普通建筑材料_03水泥

1、u本章课时：课时本章课时：课时 5，实验，实验 2u内容内容 u重点重点水泥的腐蚀及防护水泥的腐蚀及防护特性特性应用应用u难点难点水泥水化、凝结和硬化机理水泥水化、凝结和硬化机理各种水泥的异同点各种水泥的异同点u注意事项注意事项本章是整个课程的重点本章是整个课程的重点联系各种水泥进行学习联系各种水泥进行学习 着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因硅酸盐水泥兴起于硅酸盐水泥兴起于1919世纪。世纪。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。u它的化学成分复杂，但主要的胶结成分是水它的化学成分复杂，但主要的胶结成分是水

2、化硅酸钙。化硅酸钙。u普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可用于制备砂浆。水化热，也可用于制备砂浆。u为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。他各种颜色。水泥具有以下优点，因此，在土木工程领水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。域得到广泛的应用。特性水泥特性水泥 快硬水泥快硬水泥 膨胀水泥膨胀水泥 抗硫酸盐水泥抗硫酸盐水泥 中热水泥中热水泥GrindingPPMixing materialsLimestoneClayIron ore powderBleedingGrinding14

3、50Raw materialClinkerGypsum组成组成化学分子式化学分子式缩写缩写硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2C3S硅酸二钙硅酸二钙2CaOSiO2C2S铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3C3A铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF矿物种类矿物种类硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙缩写缩写C3SC2SC3AC4AF含量（含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度水化速度快快慢慢最快最快快快水化热水化热多多少少最多最多较多较多强度强度高高早低后高早低后高低低低低抗腐蚀性抗腐蚀性好好好好差差极好极好收缩收缩中中较大较大大

4、大小小p水化水化p水化水化机理机理p水化产物水化产物 2CaOSiO2+H2O 3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 3CaOAl2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+H2O 3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2Ol 石膏与水化铝酸钙反应生成石膏与水化铝酸钙反应生成l 为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。腐蚀的学习得到答案。 3CaOAl2O36H2O+ H2O+CaSO42H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 水泥熟料水化后的主要水化产物有：水泥熟料水化后的

5、主要水化产物有：p何为凝结？何为凝结？p何为硬化？何为硬化？ 初始反应期初始反应期初始的溶解和水化，约持续初始的溶解和水化，约持续5-105-10分分钟。钟。潜伏期潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，泥颗粒成长，持续持续1h 1h 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，粒进一步水化，持续持续6h6h。多孔的空。多孔的空间网络间网络凝聚结构凝聚结构形成形成，失去可塑，失去可塑性性凝结期凝结期凝胶体填充毛细管，凝胶体填充毛细管，6h-6h-若干年硬若干年硬化石状体密实空间网化石状体密实空间网硬化期硬化期AgeBlend

6、of GypsumHumidityTemperatureTypesFinenessFactorsP%=P%=水量水量ml/ml/水泥水泥1g1g* *100%100%。标准稠度用水量测试方法有不变标准稠度用水量测试方法有不变(固定固定)水量法和水量法和调整水量法调整水量法2种。种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。初学者多用前者，有争议时以后者为准。u采用标准稠度测采用标准稠度测定仪（图定仪（图3.2.5）图图3.2.5 3.2.5 标准稠度测定仪标准稠度测定仪 水泥凝结时间测定录像水泥凝结时间测定录像 图图3.2.8 煮沸法测定仪煮沸法测定仪图图3.2.7 体积安定性不良体积安定性不良图图

7、3.2.9 雷氏夹法体积安定性测定仪雷氏夹法体积安定性测定仪 图图3.2.10 强度测定仪强度测定仪bending strength instrument图图3.2.10 强度测定仪强度测定仪Compressive strengthinstrument实验录像62.5R62.552.5R52.542.5R42.5Strength Grade等级等级 抗压强度抗压强度(MPa) 抗折强度（抗折强度（MPa） 3d 28d 3d 28d 42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.

8、062.55.08.062.5R 32.0 62.5 5.5 8.0 表表3.2.4硅酸盐水泥各龄期的强度要求硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007） If only the strength is unqualifiedCement of the lower grade3.0-3.15g/cm3.0-3.15g/cm3 3, , 通常通常3.1g/cm3.1g/cm3 31000-1600kg/m1000-1600kg/m3 3简介简介腐蚀类型腐蚀类型腐蚀原因腐蚀原因防止措施防止措施简简 介介水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中

9、，仍可以逐渐硬化并在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长不断增长后后期强度。期强度。 水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。全破坏的现象。腐蚀类型腐蚀类型软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀特点特点介质介质软水（含软水（含HCO3少的水，如少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。解于水中引起的腐蚀。 过程过程当

10、水泥石与软水接触时，最先溶出的当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解的其它水化产物的分解l在硬水中会发生如下反应在硬水中会发生如下反应l生成的生成的碳酸碳酸钙几乎不溶于水，堆积在水泥钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层石的空隙中，形成密实的保护层l

11、预防措施预防措施l将与软水接触的混凝土，事先在空气中将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化碳化将与软水接触的混凝土，事将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化先在空气中碳化生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层的空隙中，形成密实的保护层 22432242323133203124OHCaOHCaSOOAlCaOOHCaSOOHOAlCaO 结晶膨胀结晶膨胀 MgCl2+Ca(OH)2 = Mg(OH)2+CaCl2MgSO4+ Ca(OH)2+H2O = Mg(OH)2+CaSO42H2O 结晶膨胀结晶膨胀易溶于水易溶于水 l特点

12、特点l以镁盐为介质的海水、地下水等以镁盐为介质的海水、地下水等l镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石l腐蚀过程举例：腐蚀过程举例： Ca(OH)2+CO2+H2O CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2 易溶于水易溶于水u特点特点u以碳酸盐为介质的海水、地下水等以碳酸盐为介质的海水、地下水等u碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石水的产物，破坏水泥石u腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：易溶于水易溶于水 结晶

13、膨胀结晶膨胀OHCaSOOHCaSOHOHCaClOHCaHCl242422222)(2)(2 u特点特点u以酸性介质为主的工业环境等以酸性介质为主的工业环境等u酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、酸与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石结晶膨胀的产物，破坏水泥石u腐蚀过程举例：腐蚀过程举例：碱的腐蚀碱的腐蚀CHAlONaNaOHA3223COHCONaCONaOH2322 易溶于水易溶于水干燥空气干燥空气 结晶膨胀结晶膨胀腐蚀原因腐蚀原因NoImage内因内因水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水化铝酸钙；和水化铝酸钙；水泥石本身不密实

14、，使侵蚀性介质易水泥石本身不密实，使侵蚀性介质易于进入其内部；于进入其内部；腐蚀与介质相互作用；腐蚀与介质相互作用； 外因外因腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度腐蚀介质、温度、湿度、介质浓度 防止措施防止措施l强度高强度高 适用于高强混凝土和预应力钢适用于高强混凝土和预应力钢筋混凝土工程筋混凝土工程 l硬化快硬化快 适用于要求凝结快、早强高的适用于要求凝结快、早强高的工程，冬季施工，预制、现浇等工程工程，冬季施工，预制、现浇等工程l抗冻性好抗冻性好 适用于冬季施工及严寒地区适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程遭受反复冻融的工程 l耐蚀性差耐蚀性差 不适用与淡水及海水等腐蚀不适用与淡水及海水等

15、腐蚀性介质接触的工程性介质接触的工程 l耐热性差耐热性差 不适用于有耐热要求的混不适用于有耐热要求的混凝土工程凝土工程 l水化热大水化热大 不适用于大体积混凝土工不适用于大体积混凝土工程，但有利于低温季节畜热法施工程，但有利于低温季节畜热法施工 l耐磨性好耐磨性好 适用于公路、地面工程适用于公路、地面工程l抗碳化性好抗碳化性好 对钢筋的保护作用强，对钢筋的保护作用强，适合适合CO2 浓度高的环境浓度高的环境 混合材料混合材料l定义定义l分类分类l活性混合材料活性混合材料l 概述概述l 二次水化二次水化l 活性原理活性原理l非活性混合材料非活性混合材料 混合材料混合材料分分 类类按性能分按性能分

16、非活性混合材料非活性混合材料( (填充性混合材料填充性混合材料) )活性混合材料活性混合材料( (水硬性混合材料水硬性混合材料) )活性混合材料活性混合材料v磨细后加水不水化磨细后加水不水化v但掺加石灰后但掺加石灰后发生二次水化反应发生二次水化反应生成水硬性胶凝产物生成水硬性胶凝产物v火山灰活性火山灰活性活性混合材料活性混合材料消耗 Ca(OH)2水硬性胶凝产物水硬性胶凝产物火山灰活性火山灰活性水化反应水化反应活性混合材料活性混合材料二次水化反应的特二次水化反应的特性性温度敏感性温度敏感性常温反应速度慢常温反应速度慢高温反应速度快高温反应速度快消耗消耗 Ca(OH)Ca(OH)2 2改善孔隙构

17、造改善孔隙构造掺活性混合材料的作用掺活性混合材料的作用常用活性混合材料常用活性混合材料u粉煤灰粉煤灰是一种是一种发电厂燃料废渣发电厂燃料废渣是熔融的矿渣水淬而得到。活性成分为活性是熔融的矿渣水淬而得到。活性成分为活性氧化硅和活性氧化铝。氧化硅和活性氧化铝。u火山灰质混合材料是火山喷发沉积物及其它具有类似活性火山灰质混合材料是火山喷发沉积物及其它具有类似活性的材料的统称。分为含水硅酸质（如硅藻土等）、铝硅玻的材料的统称。分为含水硅酸质（如硅藻土等）、铝硅玻璃质（如火山灰等）、粘土质（烧粘土等）。璃质（如火山灰等）、粘土质（烧粘土等）。 特点特点磨成细粉与石灰加水拌和后，不能或磨成细粉与石灰加水拌

18、和后，不能或很少生成具有胶凝性质的水化产物很少生成具有胶凝性质的水化产物常用品种常用品种石英石英粘土粘土慢冷矿渣慢冷矿渣l 什么是普通硅酸盐水泥？什么是普通硅酸盐水泥？ u普通硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料普通硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料u掺加少量混合材料和适量的石膏掺加少量混合材料和适量的石膏u混合材料的最大掺量不超过混合材料的最大掺量不超过 15%v特点特点与硅酸盐水泥相近与硅酸盐水泥相近因为混合材料的掺量少，其矿物组成仍在硅因为混合材料的掺量少，其矿物组成仍在硅酸盐水泥的范围之内酸盐水泥的范围之内v不同点不同点细度采用筛余量表示细度采用筛余量表示v测量通过测量通过0.08mm的方孔筛的

19、筛余量的方孔筛的筛余量 10%强度等级强度等级v强度应符合表强度应符合表3.3.1的要求的要求v共有共有四四个强度等级个强度等级 : 42.5R , 42.5, 52.5, 52.5R最终凝结时间不超过最终凝结时间不超过 10h强度等级强度等级抗压强度抗压强度 (MPa)抗折强度抗折强度（MPa）3天天28天天3天天28天天42.542.5R52.552.5R17.022.023.027.042.542.552.552.53.54.04.05.06.56.57.07.0表表3.3.1 普通硅酸盐水泥强度要求普通硅酸盐水泥强度要求n是通用的主要水泥品种，广泛应用于是通用的主要水泥品种，广泛应用于

20、各种混凝土和钢筋混凝土工程。各种混凝土和钢筋混凝土工程。n应用范围与硅酸盐水泥相同。应用范围与硅酸盐水泥相同。u 凡凡由由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏共同磨细制成的矿渣和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣水泥。水硬性胶凝材料称为矿渣水泥。 u 粒化矿渣掺量为粒化矿渣掺量为2070%。粒化高炉粒化高炉矿渣矿渣技技 术术 性性 质质l 技术性质技术性质: 分为分为6个强度等级个强度等级 :32.5, 32.5R, 42.5, 42.5R, 52.5, 52. 5R（表（表3.3.2）l 其它技术性质与普通水泥相同其它技术性质与普通水泥相同强度强度等级等级

21、抗压强度抗压强度 (MPa)抗折强度抗折强度（MPa）3天天28天天3天天28天天32.532.5R42.542.5R52.552.5R10.015.015.019.021.023.032.532.542.542.552.552.52.53.53.54.04.04.55.55.56.56.57.07.0表表3.3.2 P.S、P.P、P.F的强度要求的强度要求P.S的特点与应用的特点与应用l 性能与硅酸盐水泥和普通水泥有以下区别性能与硅酸盐水泥和普通水泥有以下区别l 原因：水泥中混合材料掺量多，熟料成分少，故其性能与硅原因：水泥中混合材料掺量多，熟料成分少，故其性能与硅酸盐水泥有一定的差别。酸

22、盐水泥有一定的差别。l 早期强度低，后期强度高早期强度低，后期强度高l矿渣水泥的水化分两步矿渣水泥的水化分两步: :水泥熟料的水化水泥熟料的水化; ;二次水化二次水化l早期早期一一次水化速度慢，生成的水化产物少，因而强度低次水化速度慢，生成的水化产物少，因而强度低l后期二次水化速度增长，生成产物数量增加，强度也随之后期二次水化速度增长，生成产物数量增加，强度也随之提高。提高。l矿渣水泥适用于中期养护的预制构件以及承重迟缓的工程矿渣水泥适用于中期养护的预制构件以及承重迟缓的工程, ,不适用于早强要求高的工程。不适用于早强要求高的工程。 P.S的特点与应用的特点与应用u抗蚀性强，抗碳化能力差。抗蚀

23、性强，抗碳化能力差。u因为氢氧化钙含量低因为氢氧化钙含量低u适用于水工或海港混凝土工程适用于水工或海港混凝土工程u不适用于不适用于COCO2 2浓度高的工业厂房（如铸造翻砂车浓度高的工业厂房（如铸造翻砂车间）间）u水化热低。水化热低。u适用大体积混凝土工程适用大体积混凝土工程u温度敏感性大温度敏感性大u适合高温养护适合高温养护u抗冻性差：早期强度低，且火山灰需水量大。抗冻性差：早期强度低，且火山灰需水量大。 u耐热性好耐热性好u适用于有耐热要求的混凝土工程。适用于有耐热要求的混凝土工程。 u干缩大，抗渗性差。干缩大，抗渗性差。u由于混合材料掺量大，而且高炉矿渣有尖锐棱由于混合材料掺量大，而且高炉矿渣有尖锐棱角，拌和用