水泥及混凝土基本知识之一——混凝土的定义及水泥

1、水泥与混凝土基本知识水泥与混凝土基本知识江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 2内内 容容p 什么是混凝土？什么是混凝土？p 为什么混凝土会变硬？为什么混凝土会变硬？p 混凝土中的骨料混凝土中的骨料p 混凝土外加剂混凝土外加剂p 混凝土的性能特征混凝土的性能特征江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 3什么是混凝土？什么是混凝土？江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co.

2、, Ltd. 4混凝土的概念混凝土的概念 定义定义：以：以胶凝材料、水胶凝材料、水和和骨料骨料按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化后得到的人工石材后得到的人工石材。 最常见的混凝土最常见的混凝土：以：以水泥水泥为胶凝材料、为胶凝材料、砂石砂石为骨料的混凝土（水泥混为骨料的混凝土（水泥混凝土）。凝土）。新拌混凝土新拌混凝土硬化混凝土硬化混凝土混凝土结构混凝土结构江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 5p 各各成分的作用成分的作用 砂、石砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；在

3、混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水水泥和水形形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。 水泥颗粒水泥颗粒在在硬化前起硬化前起润滑润滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后将骨料性能，硬化后将骨料胶结胶结在一起，形成坚固的整体在一起，形成坚固的整体。混凝土中各成分的作用混凝土中各成分的作用1石子石子2砂子砂子3水泥水泥石石4气孔气孔 江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 6混凝土的发展混凝土的发展 古代即有

4、古代即有混凝土混凝土：以粘土以粘土、石灰、石膏、石灰、石膏、火山灰等为胶凝材料，用水拌合，凝结硬化而成火山灰等为胶凝材料，用水拌合，凝结硬化而成 混凝土的第一次革命：混凝土的第一次革命：1924年，英国出现年，英国出现Portland水泥，水泥，促进了世界工程促进了世界工程材料重大变革。特别材料重大变革。特别是是钢筋混凝土的诞生，极大地扩展了混凝土的使用范围钢筋混凝土的诞生，极大地扩展了混凝土的使用范围，被，被誉为誉为混凝土技混凝土技术的第一次术的第一次革命革命。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 7 混凝土技

5、术的混凝土技术的第二次革命第二次革命：20世纪世纪30年代发明的年代发明的预应力预应力钢筋混凝土钢筋混凝土。混凝土的发展混凝土的发展在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件产生的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 8 混凝土技术的混凝土技术的第三次革命第三次革命：20世纪世纪6070年代以来，混凝土高效年代以来，混凝土高效减水剂出现，减水剂出现，推动了推动了高强、高性高强、高性能能混凝土的工程混凝土的工程应用。被应用。被公认为混凝土发展史上的公认为混

6、凝土发展史上的第三次革命第三次革命。水胶比水胶比0.5水胶比水胶比0.30.2 强度大幅提高强度大幅提高 密实度大幅提升密实度大幅提升 流动性显著优化流动性显著优化帝国大厦帝国大厦上海环球金上海环球金融中心融中心迪拜塔迪拜塔胶胶凝凝材料材料+骨料骨料+水水+外加剂外加剂江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 9为什么混凝土会变硬？为什么混凝土会变硬？( (水泥混凝土的水化硬化）水泥混凝土的水化硬化）江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd.

7、 10水泥如何获得？水泥如何获得？水泥是如何变硬的？水泥是如何变硬的？水泥的性能指标要求？水泥的性能指标要求？水泥有哪些性能特征？水泥有哪些性能特征？江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 11水泥如何获得？水泥如何获得？江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 12水泥水泥 胶凝胶凝材料材料：通过通过自身的物理化学作用，在由可塑性浆体变自身的物理化学作用，在由可塑性浆体变为坚硬石状体的过程中，能将散粒或块状材料粘结成为整为坚硬石状体的过

8、程中，能将散粒或块状材料粘结成为整体的材料，亦称胶结材料体的材料，亦称胶结材料。 石膏、石灰、石膏、石灰、镁质胶凝材料、镁质胶凝材料、水玻璃水玻璃为为气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料。 水泥是水硬性胶凝水泥是水硬性胶凝材料：材料：不仅能在空气中硬化，而且能更不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其好地在水中硬化，保持并继续提高其强度强度。 水泥的水泥的胶凝特性胶凝特性组成混凝土的重要前提。组成混凝土的重要前提。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 13水泥的分类水泥的分类 全世界水泥品种已达全世界

9、水泥品种已达100多种，多种，按性能按性能和用途可分为通用硅酸盐水泥和用途可分为通用硅酸盐水泥（简称（简称通用水泥通用水泥）和）和特种水泥特种水泥两大两大类类。低熟料和无熟料水泥氟铝酸盐水泥高铁）硫铝酸盐水泥（普通、铝酸盐水泥特种硅酸盐水泥特种水泥复合硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥型型、硅酸盐水泥；通用水泥水泥III六大通用硅酸盐水泥六大通用硅酸盐水泥江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 14水泥的分类水泥的分类品品 种种代号代号组组 分分熟料熟料+石膏石膏粒化高炉粒化高

10、炉矿渣矿渣火山灰质火山灰质混合材料混合材料粉煤灰粉煤灰石灰石石灰石硅酸盐水泥硅酸盐水泥PI100-PII955-95-5普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥PO80且5且20矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥PS A50且20且50-PS B30且50且70-火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥PP60且20且40-粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥PF60且20且40-复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥PC50且20且50通用硅酸盐水泥的组分通用硅酸盐水泥的组分(GB175-2007)江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 15水泥的

11、生产水泥的生产石灰质原料石灰质原料粘土质原料粘土质原料校正原料校正原料生料生料煅烧煅烧（1450）熟料熟料石膏石膏混合材混合材粉磨粉磨水泥水泥 煅烧是水泥生产的关键环节，生产窑型：回转窑、立窑。煅烧是水泥生产的关键环节，生产窑型：回转窑、立窑。 熟料煅烧后主要成分为硅酸钙。熟料煅烧后主要成分为硅酸钙。生料制备生料制备熟料煅烧熟料煅烧水泥粉磨水泥粉磨“两磨一烧两磨一烧”江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 16水泥的生产工艺过程水泥的生产工艺过程江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote

12、 New Materials Co., Ltd. 17熟料煅烧过程熟料煅烧过程2COCaO石灰石322OAlSiO 粘土OHOFe232323232224323OFeOAlCaOOAlCaOSiOCaOSiOCaOp 水泥窑中的化学反应水泥窑中的化学反应江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 18水泥熟料煅烧过程水泥熟料煅烧过程p 生料至熟料大致过程：生料至熟料大致过程：干燥干燥、预热、分解、固相反应、熟料烧成和、预热、分解、固相反应、熟料烧成和冷冷却却。 100200：生料中的自由水逐渐蒸发而干燥：生料中的自由水

13、逐渐蒸发而干燥。 200500：生料被预热：生料被预热。 500800：生料中的粘土矿物脱水并分解。如以高岭土为主要粘土：生料中的粘土矿物脱水并分解。如以高岭土为主要粘土矿物，粘土脱水后变成无定形的矿物，粘土脱水后变成无定形的Al2O3和和SiO2，反应式：反应式： 600800：碳酸钙开始少量分解，生成：碳酸钙开始少量分解，生成CaO和放出和放出CO2，反应式反应式： 8001000：900时碳酸钙进行大量分解，时碳酸钙进行大量分解，1000其分解基本其分解基本完完毕毕OHSiOOAlOHSiOOAl22322232222223COCaOCaCO江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司

14、Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 19p 8001200：CaO与与Al2O3、Fe2O3、SiO2通过质点的相互扩散发生通过质点的相互扩散发生固相反应固相反应。 800900：3232OAlCaOOAlCaO3233OFeCaOOFeCaO 9001000：3232352)( 3OAlCaOCaOOAlCaO2222SiOCaOSiOCaO32322OFeCaOCaOOFeCaO 10001200：)3( 34353232OAlCaOCaOOAlCaO)4( 3)2( 33532323233OFeOAlCaOCaOOFeCaOOAlCaO水泥熟料煅烧过

15、程水泥熟料煅烧过程江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 20 1300左右左右：3CaOAl2O3与与4CaOAl2O3Fe2O3熔融，物料中出现液相。部分熔融，物料中出现液相。部分2CaOSiO2和游离和游离CaO溶解于液相中。溶解于液相中。 13501450：在在液相中，液相中，2CaOSiO2吸收游离吸收游离CaO化合成化合成3CaOSi02，反应式，反应式为为 煅烧煅烧水泥熟料的关键，必须达到足够的温度和停留足够的时间，使生水泥熟料的关键，必须达到足够的温度和停留足够的时间，使生成的成的3CaOSiO2的

16、反应尽可能完全，以保证水泥的质量。的反应尽可能完全，以保证水泥的质量。 煅烧煅烧完成完成，快速，快速冷却冷却，得水泥，得水泥熟料块。熟料块。2232SiOCaOCaOSiOCaO硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙为水泥熟料中主硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙为水泥熟料中主要矿物。要矿物。水泥熟料煅烧过程水泥熟料煅烧过程江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 21水泥熟料矿物组成水泥熟料矿物组成p 化学组成：化学组成：主要成分：主要成分：CaO(=C)CaO(=C)，SiOSiO2 2(=S)(=S)，

17、 AlAl2 2O O3 3(=A)(=A)， FeFe2 2O O3 3(=F)(=F)少量杂质：少量杂质：MgOMgO、K K2 2O O、NaNa2 2O O、SOSO3 3、P P2 2O O5 5等等。p 硅酸盐水泥熟料四种主要矿物硅酸盐水泥熟料四种主要矿物：矿物名称英文名称缩写分子式矿 物 式含 量(%)硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaOSiO23760硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaOSiO21537铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaOAl2O3715铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaOAl2O3Fe2O

18、31018江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 22水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒水泥颗粒的形貌的形貌水泥熟料水泥熟料颗粒形貌颗粒形貌水泥熟料水泥熟料矿物岩相矿物岩相江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 23水泥是如何变硬的？水泥是如何变硬的？江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 24水泥变硬过程水泥变硬过程 水泥水泥用适量的用适量的水拌和水

19、拌和后，形成能粘结砂石集料的后，形成能粘结砂石集料的可塑性泥浆可塑性泥浆，随后逐，随后逐渐失去塑性而渐失去塑性而凝结硬化凝结硬化为具有一定强度的为具有一定强度的石状体石状体。 伴有伴有水化放热、体积膨胀和强度增加。水化放热、体积膨胀和强度增加。水泥水泥 水水 可塑性浆体可塑性浆体（塑性体）（塑性体）固体固体 水化水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。凝结凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。塑性的过程称为凝结

20、。硬化硬化此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。一过程称为硬化。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 25p 硅酸三钙硅酸三钙的水化的水化 常温下水化反应式常温下水化反应式: : 3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写简写为：为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH式式中中： x-表示钙硅比（表示钙硅比（C/S），），n-表示结合水量；表示结合水量； C-S-H为水化硅酸

21、钙凝胶为水化硅酸钙凝胶，CH为氢为氢氧化钙氧化钙。u 水化时的水化时的C/S和和H/S摩尔比在较大范围内变化摩尔比在较大范围内变化。 熟料矿物的水化熟料矿物的水化C-S-H()C-S-H()：C/S=0.81.5C/S=0.81.5薄片状结构薄片状结构C-S-H() C-S-H() ：C/S=1.52.0C/S=1.52.0纤维状结构纤维状结构C-S-HC-S-H结晶度极差，接近于无定形，结晶度极差，接近于无定形，尺寸很尺寸很小，接近于胶体范畴小，接近于胶体范畴，一般，一般称称为为硅酸凝胶硅酸凝胶。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Material

22、s Co., Ltd. 26诱导前期诱导前期：初始水解，离子进入溶液诱导期诱导期：继续溶解，早期C-S-H形成加速期加速期：水化产物形成与生长衰减期衰减期：水化产物继续生长，微结构发展稳定期稳定期：微结构逐渐密实 熟料矿物的水化熟料矿物的水化p 硅酸三钙的水化过程硅酸三钙的水化过程江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 27p 硅酸三钙的水化过程硅酸三钙的水化过程水化水化放热速率时间曲线为五个阶段：放热速率时间曲线为五个阶段：C3S水化放热速率和水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线浓度变化曲线 熟料矿物的水化熟料矿物

23、的水化：诱导前期：诱导前期：诱导期：诱导期：加速期：加速期：衰减期：衰减期：稳定期：稳定期江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 28 C2S的水化与的水化与C3S相似，但水化速度慢。相似，但水化速度慢。 常温下水化反应式常温下水化反应式: 2CaOSiO2+mH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH2) 简写为：简写为：C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH 形成形成的水化硅酸钙在的水化硅酸钙在C/S和形貌与和形貌与C3S水化产物都无大的区别。水化产物都无大的区别。 p 硅酸二钙硅酸二钙的水化的水

24、化 熟料矿物的水化熟料矿物的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 29 铝酸三钙的水化迅速，放热快。铝酸三钙的水化迅速，放热快。 常温下水化反应式常温下水化反应式: :2(3CaOAl2O3)+27H2O=4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O 简写为：简写为：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8 C4AH19在低于在低于85相对湿度下会失去相对湿度下会失去6个结晶水成个结晶水成C4AH13。p 铝酸三钙铝酸三钙的水化的水化 熟料矿物的水化熟料矿物的水化C4AH19 C4AH13 C2

25、AH8 C3AH6为最初产物，六方晶系、不稳定。为最初产物，六方晶系、不稳定。最终产物，立最终产物，立方晶系，稳定方晶系，稳定转化转化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 30 在在液相液相CaO浓度达到饱和时，浓度达到饱和时，C3A水化生成水化生成水化铝酸四钙水化铝酸四钙： 3CaOAl2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaOAl2O313H2O 产生的产生的C C4 4AHAH1313足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是使浆体产生瞬时足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因凝结

26、的一个主要原因。因此，因此，在水泥粉磨时，需加入适量的石膏以调在水泥粉磨时，需加入适量的石膏以调整其凝结时间整其凝结时间。 在石膏在石膏和氢氧化钙同时存在时，和氢氧化钙同时存在时，C3A开始水化生成的水化铝酸四钙会立即与石开始水化生成的水化铝酸四钙会立即与石膏膏反应反应，生成生成的的三硫型水化硫铝酸钙三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石（以，又称钙矾石（以AFt表示表示）：）：AFt是是难溶于水的针状晶体难溶于水的针状晶体，在，在水泥颗粒水泥颗粒表面很快形成表面很快形成一层一层“保护膜保护膜”，阻碍水分子及离子的渗透与溶解，阻碍水分子及离子的渗透与溶解，延缓水化延缓水化。p 铝酸三钙的水化铝酸三钙的

27、水化22432224232)(323314)2( 3134OHCaOHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO 熟料矿物的水化熟料矿物的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 31 当石膏耗尽，而水泥中还有未完全水化的当石膏耗尽，而水泥中还有未完全水化的C3A时，时，C3A的水化产物水化铝酸四的水化产物水化铝酸四钙又能与钙矾石反应生成钙又能与钙矾石反应生成单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙，即，即： 硫型水化硫铝酸钙为六方板状晶体，以硫型水化硫铝酸钙为六方板状晶体，以AFm表示表示。实际参加反应的

28、实际参加反应的N(CSH2)/N(C3A)水化产物水化产物3.0钙矾石（钙矾石（AFt）3.01.0钙矾石钙矾石+单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFm）1.0单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFm）1.0单硫型固溶体单硫型固溶体C3A(CS，CH)H120水化铝酸三钙（水化铝酸三钙（C3AH6）OHOHCaOHCaSOOAlCaOOHOAlCaOOHCaSOOAlCaO222432232243220)(2)123( 3)134( 23233C3A的水化产物的水化产物 熟料矿物的水化熟料矿物的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New M

29、aterials Co., Ltd. 32铁相铁相固溶体，以固溶体，以C4AF为为代表，代表，水化水化较较C3A略慢，水化热较少，单独水化略慢，水化热较少，单独水化时不会引起快凝时不会引起快凝。C4AF单独与水反应时，生成水化铝酸三钙晶体和水化铁酸一钙单独与水反应时，生成水化铝酸三钙晶体和水化铁酸一钙凝胶：凝胶： 在有氢氧化钙存在下，在有氢氧化钙存在下，C4AF按下式水化形成水化铁铝酸四钙：按下式水化形成水化铁铝酸四钙： 氢氢氧化钙和石膏同时存在氧化钙和石膏同时存在下：下：p 铁铁相相固溶体（固溶体（C C4 4AFAF）的的水化水化 熟料矿物的水化熟料矿物的水化OHOFeCaOOHOAlCa

30、OOHOFeOAlCaO23223223232637413)(4 222)(4423232223232OHOFeOAlCaOOHOHCaOFeOAlCaO323)(3250)2(6)(2424323222423232OHCaSOOFeOAlCaOOHOHCaSOOHCaOFeOAlCaOC4AF的水化产物与的水化产物与C3A的水化产物相比，其主要差别是部分的水化产物相比，其主要差别是部分Al2O3被被Fe2O3所代替，其他规律大体相当。所代替，其他规律大体相当。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 33薄片状C-

31、S-HC3S水化2周，W/C=0.8薄片薄片C-S-H及其周及其周围生长的围生长的CH晶体晶体薄片状与纤维状薄片状与纤维状C-S-H氢氧化钙与针状钙矾石氢氧化钙与针状钙矾石p 水化产物的微观形貌水化产物的微观形貌 熟料矿物的水化熟料矿物的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 34矿物含量水化速度强度凝结时间水化热耐化学侵蚀性干缩早期后期C3S50%较快高高正常中中中C2S20%较慢低高缓慢小良小C3A715%迅速高低很快大差大C4AF1018%C3A后期慢低低正常小优小p 熟料矿物的基本特性熟料矿物的基本特性

32、 熟料矿物的水化熟料矿物的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 35 硅酸盐水泥硅酸盐水泥由多种由多种熟料矿物熟料矿物和和石膏石膏组成，加水后石膏组成，加水后石膏要溶解于水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水立要溶解于水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水立即变为含有多种离子的溶液。即变为含有多种离子的溶液。 水泥的主要水化产物是氢氧化钙、水泥的主要水化产物是氢氧化钙、C-S-H凝胶、水化硫铝凝胶、水化硫铝酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸钙及水化铁酸钙等

33、。 水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、 C3S水水化期和结构形成和发展期。化期和结构形成和发展期。硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 36钙矾石形成期钙矾石形成期 C3S水化期水化期结构形成和发展期结构形成和发展期硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化过程水化过程江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 37硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化过程水化过程江苏博特新材

34、料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 38水化产物的基本特征水化产物的基本特征 硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化产物水化产物江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 39a: C3Sb: C2S水灰比水灰比0.550.55的水泥浆水化的水泥浆水化9 9个月个月I,I,：C C- -S S- -H H内产物相内产物相; A; A：铁相：铁相/CH; /CH; B B：水化：水化 belite;belite;白色箭头指示完全水化物壳层白色箭头指示完全水化物

35、壳层水灰比水灰比0.55的水泥浆水化的水泥浆水化1天天黑色箭头指示部分水化物壳层；黑色箭头指示部分水化物壳层；白色箭头指示完全水化物白色箭头指示完全水化物壳层。壳层。硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化产物水化产物江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 40水泥浆中氢氧化钙的生长水泥浆中氢氧化钙的生长3天天7天天28天天365天天硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化产物水化产物江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 41红色：未反应的水泥颗粒红色：未反

36、应的水泥颗粒蓝色：氢氧化钙蓝色：氢氧化钙CHCH黄色：黄色：C-S-HC-S-H黑色：孔隙黑色：孔隙左上：水化度左上：水化度0 0；右上：水化度右上：水化度2020；左下：水化度左下：水化度5050；右下：水化度右下：水化度8787。水化度水化度0%水化度水化度20%水化度水化度50%水化度水化度87%硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的水化过程模拟水化过程模拟江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 42 （1）熟料的矿物组成）熟料的矿物组成 四种矿物的水化速率顺序为：四种矿物的水化速率顺序为：C3AC3SC4AFC2S （2

37、）水灰比）水灰比 水灰比水灰比大大则水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面大则水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面大，水化水化率快率快。但水。但水灰比大，占空间大，水泥凝结慢，灰比大，占空间大，水泥凝结慢，强度低强度低。 （3）细度）细度 水泥水泥越细越细，与水接触面大，与水接触面大水化快水化快。细度细，晶格缺陷多利于水化。过细。细度细，晶格缺陷多利于水化。过细，早期强度提高，对后期强度没益处。认为粒径小于，早期强度提高，对后期强度没益处。认为粒径小于40m，水化活性较，水化活性较高，技术经济合理。高，技术经济合理。 p 影响硅酸盐水影响硅酸盐水化的因素化的因素硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化江苏博

38、特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 43（4）养护温度）养护温度 水泥水泥水化反应也遵循一般的水化反应也遵循一般的化学反应化学反应规律规律。温度温度提高，水化加快提高，水化加快，特，特别对水泥早期水化速率影响更大，但水化程度的差别到后期逐渐减小别对水泥早期水化速率影响更大，但水化程度的差别到后期逐渐减小。（5）外加剂）外加剂 常用调控水化速率的外加剂常用调控水化速率的外加剂(admixture)有有促凝剂、促硬剂、延缓促凝剂、促硬剂、延缓剂剂。 绝大多数绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用。如无机电解质都有促进水

39、泥水化的作用。如CaCl2增加增加Ca2+浓度，浓度，加快氢氧化钙结晶，缩短诱导期。大多数有机外加剂对水化有延缓作用，加快氢氧化钙结晶，缩短诱导期。大多数有机外加剂对水化有延缓作用，最常使用的是各种木质素磺酸盐。最常使用的是各种木质素磺酸盐。硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化p 影响硅酸盐水影响硅酸盐水化的因素化的因素江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 44水泥水泥有哪些性能有哪些性能特征特征?江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd.

40、45水泥的基本技术性能水泥的基本技术性能品品 种种代号代号不溶物不溶物(%)烧失量烧失量(%)三氧化硫三氧化硫(%)氧化镁氧化镁(%)氯离子氯离子(%)硅酸盐水泥硅酸盐水泥PI0.753.03.55.00.06PII1.503.5普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥PO-5.0矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥PSA-4.06.0PSB-火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥PP-3.5 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥PF-6.0复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥PC-通用硅酸盐水泥的化学指标(GB1752007)江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials

41、Co., Ltd. 46p 细度细度 水泥水泥的选择性指标，是指水泥的选择性指标，是指水泥颗粒颗粒的的粗细程度粗细程度。硅酸盐水泥硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥以和普通硅酸盐水泥以比表面积比表面积表示，不小于表示，不小于300m2/kg。矿渣矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥以硅酸盐水泥以筛余筛余表示，表示，80m方孔筛筛余不大于方孔筛筛余不大于10%或或45m方孔方孔筛筛余不大于筛筛余不大于30%。p 适宜细度的选择适宜细度的选择水泥水泥颗粒颗粒越细越细，粉磨过程中的，粉磨过程中的能耗大能耗大，水泥成本就高，

42、水泥成本就高；颗粒颗粒过细过细，早期水化快，硬化水泥浆体，早期水化快，硬化水泥浆体开裂开裂；水泥水泥颗粒颗粒越粗越粗，越，越不利于水泥活性不利于水泥活性的的发挥。发挥。水泥的基本技术性能水泥的基本技术性能江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 47p 标准稠度标准稠度用水用水 水泥浆水泥浆达到特定塑性状态（标准稠度）时所需的用水量（以占水泥达到特定塑性状态（标准稠度）时所需的用水量（以占水泥的质量百分数表示），也称的质量百分数表示），也称需水量需水量。 水泥水泥颗粒刚刚被拌合水包裹时的用水量颗粒刚刚被拌合水包裹时的

43、用水量。 硅酸盐水泥的标准稠度需水量一般为硅酸盐水泥的标准稠度需水量一般为24%30%，其大小主要与矿，其大小主要与矿物组成和细度有关物组成和细度有关。 熟料熟料矿物矿物C3A的需水量较大，的需水量较大，C3S的需水量较小的需水量较小。 水泥水泥粉磨细度越细，需水量也越大。粉磨细度越细，需水量也越大。维卡仪测定维卡仪测定水泥的基本技术性能水泥的基本技术性能江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 48 硬化硬化水泥浆体是一个非均质的多相体系，由各种水化产物和残存水泥浆体是一个非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料

44、熟料所构成所构成的固体，以及存在于孔隙中的水和空气所组成，是固液气的固体，以及存在于孔隙中的水和空气所组成，是固液气三相多孔体三相多孔体。 具有具有一定的机械强度和孔隙率，外观和其它性能与天然石材相似，所一定的机械强度和孔隙率，外观和其它性能与天然石材相似，所以通常称作水泥石。以通常称作水泥石。p 水泥石（水泥石（hardened cement paste)硬化后水泥的性能特征硬化后水泥的性能特征江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 49水泥石水泥石为为多多相多孔体系相多孔体系，有大大小小、无数个连通或不连通的孔

45、。，有大大小小、无数个连通或不连通的孔。孔与水泥石强度、渗透性、收缩等性能密切相关。孔与水泥石强度、渗透性、收缩等性能密切相关。水泥石的性能水泥石的性能p 水泥水泥石中的孔石中的孔类别 名称 直径 孔中水的作用 对水泥石性能影响 粗孔 球形大孔 100015m 与一般水相同 强度、渗透性 大毛细孔 100.05m 与一般水相同 强度、渗透性 毛 细孔 小毛细孔 5010nm 产生中等表面张力 强度、 渗透性、 髙湿度下收缩 胶粒间孔 102.5nm 产生强的表面张力 相对湿度50下收缩 微孔 2.50.5nm 强吸附水，不能形成新月形液面 收缩、徐变 凝 胶孔 层间孔 0.5nm 结构水 收缩

46、、徐变 江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 50水泥石的性能水泥石的性能p 凝结时间凝结时间p 强度强度p 体积体积变化及水化变化及水化热热p 耐久性耐久性 江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 51水泥水泥从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到从拌水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间。固体状态所需要的时间。初凝初凝时间：时间：从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑性从加水拌和起，到水泥浆体开始失去可塑

47、性所需时间。所需时间。 终凝终凝时间：时间：从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性从加水拌和起，到水泥浆体完全失去可塑性并开始产生强度所需时间并开始产生强度所需时间。 凝结凝结时间的时间的测定：测定： 国家规定用国家规定用维卡仪维卡仪测定初凝和终凝时间。测定初凝和终凝时间。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间p 凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 52加水加水开始失去可塑性开始失去可塑性完全失去可塑性完全失去可塑性初初凝凝时间时间终终凝凝时间时间硬化浆体强度增长硬化浆体强度增长硬化硬化p 凝

48、结凝结与硬化是同一过程中的不同阶段：与硬化是同一过程中的不同阶段： 凝结凝结标志着水泥浆失去流动性而具有一定的塑性强度；标志着水泥浆失去流动性而具有一定的塑性强度； 硬化硬化表示水泥浆体固化后所建立的结构，具有一定的机械强度。表示水泥浆体固化后所建立的结构，具有一定的机械强度。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 53p 凝结时间的重要意义：凝结时间的重要意义： 初凝初凝时间太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。时间太短，往往来不及进行施工，水泥浆体就已变硬。 若若终

49、凝时间太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。终凝时间太长，未产生足够大的强度，则影响施工的速度。 凝结时间的选择：凝结时间的选择： 应有足够长的时间来保证混凝土的搅拌、应有足够长的时间来保证混凝土的搅拌、输送、浇注、成型等操作的顺利完成输送、浇注、成型等操作的顺利完成； 应尽可能短的时间加快脱模及施工进度，应尽可能短的时间加快脱模及施工进度，以保证工程的进展。以保证工程的进展。越长越好越长越好越短越好越短越好相互矛盾。寻找相互矛盾。寻找平衡点。平衡点。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials

50、 Co., Ltd. 54p 凝结时间凝结时间 我国我国硅酸盐水泥国家标准硅酸盐水泥国家标准GB1752007GB1752007规定：规定：初凝初凝不得早于不得早于4545minmin（4545minmin）终凝终凝不的迟于不的迟于390390minmin（6.5h6.5h） 凝结时间的影响因素：凝结时间的影响因素： 凡是凡是影响水化速度的各种因素，基本上也同样影响水泥的凝影响水化速度的各种因素，基本上也同样影响水泥的凝结速度。但水化和凝结又有一定的差异。结速度。但水化和凝结又有一定的差异。 影响影响水泥凝结速度的主要因素，有水泥凝结速度的主要因素，有熟料矿物组成熟料矿物组成、水泥细度水泥细度

51、、水灰比水灰比、养护温度养护温度和和外加剂外加剂等。等。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 55p 影响凝结时间的影响凝结时间的因素因素 矿物组成矿物组成 熟料熟料矿物矿物28天的水化速度大小顺序为：天的水化速度大小顺序为： C3AC3SC4AFC2S 水泥水泥的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿物的含量有关的凝结速度既与熟料矿物水化难易有关，又与各矿物的含量有关。 决定决定凝结速度的主要矿物为凝结速度的主要矿物为C3A和和C3S，快凝是由快凝是由C3A造成的造成

52、的，正常，正常凝凝结结则受则受C3S制约制约。 p影响凝结时间的因素影响凝结时间的因素 水泥细度水泥细度水泥水泥粉磨越细，其比表面积就越大，晶体产生扭曲、错位等缺陷越多，粉磨越细，其比表面积就越大，晶体产生扭曲、错位等缺陷越多，水化速度越快，凝结越水化速度越快，凝结越迅速迅速反之反之凝结越凝结越慢慢水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 56p 影响凝结时间的影响凝结时间的因素因素 水灰比（水灰比（W/CW/C）水灰比越大，水化越快，凝结反而变慢。水灰比越大，水化越快，凝结反

53、而变慢。加加水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。水量过多，颗粒间距增大，水泥浆体结构不易紧密，网络结构难以形成的缘故。水灰比过水灰比过大，大，会使水泥石结构中孔隙太多，降低其强度，故水灰比不会使水泥石结构中孔隙太多，降低其强度，故水灰比不宜太大。宜太大。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间p影响凝结时间的因素影响凝结时间的因素 养护温度养护温度温度升高，水化加快，凝结时间缩短，温度升高，水化加快，凝结时间缩短，反之，凝结时间延长。反之，凝结时间延长。p 影响凝结时间的因素影响凝结时间的因素 外加剂外加剂 缓凝剂缓凝剂：延长凝结：延长凝结时间时间 促凝剂促凝

54、剂：缩短凝结时间：缩短凝结时间影响影响水泥的凝结快慢因素是多方面的，最主要是水泥的凝结快慢因素是多方面的，最主要是C C3 3A A，因此，因此在水泥在水泥生产中通常是掺入适量生产中通常是掺入适量外加剂来控制水泥的凝结时间外加剂来控制水泥的凝结时间。石膏是石膏是常用的一种缓凝剂。有时，根据需要也掺入其他调凝外加剂。常用的一种缓凝剂。有时，根据需要也掺入其他调凝外加剂。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 57p 石膏石膏石膏的作用石膏的作用 控制控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间水泥的水化速度、调节水泥的凝结

55、时间。（主要作用）（主要作用） 改善改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩变形变形，改善，改善耐久性。耐久性。水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间 石膏石膏的缓凝机理的缓凝机理 水泥水泥中掺加适宜中掺加适宜石膏，石膏，C3A在在石膏石膏-石灰的饱和溶液石灰的饱和溶液中生成中生成溶解度极低的三溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（硫型水化硫铝酸钙（AFt），），又称钙矾石。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒又称钙矾石。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成表面，形成覆盖层或薄膜覆盖层或薄膜，阻滞阻滞水分子水分子及离子的扩散，降低了水化速度，及离子的扩散，降低了水化速

56、度，延延长凝结长凝结时间，时间，防止快防止快凝凝现象发生现象发生。C3A含量含量较高或较高或石膏等缓凝剂掺量过少时石膏等缓凝剂掺量过少时，C3A迅速反应，很快生成大量片迅速反应，很快生成大量片状的水化铝酸钙（状的水化铝酸钙（C4AH13），并相互连接形成松散的网状结构，出现），并相互连接形成松散的网状结构，出现不可逆不可逆的固化的固化现象，又称为现象，又称为“速凝速凝”或或“闪凝闪凝”。江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 58 石膏石膏最佳掺量的确定最佳掺量的确定100SSGgc式式中，中， S Sc c水泥中

57、最佳水泥中最佳SOSO3 3掺量，掺量，% %； S Sg g石膏中石膏中SOSO3 3含量，含量，% %。水泥中最佳水泥中最佳SO3掺量是指在凝结掺量是指在凝结时间正常区域内，各龄期抗压时间正常区域内，各龄期抗压强度为最高值，其他性能也为强度为最高值，其他性能也为良好时的良好时的SO3掺量。掺量。ORACSc23614. 00925. 0181. 1水泥石的性能水泥石的性能凝结时间凝结时间江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 59p 假凝假凝现象现象 假假凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅

58、拌凝是指水泥加水拌和后，在几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。后，又重新恢复塑性的现象。比较项目比较项目假凝假凝快凝快凝凝结时间凝结时间几分钟几分钟几分钟几分钟放热量放热量小小大大重新搅拌重新搅拌正常凝结正常凝结不能恢复塑性不能恢复塑性强度大小强度大小没有不利影响没有不利影响产生一定强度产生一定强度施工操作施工操作难度增大难度增大不可逆固化不可逆固化水泥石的性能水泥石的性能凝结凝结区分假凝与快凝区分假凝与快凝江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 60假假凝的凝的原因：原因：水泥水泥在粉磨时

59、受到高温，其中二水在粉磨时受到高温，其中二水石膏脱水石膏脱水形成形成半水石膏半水石膏甚至可溶甚至可溶性性无水石膏无水石膏。 假凝的预防措施：假凝的预防措施：使用使用无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石膏脱水无水硫酸钙含量较高的石膏，以避免粉磨时石膏脱水；水泥水泥粉磨时采取一定的措施降温粉磨时采取一定的措施降温，避免，避免石膏脱水石膏脱水。在在建筑施工中建筑施工中，延长，延长搅拌搅拌时间，消除时间，消除假凝假凝现象。现象。 水泥石的性能水泥石的性能凝结凝结江苏博特新材料有限公司江苏博特新材料有限公司 Jiangsu Bote New Materials Co., Ltd. 61p 强度强度的产生和发展的产生和发展 水泥水泥加水加水拌和，拌和，熟料矿物迅速水化，生成熟料矿物迅速水化，生成大量大量C-S-HC-S-H凝胶，并生成凝胶，并生成Ca(OH)Ca(OH)2 2 及钙钒石及钙钒石( (AFt)AFt)晶体晶体； 经过经过一定一定时间，时间，C-S-HC-S-H以以长纤维晶体从熟料颗粒上长出，同时钙钒石长纤维晶体从熟料颗粒上长出，同时钙钒石晶体逐渐长大，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而晶体逐渐长大，在水泥浆体中相互交织联结，形成网状结构，从而产生强度产