土木工程材料课件-第2章

土木工程材料课件-第2章土木工程材料第2章无机胶凝材料InorganicBindersorInorganicCementitousmaterials第2章无机胶凝材料本章知识架构无机胶凝材料气硬性水硬性石膏石灰水玻璃硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥品种组成：化学与矿物凝结硬化机理技术性能用途与选择1 第2章无机胶凝材料教学要求
基本概念：胶凝材料的定义与特性气硬性与水硬性胶凝材料石膏、石灰、水玻璃硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥与铝酸盐水泥混合材料、活性与非活性混合材特性水泥水灰比胶凝材料浆体的凝结与硬化水泥石2第2章无机胶凝材料教学要求
基本原理：气硬性与水硬性胶凝材料浆体的凝结硬化机理重点：石膏与石灰的硬化机理、水泥的水化、凝结与硬化机理硬化胶凝材料浆体的强度产生机理
基本知识：石膏的制备工艺、组成、技术性质与应用石灰的应用，过火或欠火石灰的危害及消除水玻璃的模数对水玻璃性质的影响，水玻璃硬化的原因硅酸盐、硫铝酸盐和铝酸盐水泥的组成、水泥石的结构、技术性质水泥主要技术性质的测试，各种水泥的正确选用混合材的种类、组成、性质与应用3 第2章无机胶凝材料学习重点
胶凝材料凝结硬化机理及其影响因素是什么(What)？
土木工程对胶凝材料有哪些性能要求(Which)？
怎样正确选择和使用胶凝材料(How)？4第2章无机胶凝材料论题一论胶凝材料的特征与特性
胶凝材料的特征
胶凝材料的种类
胶凝材料的特性
胶凝材料凝结硬化机理5 2.1论胶凝材料的特征与特性1胶凝材料的特征
定义：凡能经过一系列物理、化学作用由浆体变成坚硬固体，并能将散粒状或块、片状材料胶结成整体的物质，统称为胶凝材料。
特征：物理状态：“胶”—用物理方法形成的浆体或溶液浆体—粒径接近胶体尺寸(μm)的固体颗粒与水混合形成悬浮液；溶液—加热或与溶剂混合形成具有一定粘度的溶液。相变行为：“凝”—在一定条件下因物理或化学变化而转变为具有胶结能力和强度的固体（胶体或多晶体）工程行为：“稳”—在工程使用条件下，其组成和结构稳定62.1论胶凝材料的特征与特性2胶凝材料的种类
按其化学组成：有机胶凝材料：由有机胶凝物质构成，如沥青、树脂等无机胶凝材料：以无机胶凝矿物为主，如水泥、石膏、石灰等复合胶凝材料：由无机化合物或矿物和有机化合物复合构成，如牙齿水泥、酸－碱水泥。
按其硬化条件：气硬性胶凝材料石膏、石灰等；水硬性胶凝材料各种水泥等。7 2.1论胶凝材料的特征与特性气硬性与水硬性胶凝材料的特点
气硬性胶凝材料特点：只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！
水硬性胶凝材料特点不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！82.1论胶凝材料的特征与特性3胶凝材料的特性
胶凝材料的重要特性：流变性：工程施工时，浆体或溶液具有流动性、匀质性和稳定性流动性：在自重力或机械力作用下可流动与填充匀质性：浆体中各组分（物相或分子）分布均匀稳定性：在凝结硬化前，保持各组分分布均匀，不离析或分层胶凝性：一定条件下凝结硬化成具有强度的固体物理固化：因冷却或分散介质挥发而凝固成固体或胶体化学固化：因化学反应而凝固成固体或胶体稳定性：工程使用条件下，能长久保持其几何形状和工程性能9 2.1论胶凝材料的特征与特性4胶凝材料的凝结硬化机理
胶凝材料的胶结力固体颗粒表面间相互作用力：范德华力、氢键、咬合等有机大分子间相互作用力：化学键、范德华力、氢键、缠结等多孔材料内的毛细收缩力：分离压
无机胶凝材料凝结固化机理“溶解—沉淀”反应：液相减少、增加固相体积、固体水化物因连生、交联形成固体物骨架，形成固体连续相，浆体变为固体。水分蒸发：液相减少，固相体积增加，毛细收缩，浆体变为固体
有机胶凝材料凝结固化机理冷凝：加热后是流动浆体或溶液，冷却后，分子间距缩小而凝固化学交联：大分子间发生交联反应，形成体型网状大分子结构10第2章无机胶凝材料论题二气硬性胶凝材料的特性与应用
石膏
石灰
水玻璃11 2.2气硬性胶凝材料的特性与应用2.2.1石膏Plaster石膏的组成与结构CompositionandStructureofPlaster知石膏的生产识PlasterProduction架建筑石膏的凝结与硬化构SettingandHardeningofPlaster建筑石膏的性质PropertiesofPlasteranditsArticles建筑石膏的应用UtilizationofPlasteranditsArticles122.2.1石膏Summary
性质——石膏是气硬性胶凝材料，建筑石膏的主要成分是b-半水石膏CaSO4×0.5H2O
生产方法——建筑石膏可用天然二水石膏或化学石膏在120~180°C干燥下脱水制备；
凝结硬化机理——“溶解—沉淀”理论，即通过半水石膏在水中不断溶解，二水石膏不断结晶，晶体不断生长、相互交错与连生构成晶体网络结构而硬化；
性能——浆体需水量较大，凝结硬化快、凝结时有微膨胀、表观密度较小、孔隙率较大、强度低、耐水与抗冻性差、容易吸水和吸潮、导热系数低、隔热与吸声性好、耐火、对人体和环境无害。
应用——各种板材、粉刷砂浆、雕饰等。13 2.2.1石膏进一步研究开发的课题
先进纤维石膏基复合材料
高强石膏及其制品
提高石膏及其制品的耐水性
外墙保温砂浆及其装饰
钢结构防火涂层142.2.1石膏石膏应用的历史
9000年前，叙利亚和土耳其的安那托力亚就有古迹
5000年前，埃及人就在敞开的火炉中煅烧石膏，然后破碎磨成粉末，再与水拌和制得用于金字塔建造中石块得粘结材料——灰浆
372-287BC，古希腊人采用天然透明石膏(亚硒酸石膏)做神庙得窗户
古罗马人用石膏浇注了成千上万座古希腊得雕塑
十七世纪，法国巴黎的木质房的所有墙壁均用石膏灰浆（plaster）覆盖，以提高防火性能，因而，法国巴黎有“石膏之都（capitalofplaster）之称
石膏灰浆又称为“PlasterofParis”，它是半水硫酸钙(CaSO4×½H2O)，二水硫酸钙(CaSO4×2H2O)称为gypsum15 2.2.1石膏1石膏的组成与结构
石膏的矿物组成：CaSO4·xH2Ox＝＝＝2生石膏x＝＝＝0硬石膏X为结晶水个数(二水石膏)(无水石膏)x＝＝＝0.5熟石膏(半水石膏)
石膏胶凝材料(Gypsumbinder)的组成：CaSO4·0.5H2O或或或CaSO4
石膏是晶体结构162.2.1石膏1石膏的组成与结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌蓝色：Ca，黄色：S，粉红：H，红色：O17 2.2.1石膏2石膏的生产
原料：天然二水石膏；天然无水石膏；工业副产物——磷石膏、氟石膏等。
生产工序：原料(破碎)®®®脱水®®®磨细
生产(脱水)的工艺：非密闭煅烧(干燥空气中)：密闭蒸练(湿的水蒸气)：
不同工艺得到不同组成的石膏胶凝材料182.2.1石膏ཟ❬石膏⸵㓚㔪⣬Წ։我国石膏矿分布非常广泛19 2.2.1石膏非密闭煅烧脱水工艺及其产品b-半水石膏у可溶120~180°C溶无无水水石500~750°CCaSO4×2H2O200~360°C石膏膏400~500°C难溶无水石膏202.2.1石膏密闭蒸练工艺及其产品：a-型半水石膏у125~180°C可溶水蒸气溶无无水水石400~800°CCaSO4×2H2O200~360°C石膏膏1不溶无水石膏800~1180°C地板石膏CaSO4(ⅡⅡⅡ)CaSO4与CaO21 2.2.1⸩㟅生产工艺与产品的组成密125~180°C120~180°C非闭水蒸气CaSO4×2H2O干燥空气密蒸闭炼煅工aaa-CaSO4×××0.5H2Obbb-CaSO4×××0.5H2O烧艺工及200~360°C200~360°C艺其及产aaa-CaSO4(ⅢⅢⅢ)可溶bbb-CaSO(ⅢⅢⅢ)可溶其品4产组品成400~800°CCaSO4(ⅡⅡⅡ)不溶400~800°C组成800~1180°CCaSO4(ⅠⅠⅠ)不溶＋＋＋＋CaO222.2.1⸩㟅⸩㟅⭕ӝ⍷ぁഴᓕ气ᧈ᭴৕ᯏޛਙ⟕⸩㟅ӝ૷儎ᕰ⸩㟅23 2.2.1石膏3建筑石膏的凝结硬化
凝结硬化过程中的水化反应：CaSO4·0.5H2O＋＋＋1.5H2O®®®CaSO4·2H2O＋＋＋Q即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，
凝结硬化机理——“生成溶解－沉淀理论Ca2+、SO42-离子的饱和溶液”溶解半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。沉淀二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网硬化242.2.1石膏4凝结硬化的物理化学过程半水石膏颗粒二水石膏晶体水孔隙石膏浆体石膏胶体石膏硬化体25 2.2.1石膏水化初期：二水石膏晶体较少262.2.1石膏䳅⵶水化ਃᓊ䘑㺂二水石膏晶体䠅27 2.2.1石膏石膏硬化体中晶体堆积体282.2.1石膏半水石膏在空气中，也会吸收空气中的水分子水化成二水石膏晶体。ঀ≪仍㋈㺞䶘ӂ≪石石膏仍㋈㺞䶘࠼ᆆ俌所以，石膏胶凝材料运输、储存中，必须防膏ޞ䜞潮、防水，以免失效！≪石化膏ᡆӂ≪晶体уᯣ໔ཐ≪石膏化29 2.2.1石膏石膏凝结硬化的影响因素
石膏的组成凝结硬化速度的排序：可溶性无水石膏＞半水石膏＞难溶性无水石膏＞不溶性无水石膏
石膏浆体的用水量用水量越大，石膏晶体颗粒越大；凝结硬化所需时间增加
外加剂一些无机盐(如硫酸钾)可以促进凝结硬化，而一些有机酸(如柠檬酸)可以延缓凝结硬化
细度细度越细，凝结硬化越快。30时间硫酸钾可以促进石膏浆体的凝结硬化(曲线a)， 2.2.1石膏5建筑石膏的性质
建筑石膏的技术要求(GB9776－88)：密度：2.50~2.70;强度：抗折强度、抗压强度;细度：0.2mm方孔筛筛余;凝结时间：初凝、终凝时间;
石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小：～1.0孔隙率较大强度较低耐水性和抗冻性较差防火性较好隔热性和吸声性良好装饰性312.2.1石膏学会分析、思考和回答问题！1.石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？答：半水石膏需加水60～80％，才能使浆体达到成型所需可塑性；而半水石膏全部水化成二水石膏只需18.6％的水量；即，有40~60％多的水不能参与反应，硬化后多余水分的挥发留下大量孔隙。2.孔隙率较大在应用上，有哪些优点和缺点Which？答：优点—保温隔热性、吸声隔声性好；质轻。可作为墙板、天花板、墙面粉刷砂浆等。缺点—强度低、吸水率较大、耐水性差。不能用作结构材料，不宜用于潮湿环境等。32 2.2.1石膏学会分析、思考和回答问题！3.为什么石膏制品的耐水性差Why？答：石膏晶体是亲水性很强的离子晶体，而且晶体内有明显的解理面，层间和晶体颗粒间是较弱的氢键结合，因此，水分子进入，降低了晶体层间和颗粒间的相互作用力，导致强度下降；其软化系数只有0.30~0.45；另一方面，二水石膏在水中的溶解度较大，石膏制品长期在水中的强度将更低。4.如何改善石膏制品的耐水性How?答：降低孔隙率，改善孔隙结构，对毛细缝隙进行憎水处理，以减小吸水率；掺加其它矿物或有机物，以降低晶体水化物的溶解度，阻止水分子对晶体颗粒间的削弱作用。332.2.1石膏学会分析、思考和回答问题！5.为什么石膏制品的防火性好Why?答：石膏制品的孔隙率大，隔热性较好；二水石膏晶体含有两个结晶水分子，在受热后，二水石膏晶体脱去水分子，并蒸发吸收和带走热量；硫酸钙分子的分解温度很高，因此，在高温下，主要发生脱水和烧结。6.进一步思考的问题:警察在勘察犯罪野外现场时，用石膏翻版罪犯足印，其原理是什么？试验证明石膏板有调节室内湿度的功能，为什么？如何在土木工程建设中正确地使用或选用石膏，为什么？34 2.2.1石膏建筑石膏的应用
建筑石膏是一种很好的绿色建材！
应用中扬长避短，正确应用！
建筑上的主要应用有：建筑石膏制品：各种板材：墙板、天花板等艺术装饰品粉刷石膏：墙面粉刷雕饰35第2章无机胶凝材料作业
归纳、总结石灰或水玻璃的组成、特性与应用间关系 2.2.2石灰
建筑石灰的组成与品种
建筑石灰的制备
石灰的硬化
石灰的性质
石灰的应用372.2.2石灰1石灰的组成与品种•气硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；•水硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物：CaO、活性Si2O、Al2O3等38 2.2.2石灰2石灰的制备
原料：以CaCO3为主要成分的天然岩石，如：石灰石、白垩等。
石灰的制备：石灰石的热分解反应：CaCO3CaO＋CO2制备工艺：岩石破碎煅烧粉磨(消解)392.2.2石灰煅烧温度较低，时间较短时®欠火石灰制备工艺与产品石灰石煅烧温度较高，时间较长时®过火石灰1000～1200°C生石熟石磨细生石灰水喷淋灰粉灰粉浓缩(水)化灰池石灰浆陈伏石灰膏减轻或消除过火石灰的危害40 2.2.2石灰3石灰的硬化结晶作用生石灰或熟石灰＋水成为Ca(OH)2浆体；浆体中游离水的不断损失，导致Ca(OH)2结晶；水分损失碳晶粒长大、交错堆聚成晶粒结构网—硬化。化碳化作用Ca(OH)2与空气中的水CO2气体反应，在表面形成孔隙CaCO3膜层。石灰浆体石灰凝胶体石灰碳化体提高耐久性。412.2.2石灰4石灰的性质
建筑石灰的技术要求：CaO的含量CO2的含量(欠火石灰)细度体积安定性(过火石灰)
建筑石灰的特性：表观密度较小浆体的可塑性好硬化后的强度较低耐水性差浆体硬化中容易开裂
过火石灰的危害与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。42 2.2.2石灰问题？1.过火石灰有什么危害？应如何消除？答：过火石灰密度较大，且颗粒表面有玻璃釉状物包裹，水化消解很慢，在正常石灰水化硬化后再吸湿水化，产生体积膨胀，影响体积稳定性。可采用延长石灰的熟化和陈伏期，或过滤掉。2.石灰硬化过程中，为什么容易开裂？使用时应如何避免？答：石灰浆体的硬化是靠水分的大量挥发，体积显著收缩，因而容易导致开裂。在使用时，避免单独使用，可掺加一些砂子、麻刀丝或纸筋等。432.2.2石灰4石灰的性质
配制建筑砂浆和石灰乳
配制无熟料水泥石灰＋火山灰活性材料
配制三合土石灰＋粘土＋砂＋水
作为其它建材制品的原料如：硅酸盐制品、灰砂制品、碳化板等。
软土地基加固44 2.2.3水玻璃1水玻璃的组成与制备
什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋
什么是水玻璃的模数？n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。
模数对水玻璃性能的影响模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。
水玻璃的制备方法：湿法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2R2O·nSiO2+H2O水玻璃452.2.3水玻璃2水玻璃的凝结硬化
水玻璃硬化过程水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO2而硬化
水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和SiO2的形成
水玻璃的特性良好的胶结能力耐热性好、不燃烧较好的耐酸性能耐水性和耐碱性差46 2.2.3水玻璃2水玻璃的凝结硬化水玻璃溶液硅酸凝胶二氧化硅玻璃体R＋＋＋HSiO-44SiO4SiO42R＋＋＋H＋＋＋R＋＋＋4SiO4SiO2R酸化R＋＋＋CO＋＋＋脱水交联SiO-4＋＋＋3SiO24RH4SiO4RCO23R＋＋＋R＋＋＋R＋＋＋H4SiO4SiO2472.2.3水玻璃3水玻璃的工程应用
配制耐酸混凝土与砂浆
配制耐热混凝土与砂浆
配制快凝防水剂
加固地基基础48 2.2.3水玻璃问题？1.为什么水玻璃能配制耐酸混凝土和砂浆？答：水玻璃溶液的凝结硬化是在酸作用下，使硅酸根离子逐步缩聚交联成二氧化硅玻璃体，因此，酸性条件只会使水玻璃中硅酸根离子的交联度提高，更加密实和耐水。2.为什么水玻璃模数n越大，粘结力越强，耐水性越好？答：n是SiO2/R2O的摩尔比，n越大，表明SiO2含量越大，硬化后的玻璃体中SiO2的交联密度越大，所以，粘结力越强，耐水性越好。49土木工程材料2.3硅硅酸硅酸酸盐酸盐盐水盐水水泥水泥PortlandCement 2.3硅酸盐水泥硅酸盐水泥的组成与制备化学组成、物相组成、制备方法知硅酸盐水泥的凝结硬化机理识熟料矿物的水化反应、浆体凝结与硬化过程架硅酸盐水泥石的结构构水化物形貌、多孔多物相的颗粒堆聚体结构硅酸盐水泥的技术性能物理、力学、凝结、耐久等性能硅酸盐水泥的应用适用领域12.3硅酸盐水泥概述水泥(cement)的定义：水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料水泥的种类有哪些？根据水泥的主要胶凝矿物组成，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等硅酸盐系水泥⼭䞮ⴆ㌱≪⌛䬓硅酸钙䞮ⴆ㌱≪⌛磷铝酸主要水化活性胶凝矿物酸钙,钙镁硫铝酸钙硫铝酸盐系水泥2 2.3硅酸盐水泥概述什么是水泥(cement)？水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？ṯᦤ水泥的特性θᴿφ膨胀水泥Ƚᘡ⺢水泥Ƚք✣水泥Ƚᣍ膨胀水泥⺡䞮ⴆ水泥ㅿȾ抗⺢ौᰬ膨胀快腐㙆⺢硬蚀㞆ौ水水㲶水泥的特性䙕泥泥性ᓜླᘡ水ौ✣քք✣水泥32.3硅酸盐水泥概述⹻䞮ⴆ水泥ᴿPĖૂPėњ㊱θ੄㘻੡ᴿ␭ਾᶆ⹻䞮ⴆ㌱水泥૷〃⹻䞮ⴆ水泥Ფ䙐⹻䞮ⴆ水泥χ᧰␭ਾᶆ的⹻䞮ⴆ水泥特性⹻䞮ⴆ水泥水泥ᱥᖉԀӝ䠅ф⭞䠅ᴶཝ的ൕᵞᐛぁᶆᯏέ水泥਀ެ⸸⍼Ƚ␭ࠓൕф㓚㔪水泥ㅿ水泥ะᶆᯏᲤ䚃⭞ӄ਺〃ൕᵞᐛぁૂ䫘ㆁ␭ࠓൕ㔉ᶺέ水泥的↙⺤䘿⭞ሯൕᵞᐛぁ的ࣕ㜳ф䍞䠅㠩ީ䠃㾷4 2.3硅酸盐水泥硅酸盐水泥的历史埃及时代煅烧石膏—金字塔希腊与罗马人发明了煅烧石灰石—快硬石灰—砖石结构砂浆希腊与罗马人黏土或泥土、石灰与砂—胶凝材料罗马人用火山灰、石灰与砂—水硬性胶凝材料—混凝土、砌块中世纪，该项技术失传，到11世纪建材低到最低点14世纪后期，石灰技术和火山灰利用再次升起1759~1759年,英国人JohnSmeaton将石灰与火山灰混合—胶凝材料法国的Lesage和Vicat，英国的Frost和Parke，煅烧石灰与粘土混合物—水泥1824年，英国的砖瓦匠JosephAspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产大规模化52.3硅酸盐水泥重点论题凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即国外通称的PortlandCement).2.3.1硅酸盐水泥的组成与制造2.3.2水泥浆如何转变成坚硬固体？2.3.3水泥石的组成与结构2.3.4水泥石强度如何产生？2.3.5水泥的技术性质与正确选用6 2.3硅酸盐水泥学习目的学习硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别；水泥的生产过程及其对性质的影响。掌握水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素；应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。熟悉水泥各种性质的含义和工程意义；水泥性质的影响因素及其规律；水泥性质的检验方法和评定标准。72.3.1硅酸盐水泥的组成与制造1硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥熟料Clinkers必要组分石膏(CaSO4×2H2O)Gypsum混合材(矿渣或石灰石粉末)MineralAdditives各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化石膏：调节水泥的凝结时间混合材：调节水泥的强度等级8 2.3.1硅酸盐水泥的组成与制造1硅酸盐水泥熟料的组成化学组成：60主要成分：CaO(C)，SiO2(S)，Al2O3(A)，Fe2O3(F)50少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。矿物组成：40硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物30低低低矿物名称英文名称缩写分子式矿物式高高高20硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2S10Ca2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3000铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3C3SC2SC3AC4AF92.3.1硅酸盐水泥的组成与制造2水泥熟料化学组成与矿物组成的确定方法化学成分及其含量直接通过化学分析方法确定：GB/T176—1996水泥化学分析方法(eqvISO680：1990)4种矿物的含量不能直接通过分析方法确定，而是采用Bogue方程计算获得：Bogue方程:(C3S)=4.07(C)－7.60(S)－6.72(A)－1.43(F)－2.85(Ŝ)(C2S)=2.87(S)－0.754(C3S)(C3A)=2.65(A)－1.69(F)(C4AF)=3.04(F)式中：括号表示该物相的质量百分数，Ŝ=SO310 2.3.1硅酸盐水泥的组成与制造3水泥颗粒的形貌与结构熟料颗粒细宏观形貌：水泥颗粒是灰色粉末观形细观形貌：不规则的多面体颗粒貌微观结构：多物相的晶体堆聚体熟料矿物微观水泥颗粒宏观形貌结构112.3.1硅酸盐水泥的组成与制造2硅酸盐水泥是怎样制造的？原料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3与SiO2制造工艺：原料经粉磨混合后得到水泥生料生料经窑内煅烧得到水泥熟料水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合后得到水泥自动化生产过程“两磨一烧”12 2.3.1硅酸盐水泥的组成与制造1硅酸盐水泥制造工艺方法按照煅烧窑的结构分类：立窑普通立窑和机械化立窑回转窑湿法回转窑、干法和半干法回转窑
湿法回转窑：长回转窑和短回转窑
半干法回转窑：即立波尔窑
干法回转窑：中空式窑、带余热锅炉的窑、带旋风预热器的窑、带立筒预热器的窑、带旋风预热器及分解炉的窑按照生料制备方法分类：湿法：生料制成生料浆，在喂入湿法回转窑煅烧成熟料。干法：生料制成粉末，直接喂入干法回转窑内煅烧成熟料。预热和窑外预分解过程（Preheater/PrecalcinerProcess）半干法：介于湿法和干法之间的生产方法将生料制成含水12％～14％的料球，喂入煅烧窑132.3.1硅酸盐水泥的组成与制造2硅酸盐水泥生产的四个阶段硅质(粘土)＞1450℃钙质粉粉粉磨粉磨磨磨生料煅煅煅烧煅烧烧烧(石灰石)调节原料熟料水水水泥水泥泥泥粉磨石膏混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程14 ৕料ᔶ䟽Ԅཟ❬⸵ኧሼ⸩⚦䍞ૂ㋎ൕ䍞৕料ᔶ䟽θ䘆ޛ生ӝ൦θᒬ⹪⻄ൽौȾ生料制༽঩⸩⚦䍞৕料Ƚ㋎ൕ䍞δ䬓硅䍞ε৕料фቇ䠅䫷䍞Ƚ䬓䍞Ƚ硅䍞ṗ↙৕料㔅⹪⻄Ƚ✎ᒨ੄θ㔅жᇐ∊䞃ਾȽ⼞㓼ᡆᡆ࠼ਾ䘸Ƚ䍞䠅ൽशⲺ生料Ⱦ熟料煅烧঩ሼ生料൞水泥窑޻煅烧㠩䜞࠼⟊㷃θᗍࡦԛ硅酸䫏Ѱѱ㾷⸵⢟Ⲻ硅酸盐水泥熟料Ⱦ水泥⼞ᡆ঩ሼ水泥熟料ૂ䘸䠅⸩㟅δૂ␭ਾᶆ料εާੂ⼞㓼ᡆѰ硅酸盐水泥Ⱦ2.3.1硅酸盐水泥Ⲻ㓺ᡆф制造原料采掘回转窑原料磨细尾原料混合预热器反应物反应物＋反应物＋＋＋产物产物＋＋＋＋中间产物＋中间产物回转窑产产产物产物物物熟料冷却熟料储存水泥生料煅烧回转窑1450~1500°C硅酸盐水泥熟料制造工艺流程15 2.3.1硅酸盐水泥的组成与制造熟料、石膏和混合材料按一定比例称量后加入球磨机中磨成水泥162.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1新拌水泥浆的流变性水泥与水以一定的质量比拌和后形成新拌水泥浆水泥浆的用水量与水泥质量之比定义为水灰比新拌水泥浆表现为非牛顿流体的流变行为：当剪切应力较小时，浆体不流动；当剪切应力大于屈服应力时，浆体才产生流动流动时浆体的塑性黏度随剪切速率增加略有减小流变行为与水泥矿物组成、水灰比、外加剂、环境条件等有关17 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1新拌水泥浆的流变性常用圆锥形的筒测量浆体流动扩展的面积和扩展最大面积所需时间，以及从一定体积的漏斗中流出的时间来检测或评价新拌水泥浆的流动性流动扩展度J型漏斗182.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2新拌水泥浆的凝结硬化水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体凝结——水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”硬化——随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的、等体积的物理化学变化过程。19 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1为什么水泥浆能转变成坚硬固体？水泥与水能发生化学反应——水化反应水化反应将结合占水泥质量23％左右的拌和水水化反应的产物——水化物能相互凝聚成三向网络结构水化反应产物有很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力，使硬化水泥浆具有强度多余水的存在不影响硬化和强度202.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2水泥熟料矿物的水化反应特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应其水化反应均是放热反应水化反应是固－液异相反应反应速度序列：半水石膏CaSO4×0.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化来自水泥粉磨过程中二水石硅酸三钙C3S的水化膏的脱水分解：CaSO×2HO®CaSO×0.5HO+1.5HO硅酸二钙bbb-C2S的水化4242221 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1硅酸钙CS与b-CS的水化32硅酸钙水化生成水化硅酸钙C3S2H3—C-S-H凝胶和Ca(OH)2—羟钙石，并放出热：硅酸三钙：2C3S+6H®®®C3S2H3+3CH+120cal/g硅酸二钙：2C2S+4H®®®C3S2H3+CH+62cal/g(C-S-H)+羟钙石特征：形成相同的水化物—组成不确定的C-S-H凝胶，组成为：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2×××nH2O(x,z与温度、水灰比等有关)其中钙硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大222.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体CSⲺ水ौ䙕ᓜ∊b-CSᘡ32水化度％水ौᰬ䰪δཟε23 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1硅酸钙CS与b-CS的水化32水化机理溶液中反应：溶解®扩散®沉淀固相颗粒表面的局部反应。溶液中的反应水化产物离子在水中成核的扩散CS3表面离子水化弱化晶体CSH析出、凝聚、脱水离开水中的化学键，增加pH值相，形成凝胶，CH结晶生长242.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1硅酸钙CS与b-CS的水化32水化反应机理溶液中反应：溶解®扩散®沉淀表面局部反应：水化物层在固－液界面上形成，并不断增厚Ca(OH)的成核和生长2C-S-H的成核颗粒表面离子的水化和水解25 2.3.2硅酸ⴆ水⌛⍼ྸ֋䖢਎Ѱඐ⺢ര体水化硅酸钙的形成重新C－S－H凝胶体结构排列和凝聚后的凝胶体结构262.3.2硅酸ⴆ水⌛⍼ྸ֋䖢਎Ѱඐ⺢ര体硅酸钙的水化ӝ⢟——C-S-HфCa(OH)2硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙⸵⢟水化੄的⭫䮒➝⡽27 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2铝酸三钙CA的水化3铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要纯C3A与水反应迅速，生产水化铝酸钙：C3A+18H2O®®®[C2AH8+C4AH13]®®®C3AH6(不稳定的中间产物)(稳定产物)这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！避免闪凝的有效途径——加入石膏CaSO4×2H2O这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。282.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体铝酸三钙C3A在石膏存在下的水化反应C3A首先与石膏反应形成三硫型硫铝酸钙—钙矾石晶体CA+3CŜ·H+26H®®®CA·3CŜ·H+300cal/g(1)323332(钙钒石)石膏量不足时，水化生成单硫型硫铝酸钙水化物CA+CA·3CŜ·H+4H®®®CA·CŜ·H(2)333323312石膏消耗完后，C3A直接水化形成C3AH6：C3A+18H2O®®®C3AH6(3)石膏缓凝机理：钙钒石的形成反应(1)速度比纯C3A的反应(3)慢；在水泥颗粒表面析出钙矾石晶体构成阻碍层，延缓了水泥颗粒的水化，避免闪凝或假凝。29 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体3铁铝酸四钙CAF的水化4铁铝酸四钙C4AF与水发生类似于C3A的水化反应，也形成类似的产物钙钒石和单硫型水化物：C4AF+7H®®®C3AFH6＋＋＋CFHC4AF+3CŜ·H2+26H®®®C3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF+CŜ·H2+20H®®®C3(A,F)·CŜ3·H12C4AF水化物的组成是可变，是铝酸盐与铁酸盐的固溶体，并由铁相凝胶产生C4AF的水化反应对整个水泥的行为影响较小302.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体4石膏的作用避免水泥浆的闪凝和假凝现象。调节水泥的凝结时间。导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。32 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体熟料矿物水化反应小结硅酸钙的水化2C3S+6H®®®C3S2H3（（（C-S-H）））+3CH+120cal/g2C2S+4H®®®C3S2H3（（（C-S-H）））+CH+62cal/g铝酸钙的水化C3A+18H2O®®®C2AH8+C4AH13CA+3CŜ·H+26H®®®CA·3CŜ·H（（（钙钒石（钙钒石钙钒石）钙钒石）））+300cal/g323332CA+CA·3CŜ·H+4H®®®CA·CŜ·H333323312铁铝酸钙的水化C4AF+13H®®®C4(A,F)H13C4AF+3CŜ·H2+26H®®®C3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF+CŜ·H2+26H®®®C3(A,F)·CŜ3·H12312.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体水泥的水化过程小结当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；几分钟内，Ca2＋、SO4＋、Al3＋、OH－离子间反应，形成钙钒石；几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体3水泥浆的凝结硬化——物理过程水泥溶解扩散沉淀水泥石水332.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌1小时后数小时后几天后几周后单一水泥颗粒水化形成的水化物在颗粒周围沉淀聚集拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶体34 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2硅酸盐水泥水化物理过程模型水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体水泥颗粒35水泥水化物膜层 水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层¡¡¡¡诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。 水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。 凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体3水泥浆凝结硬化的物理过程先在固－液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒周围区域沉积早期水化物在颗粒表面区域形成膜层，阻碍了水化反应进行——进入潜伏期因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者的共同作用，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行——进入水化的加速期随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低——凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度——硬化362.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体证据一：熟料矿物水化物量随时间的增长随着水泥的水化，水化产物量不断增加，水化物固相所占据的空间越来越多，而原来由水占据的空间越来越少，固体连续相逐渐形成37 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体证据二：水泥浆凝结硬化过程的放热曲线水泥熟料矿物的水化反应是放热过程水熟料矿物和水泥的水化放热量化放J/g热C3S500量b-C2S250（C3A1340C4AF420J/g)FreeCaO1150FreeMgO840OrdinaryPortlandcements375-525Sulphate-resistingandblast-furnacecements355-440Pozzolaniccements315-420Highaluminacements545-585水化度382.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体实测的水泥水化放热全曲线lyj040224opc10water3(2021-2-24)dQ/dt放热主峰初11.00220.0010.50210.00始10.00200.009.50190.00放9.00180.008.50170.008.00热7.50160.00150.007.00放热速度峰6.50140.006.00130.005.50逐渐减慢120.005.00110.004.50100.004.0090.003.5080.003.0070.002.5060.002.0050.001.5040.001.000.50放热速30.000.0020.00-0.50度很低10.00-1.000.00-1.50-10.000246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870727476J/gJ/ghQ(t)39 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体水泥浆水化放热过程水泥熟料矿物的水化是放热反应，C3S和C3A放热最大，最快；而C2S放热最小，最慢水泥水化放热有明显的四个阶段：初始放热—水泥与水一接触，立即放热，放热速度dQ/dt很快，表明反应激烈放热停滞期—放热很慢，接近停滞，表明反应停顿放热加速期—放热速度逐渐加快，达到放热峰值，表明反应逐渐加快放热减速期—放热达到峰值后，放热速度逐渐减慢，表明反应逐渐减速402.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体水ঋ⺡ශ⺡䬓化⓬䀙φ䫏C-S-HૂCH酸䫏ᖘᡆ放䫈⸩ᖘᡆ热ᘡ䙕ᖘᡆᢟᮙ᧝࡬速ਃᓊ度㓾ࠓ䈧ሲᵕφCa2η⎉ᓜ໔ࣖࡓࠓ41 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体证据三、水泥浆凝结硬化过程的微观观察水灰比0.55的水泥浆水化1天a:C3S黑色箭头指示部分水化物壳层；b:C2S白色箭头指示完全水化物壳层。42水灰比0.55的水泥浆水化9个月I,：C-S-H内产物相;A：铁相/CH;B：水化belite;白色箭头指示完全水化物壳层 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体水泥浆中氢氧化钙的生长3天7天28天365天432.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2水泥凝结硬化的主要影响因素水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数：R(t)=f（物相,细度,T,W/C）（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加剂44 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体1水泥熟料矿物组成的影响水泥熟料矿物的水化速度：C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；水化度(％)ᰬ䰪(ཟ)452.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体2石膏掺量的影响石膏主要降低C3A的水化速度；掺量太少，凝结较快；过多，凝结硬化影响不大。•⸩㟅᧰量໔ࣖ，凝结硬化ࠅ慢；•᧰量䗴ࡦжᇐ੄，߃໔ࣖ，影响уཝȾ⸩㟅᧰量ሯC3Aф硅酸䫏浆体ࡓ凝ᰬ䰪的影响46 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体3水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？答：水泥的水化反应是液－固异相反应，反应首先发生在液－固界面上；水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。试验表明：粒径<3µm水化非常迅速，需水量增大；<40µm水化较慢，内芯难以水化。>90µm几乎接近惰性。47比表面积放热速度ᰬ䰪ቅᰬ㓼ᓜ(比表面积)ሯC3S浆体(水/固比ω1.0)水ौ䙕ᓜ(᭴✣䠅)Ⲻᖧଃ 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体3温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？温度升高10°C，速度加快一倍。温度低于0°C时，水化反应基本停止。保持一定湿度，有利于水泥的水化，也有利于水泥石的密实性482.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体未水化䮵ᰬ䰪᭴㖤水泥毛细孔൞水ѣⲺ水泥浆体水化ᴶ㓾⭕ᡆ⢟体积比水泥凝胶水⚦∊49 长时间密封放置未水化毛细孔的水泥浆体水化水泥最终生成物体积水泥凝胶比水灰比2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体4拌和用水量的影响重要概念：水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。水灰比对水泥浆体中水化物与孔隙体积的影响50 2.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体SummaryC3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化512.3.2硅酸盐水泥浆如何转变为坚硬固体水泥凝结硬化速度快，好吗？答：水化加快水化加快，水化加快，，，放热速率加速放热速率加速放热速率加速，放热速率加速，，，升温并膨胀升温并膨胀升温并膨胀，升温并膨胀，，，凝结硬化凝结硬化形成的微结构体积较疏松形成的微结构体积较疏松，形成的微结构体积较疏松，，，且在随后的降温期间且在随后的降温期间且在随后的降温期间，且在随后的降温期间，，，或受或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，，，致使结构混致使结构混凝土强度与渗透性凝土强度与渗透性（凝土强度与渗透性（（（耐久性耐久性耐久性）耐久性）））受到严重影响受到严重影响受到严重影响。受到严重影响。。。水泥宜在什么条件下凝结硬化？答：水泥宜在常温(20±±±10°°°C)与相对湿度较高的条件下下下，下，，，凝结硬化凝结硬化凝结硬化。凝结硬化。。。即水泥水化速度适宜的温度即水泥水化速度适宜的温度即水泥水化速度适宜的温度，即水泥水化速度适宜的温度，，，水化水化水化所水化所所所需水分供应充足的条件需水分供应充足的条件。需水分供应充足的条件。。。52 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构1水泥石的组成固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等晶体相：水化硫铝酸钙、水化铝酸钙、氢氧化钙晶体和未水化的水泥颗粒等气相—各种尺寸的孔隙与空隙CAH36凝胶孔固毛细孔体相液相—水或孔溶液含量自由水C-S-H(％吸附水)凝胶水水泥石的组成随水泥水化度而变时间(天)532.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构2水泥石的结构水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；各种物相分布不均；各种物相的尺寸不等，形貌不一。水化良好的水泥石微结构：“A”代表结晶性差、1~100nm的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶体相，尺寸为1mm；“C”代表没有被水化物填充，原来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10nm~mm。54 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构未水化水泥颗粒背≘≝散射ौ䫏扫描电镜照C-S-H片单硫型硫铝酸盐55 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d水泥浆扫描电镜照片水泥浆扫描电镜照片(7d(7d龄期(7d龄期龄期)龄期)))钙矾石C-S-H562.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构C-S-H形貌硅酸C-S-H形貌钙水化物——C-S-H的胶体结构58 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构C-S-H凝胶分子结构模型A=结合键—次价键B=C-S-H片C=分散的层O=物理吸附水X=层间水592.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构3水泥浆中的固体相水泥水化物的组成与结构特点(2)羟钙石(portlandite)——氢氧化钙CH体积含量:占水泥石体积的20～25%；特征：表面积较小、次价键力弱®耐久性和强度。组成特点：组成确定——Ca(OH)2。结构特点：六方片状晶体，与天然羟钙石Portlandite相似。形貌：大片状晶体的堆积体。60 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构水泥石中的羟钙石晶体生长在氢水氧泥石化钙孔钙石隙晶晶中体体的形六方貌片状的羟612.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构3水泥水化物的组成与结构特点（3）水化硫铝酸钙CalciumSulfoaluminateHydrates两种：钙矾石—Aft、单硫型水化硫铝酸钙—Afm含量：占水泥石体积的15～20%。组成特点：
开始时，形成三硫型硫铝酸钙——钙钒石ettringite(Aft)
后期，转变为单硫型硫铝酸钙monosulfatehydrates(Afm)结构特点：结晶性好的晶体形貌：
Aft—针状晶体
Afm—六方片状晶体62 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构3水泥水化物的组成与结构特点钙矾石针状晶体单硫型硫铝酸钙板块状晶体2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构针状钙钒石晶体形貌生长在水泥石孔隙中的针状的钙钒石晶体63 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构3水泥水化物的组成与结构特点（4）未水化的水泥颗粒内核处于水化物包裹中水灰比越小，其含量越多未水化的水泥内核642.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构4水泥石中的孔隙黑色代表孔隙C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gelpores尺寸=5～25Å含量：约占C-S-H凝胶的28%对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响毛细孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，与水灰比有关对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响空隙AirVoids夹杂的空气泡:~3mm引入的空气泡:50～200mm对强度和抗渗性非常有害65 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构水泥石中孔分布与水化龄期662.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构水泥石中孔分布与水灰比67 2.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构5水泥石中的水水蒸气大的孔隙部分被水填充，剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水蒸气毛细孔水—毛细孔和大的凝胶孔中的水孔径＞50nm的孔隙中的水—自由水孔径＜50nm的孔隙中的水—毛细张力水(105°C)可蒸发水吸附水固体表面吸附的水，5个水分子层，厚度1.3nm，干燥到30％的相对湿度，可失去层间水小于2.6nm的凝胶孔中的水，强干燥到10％相对湿度时，可失去。化学结合水(105°C)不可蒸发水水泥水化反应所结合到水化物中的水，只有加热到900~1000°C才会失去。化学结合水量可用于测定水泥水化度。682.3.3硅酸盐水泥石的组成与结构水泥石中的水的分布模型层间水毛细孔水吸附水69 2.3.4水泥石强度如何产生？1水泥石强度来自其内聚力水泥石的内聚力来自水化硅酸钙——C-S-H颗粒的巨大内比表面积（约为200000m2/kg）的表面能胶粒间很大的范得华力凝胶内层间准单分子水、Ca2＋、OH-等离子间的化学键力Ca－OH键与硅氧聚体间的强相互作用力分布在C-S-H凝胶中的水化物晶体（如羟钙石、AFt、AFm等）颗粒间的次价键力也对水泥石强度有所贡献铝酸钙水化物对水泥石的早期（1～3d）强度有贡献水泥石内部水化物颗粒的表面积很大，因此，理论强度大于600MPa水泥石强度随熟料矿物的水化反应、水泥石结构的密实不断增长702.3.4水泥石强度如何产生？71 2.3.4水泥石强度如何产生？水泥强度发展规律早期增长快，随后逐渐减慢强度28天，基本（MPa）达到极限强度的80％以上在合适的温湿度条件下，强度增长可以持续几十天乃至几十年时间（d）3d3d28d722.3.4水泥石强度如何产生？2水泥石强度的影响因素影响水泥浆凝结硬化的因素均影响水泥石的强度熟料矿物与水泥物相组成硅酸钙含量高，强度较高水泥颗粒细度颗粒越细，早期强度越高水灰比水灰比越小，强度越高养护条件合适养护可保证强度发展，养护不良将损害强度；龄期水泥石强度随龄期不断增长，早期快，后期逐渐减慢外加剂不同外加剂有不同的影响毛细孔隙率孔隙率越大，强度越低s=k(1-P3)Ps=AlgPcrit73 2.3.4水泥石强度如何产生？C3S和水泥C2S颗粒越细，强度发展越快，越高含量高强度高，C3S含量高强度发展快742.3.4水泥石强度如何产生？毛细孔隙率对水泥石强度的影响75 问题应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3＋对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3＋浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。76问题应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥浆体强度的增长规律是什么？水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。77 2.3.5水泥的技术性质与正确选用1硅酸盐水泥的技术性质密度与堆积密度耐腐蚀性细度
软水侵蚀标准稠度用水量
盐类侵蚀凝结时间
酸类腐蚀体积安定性
强碱腐蚀强度
防腐措施水化热不溶物和烧失量碱含量782.3.5水泥的技术性质与正确选用1密度与堆积密度密度3.05~3.20，，，混凝土配合比计算时，一般取，3.10。堆积密度1000~1600kg/m3，，，在工地计算水泥仓库时，一般取，1300kg/m3。密度的测量方法排液法，用煤油作为测量液体。79 2.3.5水泥的技术性质与正确选用2细度定义细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛分析法以80mm方孔筛的筛余量表示；比表面积法以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。以45μm方孔筛筛余不大于30%作为选择性指标细度不符合要求的水泥为不合格品！80问题？为什么需要规定水泥的细度？解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。81 2.3.5水泥的技术性质与正确选用3标准稠度用水量标准稠度：按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（28±2）mm时的水泥净浆的稠度。标准稠度用水量：是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%~28%。82问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？解答：与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。83 2.3.5水泥的技术性质与正确选用4凝结时间概念：凝结时间—水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥初凝时间≥45min；终凝时间＜390min。842.3.5水泥的技术性质与正确选用水泥凝结时间的测定标准稠度终凝园弧形水泥浆压痕离底1～2mm为初凝85 问题？国标规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。862.3.5水泥的技术性质与正确选用5体积安定性基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性若水泥石的体积变化均匀适当，则体积安定性良好若水泥石发生翘曲、开裂等不均匀体积变化，则体积安定性不良水泥体积安定性不良的原因水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀体积安定性不良的水泥为废品！为什么？87 2.3.5水泥的技术性质与正确选用5体积安定性检测方法：试饼法：用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格雷氏夹法：测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格882.3.5水泥的技术性质与正确选用6强度检验方法——软练胶砂法，分别测量抗折和抗压强度试件尺寸：40´40´160mm棱柱体胶砂配比：水泥:ISO标准砂:水=1:3:0.5振动成型：在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s试件养护：在20°C±1°C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20°C±1°C的水中养护至测试龄期89 2.3.5水泥的技术性质与正确选用6强度强度测量：将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为40´40=1600mm2。结果计算：抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。PP100mm160mmP90抗抗抗压压压强强强度度度抗抗抗折折折强强强度度度水泥品种强度等级（（（MPa）））（（（MPa）））3天天天28天天天3天天天28天天天42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.423.052.54.07.0硅酸盐水泥52.5R27.052.55.07.062.528.062.55.07.062.5R32.062.55.58.032.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.5普通水泥42.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0 2.3.5水泥的技术性质与正确选用问题问题?问题???为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？解答：水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较912.3.5水泥的技术性质与正确选用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放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥细度92 2.3.5水泥的技术性质与正确选用问题？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？答:水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水化反应速度越快。硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种水化热最小？答：铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二钙C2S水化热最小。为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？答：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后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。932.3.5水泥的技术性质与正确选用问题？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？答：水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有强度和体积安定性；细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。94 2.3.5水泥的技术性质与正确选用水泥质量的判定技术性质不符合要求细度不合格品凝结时间（初凝）废品（终凝）不合格品体积安定性废品强度不合格品或降低等级不溶物和烧失量不合格品952.3.5水泥的技术性质与正确选用8水泥的耐腐蚀性基本概念：在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。导致水泥石腐蚀性破坏的原因外因：环境中的腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等内因：•水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；•水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)，水2化铝酸钙等；•腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏96 2.3.5水泥的技术性质与正确选用1软水侵蚀（溶出性侵蚀）侵蚀机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)溶解，并2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。97 水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂2.3.5水泥的技术性质与正确选用2盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀机理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。镁盐的腐蚀机理主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。98 钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物2.3.5水泥的技术性质与正确选用3酸类腐蚀腐蚀机理：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。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。破坏形式：溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。99 水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落2.3.5水泥的技术性质与正确选用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。100 2.3.5水泥的技术性质与正确选用问题？如何防治水泥石的腐蚀根据使用环境条件，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、掺加外加剂等表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关1012.3.5水泥的技术性质与正确选用Summary为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能物理力学性能施工性能耐久性能密度凝结时间软水腐蚀细度标准稠度用水量盐类腐蚀水化热酸类腐蚀强度强碱腐蚀体积稳定性102 2.3.5水泥的技术性质与正确选用2硅酸盐水泥的应用和存放问题：1.硅酸盐水泥的适用领域有哪些？不适合的领域有哪些？为什么？2.硅酸盐水泥的性质中哪几项不合格为废品？哪几项不合格为不合格品？废品和不合格品应如何处理？3.施工工地对水泥应如何保管和存放？为什么？1032.3硅酸盐水泥论题：硅酸盐水泥的改性凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即国外通称的PortlandCement).为什么需要改性？如何改善硅酸盐水泥性能？（改性途径）掺混合材硅酸盐水泥的品种、技术性质与正确选用特性硅酸盐水泥的品种、技术性质与正确选用104 论题6：硅酸盐水泥的改性知识框架水泥混合材基本概念：活性与非活性混合材、火山灰反应基本原理：混合材在水泥中的的作用机理基本知识：混合材的品种、组成、性能及其要求掺混合材的硅酸盐水泥基本概念：掺加混合材的硅酸盐水泥的定义与代号基本原理：通过混合材的作用，调节和改变水泥的性能基本知识：掺混合材水泥的品种与组成、性能和应用特点特性硅酸盐水泥基本概念：具有特殊性能的硅酸盐水泥的定义基本原理：改变水泥熟料矿物组成，形成不同性能的水泥基本知识：特性水泥的品种与组成、性能和应用特点105论题6：硅酸盐水泥的改性1为什么需要改性硅酸盐水泥的性能特点凝结硬化快强度等级高水化热大体积收缩大，徐变大环境水介质侵蚀工程应用要求凝结硬化速度可调既需要高强度等级。也需要低强度等级水化热小体积稳定性好硅酸盐水泥的性能不能完全满足各节约水泥、节省成本种土木工程应用要求，所以需要改性！适用于侵蚀性环境106 论题6：硅酸盐水泥的改性2如何改善硅酸盐水泥性能改变组成以改善硅酸盐水泥性能凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣等混合材、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即国外通称的.硅酸盐水泥组成改变途径磨成过程中，添加混合材，减少水泥熟料比例生料配比，改变水泥熟料组成，调整四种熟料矿物的含量添加其它熟料矿物，改变水泥熟料组成硅酸盐水泥的改性和新品种水泥的发明是一项长期研发工作107论题6：硅酸盐水泥的改性3混合材改性硅酸盐水泥水泥混合材（辅助性胶凝材料）掺混合材硅酸盐水泥的品种与组成掺混合材硅酸盐水泥的共性掺混合材硅酸盐水泥的个性108 论题6：硅酸盐水泥的改性4熟料组成改变的特性硅酸盐水泥提高C4AF含量，制备抗折强度高的道路硅酸盐水泥降低C4AF含量，制备装饰工程用的白色硅酸盐水泥减少C3S和C3A含量，制备中、低热硅酸盐水泥提高C3S和C3A含量，制备快硬硅酸盐水泥降低C3A含量，制备抗硫酸盐侵蚀的硅酸盐水泥添加硫铝酸钙、铝酸钙等矿物，制备膨胀性硅酸盐水泥1093混合材改性硅酸盐水泥1水泥混合材定义：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。种类：活性：具有水化活性、能参与水泥水化的混合材料。例如，矿渣、粉煤灰、煅烧黏土或高岭土、硅灰等。非活性：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，为非活性混合材料。如，磨细石英砂、石灰石粉作用：物理作用：填充、减少熟料量、改变流变性、降低水化热等化学作用：火山灰反应、改变水化物组成与形貌、增加水化物含量等110 3混合材改性硅酸盐水泥活性混合材的作用机理火山灰反应xCa(OH)+SiO+mHO=xCaO×××SiO×××nHO22222xCa(OH)+AlO+mHO=xCaO×××AlO×××nHO2232232稀释作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化速度和水化热降低早期强度，但掺量合适时可提高后期强度减少水泥石中Ca(OH)的含量，增加了水化物含量2粉末颗粒效应粒径小于水泥的颗粒填充水泥颗粒间隙，提高密实性表面特性不同，改变浆体的流变性1113混合材改性硅酸盐水泥3d7d49d182d活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应112 掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)2的含量 矿渣掺量对硬化水泥浆中Ca(OH)2的影响3混合材改性硅酸盐水泥矿渣水泥的凝结时间与矿渣掺量的关系113 矿渣掺量对矿渣水泥抗压强度的影响 3混合材改性硅酸盐水泥问题？什么是活性混合材的激发剂？其激发机理是什么？抗压强度（MPa)养护龄期（（（天（天天天））））石膏激发剂对粉煤灰水泥强度的影响1143混合材改性硅酸盐水泥2掺混合材硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋5~20%20~70%20~40%20~40%20~50%њ混合材⸵⑙⚡ኧ灰粉煤灰种混合材普矿火粉复通渣山煤合硅硅灰灰硅酸酸硅硅酸盐盐酸酸盐水水盐盐水泥泥水水泥泥泥115 3混合材改性硅酸盐水泥掺混合材水泥的代号水泥品种组成特点代号普通水泥5％～20％％％的混合材％的混合材P·O矿渣水泥20～～～70％％％矿渣％矿渣P·S火山灰水泥20～～～50％％％火山灰％火山灰P·P粉煤灰水泥20～～～40％％％粉煤灰％粉煤灰P·F复合水泥15～～～50％％％两种混合材％两种混合材P·C1163混合材改性硅酸盐水泥3活性混合材水泥的共性密度较小2.70～3.10。早期强度较低，后期强度增长率高。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。水化热较小。耐腐蚀性较好。抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。117 3混合材改性硅酸盐水泥4活性混合材水泥的个性矿渣水泥：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，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。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。1183混合材改性硅酸盐水泥5掺混合材水泥的应用普通硅酸盐水泥中混合材掺量不多，因此，它们的性能与硅酸盐水泥相近，但早期强度稍低于硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥是我国最常用的硅酸盐水泥品种，广泛用于各种工程建设中其他品种的掺混合材硅酸盐水泥的应用见表2－13119 3混合材改性硅酸盐水泥ABCDCaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345f-CaO1111SO32222C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215特点：普通早强低热抗硫酸盐1204特性硅酸盐水泥1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，≥1h；抗折强度高；耐磨性好，磨损率≤3.60kg/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。121 4特性硅酸盐水泥2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。1224特性硅酸盐水泥3快硬硅酸盐水泥组成特点：熟料中CS、CA的含量较高，石膏的掺量略大（其中SO≤4.0%）333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。123 4特性硅酸盐水泥4中热和低热硅酸盐水泥组成特点：熟料中CS、CA的含量较低，后一种掺加20~60%的粒化高炉矿渣33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。1244特性硅酸盐水泥5抗硫酸盐硅酸盐水泥组成特点：CS、CA的含量低，要求CS的含量低于50.0~55.0%；CA的含3333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，抗蚀能力以抗硫酸盐腐蚀系数F来评定。要求F≥0.8。抗硫酸盐腐蚀系数应用特点：F：将水泥试件在人主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、工配制的硫酸根离水利、地下、隧道、引水、道子浓度分别为2500mg/L和路和桥梁基础等工程8000mg/L的硫酸钠溶液中。，浸泡6个月后的强度与同时浸泡在饮用水中的试件的强度之比。125 4特性硅酸盐水泥6膨胀和自应力硅酸盐水泥组成特点：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。根据膨胀性组分分类，其种类：硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。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1264特性硅酸盐水泥Summary本节中的特性水泥是通过改变水泥熟料矿物组成或水化物组成，获得不同的特定性质。道路水泥，C4AF含量高，抗折强度与耐磨性好白色水泥，铁相含量很低，外观为白色快硬水泥，C3A和C3S含量高，凝结硬化快，早强；中、低热水泥，C3A和C3S含量较低，水化热较小抗硫酸盐水泥，C3A和C3S含量较低，抗蚀系数较大膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物127 2.5硫铝酸盐水泥本节的知识框架基本概念硫铝酸盐水泥的定义和品种与组成，与硅酸盐水泥的区别基本原理硫铝酸盐水泥的水化反应基本知识硫铝酸盐水泥的凝结硬化水泥石的微结构硫铝酸盐水泥的技术性质硫铝酸盐水泥的特点和应用1282.6铝酸盐水泥1铝酸盐水泥的矿物组成定义：高铝水泥（矾土水泥）是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，又称铝酸盐水泥。水化活性很高主要矿物有：铝酸一钙CaO×AlOCA，50%~70%；23硅酸二钙2CaO×SiOCS，22七铝酸十二钙12CaO×7AlO，CA23127二铝酸一钙CaO×2AlO，CA232硅铝酸二钙2CaO×AlO×SiOCAS2322水化活性很低124 2.6铝酸盐水泥2水化与硬化的特点高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；铝酸一钙的水化物组成与温度有关：T≤20°CCA+10HO—CAH21020°C≤T≤30°C2CA+11HO—CAH22830°C≤T3CA+12HO—CAH+2(AlO×3HO)236232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；水化物都是晶体，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。12565°C下铝酸盐水泥稳定水化物—C3AH6(立方晶体） 5°C下铝酸盐水泥稳定水化物——CAH10(((六方片状晶体）5°°°C20°°°C60°°°C40°°°C不同温度下铝酸盐水泥的水化物 2.6铝酸盐水泥3特性与应用耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆耐硫酸盐腐蚀性能较好，适用于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程水化热较大，适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土快硬早强，宜用于紧急抢修工程高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计126第2章无机胶凝材料创新思维题根据已学过的胶凝材料知识，以及胶凝材料中主要矿物的特性，通过矿物的组合，设计一种具有特性的胶凝材料，并阐述为什么？论述水及其用量在水泥凝结硬化中的作用，以及对水泥石组成、结构与性能的影响？论述水泥石中孔隙的种类、产生的原因，及其对水泥石性能的影响？论述水泥石强度的来源及其主要影响因素？127