土木工程材料（無機膠凝材料）陳德鵬安徽工業大學繼續教育學院課程掌握：膠凝材料的定義、分類；建筑石灰、石膏、水泥技術要求、性質熟悉：石灰的凝結，石膏的熟化、硬化和應用;水泥的水化、凝結了解：石灰的生產、石灰的品種本章教學目標本章內容膠凝材料及其分類建筑石膏石灰水玻璃水泥膠凝材料定義：經過一系列物理、化學作用，能由漿體變成堅硬的固體，并能將散?；蚱?、塊狀材料膠結成整體的物質。特征：嚴格意義上膠凝材料應指漿體；能在常溫下凝結硬化為固體；有較強的膠結能力；具有一定的使用性能。Cementitousmaterials膠凝材料有機膠凝材料（樹脂、瀝青等）無機膠凝材料水硬性膠凝材料（水泥）氣硬性膠凝材料（石灰、石膏）本章的重點二者有何區別膠凝材料分類氣硬性與水硬性膠凝材料的特點氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且在空氣中保持和發展其強度；

關鍵：干燥狀態下，其硬化體才有較好的性能！水硬性膠凝材料不僅能在空氣中，而且能更好地在水中硬化，保持并發展其強度。關鍵：干燥或潮濕狀態下，其硬化體均有很好的性能！石膏的組成與結構石膏的礦物組成：

CaSO4·xH2OX為結晶水H2Ox＝0，硬石膏(無水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏膠凝材料的組成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶體結構二水石膏晶體形貌半水石膏晶體形貌CaSO4·2H2O石膏的生產生石膏工業石膏建筑石膏(β半水石膏)高強石膏(α半水石膏)(有膠凝性的)無水石膏(無膠凝性的)無水石膏煅燒石膏(地板石膏)生產工藝與產品的組成CaSO42H2O

120~180C干燥空氣125~180C水蒸氣-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密閉煅燒工藝及其產品組成密閉蒸煉工藝及其產品組成建筑石膏的凝結硬化凝結硬化過程中的水化反應：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反應是由二水石膏制備半水石膏的逆反應凝結硬化機理——“溶解－沉淀理論”

溶解

沉淀

硬化半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不斷溶解，生成Ca2+、SO42-離子的飽和溶液半水石膏的飽和溶液，對于二水石膏是過飽和溶液，后者不斷結晶沉淀。二水石膏晶體不斷生長、連生、交錯，構成晶體顆粒堆聚的結晶結構網凝結硬化的物理化學過程水化初期：二水石膏晶體較少隨著水化反應進行二水石膏晶體量石膏硬化體中晶體堆積體凝結硬化快硬化后體積微膨脹性硬化后孔隙率大，因此其強度較低、表觀密度小、吸聲性較強、吸濕性較強。耐水性與抗凍性較差防火性好但耐火性差建筑石膏的特性建筑石膏及其制品的性質建筑石膏的技術要求(GB9776－88)：密度：2.50~2.70;強度：抗折強度、抗壓強度;

細度：0.2mm方孔篩篩余;

凝結時間：初凝、終凝時間;石膏硬化體及制品的特性：表觀密度較?。骸?.0孔隙率較大強度較低耐水性和抗凍性較差防火性較好隔熱性和吸聲性良好裝飾性建筑石膏的應用室內抹灰及粉刷紙面石膏板裝飾石膏板吸聲用穿孔石膏板石膏藝術制品

石灰的組成與品種氣硬性石灰

粘土雜質含量<8%的石灰石熱分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(漿)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土雜質含量＞8%的石灰石熱分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等煅燒石灰石或白堊,內含CaCO3溫度在900℃左右時溫度過高時溫度過低時正火石灰欠火石灰過火石灰因煅燒溫度過高使粘土雜質融化并包裹石灰，從而延緩石灰的熟化，導致已硬化的砂漿產生鼓泡、崩裂等現象碳酸鈣沒有完全分解，降低了生石灰的產量如何解決它的危害？石灰的生產制備工藝與產品石灰石1000～1200C磨細生石灰粉生石灰水噴淋熟石灰粉(水)化灰池石灰漿濃縮石灰膏陳伏煅燒溫度較低，時間較短時

欠火石灰煅燒溫度較高，時間較長時過火石灰減輕或消除過火石灰的危害水化過程中體積增大1-2.5倍，迅速放出大量熱生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有時需要使用石灰膏，有時使用熟石灰粉。熟化為石灰膏：將生石灰放入水中，注意水要過量池中透明液體為氫氧化鈣飽和溶液，下部沉淀即為熟石灰生石灰要在水中放置兩周以上，此過程即為“陳伏”。在這段時間里生石灰會完全和水反應，不會因含有過火石灰造成熟化推遲而導致墻面鼓泡的現象。熟化為熟石灰粉：將生石灰塊分層堆放淋水，使石灰充分熟化，又不會過濕成團，此時得到的產品就是熟石灰粉。石灰的硬化結晶和碳化兩個過程同時進行，但極為緩慢。碳化過程長時間只限于表面，結晶過程主要在內部發生。石灰的技術要求可塑性好和保水性好吸濕性好凝結硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜石灰的特性和應用生石灰可以用來做干燥劑強度低體積收縮大耐水性差石灰硬化收縮產生的裂縫石灰砂漿墻面因受潮而脫落石灰的應用三合土用作鋪筑步道磚的墊層三合土樁灰土樁配制石灰砂漿、石灰乳配制石灰土、三合土生產碳化石灰板加固含水的軟土地基什么是水玻璃？堿金屬硅酸鹽的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模數？

n:氧化硅SiO2與堿金屬氧化物R2O的摩爾比。模數對水玻璃性能的影響模數越大，粘度與粘結力越大，耐水性越好。水玻璃的制備方法：濕法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃硬化過程水玻璃與空氣中的CO2反應，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發干燥，硅酸凝膠轉變成SiO2而硬化。水玻璃的促硬劑：氟硅酸鈉其原理是氟硅酸鈉加速水玻璃中硅酸凝膠的析出和SiO2的形成。水玻璃的特性良好的膠結能力耐熱性好、不燃燒較好的耐酸性能耐水性和耐堿性差水玻璃硬化過程水玻璃溶液硅酸凝膠二氧化硅玻璃體R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脫水交聯水玻璃在建筑上應用配制耐酸混凝土與砂漿配制耐熱混凝土與砂漿配制快凝防水劑加固地基基礎水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂根據水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？水泥的特性膨脹水泥快硬水泥低熱水泥抗腐蝕水泥根據水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。硬化時膨脹硬化速度快水化熱低耐腐蝕性好根據水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？硅酸鹽系水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥根據水泥的主要礦物成分，有：硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、磷酸鹽系水泥等。根據水泥的特性，有：膨脹水泥、快硬水泥、低熱水泥、抗硫酸鹽水泥等。硅酸鹽系水泥品種硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥；摻混合材的硅酸鹽水泥特性硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥有PⅠ和PⅡ兩類，后者含有混合材。

水泥概述水泥在土木工程中的重要作用水泥是當今產量與用量最大的土木工程材料！水泥及其砂漿、混凝土與纖維水泥等水泥基材料普遍用于各種土木工程和鋼筋混凝土結構！水泥的性能和正確選用對土木工程的功能與質量至關重要！主要內容硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥是怎樣制造的？硅酸鹽水泥的組成？水泥漿如何轉變成堅硬固體？水泥應滿足哪些技術性質？摻混合材的硅酸鹽水泥其它品種水泥重點論述硅酸鹽系水泥的礦物組成、凝結硬化機理和基本性質及其檢測方法，以及硅酸鹽水泥的應用。凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥(即國外通稱的PortlandCement).分為：

P·Ⅰ和P·Ⅱ原料：硅質：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3鈣質：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3調節原料：鐵礦與砂，調節與補充Fe2O3

與SiO2制造工藝：原料經粉磨混合后得到水泥生料生料經窯內煅燒得到水泥熟料水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起經粉磨混合后得到水泥“兩磨一燒”水泥生料可以是：與水混合成漿體—濕法工藝加少量水制成料球—半干法工藝加稍多水制成濕球—半濕法工藝干粉混合物—干法工藝硅酸鹽水泥的生產硅質(粘土)鈣質(石灰石)1450℃調節原料石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程粉磨煅燒粉磨

原料采掘原料磨細原料混合反應物＋產物＋中間產物預熱器＋回轉窯產物熟料冷卻熟料儲存硅酸鹽水泥熟料制造工藝流程硅酸鹽水泥的組成硅酸鹽水泥熟料

Clinkers石膏(CaSO42H2O)Gypsum混合材(礦渣或石灰石粉末)MineralAdditives各物質的作用熟料：主要膠凝物質，能水化硬化；石膏：調節水泥的凝結時間；混合材：調節水泥的強度等級；降低水泥成本必要組分熟料又是如何組成的呢？礦物名稱英文名稱縮寫分子式礦物式硅酸三鈣AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二鈣BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2鋁酸三鈣AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3鐵鋁酸四鈣FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化學組成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量雜質：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。礦物組成：硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：硅酸鹽水泥熟料的組成水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結構水泥熟料顆粒細觀形貌水泥熟料礦物微觀結構

硅酸鹽水泥的品種及礦物含量C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特點：普通早強低熱抗硫酸鹽

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥的水化和凝結硬化

水泥漿通過水泥熟料礦物的水化反應、漿體的凝結硬化過程變成堅硬固體凝結——水泥與水混合形成可塑漿體，隨著時間推移、可塑性下降，但還不具備強度，此過程即為“凝結”；硬化——隨后漿體失去可塑性，強度逐漸增長，形成堅硬固體，這個過程即為“硬化”。水泥漿體轉變成堅硬固體的過程是一個復雜的物理化學變化過程。水泥的水化和凝結硬化水泥與水能發生化學反應——水化反應；水化反應將結合占水泥質量30％左右的拌和水；水化反應的產物——水化物能相互凝聚成三向網絡結構很大的表面能，而且相互間有很強的次價鍵力?；瘜W過程——水泥熟料礦物的水化反應物理過程——水泥漿的凝結硬化水泥漿凝結硬化的影響因素硬化水泥漿的組成與結構水泥熟料礦物的水化反應特征：水泥熟料顆粒中的四種主要礦物同時進行水化反應；其水化反應均是放熱反應；水化反應是固－液異相反應。反應速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游離氧化鈣f-CaO的水化鋁酸三鈣C3A的水化鐵鋁酸四鈣C4AF的水化硅酸三鈣C3S的水化硅酸二鈣-C2S的水化來自水泥粉磨過程中二水石膏的脫水分解：CaSO42H2OCaSO40.5H2O+1.5H2OC3S與-C2S的水化水化生成水化硅酸鈣C3S2H3—C-S-H凝膠和Ca(OH)2,并放熱

硅酸三鈣：2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二鈣：2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羥鈣石特征：形成相同的水化物—組成不確定的C-S-H凝膠，組成為：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2nH2O(x,z與溫度、水灰比有關)其中鈣硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反應速度比C2S快，其放熱量比C2S大。水化機理溶液中反應固相顆粒表面的局部反應。水化度％水化時間（天）溶液中的反應機理：溶解擴散沉淀離子在水中的擴散C3S表面離子水化弱化晶體中的化學鍵，增加pH值水化產物成核CSH析出、凝聚、脫水離開水相，形成凝膠，CH結晶生長表面局部反應機理：顆粒表面水化物層的形成與擴散水化物層在固－液界面上形成，并不斷增厚顆粒表面離子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生長C－S－H凝膠體結構水化硅酸鈣的形成重新排列和凝聚后的凝膠體結構硅酸鈣礦物顆粒的電鏡照片硅酸鈣礦物水化后的電鏡照片硅酸鈣礦物水化物的特征硅酸鈣的水化產物——C-S-H與Ca(OH)Summary硅酸鈣的水化2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羥鈣石鋁酸鈣的水化C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3AH6C3AH6+3C?·H2+20HC3A·3C?3·H32

（鈣釩石）C3A+C3A·3C?3·H32+4HC3A·C?3·H12鐵鋁酸鈣的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3C?·H2+26HC3(A,F)·3C?3·H32C4AF

+C?·H2+26HC3(A,F)·C?3·H12水泥的水化過程：當水泥顆粒分散在水中，石膏和熟料礦物溶解進入溶液中，液相被各種離子飽和；幾分鐘內，Ca2＋、SO4＋、

Al3＋、

OH－離子間反應，形成鈣釩石；幾小時后，Ca(OH)2晶體和硅酸鈣水化物C-S-H開始填充原來由水占據、并溶解熟料礦物的空間；幾天后，因石膏量不足，鈣釩石開始分解，單硫型硫鋁酸鈣水化物開始形成。此后，水化物不斷形成，不斷填充孔隙或空隙。石膏的作用：避免水泥漿的閃凝和假凝現象;導致鈣釩石和單硫型硫鋁酸鈣水化物的形成。水泥水溶解沉淀水泥漿的凝結硬化過程擴散水泥漿的凝結硬化——物理過程單一水泥顆粒在大量水中的水化過程模型新拌1小時后數小時后幾天后幾周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶體水泥顆粒水水泥顆粒分散在水中形成水泥漿體硅酸鹽水泥水化物理過程模型水泥水化物膜層水泥顆粒的水化從表面開始，在表面形成水化物膜層——誘導期水化物膜層隨水化時間向內不斷增厚，進入潛伏期。在滲透壓的作用下，膜層破裂、擴展，占據原來被水占據的空間，進入凝結期。凝結期：水化物不斷填充被水占據的空間，成為連續相，拌和水不斷減少，并被水化物分割成非連續相。隨著水泥顆粒的不斷水化，水化物不斷填充毛細孔和水所占據的空間，固體相成為連續相，并具有一定強度。進入硬化期。先在固－液界面發生，水化物圍繞每顆水泥顆粒未水化的內核區域沉積；早期水化物在顆粒上形成表面膜層，阻礙了進一步反應——進入潛伏期；因滲透壓或Ca(OH)2的結晶或二者，水化物膜層破裂，導致水化繼續迅速進行——進入水化的加速期；隨著水化的不斷進行，水占據的空間越來越少，水化物越來越多，水化物顆粒逐漸接近，構成較疏松的空間網狀結構，水泥漿失去流動性，可塑性降低——凝結；由于水泥內核的繼續水化，水化物不斷填充結構網中的毛細孔隙，使之越來越致密，空隙越來越少，水化物顆粒間作用增強，導致漿體完全失去可塑性，并產生強度——硬化。水泥漿凝結硬化的物理過程熟料礦物水化物量隨時間的增長情況隨著水泥的水化，水化產物量不斷增加，水化物固相所占據的空間越來越多，而原來由水占據的空間越來越少，固體連續相逐漸形成。初始放熱峰放熱主峰放熱速度逐漸減慢實測的水泥水化放熱全曲線放熱速度很低水灰比0.55的水泥漿水化1天黑色箭頭指示部分水化物殼層；白色箭頭指示完全水化物殼層。水泥漿凝結硬化過程的微觀觀察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥漿水化9個月I,：C-S-H內產物相;A：鐵相/CH;B：水化belite;白色箭頭指示完全水化物殼層水泥漿中氫氧化鈣的生長3天7天28天365天應用水泥凝結硬化機理分析與解答問題水泥生產中為什么摻加石膏？C3A在水中溶解度大，反應很快，引起水泥漿閃凝；水泥的凝結速度取決于水泥漿體中水化物凝膠微粒的聚集，Al3＋對凝膠微粒聚集有促進作用；石膏與C3A反應形成難溶的硫鋁酸鈣水化物，反應速度減緩，并減少了溶液中的Al3＋濃度，延緩了水泥漿的凝結速度。為什么水泥硬化后能產生強度？水泥漿體硬化后轉變為越來越致密的固體；在漿體硬化過程中，隨著水泥礦物的水化，比表面較大的水化物顆粒不斷增多，顆粒間相互作用力不斷增強，產生的強度越來越高。水泥漿體強度的增長規律是什么？

水泥漿體的強度隨齡期而逐漸增長，早期增長快，后期增長較慢，但是只要維持一定的溫度和濕度，其強度可在相當長的時期內增長。這與水泥礦物的水化反應規律是一致的。為什么強度發展與環境溫、濕度有關？

水泥的水化需要水，如果沒有水，水泥的水化就將停止；提高溫度可加快水泥的凝結硬化，而降低溫度就會減緩水泥的凝結硬化。為什么水泥的儲存與運輸時應防止受潮？

水泥受潮，因表面水化結塊，喪失凝膠能力，強度大為降低。

應用水泥凝結硬化機理分析與解答問題（1）水泥礦物組成（2）水泥細度（3）養護條件（溫度、濕度）與時間（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加劑水泥凝結硬化的主要影響因素

水泥漿的凝結硬化取決于水泥的水化，水泥水化速度是礦物組成及其含量、粉磨細度、溫度和水灰比的函數：

R(t)=f(C3S)·f(細度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中單一礦物的水化速度水化度(％)時間(天)水泥熟料礦物組成的影響水泥熟料礦物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝結硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝結硬化速度越慢；石膏摻量的影響石膏主要降低C3A的水化速度；摻量太少，凝結較快；過多，凝結硬化影響不大。石膏摻量對C3A漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響放熱速度(W/kg)試時間(h)石膏摻量增加：放熱速度減慢放熱峰延后石膏摻量對C3A與硅酸鈣漿體初凝時間的影響石膏摻量增加，凝結硬化加快；摻量達到一定后，再增加，影響不大。水泥顆粒細度的影響水泥顆粒越細，水化速度越快，為什么？答：水泥的水化反應是液－固異相反應，反應首先發生在液－固界面上；水泥顆粒越細，比表面積越大，界面區越大，反應點越多，因此水化速度越快。比表面積m2/kg放熱速度時間/小時細度(比表面積)對C3S漿體(水/固比＝1.0)水化速度(放熱量)的影響水泥漿比表面積與水化度隨時間的關系水化度(%)比表面積(m2/cm3)水泥細度FinenessofCement粒徑：<3μm水化非常迅速，需水量增大；

<40μm水化較慢，內芯難以水化。

>90μm幾乎接近惰性。溫度與濕度的影響溫度升高，水化反應加快，凝結硬化加速，為什么？溫度升高10C，速度加快一倍。溫度低于0C時，水化反應基本停止。保持一定濕度，有利于水泥的水化。溫度升高，放熱速度加快，誘導期時間縮短拌和用水量的影響重要概念：水灰比—水泥漿體中拌和水量與水泥質量之比(W/C)；水泥熟料礦物完全水化的理論水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝結硬化所需時間越長；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，強度越低。未水化水泥毛細孔水泥凝膠體積比水灰比長時間放置在水中的水泥漿體水化最終生成物SummaryC3S、C3A含量多，凝結硬化快，反之亦然。摻加混合材，熟料減少，凝結硬化速度減慢。有些化合物可以使水泥漿體促凝或緩凝。

細度越小，水化反應越快，凝結硬化越快。

水灰比越大，漿體需填充的孔隙越多，凝結硬化速度越慢。提高溫度，加快水泥的凝結硬化；保持足夠的水分有利于水泥的凝結硬化

問題？水泥凝結硬化速度快，有什么不利影響？答：水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結硬化形成的微結構體積較疏松，且在隨后的降溫期間，或受干燥環境作用收縮變形時產生大量微裂縫，致使結構混凝土強度與滲透性（耐久性）受到嚴重影響。水泥宜在什么條件下凝結硬化？答：水泥宜在常溫(20±10C)與相對濕度較高的條件下，凝結硬化。即水泥水化速度適宜的溫度，水化所需水分供應充足的條件。硬化水泥漿體—水泥石的組成水泥石的組成固相—水泥水化物與未水化的水泥顆粒膠體相：水化硅酸鈣C-S-H凝膠和鐵相凝膠等；晶體相：硫鋁酸鈣水化物、水化鋁酸鈣與氫氧化鈣晶體等；氣相—各種尺寸的孔隙與空隙凝膠孔毛細孔工藝空隙液相—水或孔溶液自由水吸附水凝膠水水泥石的組成隨水泥水化度而變硬化水泥漿體—水泥石的微結構水泥漿體凝結硬化后形成的固體稱為水泥石水泥石微結構特點多物相固體顆粒堆聚的多孔結構體；各種物相分布不均；各種物相的尺寸不等，形貌不一。由水化物(膠體和晶體)顆粒、未水化的水泥顆粒內核相互聚集形成連續固體顆粒堆聚結構，大小不等的凝膠孔和毛細孔分布其中。水化良好的水泥石微結構：“A”代表結晶性差、膠體尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚體，顆粒間隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶體相，尺寸為1m；“C”代表沒有被水化物填充，原來由水占據的毛細孔隙或空隙，尺寸在10nm~m。硬化水泥漿體中水化物固相的分布固體相含量(％)C3AH6時間(天)C-S-H水泥石中的固體水泥石中的孔隙C-S-H凝膠中的層間孔隙——凝膠孔gelpores尺寸=5～25?含量：約占C-S-H凝膠的28%對強度和抗滲性無害，對干縮和徐變有一定影響毛細孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，與水灰比有關對強度和抗滲性有害，對干縮和徐變有重大影響空隙AirVoids夾雜的空氣泡:~3mm引入的空氣泡:50～200m對強度和抗滲性非常有害黑色代表孔隙水蒸氣大的孔隙部分被水填充，剩余空間是與環境溫、濕度和壓力平衡的水蒸氣。毛細孔水—毛細孔和大的凝膠孔中的水孔徑＞50nm的孔隙中的水—自由水孔徑＜50nm的孔隙中的水—毛細張力水吸附水固體表面吸附的水，5個水分子層，厚度1.3nm，干燥到30％的相對濕度，可失去。層間水小于2.6nm的凝膠孔中的水，強干燥到10％相對濕度時，可失去?；瘜W結合水水泥水化反應所結合到水化物中的水，只有加熱到900~1000C才會失去。化學結合水量可用于測定水泥水化度。

水泥石中的水(105C)可蒸發水(105C)不可蒸發水硅酸鹽水泥應滿足哪些技術性質密度與堆積密度細度標準稠度用水量凝結時間體積安定性強度水化熱不溶物和燒失量堿含量耐腐蝕性軟水侵蝕鹽類侵蝕酸類腐蝕強堿腐蝕防腐措施1.密度與堆積密度密度

3.05~3.20，混凝土配合比計算時，一般取3.10。堆積密度

1000~1600kg/m3，在工地計算水泥倉庫時，一般取1300kg/m3

。密度的測量方法排液法，用煤油作為測量液體。

2.細度定義細度是指水泥粉體的粗細程度。測量方法篩分析法以80m方孔篩的篩余量表示；比表面積法以1kg水泥顆粒所具有的總表面積來表示。國標要求硅酸鹽水泥的比表面積應大于300m2/kg。普通水泥80m方孔篩的篩余量不得超過10.0%。細度不符合要求的水泥為不合格品！問題：為什么需要規定水泥的細度？解答：水泥顆粒細度影響水化活性和凝結硬化速度，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結硬化；雖然水泥越細，凝結硬化越快，早期強度會越高，但是水化放熱速度也快，水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；水泥越細，生產能耗越高，成本增加；水泥越細，對水泥的儲存也不利，容易受潮結塊，反而降低強度。3.標準稠度用水量

標準稠度：

按規定的方法拌制的水泥凈漿，在水泥標準稠度測定儀上，試錐下沉（282）mm時的水泥凈漿的稠度。

標準稠度用水量：

是指水泥凈漿達到標準稠度時所需要的水量，用水與水泥質量的比來表示。硅酸鹽水泥的標準稠度用水泥量一般在21%~28%。

試錐下降高度（282）水泥漿試錐4.凝結時間

概念：

凝結時間—水泥加水開始到水泥漿失去流動性，即從可塑性發展到固體狀態所需要的時間。初凝時間從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強度所需的時間。測定方法：用標準稠度的水泥凈漿，在規定的溫濕度下，用凝結時間測定儀來測定。國標要求：硅酸鹽水泥初凝時間≥45min；終凝時間＜390min。水泥凝結時間的測定標準稠度水泥漿離底1～2mm為初凝園弧形壓痕終凝

國標規定：凡初凝時間不符合規定的水泥為廢品；終凝時間不符合規定的水泥為不合格品。為什么？答：水泥凝結時間的規定是為了有足夠的時間進行施工操作和硬化的混凝土質量；初凝時間太短，來不及施工，水泥石結構疏松、性能差，水泥無使用價值，即為廢品；終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工，即為不合格品。5.體積安定性

基本概念：水泥凝結硬化過程中，體積變化是否均勻適當的性質稱為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當，則體積安定性良好；若水泥石發生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。體積安定性不良的水泥為廢品！水泥體積安定性不良的原因：水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。因為水泥熟料中的游離CaO、MgO都是過燒的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續與水反應，其固體體積增大1.98%和2.48倍。產生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。石膏量過多，在水泥凝結硬化后，會有鈣釩石形成，產生膨脹。試餅法雷氏夾法合格標準：＜5mm。肉眼觀察表面有無裂紋用直尺檢查有無彎曲合格標準：無裂紋、無彎曲。試餅法用標準稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法測量雷氏夾中的水泥凈漿，經沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。6.強度

檢驗方法——軟練膠砂法，分別測量抗壓強度和抗折強度。試件尺寸：4040160mm 棱柱體；膠砂配比：水泥:ISO標準砂:水=1:3:0.5；振動成型：在頻率為2800~3000次/min，振幅0.75mm的振實臺上成型。振動時間120s。試件養護：在20C1C，相對濕度不低于90%的霧室或養護箱中24h，然后脫模在20C1C的水中養護至測試齡期；100mm160mmP抗折強度試驗PP抗壓強度試驗強度測量：將試件從水中取出，先進行抗折強度試驗，折斷后每截再進行抗壓強度試驗。受壓面積為4040=1600mm2。結果計算：抗折強度以三個試件的平均值，抗壓強度以六個試件的平均值。根據3天和28天強度測試結果，將水泥強度劃分若干個強度等級

強度等級3d28d時間（d）強度（MPa）水泥強度發展規律問題：為什么水泥強度檢驗方法要規定試件尺寸、試件配比、養護條件、養護時間等？

解答：水泥膠砂試件的強度與水泥的組成、試件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及試件的大小有關，而水泥的水化程度與養護條件和養護時間有關；水泥強度檢驗目的是檢驗具有確定組成的水泥的強度，因此，為排除其它因素的影響，將這些因素統一規定，以便相互比較。7.水化熱

概念：水泥的水化是放熱反應，放出的熱量就是水化熱。放熱特征：水泥放熱過程可持續很長時間，但大部分在3d內釋放。水化熱的益處與危害：水化熱有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化熱發散不均勻，容易在混凝土中引起裂縫，尤其是大體積混凝土，更是如此。水化熱和放熱速度的影響因素：水泥礦物組成水泥細度

水泥質量的判定

技術性質不符合要求細度不合格品凝結時間（初凝）廢品（終凝）不合格品體積安定性廢品強度不合格品或降低等級不溶物和燒失量不合格品8.

水泥的耐腐蝕性基本概念：在使用環境中，硅酸鹽水泥石受某些腐蝕性介質的作用，其組成和結構會逐漸發生變化或受到損害，導致性能改變、強度下降等。水泥石抵抗這種作用、而保持不變的能力稱為其耐腐蝕性。

水泥石腐蝕性破壞外因：

環境中腐蝕性介質，如：軟水；酸、堿、鹽的水溶液等水泥石腐蝕性破壞內因：水泥石內存在原始裂縫和孔隙，為腐蝕性介質侵入提供了通道；水泥石內有在某些腐蝕性介質下不穩定的組分，如：Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等；腐蝕與毛細孔通道的共同作用加劇水泥石結構的破壞

軟水侵蝕（溶出性侵蝕）

機理：當水泥石處在軟水中，軟水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游離的鈣離子的減少，使鈣離子的濃度低于水化物的溶度積，導致水化物分解、溶失和轉變，產生大量孔隙。尤其是處于壓力水或流水條件下，腐蝕越快。破壞形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密實度下降，孔縫增多、強度降低，直至整體破壞。

鹽類腐蝕

硫酸鹽的腐蝕腐蝕機理：硫酸鹽與水泥石中的氫氧化鈣反應，生成硫酸鈣。硫酸鈣再與水泥石中未水化的鋁酸鈣反應，生成鈣礬石，其體積增加2.22倍，引起水泥石的破壞。當硫酸鈣濃度高時，他們可直接結晶，造成膨脹壓力，引起破壞。鎂鹽的腐蝕

腐蝕機理：主要是硫酸鎂和氯化鎂，他們與氫氧化鈣反應，生成氫氧化鎂和硫酸鈣或氯化鈣，造成雙重腐蝕作用。

鈣礬石水泥石受硫酸鹽侵蝕后，內部形成膨脹性結晶產物水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結晶產物引起的開裂酸類腐蝕

腐蝕機理：水泥石中的水化物都是堿性化合物，與碳酸、鹽酸、硫酸、醋酸、蟻酸等酸反應生成可溶性鹽。另一方面，氫氧化鈣濃度的降低，會導致水泥石中其它水化物的分解，使腐蝕作用加劇。破壞形式：溶失性破壞，組成與結構發生很大改變。

水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落強堿腐蝕腐蝕機理：氫氧化鈉、氫氧化鉀等強堿可與水泥石中的鋁酸鈣礦物或水化物反應，生成可溶性鋁酸鹽。當介質中強堿濃度較高是，會造成水泥石的嚴重破壞。水泥耐蝕性的定量表示

——耐蝕系數同齡期下，水泥試件在侵蝕性溶液中養護的強度與在淡水中養護的強度之比。防止水泥石腐蝕的措施

主要針對引起腐蝕破壞的內因采取措施，根據使用環境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩定組分的含量；提高水泥石的密實度，減少腐蝕性介質的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；表面防護處理，堵塞通道如：防腐涂層。

問題？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對水泥的耐腐蝕性有什么作用？為什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化學腐蝕和軟水腐蝕的能力。因為，化學和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關。Summary物理力學性能密度強度體積穩定性細度水化熱耐久性能軟水腐蝕鹽類腐蝕酸類腐蝕強堿腐蝕為了滿足土木工程應用的要求，水泥需具備三方面的性能施工性能凝結時間標準稠度用水量摻混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6~15%混合材普通硅酸鹽水泥20~70%礦渣礦渣硅酸鹽水泥20~50%火山灰火山灰硅酸鹽水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥16~50%兩種混合材復合硅酸鹽水泥摻混合材硅酸鹽水泥的凝結硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關！摻混合材水泥的代號

水泥品種組成特點代號普通水泥6％～15％的混合材P·O礦渣水泥20～70％礦渣P·S火山灰水泥20～50％火山灰P·P粉煤灰水泥20～40％粉煤灰P·F復合水泥15～50％兩種混合材P·C石灰石水泥11％～25％的石灰石P·L一、水泥混合材

定義：在水泥生產過程中，為改善性能、調節強度等級所加入的天然或人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。種類：活性非活性兩類作用：在水泥中主要其填充作用，調節強度等級、節省能源、降低成本、增加產量、降低水化熱等。1.非活性混合材定義：與水泥礦物成分或水化產物不發生化學反應或化學反應很弱的混合材，為非活性混合材。常見的有：磨細石英砂；石灰石粉；粘土；慢冷礦渣2.活性混合材定義——具有水化活性的混合材?；钚越M分：SiO2、Al2O3常用品種：?；郀t礦渣—煉鋼鐵的廢料火山灰質粉末—天然巖石和人工煅燒物粉煤灰—火電廠的廢料3.活性混合材的作用火山灰反應：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaOSiO2nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaOAl2O3nH2O稀釋作用減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中Ca(OH)2的含量。超細粉末的密實填充效應活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應3d7d49d182d摻加粉煤灰的水泥的水化熱摻加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)2的含量礦渣摻量對硬化水泥漿中Ca(OH)2的影響二、活性混合材水泥的共性密度較小2.70～3.10。早期強度較低，后期強度增長率高。對養護溫濕度敏感，適合蒸汽養護。水化熱較小。耐腐蝕性較好?？箖鲂浴⒛湍バ圆患肮杷猁}水泥和普通硅酸鹽水泥。三、活性混合材水泥的特性礦渣水泥：保水性差，泌水性大，干縮較大，耐熱性較好?；鹕交宜啵阂孜?，易反應，結構較致密，抗滲性和耐水性較好，體積收縮較大，抗硫酸鹽能力較差。粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量較低，干縮性較小，結構致密，抗裂性較好。復合水泥：取決于所摻的混合材種類。問題