《土木工程材料 第2版》 课件 第2-4章 气硬性无机胶凝材料、水泥、混凝土

第二章

气硬性胶凝材料

2气硬性胶凝材料胶凝材料有机胶凝材料无机胶凝材料沥青类合成树脂类天然树脂类水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料石膏石灰水玻璃菱苦土硅酸盐水泥铝酸盐水泥其他水泥镁质胶凝材料4水玻璃3石膏21石灰2气硬性胶凝材料镁质胶凝材料4水玻璃3石膏21石灰2气硬性胶凝材料

2.1石灰经过了600多年的风风雨雨，这些残墙岿然不倒，就是石灰膏耐久性的明证。

2.1.1石灰的生产石灰是一种以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料石灰石的煅烧1“欠火石灰”、“过火石灰”2石灰原料常含碳酸镁煅烧MgO≤5％钙质生石灰MgO＞5％镁质生石灰

2.1石灰中国石灰质量差的原因

能耗高；年耗标煤2000多万吨，是建材第三大耗煤大户。（水泥、粘土砖）生产水平低；

多为立窑产品结构单一。

多为块状产品石灰石块进口CaCO3块状生石灰出口CaO1000-1100℃

2.1石灰

2.1.2石灰的消化石灰的消化（熟化）石灰熟化时放出大量的热，其体积膨胀1～2.5倍消石灰浆法消石灰粉法工地陈伏

2.1.2石灰的消化

2.1.2石灰的消化

2.1.2石灰的消化化浆池过筛储灰池石灰浆生石灰块

石灰浆在储灰池中需放置15天以上，消除过火石灰的危害，才能使用，这个过程叫陈伏。

2.1.3石灰的硬化石灰由塑性状态逐渐转化为具有一定强度的固体过程硬化干燥硬化碳化硬化石灰的硬化放出大量的水，其体积发生收缩游离水分蒸发，使Ca(OH)2结晶析出

2.1.4石灰的特性和技术指标保水性、可塑性好石灰的特性凝结硬化慢、强度低耐水性差硬化时体积收缩大

2.1.4石灰的特性和技术指标建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉建筑生石灰技术指标（JC/T479—2013）分类石灰的技术指标项

目钙质石灰镁质石灰钙质石灰90钙质石灰85钙质石灰75镁质石灰85镁质石灰80CaO+MgO含量不小于，（％）9085808580CO2含量不大于，（％）471277SO3含量不大于，（％）22222产浆量，不小于，（dm3/10kg）262626--

2.1.4石灰的特性和技术指标建筑生石灰粉技术指标（JC/T479—2013）石灰的技术指标项目钙质石灰粉镁质石灰粉钙质石灰粉90钙质石灰粉85钙质石灰粉75镁质石灰粉85镁质石灰粉80CaO+MgO含量不小于，（％）9085758580CO2含量不大于，（％）471277细度0.2mm筛余量不大于（％）2222790μm筛余量%不大于（％）77772

2.1.4石灰的特性和技术指标建筑消石灰粉技术指标（JC/T481—2013）石灰的技术指标项目钙质消石灰粉镁质消石灰粉HCL90HCL85HCL80HML85HML80CaO+MgO含量，

不小于（%）9085808580游离水，

不大于（%）22222体积安定性合格合格合格合格合格细度0.2mm筛余量，不大于（%）2222290μm筛余量，

不大于（%）77777

2.1.5石灰的应用石灰乳涂料和石灰砂浆1石灰和三合土2硅酸盐混凝土及其制品3

2.1石灰的应用【工程案例分析】某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面，数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹，同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹，试分析上述现象产生的原因。引发原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。由于配制石灰砂浆时所用的石灰中存在没有熟化的过火石灰，以致于在砂浆硬中，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀，从而出现上述现象。不规则网状裂纹凸出放射状裂纹镁质胶凝材料4水玻璃3石膏21石灰2气硬性胶凝材料

2.2石膏石膏石膏是一种历史悠久、应用广泛的无机气硬性胶凝材料，主要化学成分为硫酸钙（CaSO4）。以半水石膏（CaSO4·1/2H2O）为主要成分的建筑石膏和高强石膏在建筑工程中应用较多，最常用的是建筑石膏。

2.2.1石膏的原料及生产天然二水石膏常压107~170℃建筑石膏β型半水石膏磨细天然无水石膏两者混合物0.13Mpa、124℃饱和水蒸汽α型半水石膏结晶颗粒粗大，微观结构致密，达到一定稠度所需的用水量小，只是建筑石膏的一半左右，因此这样石膏硬化后结构密实、强度较高，因此称为高强石膏。高强石膏磨细

2.2.2建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌和后，可调制成可塑性浆体，但很快就失去塑性并产生强度，并逐渐发展成为坚硬的固体，这个过程就是石膏的水化和硬化。

2.2.2建筑石膏的水化与硬化(a)胶化(b)结晶开始(c)结晶长大与交错(d)实际石膏制品显微结构半水石膏二水石膏胶体微粒二水石膏晶体交错的晶体二水石膏交错晶体

2.2.3建筑石膏的特性和技术指标凝结硬化快建筑石膏的特性硬化时体积微膨胀，装饰性好硬化后孔隙率大、表观密度和强度较低防火性能良好，但耐火性差隔热保温、隔声吸声性能良好，但耐水性较差具有一定的调温调湿性施工性能好

建筑石膏的技术指标2.2.3建筑石膏的特性和技术指标建筑石膏技术指标（GB/T9776—2022）等级细度（方孔筛筛余）/%凝结时间/min2h湿强度/MPa2h干强度/MPa初凝终凝抗折抗压抗折抗压4.0≤10≥3≤30≥4.0≥8.0≥7.0≥15.03.0≥3.0≥6.0≥5.0≥12.02.0≥2.0≥4.0≥4.0≥8.0

2.2.4建筑石膏的应用室内抹灰和粉刷1石膏板2石膏装饰品3石膏砌块4

2.2.4建筑石膏的应用

2.2.4建筑石膏的应用空心石膏条板生产方法与普通混凝土空心板类似。常加入纤维材料和轻质填料。这种板不用纸和粘结剂，也不用龙骨，施工方便，是发展较快的一种轻板。

2.2.4建筑石膏的应用镁质胶凝材料4水玻璃3石膏21石灰2气硬性胶凝材料

2.3水玻璃水玻璃碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的一种可溶于水的透明的玻璃状融合物泡花碱硅酸钾水玻璃（K2O·nSiO2）钾水玻璃硅酸钠水玻璃（Na2O·nSiO2）钠水玻璃工程常用俗称水玻璃

2.3.1水玻璃的生产n称为水玻璃的模数湿法干法水玻璃的生产水玻璃的模数一般在1.5~3.5之间，建筑上常用的水玻璃模数为2.6~2.8Na2CO3+nSiO2→Na2O·nSiO2+CO2

2.3.2水玻璃的硬化由于空气中的二氧化碳含量极少，上述反应极其缓慢，因此水玻璃在使用时常加入促凝剂。Na2O·nSiO2+CO2+mH2O→Na2CO3+nSiO2·mH2O2(Na2O·nSiO2)+Na2SiF6+mH2O→6NaF+(2n+1)SiO2·mH2O

2.3.3水玻璃的特性和应用较强的耐酸腐蚀性1良好的耐热性能2涂刷在建筑材料表面可提高抗风化能力3加固土壤和地基4配制速凝防水剂5镁质胶凝材料4水玻璃3石膏21石灰2气硬性胶凝材料

2.4.1镁质胶凝材料的生产以MgO为主要成分的气硬性胶凝材料菱苦土苛性白云石MgOMgO和CaCO3菱苦土天然菱镁矿白云石苛性白云石CaCO3·MgCO3→CaCO3+MgCO3

2.4.2镁质胶凝材料的硬化镁质胶凝材料，与水拌和，生成Mg(OH)2在水中溶解度极小，立即沉淀析出，其内部结构松散而无胶凝性，硬化后强度很低。采用氯化镁溶液进行调和，生成的氧氯化镁和氢氧化镁xMgO+yMgCl2·6H2O→xMgO·yMgCl2·zH2O

2.4.3镁质胶凝材料的特性凝结硬化快强度高、粘结力大、耐磨耐水性差吸湿性强、高溶解度与植物纤维具有很好粘结性碱性弱镁质胶凝材料的特性

2.4.4镁质胶凝材料的应用菱苦土地面1刨花板2木屑板3泡沫菱苦土4玻璃纤维增强波形瓦5练习1、石灰不可以单独应用是因为其硬化后__________大，而石膏可以单独应用是因为其硬化过程中具有__________的特性。答案体积收缩、体积微膨胀2、按消防要求我们尽可能用石膏板代替木制板材，是因为石膏板具有__________好的特性。答案防火性3、试分析下列工程，哪些工程不适于选用石膏和石膏制品(

)。A.影剧院的穿孔贴面板B.冷库内的墙贴面C.非承重隔墙板B答案4、石灰的特性有：可塑性__________、硬化__________、硬化时体积__________及耐水性__________等。答案好缓慢收缩大差5、石灰的硬化包括__________和__________。答案结晶、碳化练习6、在维修古建筑时，发现古建筑中石灰砂浆坚硬，强度较高。有人认为是古代生产的石灰质量优于现代石灰。此观点对否？为什么？

答案错误。因为石灰的硬化包括干燥结晶硬化过程及碳化过程。但由于碳化作用是一个很缓慢的过程。碳化时表层生成的CaCO3膜层阻碍空气中CO2的渗入，此过程相当漫长。古建筑所用的石灰年代久远，碳化非常充分，故其强度较高。练习

第三章水泥铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5

3.1硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料0~5％石灰石或粒化高炉矿渣适量石膏硅酸盐水泥磨细不掺加混合材料的I型硅酸盐水泥掺加不超过水泥质量5％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的Ⅱ型硅酸盐水泥生产水泥时，需加入水泥质量3％左右的石膏，其目的是延缓水泥的凝结。硅酸盐水泥

3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成石灰质原料黏土质原料铁矿或硅质校正原料按比例混合磨细生料硅酸盐水泥熟料PI型硅酸盐水泥硅酸盐水泥的生产石膏混合材料煅烧1450℃磨细两磨一烧石灰石粘土铁矿石生料磨熟料磨烧成设备水泥产品水泥煅烧设备生料进口熟料出口生料进口熟料出口立窑模型回转窑模型3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成2024/2/20522024/2/20532024/2/2054

3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成硅酸三钙水泥熟料的矿物组成及特性硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF提高硅酸三钙、铝酸三钙含量，硅酸盐水泥凝结、硬化快，早期强度高，水化热大。2024/2/2056四大矿物的特点C3S是熟料主要的强度矿物，水化速度快水化热较高，水化产物的收缩率较大，水化会释放出大量的Ca(OH)2。随着C3S增加，水泥的抗压强度比抗折强度更快地增长，水泥的脆性系数（压折比）增大，抗裂性变差。3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成2024/2/2057四大矿物的特点C2S的水化速度很慢，约为C3S的1/20，水化热低，收缩率比C3S小，抗侵蚀性能好，强度发展慢，早期强度很低，约一年后与C3S持平。3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成2024/2/2058四大矿物的特点C3A水化、凝结速度最快，，是水泥石产生早强的主要矿物，但C3A强度绝对值不高，而且后期产生强度倒缩现象。C3A水化热大且集中，水化后因为层间水的蒸发以及形成的水化产物在转型过程中体积缩小而产生较大的收缩，此外C3A需水量较大，对水泥拌合物的流动性不利，含量高对高效减水剂的相容性变差，水泥石的抗硫酸盐侵蚀性变差。3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成2024/2/2059四大矿物的特点与C3A相比，C4AF不仅有较高的早期强度，而且后期强度还能有所增长，C4AF对抗折强度的贡献远大于抗压强度，即脆性系数低，抗裂性好。C4AF的另一个重要作用是生成凝胶状铁酸，使水泥石具有较大的变形能力。水泥中每增加1%的C4AF，磨损系数减少0.014-0.033%是C3S的7-17倍。在水泥石耐磨上所起的作用远较C3S显著。3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成

3.1.1硅酸盐水泥的生产与熟料的矿物组成名称硅酸三钙3CaO.SiO2(C3S)硅酸二钙2CaO.SiO2(C2S)铝酸三钙3CaO.Al2O3(C3A)铁铝酸三钙4CaO.Al2O3.Fe2O3(C4AF)凝结硬化速度快慢最快快28d水化放热量多少最多中强度高早期低、后期高低低各种熟料矿物单独水化的特性硅酸盐水泥中还有少量的游离氧化钙、游离氧化镁、含碱矿物以及玻璃体等，但其总量一般不超过10%。水泥熟料的矿物组成及特性

3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化水泥加水拌和成为具有可塑性的水泥浆，水泥颗粒开始水化，水泥浆逐渐变稠失去可塑性，但尚未具有强度凝结随后产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的水泥石硬化2(3CaO·SiO2)＋6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O＋3Ca(OH)22(2CaO·SiO2)＋4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O＋Ca(OH)23CaO·Al2O3＋6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O2024/2/2062C3A在水泥中的实际水化情况3CaO

Al2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaO

Al2O3

13H2O

水化极快，无强度，瞬时凝结。有石膏存在时：4CaO

Al2O3

13H2O+3(CaSO4

2H2O)+14H2O=3CaO

Al2O3

3CaSO4

32H2O+Ca(OH)2生成高硫型水化硫铝酸钙（Aft)，即钙矾石，为针状晶体，包围熟料颗粒，形成“保护膜”，延缓水化。当石膏耗尽，而且3CaO

Al2O3量较多时：3CaO

Al2O3

3CaSO4

32H2O+2（3CaO

Al2O3）+4H2O=3（3CaO

Al2O3

CaSO4

12H2O）

单硫型水化硫铝酸钙(Afm)3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化2024/2/20632024/2/20642024/2/2065

3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化硅酸盐水泥的水化作为晶体结晶沉积在水泥颗粒表面，构成覆盖水泥颗粒的保护膜，阻止水泥的过快反应，且不会引起众多水泥颗粒之间的过早接触，从而避免了闪凝，这以后随着水泥水化的进行，水泥浆仍会发生正常的凝结，从而实现了石膏的缓凝作用。铁铝酸四钙与水作用时，反应也较快，水化放热量相对较少硅酸三钙与水作用时，反应较快，水化放热量大硅酸二钙则反应较慢，水化放热量小铝酸三钙与水的反应速度极快，水化放热量很大钙矾石2024/2/2067水泥水化产物C3S的水化产物：C-S-H+Ca(OH)2C2S的水化产物：C-S-H+Ca(OH)2C3A和C4AF的水化产物：C-F-H、C3AH6

Aft+Afm、在充分水化的水泥石中：

C-S-H约占70%；

Ca(OH)2约占20%；

Aft+Afm约7%。

3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化图3-35硅酸盐水泥在一定温度下水化时的放热曲线

3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化硬化后的水泥石硅酸盐水泥的凝结、硬化水泥水化产物未水化完的水泥颗粒孔隙水毛细孔气孔凝胶孔水泥凝结硬化过程示意图

(a)(b)

(c)(d)

12345631—水泥颗粒；2—水分；3—凝胶；4—晶体；5—水泥颗粒的未水化内核；6—毛细孔(a)分散在水中未水化的水泥颗粒；(b)在水泥颗粒表面形成水化物膜层；(c)膜层长大并互相连接（凝结）；(d)水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）3.1.2硅酸盐水泥的水化、凝结、硬化2024/2/2071

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质细度1标准稠度用水量2凝结时间3体积安定性4强度及强度等级5水化热7碱8不溶物9烧失量10氯离子11密度和堆积密度12化学减缩6

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质细度和标准稠度用水量熟料矿物中C3A需水性最大，C2S需水性最小。水泥越细，比表面积越大，需水量越大。抗裂性差。一般认为，水泥颗粒小于40μm时，才具有较高的活性，大于100μm的活性就很小了硅酸盐水泥的比表面积不小于300m2/kg,但不大于400m2/kg；细度以45μm方孔筛筛余表示，应不低于5%。“标准稠度”是人为规定的稠度

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质细度和标准稠度用水量有研究指出水泥水化深度d与水化天数t的关系为:

颗粒粒径，μm2351020304580全水化时间，天0.060.312.443962531641601860000不同粒径的水泥颗粒完全水化时间如下:2024/2/2076比表面积与高效减水剂相容性

当水泥比表面积小于400m2/kg，随比表面积增加，水泥净浆初始流动度及30min、60min经时流动度逐渐降低；当水泥比表面积大于400m2/kg，随比表面积增加，水泥净浆初始流动度及30min、60min经时流动度迅速降低；3.1.3硅酸盐水泥的技术性质2024/2/2077

近年来混凝土早期裂缝增加，原因是多方面的，但是水泥比表面积增加，肯定是其中的原因之一。比表面积与体积收缩、抗裂性

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质2024/2/2078

近几年来，混凝土的普遍开裂应该说与水泥颗粒越来越细有直接关系。还有一个水泥中的粗颗粒问题，水泥界许多专家认为，水泥中>45μm的熟料颗粒对28d强度基本没有作用，所以这种颗粒可有可无或可以尽量降低；而混凝土界许多专家研究后认为：增加水泥中未水化的熟料颗粒可以大大减少混凝土的收缩。而现在水泥细度的增加，使水泥中的粗颗粒大大减少。混凝土的收缩量的增大，产生裂缝的可能性变大。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质2024/2/2079高铁混凝土限制水泥细度高速铁路高性能混凝土开始对水泥细度进行限制，要求≤350m2/kg。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质GB175-2023《通用硅酸盐水泥》规定硅酸盐水泥细度以比表面积表示，比表面积不小于300m2/kg,但不大于400m2/kg。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的细度以45μm方孔筛筛余表示，应不低于5%。水泥标准稠度用水量测定Φ10Φ550755Φ60试针支架试锥试模

凝结时间和体积安定性需要在标准稠度用水量下测定。试锥下降深度为28±2mm时的加水量即为标准稠度用水量。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质凝结时间和体积安定性体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙（f-CaO）过多，也可能是由于熟料中所含的游离氧化镁过多或水泥中掺入的石膏过多所致。硅酸盐水泥的初凝不小于45min，终凝不大于390min。体积安定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性初凝终凝时间水泥全部加入水浆体开始失去可塑性浆体完全失去可塑性水泥浆体屈服值与凝结时间的关系

屈服值钙矾石形成（或二水石膏形成）初凝终凝C-S-H形成水化时间初凝时间取决于C3A、C4AF及C3S的水化；终凝时间主要受C3S水化控制。Ca2+、OH-Al(OH)4-SO42-C-S-HAftCSH23.1.3硅酸盐水泥的技术性质凝结时间的测定——维卡仪试针支架试杆圆模试杆沉至底板3-5mm时，即为初凝状态；当下沉0.5mm，没有压痕时即为终凝状态。影响凝结时间的因素：①C3A含量；②水泥的细度；③水灰比；④混合材掺量。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质安定性的检验方法f-CaO：沸煮法(饼法)或雷氏法检验；

MgO：216℃，20atm×3h，试体膨胀率不超过0.5%。因其检测烦琐，故规定f-MgO<5.0%。

SO3：冷饼试验：将试饼置于潮湿环境或浸入水中经过28d或更长时间观察有无明显变形。其检测烦琐，规定SO3<3.5%。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质2024/2/2085

水泥在调水和凝结以后，必须不产生任何显著的体积变化。体积安定性不良的水泥，有凝结硬化过程中产生不均匀的膨胀，从而导致硬化浆体的开裂。

f-CaO、f-MgO水化引起及石膏掺量过多时，石膏与硬化体中的水化铝酸钙作用生成钙矾石，体积膨胀1.5倍造成破坏。3.1.3硅酸盐水泥的技术性质

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质强度及强度等级强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥4.0≥6.542.5R≥22.0≥4.552.5≥22.0≥52.5≥4.5≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥27.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥5.5硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175—2023）水泥的强度主要取决于水泥的矿物组成和细度2024/2/2087

2C3S+6H2O=C3S2H3+3CH

密度3.141.002.442.23

分子量228.2318.02342.4874.10 Mol体积72.7118.02140.4033.23体系所占体积145.42108.12140.4099.69253.54cm3-240.09cm3=13.45cm3C3A＞C4AF＞C3S＞C2S一般硅酸盐水泥，每100g减缩约7-9%。化学减缩3.1.3硅酸盐水泥的技术性质

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质水化热水泥在水化过程中放出的热水泥矿物进行水化时，铝酸三钙放热量最大，速度也快，硅酸三钙放热量稍低，硅酸二钙放热量最低，速度也慢。水化热对大体积混凝土是有害因素，不宜采用水化热较高或放热较快的水泥。

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质技术性质

碱不溶物水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示。碱含量高易发生碱骨料反应；抗裂性差；与外加剂相容性差烧失量是用来限制石膏和混合材料中杂质的，以保证水泥质量。指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不大于0.6%IP≤0.75％IIP≤1.50％PI≤3.0％PII≤3.5％水泥中氯离子含量高，会破坏混凝土中钢筋表面的钝化膜，加速钢筋锈蚀。烧失量氯离子≤0.06％

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质密度和堆积密度硅酸盐水泥的密度一般在3.05g/cm3～3.15g/cm3，平均可取3.1g/cm3。堆积的紧密程度一般在1000kg/m3～1600kg/m3之间，通常取1300kg/m3。国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2023）规定：凝结时间、安定性、强度、不溶物、烧矢量、三氧化硫、氧化镁、氯离子不符合标准要求的为不合格品。

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质【案例3-1】水泥成分和性质引起的混凝土坍落度损失大。概述：四川某公路大桥试验室配制C50混凝土，要求坍落度（200±20）mm，1h坍落度损失小于5%。该试验室使用当地某厂生产的普通水泥选择多种外加剂进行混凝土试配，始终无法满足设计要求。最后用特种熟料掺矿渣生产P.O52.5水泥试配成功。案例水泥熟料矿物组成、石膏调凝剂的含量及形态、水泥碱含量是影响混凝土坍落度经时损失的主要因素。

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质【案例3-2】水泥凝结时间前后变化。概述：某立窑水泥厂生产的普通水泥游离氧化钙含量较高，加水拌和后初凝时间仅40min，本属于不合格品。但放置1个月后，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。案例水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，放出热量，初凝时间偏短。放置一段时间后，氧化钙与空气中水反应。水泥熟料矿物也会和空气中的水反应，结团、结块，强度下降。

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止软水腐蚀1盐类腐蚀2酸类腐蚀3强碱腐蚀4

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3+2H2O软水是不含或仅含少量钙、镁可溶性盐的水软水能使水化产物中的Ca(OH)2溶解，并促使水泥石中其他水化产物发生分解在大量水或流动水中，Ca(OH)2会不断溶出，特别是当水泥石渗透性较大而又受压力水作用时，水不仅能渗入内部，而且还能产生渗流作用，将Ca(OH)2溶解并渗滤出来，因此不仅减小了水泥石的密实度，影响其强度，而且由于液相中Ca(OH)2的浓度降低，还会使一些高碱性水化产物向低碱性转变或溶解。软水腐蚀软水侵蚀—在富水压环境的溶蚀问题

在地下工程、隧道工程中，水泥混凝土在富水压条件下的溶蚀现象是一种特殊的软水侵蚀，应该引起我们的注意。3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀镁盐的腐蚀3CaO·A12O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O)+19H2O＝CaO·A12O3·3CaSO4·31H2OMgSO4+Ca(OH)2+2H2O——CaSO4·2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2——CaCl2+Mg(OH)2生成的高硫型水化硫铝酸钙含有大量结晶水，固相体积增加到2.22倍，由于是在已经硬化的水泥石中发生上述反应，因此对水泥石的破坏作用很大。生成的氢氧化镁松软而无胶凝能力，氯化钙易溶于水，二水石膏则引起硫酸盐的破坏作用。因此，硫酸镁对水泥石起着镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止碳酸腐蚀一般腐蚀酸类腐蚀水泥石中的氢氧化钙，通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失。氢氧化钙浓度的降低还会导致水泥石中其他水化产物的分解，使腐蚀作用进一步加剧。各种酸类对水泥石有不同程度的腐蚀作用，它们与水泥石中的碱(氢氧化钙)起中和反应，生成的化合物或者易溶于水，或者体积膨胀，在水泥石中形成孔洞或膨胀压力。

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止3CaO·A12O3+6Na(OH)=3Na2O·A12O3+3Ca(OH)2碱类溶液如浓度不大时一般是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化钠)作用后也会产生破坏。强碱腐蚀

3.1.4硅酸盐水泥的侵蚀与防止防止措施根据工程所处的环境特点，选择合适的水泥品种。减少拌合时的用水量，提高水泥石的密实程度。采取表面防护处理。

3.1.5硅酸盐水泥的特性与应用耐热性差凝结硬化快，强度高抗冻性好耐腐蚀性差耐磨性好碱度高抗碳化能力强水化热大适用于早期强度要求较高的工程及冬季施工的工程适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程不适用于经常与流动的淡水接触及有水压作用的工程不适用于有耐热、高温要求的混凝土工程适用于道路、地面等对耐磨性要求高的工程硅酸盐水泥由于密实度高且碱度高，故碳化能力强不适用于大体积混凝土工程铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5

3.2.1水泥混合材料为了改善水泥性能，调节水泥强度等级而加入到水泥中去的人工的和天然的矿物材料水泥混合材料活性混合材料非活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢。在Ca(OH)2或石膏等“激发剂”作用下，具有水硬性玻璃态物质，主要成分为活性SiO2、Al2O3。与水泥成分不起化学作用为结晶态物质，如磨细的石英砂、石灰石、粘土、白云石、砂岩、慢冷矿渣

3.2.1水泥混合材料活性混合材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料成粒的目的在于阻止结晶，使其绝大部分成为不稳定的玻璃体，储有较高的潜在化学能，而有较高的潜在活性。玻璃体是火山灰活性的主要来源，它的成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。粉煤灰的活性主要取决于玻璃体的含量，粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝。粉煤灰

3.2.2混合材料在硅酸盐水泥中的水化磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低。但在氢氧化钙溶液中，就会发生显著的水化。xCa(OH)2＋SiO2＋mH2O→xCaO·SiO2·(m+x)H2OyCa(OH)2＋Al2O3＋nH2O→yCaO·Al2O3·(n+x)H2O掺混合材料的硅酸盐水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。氢氧化钙和石膏的存在使活性混合材料的潜在活性得以发挥

3.2.1水泥混合材料凡与水泥不发生化学作用或化学作用甚微的人工的或天然的磨细矿物质材料都属于非活性混合材料。非活性混合材料它们掺入水泥中可以增加水泥产量和降低水泥强度等级、减少水化热等作用。实际上，非活性混合材料在水泥中仅起惰性填料的作用，所以又称为填充性混合材料。

3.2.3普通硅酸盐水泥以硅酸盐水泥熟料和适量石膏、及掺加量（质量分数）为6％~20％的主要混合材料（由规定的粒化高炉矿渣/矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料组成），以及掺加量为0%~5%的石灰石，磨细制成的水硬性胶凝材料称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号P·O，强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。普通硅酸盐水泥普通水泥的初凝不小于45min，终凝不大于600min。其性能与硅酸盐水泥相近普通水泥各龄期的强度要求（GB175—2023）强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥4.0≥6.542.5R≥22.0≥4.552.5≥22.0≥52.5≥4.5≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥27.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥5.5

3.2.4矿渣硅酸盐水泥、火山灰质

硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥掺21％~70％粒化高炉矿渣或粒化高炉矿渣粉和0%~8%的粉煤灰或火山灰、石灰石掺21％~40％火山灰质混合材料和0%~5%的石灰石掺21％~≤40％规定的粉煤灰和0%~5%的石灰石强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d32.5≥12.0≥32.5≥3.0≥5.532.5R≥17.0≥4.042.5≥17.0≥42.5≥4.0≥6.542.5R≥22.0≥4.552.5≥22.0≥52.5≥4.5≥7.052.5R≥27.0≥5.0矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥各龄期强度值

水化热低凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展快耐腐蚀性好对温度敏感，适合高温养护抗碳化能力差抗冻性差、耐磨性差三种水泥的共性3.2.4矿渣硅酸盐水泥、火山灰质

硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥

矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥适用于高温车间、高炉基础及热气体通道等耐热工程。适用于有一般抗渗要求的工程，不宜用于干燥环境的地上工程，也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程。适用于大体积混凝土工程，适用于承载较晚的混凝土工程。3.2.4矿渣硅酸盐水泥、火山灰质

硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥三种水泥的共性

3.2.5复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及掺加量（质量分数）为21％~50％的混合材料（由粒化高炉矿渣/矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石和砂岩中的三种及以上材料组成）磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥，代号P·C。复合水泥的特性取决于所掺两种混合材的种类、掺量及相对比例强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥4.0≥6.542.5R≥22.0≥4.552.5≥22.0≥52.5≥4.5≥7.052.5R≥27.0≥5.0复合硅酸盐水泥各龄期强度值

3.1.3硅酸盐水泥的技术性质【案例3-3】挡墙开裂与水泥的选用。概述：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：案例该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高——水泥的水化热高——混凝土的整体温度高——抗裂性差矿物名称C3SC2SC3AC4AF质量分数/%61141411思考当不得不采用普通硅酸盐水泥进行大体积混凝土施工时，可采取哪些措施来保证工程质量？铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5

3.3常用水泥的选用与存储高强度混凝土、冬季施工及严寒地区遭受反复冻融工程。不宜用于：大体积混凝土工程、海水及化学腐蚀性环境工程。选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥大体积混凝土工程、海水及化学腐蚀性环境工程。高温车间基础。粉煤灰硅酸盐水泥大体积混凝土工程、海水及化学腐蚀性环境工程。抗裂混凝土工程。铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5

3.4.1铝酸盐水泥的矿物成分与水化产物主要矿物成分铝酸一钙二铝酸一钙硅酸二钙铝酸一钙（CA）具有较高的水硬活性，凝结不快，但硬化迅速，是铝酸盐水泥强度的主要来源。铝酸盐水泥硬化初期强度增长较快，后期强度则增长不显著。C3AH6使水泥石内析出游离水，增大了孔隙率；同时本身强度低，所以水泥石强度将显著下降。针状、片状的CAH10、C2AH8构成骨架，AH3凝胶充填孔隙。熟料水化

CA+aqCAH10 2CA+aqC2AH8+AH3 3CA+aqC3AH6+2AH3 CA2+aqCAH10+AH3 2CA2+aqC2AH8+3AH3 3CA2+aqC3AH6+5AH3

﹤20℃﹤15-20℃20-30℃﹥30℃20-30℃﹥30℃C2AH8CAH10C2AH8C3AH6C3AH6

3.4.2铝酸盐水泥的技术性质铝酸盐水泥各龄期水泥胶砂强度及凝结时间（GB/T201—2015）类型Al2O3质量分数%抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）初凝时间/min终凝时间/min1d3d28d1d3d28dCA50CA50-I50~604050—5.56.5—≥30≤360CA50-Ⅱ5060—6.57.5—CA50-Ⅲ6070—7.58.5—CA50-IV7080—8.59.5—CA60CA60-I60~686585—710—≥30≤360CA60-Ⅱ2045852.5510≥60≤1080CA7068~773040—56—≥30≥30CA80≥772530—45—≥30≥30

3.4.3铝酸盐水泥的特征与应用最适宜的硬化温度为15℃左右，一般不宜超过25度长期强度有降低趋势早期强度增长快1d强度可达最高强度的80%以上水化热大ld内即可放出水化热总量的70％~80％耐热性较高抗硫酸盐侵蚀性强，耐酸性好，但抗碱性极差与硅酸盐水泥或石灰相混产生闪凝，而且由于生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂，甚至破坏铝酸盐水泥4常用水泥的选用与储存3掺混合材料的硅酸盐水泥21硅酸盐水泥3水泥其他品种水泥5

3.5其他品种水泥白色与彩色硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥膨胀水泥与自应力水泥砌筑水泥1、在硅酸盐水熟料矿物C3S、C2S、C3A、C4AF中，干缩性最大的是__________。C3A2、国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于______，终凝时间不迟于__________。45min

6.5h答案

练习答案3、水泥孰料中，水化速度最快，28天水化热最大的是＿。答案C3A4、引起水泥安定性不合格的原因有（）。

A、熟料游离氧化钙过多B、熟料中游离氧化镁过多

C、二氧化硅含量过量D、加入的石膏过多

练习答案ABD5、以下工程适合用硅酸盐水泥的是＿＿＿＿。A、大体积混凝土工程B、受海水及化学侵蚀的工程C、耐热混凝土工程D、早期强度要求较高的工程答案D

6、生产硅酸盐水泥时，一定要加入适量石膏，是为了对水泥起__________作用。缓凝7、判断：国标规定，硅酸盐水泥体积安定性不符合要求时应初视为废品。（）错误

练习答案答案8、为何不是水泥细度越细，强度越高？答案一般来讲，水泥颗粒细有利于提高水泥的水化速度及充分水化，有利于提高强度，特别是早期强度。但水泥颗粒过细，比表面积过大，水泥浆体达到标准稠度用水量过多，反面影响水泥的强度。9、与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的早期强度__________，水化热__________，抗冻性__________，耐腐蚀性_____。低、小、差、好答案

练习10、高铝水泥制品为何不易蒸养？高铝水泥的水化在环境温度小于20℃时主要生成CAH10，在温度20～30℃会转变为C2AH8及Al(OH)3，温度大于30℃时再转变为C3AH6及Al(OH)3、凝胶CAH10

、C2AH8等为介稳态水化产物，C3AH6是稳定态的，但是强度低。当蒸养时直接生成C3AH6这类强度低的水化产物，故高铝水泥制品不易蒸养。答案13、某些体积安定性不良的水泥，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，在空气中存放2～4周以上，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空气中的水蒸气而水化，即在空气中存放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，因而水泥的安定性可能由轻度不合格变为合格。

练习答案11、生产水泥时常用的混合材料有____、_____和____。答案火山灰、粉煤灰、矿渣14、水泥石是由凝胶体

、

和毛细孔组成的。晶体、未水化的熟料内核15、根据下列条件选择适宜的水泥品种：早期强度要求高，抗冻性好的混凝土应选用__________水泥；抗淡水侵蚀强、抗渗性高的混凝土应选用__________水泥；抗软水及硫酸盐腐蚀较强、耐热性好的混凝土应选用__________水泥。普通硅酸盐水泥(或硅酸盐水泥)、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥

练习答案答案16、常用的活性混合材料为______、_______、_____，活性混合材料的主要化学成分是_______和_______，这些活性成分能引起水泥腐蚀的水化产物_____反应，生成______和_______而参与水泥凝结硬化。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰、二氧化硅、三氧化铝、氢氧化钙、水化硅酸钙、水化硫铝酸钙17、引起水泥石腐蚀的内因主要是由于水化产物中含有__________、__________及水泥石的__________不够所造成的。氢氧化钙、水化铝酸钙、密实度

练习答案答案18、为了加快模具的周转，在生产混凝土预制构件时，常用蒸汽养护的方法，在此条件下，选择制成混凝土构件时，应采用(

)水泥拌制混凝土。A.普通水泥B.高铝水泥C.粉煤灰水泥C19、在江河桥梁建设中，不宜采用(

)水泥拌制混凝土。A.普通水泥B.矿渣水泥C.火山灰水泥A

练习答案答案20、某工程中用普通水泥配制的混凝土，产生裂纹，试分析下列原因中哪个不正确(

)。A.混凝土因水化后体积膨胀开裂B.因干缩变形而开裂C.水泥体积安定性不良A21、硅酸盐水泥的初凝时间不得早于()，终凝时间不得迟于()。A.30min

B.45min

C.12h

D.15h

E.6.5hBE

练习答案答案22、下列胶凝材料中，干燥收缩最大的是()。A.建筑石膏B.粉煤灰C.硅酸盐水泥D.石灰D23、高层建筑基础工程的混凝土宜优先选用(

)。A.普通水泥B.矿渣水泥C.火山灰水泥B

练习答案答案24、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(化学分析法除外)。取相同质量的四种粉末，分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。放热量最大且有大量的水蒸汽放出的为生石灰粉；在5～30min内凝结并具有一定强度的为建筑石膏；在45min到12h内凝结硬化的为白色水泥；加水后没有任何反映和变化的白色石灰石粉。

练习答案25、为什么生产硅酸盐水泥时掺加适量石膏对水泥不起破坏作用，而硬化水泥石在有硫酸盐的的环境介质中生成石膏时就有破坏作用？硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是因为膨胀性产物高硫型水化硫铝酸钙是在变形能力很小的水泥石内产生的故可以把水泥石胀裂。生产水泥时掺入适量的石膏也会和水化产物C3AH6反应生成，但该水化产物主要在水泥浆体凝结果前产生，凝结果后产生的很少。此时水泥浆还未凝结，具有流动性和可塑性，因而对水泥浆体无破坏作用。

练习答案26、下列混凝土工程中宜优先选用哪种水泥？（1）处于干燥环境中的混凝土工程。（2）采用湿热处理的混凝土构件。（3）厚大体积混凝土工程。（4）水下混凝土工程。（5）高强度混凝土工程。（6）高温炉或工业窑炉的混凝土基础。（7）严寒地区受反复冻融的混凝土工程。（8）有抗渗要求的混凝土工程。（9）混凝土地面或路面工程。（1）普通硅酸盐水泥。（2）矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。（3）矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥。（4）矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。（5）硅酸盐水泥。（6）矿渣硅酸盐水泥。（7）硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。（8）火山灰质硅酸盐水泥等。（9）硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

练习答案

1.某火山灰水泥试样，测得的3d的抗折强度荷载平均值为1.73kN，3d抗压荷载分别为3.50、3.58、3.60、3.79、3.80、4.30kN。试确定该水泥3d龄期的抗折、抗压强度的平均值。(已知：标准压板面积40mm×40mm，抗折跨距为100mm)2.已知某硅酸水泥28d抗折强度试件实测值分别为6.1，7.3，7.3MPa，试求其抗折强度值。该水泥抗实测值为51，52.5，53.5，53，53和54，试求其抗压强度值。六、计算第四章

混凝土混凝土的力学性能4新拌混凝土的和易性3普通混凝土的组成材料21概述4混凝土变形5轻质混凝土9混凝土配合比设计8混凝土质量评定76混凝土的耐久性4混凝土高性能混凝土10混凝土的力学性能4新拌混凝土的和易性3普通混凝土的组成材料21概述4混凝土变形5

4.1概述适当比例配合、拌制、成型、硬化水泥水粗骨料细骨料外加剂掺合料人造石材（砼）混凝土

4.1概述〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝粗骨料细骨料水泥水化产物4.1概述

石灰-火山灰混凝土

硅酸盐水泥混凝土掺和料水泥混凝土

高标号、早强混凝土

高性能混凝土（HighPerformanceConcrete)凝结快、强度高，但水化热大凝结较快、强度高，但耐蚀性差耐蚀性好、水化热低，但凝结较慢、早强低优点：耐久，缺点：凝结缓慢建设速度要求地下、水下、大体积（断面>80cm）工程要求强度要求耐久性、可持续发展要求以耐久性为首要的目标，满足强度要求、施工性能要求

4.1.1混凝土的分类按表观密度分类按所用胶凝材料分类按流动性分类按生产方式和施工方法分类按强度等级分类按用途分类4.1.1混凝土的分类按表观密度分类类别干表观密度kg/m3特点重混凝土﹥2800重晶石、钢屑为重骨料普通混凝土1950-2800普通砂、石为骨料轻混凝土轻集料混凝土800-1950浮石、陶粒等轻骨料多孔混凝土300-1000泡沫砼、加气砼普通大孔1500-1900轻骨料大孔500-15004.1.1混凝土的分类按所用胶凝材料分类1.水泥混凝土2.硅酸盐混凝土3.石膏混凝土4.水玻璃混凝土5.沥青混凝土6.聚合物混凝土7.树脂混凝土8.……4.1.1混凝土的分类按流动性分类大流动性混凝土（坍落度大于160mm）流动性混凝土（坍落度100-150mm）塑性混凝土（坍落度10-90mm）干硬性混凝土（坍落度小于10mm）4.1.1混凝土的分类按用途分类防辐射混凝土膨胀混凝土耐热混凝土防水混凝土大体积混凝土结构混凝土4.1.1混凝土的分类按生产方式和施工方法分类离心成型混凝土普通浇筑混凝土泵送混凝土喷射混凝土……4.1.1混凝土的分类按强度等级分类超高强混凝土高强混凝土低强混凝土中强混凝土＜C30C30-C60C60-C100≥C1004.1.2混凝土的组成及结构水泥粗细集料水传统混凝土水泥浆在硬化前起润滑作用砂浆又填充石子孔隙在混凝土硬化后，水泥浆则起胶结和填充作用粗细骨料主要起骨架作用比水泥浆具有更高体积稳定性、更好的耐久性现代混凝土中，除了以上组分外，还多加入化学外加剂与矿物细粉掺和料。混凝土的结构〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝〝粗骨料细骨料水泥水化产物水泥水化产物Ca(OH)2AftC-S-H4.1.2混凝土的组成及结构普通混凝土的劣化或破坏4.1.2混凝土的组成及结构宏观粗观细观普通混凝土的劣化或破坏往往出现在界面处。在混凝土承受荷载作用以前，界面处就充满微裂缝；受到荷载作用以后，随着应力的增长，这些微裂缝的开展，最终将导致水泥石的断裂。混凝土是由水泥石和骨料两相组成的复合材料。水泥石又是各种水化物和未水化颗粒、水、气等的多相复合体。各相之间的界面是混凝土内部结构重要的组成部分。4.1.2混凝土的组成及结构普通混凝土的界面劣化机理

水泥石和骨料的弹性模量不同当温度、湿度发生变化时，水泥石和骨料变形不一致，致

使在界面处形成细微的裂缝。1

在混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水的骨料表面迁

移，在骨料表面形成一层水膜，从而在硬化的混凝土中留下细

小的缝隙。2

浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊。3骨料Ca(OH)2

AftC-S-H过渡层0-100

m4.1.2混凝土的组成及结构混凝土界面过渡层模型①

W/C高（从骨料→水泥石，W/C↓）；②孔隙率大；③

Ca(OH)2和钙矾石多，C-S-H的CaO/SiO2比大；④

Ca(OH)2和钙矾石结晶颗粒大；⑤

Ca(OH)2取向生长。4.6混凝土的耐久性混凝土界面过渡层特点

4.1.3混凝土的性能特点与基本要求耐火性易塑性经济性安全性多用性耐久性抗拉强度低延展性不高自重大，比强度低体积不稳定性经济性耐久性设计强度工作性生态性优点缺点基本要求混凝土的力学性能4新拌混凝土的和易性3普通混凝土的组成材料21概述4混凝土变形5

4.2.1混凝土中各组分的作用水泥骨料外加剂掺合料水65vol.%外加剂、掺合料改善拌合物的和易性改善混凝土的物理力学性和耐久性硬化前硬化后

4.2.2混凝土中各组分的技术要求水泥品种的选择水泥强度等级的选择水泥

配制混凝土时，应根据工程性质、部位、施工条件、环境状况等，按各品种水泥的特性做出合理的选择。1

“高细度、高C3S含量、高标号”所谓的“三高”水泥对混凝

土产生裂缝的不利影响应该说是越来越大了。2

高效减水剂的使用打破了这一传统的常规：混凝土的水灰比可以减小到比检测水泥的水灰比低得很多，老规范中“水泥强度应

是混凝土强度的1.5～2倍”的规定已成为历史，现今的32.5水泥

配C60混凝土已是现实。3

案例火山灰水泥耐磨性差，铺筑路面不能选用火山灰水泥4.2.2混凝土中各组分的技术要求【案例4-1】某施工队使用以煤渣掺量为30％的火山灰水泥铺筑路面，见图。使用两年后，表面耐磨性差，已出现露石，且表面有微裂缝。

案例所选用的水泥熟料矿物组成中C3A含量较高，当水泥中C3A含量较高，其干缩较大，选用水泥不当。4.2.2混凝土中各组分的技术要求【案例4-2】路面出现较多裂纹。从资料可见，混凝土选用普通硅酸盐水泥，其熟料矿物组成分别为C3S53％，C2S25％，C3A15％，C4AF7％。4.752.361.180.600.300.1590.075.063.053.037.531.526.519.016.09.504.75碎石卵石山砂河砂海砂粗骨料细骨料mmmm《建筑用卵石、碎石》GB/T14685-2022《建筑用砂》GB/T14684-2022骨料4.2.2混凝土中各组分的技术要求

4.2.2混凝土中各组分的技术要求细骨料普通混凝土中所用细骨料有天然砂和人工砂两种泥颗粒极细----粘附在骨料表面----降低水泥石与骨料的胶结力；泥块会在混凝土中形成薄弱部分----影响混凝土的质量。云母、粘土等----粘附在砂的表面----削减水泥与砂的粘结----降低混凝土的强度；另外，增加混凝土的用水量-----加大混凝土的收缩----降低抗冻性和抗渗性。有机杂质、硫化物及硫酸盐----对水泥有腐蚀作用。有害杂质泥和泥块含量

4.2.2混凝土中各组分的技术要求细骨料颗粒形状和表面特征----影响其与水泥的粘结；颗粒形状和表面特征----影响混凝土拌合物的流动性。I类机制砂的片状颗粒含量不应大于10%。颗粒级配和粗细程度----砂的空隙率和总表面积；颗粒级配良好----所需的胶凝材料浆量较少，且能够提高混凝土的密实度----改善混凝土的其他性能。砂的级配和粗细程度颗粒形状和表面特征砂的粗细程度——细度模数Mx砂的粗细程度，指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。筛孔尺寸，mm分计筛余，%累计筛余，%4.752.361.180.600.300.15a1a2a3a4a5a6A1=a1A2=a1+a2A3=a1+a2+a3A4=a1+a2+a3+a4A5=a1+a2+a3+a4+a5A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1100-A1Mx=3.7-3.1粗砂3.0-2.3中砂2.2-1.6细砂1.5-0.7特细砂4.2.2混凝土中各组分的技术要求/%1区2区3区天然砂的级配曲线/%以天然砂为例：筛分曲线超过3区往左上偏时，表示砂过细，拌制混凝土时需要的水泥浆量多，易使混凝土强度降低，收缩增大；超过1区往右下偏时，表示砂过粗，配制的混凝土，其拌合物的和易性不易控制，而且内摩擦大，不易振倒成型；处于2区级配的砂，其粗细适中，级配较好，是配制混凝土的最理想的级配区。4.2.2混凝土中各组分的技术要求【例4-1】某干砂500g的筛分结果如下表所列。试计算该砂的细度模数并评定其级配。4.2.2混凝土中各组分的技术要求筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.600.300.15筛余量(ｇ)510015014580204.2.2混凝土中各组分的技术要求计算细度模数：

根据细度模数，该砂属粗砂。在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图4-1。该曲线落在１区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。[注]Ｍx在3.7～3.1为粗砂，Ｍx在3.0～2.3为中砂，Ｍx在2.2～1.6为细砂，Ｍx在1.5～0.7为特细砂。

4.2.2混凝土中各组分的技术要求是指砂在外界物理化学因素作用下抵抗破坏的能力。砂的坚固性砂的坚固性指标类别Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类质量损失率a/%≤8≤10细骨料a：采用硫酸钠溶液法进行试验时，砂的质量损失应符合表中规定。

4.2.2混凝土中各组分的技术要求项

目指

标I类II类III类硫化物及硫酸盐（按SO3质量计，％，＜）0.51.01.0有机物合格合格合格粗骨料有害杂质（GB/T14685－2022）粗骨料中常含有一些有害杂质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物和有机杂质。它们的危害作用与在细骨料中的相同。有害杂质粗骨料普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵石两种

4.2.2混凝土中各组分的技术要求类别ⅠⅡⅢ针、片状颗粒总含量（按质量计）/%

≤5≤8≤15针、片状颗粒含量颗粒形状及表面特征----空隙率----影响与水泥的粘结----影响胶凝材料用量及拌合物的流动性。骨料质量首先不是强度，重要的是使用级配和粒形良好的骨料可以得到最小用水量的拌和物。颗粒形状及表面特征粗骨料骨料质量好坏是不是“强度是关键”？重要的是，使用级配和粒形良好的骨料可以得到最小用水量的拌和物。

4.2.2混凝土中各组分的技术要求不同粒形骨料的对比

4.2.2混凝土中各组分的技术要求粗骨料中公称粒级的上限，称为该粒级的最大粒径。最大粒径粗骨料水泥用量和稠度骨料粒径大拌合用水量少相同骨料粒径小拌合用水量多但，粒径大的骨料使界面过渡区有更多的微裂缝，从而更加薄弱。

4.2.2混凝土中各组分的技术要求石子品种泵送高度（m）粗骨料最大粒径与输送管径比碎石＜50≤1：350～100≤1：4＞100≤1：5卵石＜50≤1：2.550