水化反應(yīng)規(guī)律是一致的。為什么強(qiáng)度發(fā)展與環(huán)境溫、濕度有關(guān)？

水泥的水化需要水，如果沒(méi)有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結(jié)硬化，而降低溫度就會(huì)減緩水泥的凝結(jié)硬化。為什么水泥的儲(chǔ)存與運(yùn)輸時(shí)應(yīng)防止受潮？

水泥受潮，因表面水化結(jié)塊，喪失凝膠能力，強(qiáng)度大為降低。

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(xì)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水泥石中固體和孔隙的尺寸范圍硬化水泥漿體—水泥石的微結(jié)構(gòu)水泥漿體凝結(jié)硬化后形成的固體稱為水泥石水泥石微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)多物相固體顆粒堆聚的多孔結(jié)構(gòu)體；各種物相分布不均；各種物相的尺寸不等，形貌不一。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1

m；“C”代表沒(méi)有被水化物填充，原來(lái)由水占據(jù)的毛細(xì)孔隙或空隙，尺寸在10nm~

m。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水泥石中有四種主要固體相硅酸鈣水化物氫氧化鈣硫鋁酸鈣水化物未水化的水泥顆粒水泥漿中的固體相（1）硅酸鈣水化物CalciumSilicateHydrate縮寫(xiě):C-S-H體積含量:占水泥石體積的50~60%。主要特性:

高比表面積(100to700m2/g)

次價(jià)鍵（范得華力）很強(qiáng)

強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)晶性很差，呈折疊層狀結(jié)構(gòu)；組成特點(diǎn)：組成可變，鈣/硅(C/S)比=1.5~2.0，結(jié)構(gòu)水不等。形貌：結(jié)晶性差的纖維～網(wǎng)狀，膠體尺寸顆粒的聚集體。C-S-H形貌C-S-H的分子結(jié)構(gòu)硅酸鈣水化物——C-S-H的膠體結(jié)構(gòu)C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)模型A=結(jié)合鍵—次價(jià)鍵B=C-S-H片C=分散的層O=物理吸附水X=層間水水泥漿中的固體相(2)Ca(OH)2——羥鈣石(portlandite)縮寫(xiě)：CH體積含量:

占水泥石體積的20～25%；特征：表面積較小、次價(jià)鍵力弱

耐久性和強(qiáng)度。組成特點(diǎn)：組成確定——Ca(OH)2。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(zhǎng)在水泥石孔隙中的六方片狀的羥鈣石晶體（3）水化硫鋁酸鈣CalciumSulfoaluminateHydrates縮寫(xiě)：Aft、Afm含量：占水泥石體積的

15～20%。組成特點(diǎn)：開(kāi)始時(shí)，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monosulfate

hydrates(Afm)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(zhǎng)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硬化水泥漿體中水化物固相的分布固體相含量(％)C3AH6時(shí)間(天)C-S-H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(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性無(wú)害，對(duì)干縮和徐變有一定影響毛細(xì)孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，與水灰比有關(guān)對(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性有害，對(duì)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(duì)強(qiáng)度和抗?jié)B性非常有害黑色代表孔隙凝膠孔毛細(xì)孔凝膠水泥石的孔結(jié)構(gòu)模型水泥石中孔分布與水灰比水泥石中孔分布與水化齡期水泥石中的水水蒸氣大的孔隙部分被水填充，剩余空間是與環(huán)境溫、濕度和壓力平衡的水蒸氣。毛細(xì)孔水—毛細(xì)孔和大的凝膠孔中的水孔徑＞50nm的孔隙中的水—自由水孔徑＜50nm的孔隙中的水—毛細(xì)張力水吸附水

固體表面吸附的水，5個(gè)水分子層，厚度1.3nm，干燥到30％的相對(duì)濕度，可失去。層間水

小于2.6nm的凝膠孔中的水，強(qiáng)干燥到10％相對(duì)濕度時(shí)，可失去。化學(xué)結(jié)合水

水泥水化反應(yīng)所結(jié)合到水化物中的水，只有加熱到900~1000

C才會(huì)失去?；瘜W(xué)結(jié)合水量可用于測(cè)定水泥水化度。

(105

C)可蒸發(fā)水(105

C)不可蒸發(fā)水水泥石中的水的分布模型層間水毛細(xì)孔水吸附水（1）水泥礦物組成（2）水泥細(xì)度（3）養(yǎng)護(hù)條件（溫度、濕度）與時(shí)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(xì)度、溫度和水灰比的函數(shù)：

R(t)=f(C3S)·f(細(xì)度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時(shí)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(guò)多，凝結(jié)硬化影響不大。石膏摻量對(duì)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(duì)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。水泥顆粒細(xì)度的影響水泥顆粒越細(xì)，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(xì)，比表面積越大，界面區(qū)越大，反應(yīng)點(diǎn)越多，因此水化速度越快。比表面積m2/kg放熱速度時(shí)間/小時(shí)細(xì)度(比表面積)對(duì)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(shí)間的關(guān)系水化度(%)比表面積(m2/cm3)水泥細(xì)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(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)間縮短未水化水泥毛細(xì)孔水泥凝膠體積比水灰比長(zhǎng)時(shí)間放置在水中的水泥漿體水化最終生成物體積比未水化水泥水泥凝膠毛細(xì)孔長(zhǎng)時(shí)間密封放置的水泥漿體水化最終生成物水灰比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(shí)間越長(zhǎng)；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強(qiáng)度越低。水灰比對(duì)水泥漿體中水化物與孔隙體積的影響四、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(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(qiáng)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(jì)算時(shí)，一般取3.10。堆積密度

1000~1600kg/m3，在工地計(jì)算水泥倉(cāng)庫(kù)時(shí)，一般取1300kg/m3

。密度的測(cè)量方法

排液法，用煤油作為測(cè)量液體。

2.細(xì)度定義

細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。測(cè)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(lái)表示。國(guó)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(guò)10.0%。細(xì)度不符合要求的水泥為不合格品！

問(wèn)題：為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？解答：水泥顆粒細(xì)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(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度會(huì)越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對(duì)水泥石性能不利；水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加；水泥越細(xì)，對(duì)水泥的儲(chǔ)存也不利，容易受潮結(jié)塊，反而降低強(qiáng)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(cè)定儀上，試錐下沉（28

2）mm時(shí)的水泥凈漿的稠度。

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：

是指水泥凈漿達(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(lái)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(wèn)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(xì)度、水泥礦物組成、混合材摻量等有關(guān)。因?yàn)樗囝w粒越細(xì)，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(shí)間

概念：

凝結(jié)時(shí)間—水泥加水開(kāi)始到水泥漿失去流動(dòng)性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。初凝時(shí)間從水泥加水拌和到水泥漿開(kāi)始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開(kāi)始具有強(qiáng)度所需的時(shí)間。測(cè)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(shí)間測(cè)定儀來(lái)測(cè)定。國(guó)標(biāo)要求：硅酸鹽水泥初凝時(shí)間≥45min；終凝時(shí)間＜390min。水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)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(guó)標(biāo)規(guī)定：凡初凝時(shí)間不符合規(guī)定的水泥為廢品；終凝時(shí)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(shí)間的規(guī)定是為了有足夠的時(shí)間進(jìn)行施工操作和硬化的混凝土質(zhì)量；初凝時(shí)間太短，來(lái)不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無(wú)使用價(jià)值，即為廢品；終凝時(shí)間太長(zhǎng)，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，也會(huì)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(guò)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(kāi)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(guò)多的游離CaO、MgO和石膏。因?yàn)樗嗍炝现械挠坞xCaO、MgO都是過(guò)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(kāi)裂、翹曲。石膏量過(guò)多，在水泥凝結(jié)硬化后，會(huì)有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹。檢測(cè)方法：試餅法雷氏夾法試餅法雷氏夾法合格標(biāo)準(zhǔn)：＜5mm。肉眼觀察表面有無(wú)裂紋用直尺檢查有無(wú)彎曲合格標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)裂紋、無(wú)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(méi)有裂紋，用直尺檢查沒(méi)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(cè)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(shí)，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。6.強(qiáng)度

檢驗(yàn)方法——軟練膠砂法，分別測(cè)量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)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(dòng)成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實(shí)臺(tái)上成型。振動(dòng)時(shí)間120s。試件養(yǎng)護(hù)：在20

C

1

C，相對(duì)濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h，然后脫模在20

C

1

C的水中養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期；100mm160mmP抗折強(qiáng)度試驗(yàn)PP抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)量：將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。受壓面積為40

40=1600mm2。

結(jié)果計(jì)算：抗折強(qiáng)度以三個(gè)試件的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個(gè)試件的平均值。強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)3天和28天強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，將水泥強(qiáng)度劃分若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)

3d28d時(shí)間（d）強(qiáng)度（MPa）水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律早期增長(zhǎng)快，隨后逐漸減慢；28天，基本達(dá)到極限強(qiáng)度的80％以上；在合適的溫濕度條件下，強(qiáng)度增長(zhǎng)可以持續(xù)幾十天乃至幾十年。問(wèn)題：為什么水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)方法要規(guī)定試件尺寸、試件配比、養(yǎng)護(hù)條件、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等？

解答：水泥膠砂試件的強(qiáng)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(hù)條件和養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)；水泥強(qiáng)度檢驗(yàn)?zāi)康氖菣z驗(yàn)具有確定組成的水泥的強(qiáng)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(qiáng)度的影響因素水泥石強(qiáng)度來(lái)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)展越快水泥石強(qiáng)度與孔隙率的關(guān)系水泥熟料礦物組成對(duì)強(qiáng)度的影響水泥品種對(duì)強(qiáng)度的影響水泥細(xì)度對(duì)強(qiáng)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(guò)程可持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)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(xì)度

問(wèn)題？為什么水泥顆粒越細(xì)，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(xì)，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??？

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(xiàng)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(wèn)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(qiáng)度和體積安定性；細(xì)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(qiáng)度；為了澆注成型施工，應(yīng)對(duì)凝結(jié)時(shí)間有所限制；水化熱對(duì)水泥硬化過(guò)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(jì)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(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(jí)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(huì)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。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(xì)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(jī)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(shí)度下降，孔縫增多、強(qiáng)度降低，直至整體破壞。

鹽類腐蝕

硫酸鹽的腐蝕腐蝕機(jī)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(shí)，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(jī)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(kāi)裂酸類腐蝕

腐蝕機(jī)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(huì)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(qiáng)堿腐蝕

腐蝕機(jī)理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強(qiáng)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(qiáng)堿濃度較高是，會(huì)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(duì)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(shí)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(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。

問(wèn)題？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對(duì)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)?，化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。五、硅酸鹽水泥的應(yīng)用和存放

問(wèn)題：

1.硅酸鹽水泥的適用領(lǐng)域有哪些？不適合的領(lǐng)域有哪些？為什么？

2.硅酸鹽水泥的性質(zhì)中哪幾項(xiàng)不合格為廢品？哪幾項(xiàng)不合格為不合格品？廢品和不合格品應(yīng)如何處理？

3.施工工地對(duì)水泥應(yīng)如何保管和存放？為什么？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(hào)

水泥品種組成特點(diǎn)代號(hào)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(guò)程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)度等級(jí)、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(jiàn)的有：磨細(xì)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(xì)粉末的密實(shí)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(duì)硬化水泥漿中Ca(OH)2的影響摻加粉煤灰的水泥強(qiáng)度發(fā)展

早期強(qiáng)度增長(zhǎng)減慢，但摻量小于20％時(shí)，

后期強(qiáng)度也有較多增長(zhǎng)礦渣摻量對(duì)礦渣水泥抗壓強(qiáng)度的影響礦渣水泥的凝結(jié)時(shí)間與礦渣摻量的關(guān)系問(wèn)題？什么是活性混合材的激發(fā)劑？其激發(fā)機(jī)理是什么？石膏激發(fā)劑對(duì)粉煤灰水泥強(qiáng)度的影響抗壓強(qiáng)度（MPa)養(yǎng)護(hù)齡期（天）石膏激發(fā)劑對(duì)粉煤灰水泥強(qiáng)度的影響抗壓強(qiáng)度（MPa)養(yǎng)護(hù)齡期（天）石膏激發(fā)劑增加鈣釩石的含量養(yǎng)護(hù)齡期（天）鈣釩石含量（％）二、活性混合材水泥的共性密度較小2.70～3.10。早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率高。對(duì)養(yǎng)護(hù)溫濕度敏感，適合蒸汽養(yǎng)護(hù)。水化熱較小。耐腐蝕性較好。抗凍性、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。問(wèn)題？各種摻混合材硅酸鹽水泥的代號(hào)、組成區(qū)別、特性及使用范圍是什么？（見(jiàn)表2－14）

第七節(jié)

其它品種水泥

一、道路硅酸鹽水泥

組成特點(diǎn)：水泥熟料主要礦物——硅酸鈣和鐵鋁酸鈣鐵鋁酸四鈣高，