土木工程材料：水泥

7.水化热

概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。C3S

b-C2S

C3A

C4AF

FreeCaO

FreeMgO

OrdinaryPortlandcements

Sulphate-resistingandblast-furnacecements

Pozzolaniccements

Highaluminacements500

250

1340

420

1150

840

375-525

355-440

315-420

545-585各种熟料矿物的水化放热量：J/g放热主峰放热速度逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线放热速度很低1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）

机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。破坏形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。8.

水泥的耐腐蚀性

2)盐类腐蚀（硫酸盐、镁盐）硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。

Na2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4•2H2O+2NaOHC3A+3CaSO4•2H2O+26H2O─C3A·3CaSO4·32H2OMgCl2+Ca(OH)2→CaCl2+Mg(OH)2

MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4•2H2O+Mg(OH)23)酸类腐蚀

A:一般酸腐蚀水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。

Ca(OH)2+2H+——Ca2++H2OB:碳酸腐蚀

Ca(OH)2+CO2+H2O——CaCO3

+H2OCaCO3+

CO2+H2O——Ca（HCO3）2水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落4)强碱腐蚀腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。

3CaO·Al2O3+6NaOH──Na2O·Al2O3+3Ca(OH)2

防止水泥石腐蚀的措施

主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，

1.根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；

2.提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；

3.表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。五、硅酸盐水泥的应用和存放一、水泥混合材

在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。分为活性、非活性(惰性)两大类。§5.2掺混合材的硅酸盐水泥

1.非活性混合材

与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。非活性（惰性）混合材料的品种：磨细石英砂石灰石粉粘土慢冷矿渣粉水泥熟料+石膏···2.活性混合材

能够与水泥矿物或水泥水化产物发生反应生成胶凝物质的矿物质混合材料——活性混合材。活性组分：SiO2、Al2O3常用品种：粉煤灰水淬矿渣火山灰水泥熟料+石膏···

活性混合材的作用1.火山灰反应：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO

SiO2

nH2OxCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaO

Al2O3

nH2O2.稀释作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中Ca(OH)2的含量。3.超细粉末的密实填充效应

注：从工业生产角度水泥中加入混合材料可以：调整水泥强度等级、节省能源、降低成本、增加产量。二、掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6-20%混合材普通硅酸盐水泥20-70%矿渣矿渣硅酸盐水泥20-50%火山灰火山灰硅酸盐水泥20-40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥20-50%两种混合材复合硅酸盐水泥P·CP·OP·SP·PP·F四、活性混合材水泥的共性密度较小2.70～3.10。强度等级要求较硅酸盐水泥及普通水泥低。早期强度较低，后期强度增长率高。普硅水泥混合材水泥对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。P型水泥或P·O水泥混合材硅水泥水化热较小。耐腐蚀性较好。抗碳化能力差；抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。五、活性混合材水泥的特性矿渣水泥：保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。火山灰水泥：易吸水，需水量较大，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，干燥环境中“起粉”。粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。复合水泥：取决于所掺的混合材种类。各种混合材料性能方面取长补短，性能优于单一混合材水泥。

以铝矾土和石灰石为原料，按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙为主要矿物成分的水硬性材料，又称高铝水泥。

1.铝酸盐水泥的矿物组成：铝酸一钙CaO

Al2O3CA，50%~70%；硅酸二钙2CaO

SiO2C2S，七铝酸十二钙12CaO

7Al2O3，

C12A7

二铝酸一钙CaO

2Al2O3，

CA2

硅铝酸二钙2CaO

Al2O3

SiO2C2AS§5.3铝酸盐水泥

2.铝酸盐水泥的水化和硬化1.铝酸一钙的水化和硬化特点起决定作用。2.铝酸一钙的水化：

T≤20

CCA+10H2O—CAH10

20

C≤T≤30

C2CA+11H2O—C2AH8+AH3T≥30

C3CA+12H2O—C3AH6+2AH3

注：

CAH10

、C2AH8呈亚稳态3.水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强度增长快；4.水化物是针片状晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转化，因而引起强度降低。3.铝酸盐水泥的技术性质1.外观：黄色或黄褐色或灰色；2.密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；3.细度：80

m筛余不得超过10%；4.凝结时间：初凝≥30min，终凝≤6h；5.强度：见表5-4。4.铝酸盐水泥的性能与应用

⑴凝结硬化快、早期强度高适用于紧急抢修工程。

⑵耐热性好宜用于配制在900～1300℃使用的耐热砼。

⑶抗渗性及抗硫酸盐性好可用于抗渗性要求高及经常与硫酸盐等腐蚀介质接触的工程。

⑷水化热大且放热集中不宜用于大体积砼工程

⑸耐碱性很差不宜用于与碱接触的砼工程。⑹不得与硅酸盐水泥或石灰等能析出Ca(OH)2的材料混合使用,易出现闪凝。⑺不得用于高温高湿环境，也不能在高温季节施工或采用蒸汽养护。⑻长期性能下降不宜用于长期承受荷载的工程.一、白色硅酸盐水泥

组成特点：水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.5%。性能特点：外观为白色，按白度分为一级、二级和三级；技术要求与普通水泥同。应用特点：白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。§5.4其它水泥二、膨胀水泥和自应力水泥1.组成特点：含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。2.种类：硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。3.性能特点：凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性。4.应用特点：可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等。三、道路硅酸盐水泥组成特点：水泥熟料主要矿物——硅酸钙和铁铝酸钙铁铝酸四钙高，C4AF的含量≥16.0％。性能特点：初凝时间较长，≥1.5h；抗折强度高；耐磨性好，磨损率≤3.00kg/m2；抗裂性好，28d干缩率≤0.10%；使用特点：主要用于混凝土路面工程。四、抗硫酸盐水泥组成特点：

C3S、C3A的含量低，要求C3S的含量低于50.0~55.0%；C3A的含量低于5.0~3.0%。（为什么？）性能特点：具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力应用特点：主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程。

五、中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥组成特点：熟料中C3S、C3A的含量较低，后一种掺加20~60%的粒化高炉矿渣。性能特点：水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较好。应用特点：适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化热、高抗冻性和耐磨性的工程。六、快硬硅酸盐水泥组成特点：熟料中C3S、C3A的含量较高，石膏的掺量略大（其中SO3≤4.0%）。性能特点：水泥的细度较细，凝结硬化快，早期强度增进率高。应用特点：早期强度要求高、紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制构件等。七、快硬硫铝酸盐水泥

以铝矾土、石灰石和石膏为原料,经二磨一烧而成的水硬性胶凝材料。矿物组成无水硫铝酸钙（C3A3.CaSO4）、C2S为主。性能特