硅酸盐水泥的主要技术性质课件

2019年4月课程名称四、硅酸盐水泥的主要技术性质（一）细度（1）定义:水泥颗粒的粗细程度。（2）细度与性质关系：细度决定了水泥与水接触的表面积，从而影响水泥的凝结时间和性质。

水泥细度和性质关系（3）指标（GB175-2019）比表面积：是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（m2/kg，cm2/g）

——勃氏法（适用于硅酸盐水泥比表面积＞300m2/kg）筛余量:

通过0.08mm方孔筛的筛余量（%）

——负压筛法（适用于其它水泥）负压筛勃氏透气仪（1）定义

初凝：从水泥加水拌合起到水泥浆开始失去塑性所需的时间

终凝：从水泥加水拌合起到水泥浆完全失去塑性，并开始产生强度（但还没有强度）的时间（2）工程意义

水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分时间搅拌、运输、浇注和砌筑等操作；否则在施工前已失去流动性和塑性而无法施工。

水泥的终凝不宜过迟，以便施工完毕后尽快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行；否则将延长施工进度和模板的周转率。（3）标准要求

初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于390min（二）凝结时间（5）凝结时间测定

仪器：采用凝结时间测定仪（维卡仪）水泥浆体：采用水泥标准稠度净浆。初凝时间：试针距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。注意请观察凝结时间测定.swf思考：现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外）。（1）定义：安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化均匀的性能。

体积安定性不良：水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂缝后弯曲）（2）安定性不良的原因：

熟料中f-CaO过多熟料中f-MgO

过多石膏掺量过多：硬化后，仍有CaSO4存在，则CA、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石（水泥杆菌），体积膨胀1.5倍，引起水泥石开裂。

（3）测定方法（沸煮法——加速实验法）饼法：观察水泥净浆在煮沸后的外形变化雷氏夹法：测量水泥石煮沸后的膨胀值（三）体积安定性雷氏夹法雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。测量A：取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。沸煮测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值≯5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。A张开后C上述方法仅适用于测出f-CaO

是否过量。f-MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测。所以，它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量标准规定：f-MgO≯5%SO3≯3.5%（4）限制某些体积安定性不合格的水泥，在存放一段时间后变为合格，为什么？某些体积安定性轻度不合格的水泥，在空气中放置2-4周以上，水泥中的部分f-CaO可以吸收空气中的水蒸气而水化（消解），即在空气中存放一段时间后由于f-CaO的膨胀作用被减小或消除，因而水泥的体积安定性可能由于轻度不合格变为合格。必须注意的是，这样的水泥在重新检验并确认体积安定性合格后方可使用。若在放置一段时间后体积安定性仍不合格则仍然不得使用。安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号，按标定的标号值使用。（四）强度国家标准（GB/T17671-2019）规定：水泥的强度用胶砂试件检验。条件：

1、材料：水泥:ISO标准砂=1:3，W/C=0.5；

2、试件尺寸：40mm×40mm×160mm；

3、养护条件：20℃士1℃水中；

4、龄期：3d和28d；

5、强度种类：抗折强度和抗压强度。

6、强度等级：6个强度等级，其中带R的为早强型水泥。(1)试验方法（ISO法）水泥的强度是按照GB/T17961-2019《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》的方法制作的水泥胶砂试件，在标准养护条件下，养护到规定龄期时检测的强度值抗压强度C：S：W=1：3：0.5标准试件40mm×40mm×160mm20±1°C的水养护养护3d、28d抗折强度（四）强度JJ-55ISO行星式搅拌机水泥胶砂三联试模

水泥胶砂试体成型振实台

水泥电动抗折机

数据处理：一组试件三块，分别进行抗折、抗压试验。以一组三个棱柱体抗折强度的平均值为试验结果。若三个强度值中有偏离平均值±10%者，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果以一组三个棱柱体得到的六个抗压强度测定值的算术平均值作为试验结果。如六个测定值中有一个偏离其平均值±10%时，应剔除这个结果，而以剩下五个的平均值为结果。若五个测定值中再有偏离其平均值±10%者，则此组结果作废。硅酸盐水泥各龄期的强度值(GB175-2019)

水泥发生水化作用时放出的热量，主要在硬化初期放出。水化热大的水泥，能加速凝结硬化过程，有利于低温环境中的施工。但对大体积混凝土工程（大型基础、水坝、桥墩等）来说，水化热积聚在结构内部不易发散，使其内部温度升高，内外温差可达50~60℃以上，使混凝土产生内应力而开裂破坏。我国《JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程》上，定义大体积混凝土为：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。日本建筑学会标准(JASS5)规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。

（五）水化热

定义:单位质量水泥水化放出的热量(J/g)

影响因素:(大部分的水化热在水化反应的初期释放出来）水泥的化学组成水泥细度矿物掺合料例如，C3S，C3A越多，颗粒越细，水化热越大，反之亦然。工程意义水化热大，对冬季施工有利水化热大，对大体积混凝土工程不利。（五）水化热？某大体积的混凝土工程，浇筑2周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某水泥厂生产的42.5R型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：

思考分析续下页【原因分析】由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高。在浇注混凝土后，混凝土的内外温差高，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。【防治措施】首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即C3A和C3S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。再次，大体积混凝土工程施工时应采取相应的措施，如外部保温、内部降温等。水泥的许多性质与新拌水泥的稀稠有关。国家规定水泥凝结时间和体积安定性均应用标准稠度的水泥浆来验证。采用试锥下沉深度为28±2mm时的净浆，这时的用水量即为标准稠度用水量。固定水量(142.5ml)

调整水量标准稠度用水量一般为水泥重量的21%～28%。（六）标准稠度用水量

水泥标准稠度试验.swf（七）碱含量：按Na2O＋0.658K2O的计算值来表示。国家标准规定：若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.6%或由供需双方商定。（八）密度：ρ=3.0～3.15（四川加铁粉偏重是3.15）表观密度：ρ0=1.2～1.3（九）不溶物和烧失量不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物。烧失量是指水泥经高温灼烧处理后的质量损失率。国家标准规定：Ⅰ型硅酸盐水泥中的不溶物≤0.75%Ⅱ型硅酸盐水泥中的不溶物≤

1.5%Ⅰ型硅酸盐水泥中的烧失量≤3.0%Ⅱ型硅酸盐水泥中的烧失量≤

3.5%

国家标准规定：凡化学指标（不溶物、烧失量、SO3、氧化镁、氯离子）凝结时间、安定性、强度均合格，则为合格品，其中任意一项不合格的则为不合格品。注意五、硅酸盐水泥的腐蚀（一）溶出性侵蚀（软水侵蚀）软水是指不含或仅含少量钙、镁可溶性盐的水，如雨水、雪水、蒸馏水以及含重碳酸盐很少的河水和湖水等。原因：CH溶解流失。若静水：CH饱和则不再溶解。流动水：CH不断溶解、流失，减小了水泥浆的密实度影响强度。并由于CH浓度降低使水化物中高碱性向低碱性水化物分解，发生晶型转换，孔隙增大，强度降低。若水中含重碳酸水（硬水），则：

Ca(OH)2+Ca(HCO3)2===2CaCO3+2H2O

生成的CaCO3是难溶的，沉聚在硬化水泥浆体的孔隙内，可阻止外界水的侵入和Ca(OH)2的流失，这种自动填实作用可制止淡水侵蚀的进行。（一）软水腐蚀水泥石长期接触软水Ca(OH)2不断被溶出PH下降其它含钙矿物可能分解（C-S-H，C3AH6等）Ca(OH)2SiO2

无胶凝性，水泥石结构破坏

软水：雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等腐蚀机理：Ca(OH)2溶解流失腐蚀条件：流水破坏性大；静止水破坏性不大五、硅酸盐水泥的腐蚀（二）膨胀型腐蚀（硫酸盐腐蚀）

腐蚀源：海水、地下水、工业污水

举例：Na2SO4Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O

然后，C3AH6+3CS’H2+19H→C6AS’3H31

C6AS’3H31膨胀1.5倍，破坏很大。俗称“水泥杆菌”。硫酸盐浓度高时，硫酸钙会在毛细孔中直接结晶，体积增大，引起水泥石的破坏。硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca(OH)2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙，产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在变形能量很小的水泥石内产生的，因而造成水泥石破坏，对水泥石具有腐蚀作用。

生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝酸钙，但该水化产物主要在水泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少。由于此时水泥浆还未凝结，尚具有流动性和可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔的含量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用，只起到了缓凝的作用。既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？（三）镁盐的腐蚀（松散无胶结型腐蚀）

腐蚀源：主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙发生如下反应：

MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2

MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4·2H2O+Mg(OH)2

破坏形式：

生成的氢氧化镁松软而无胶凝能力，氯化钙易溶于水；生成的二水石膏则引起硫酸盐腐蚀。易溶于水无胶凝性结晶膨胀生成AFt（四）碳酸腐蚀

腐蚀源：含有大量游离的CO2工业污水造成腐蚀机理

Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

重碳酸盐大量溶于水，使生成物大量被带走，消耗Ca(OH)2,Ca(OH)2浓度的降低，还会导致水泥石中其他水泥水化物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。（五）一般酸的侵蚀

原因：2HCl+Ca(OH)2===CaCl2+2H2O

生成的钙盐易溶于水。

H2SO4+Ca(OH)2===CaSO4·2H2O

生成的二水石膏与水泥石中的水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙或直接在水泥石孔隙中结晶产生膨胀压力。（六）盐类循环结晶腐蚀主要是干湿循环下盐类循环结晶产生破坏。（八）水泥石腐蚀的原因和防止措施1、引起水泥石腐蚀的原因（1）内因：

a、CH、C3AH6等不耐腐蚀的水化产物。

b、水泥石不密实，腐蚀物渗入。（2）外因：腐蚀介质种类及浓度、水压、流速、