模塊三水硬性膠凝材料

創設情境，激發興趣請問同學們，這一袋一袋的是什么？水硬性膠凝材料水泥呈粉末狀，與水混合后，經物理、化學反應過程能由可塑性漿體變成堅硬的石狀體，并能將散粒材料膠結成整體，所以水泥是一種良好的礦物膠凝材料。水泥是建筑的基礎材料，使用范圍廣、用量大，素有建筑業的“糧食”之稱。知識目標：1、能知道水泥的腐蝕種類及防止措施，能記住通用硅酸鹽水泥的技術性質、代號，水泥的選用原則；2、能了解硅酸鹽水泥的生產過程及礦物組成，理解硅酸鹽水泥凝結與硬化機理；3、能熟記硅酸鹽水泥的主要技術性質、質量要求及如何合理選用。技能目標：1、能根據工程實際情況，正確合理的使用水泥2、能根據相關規范、標準抽取水泥試樣，進行相關檢測，并對檢測數據進行處理，出具相關的檢驗報告。簡介

水泥屬于水硬性膠凝材料，是基本建設中最重要的材料。廣泛用于工業和民用建筑、道路、橋梁、鐵路、水利和國防等工程。我國的水泥產量已達6億t，品種達百余種

大約2000年前，希臘和古羅馬人在建筑工程中使用了一種石灰和火山灰的混合物，這是最早應用的水泥。

1824年，英國人阿斯普丁用石灰石和粘土燒成一種水硬性的膠凝材料，硬化之后的顏色、外觀和當時英國用于建筑的波特蘭石頭相似，故稱為波特蘭水泥。但阿斯普丁所得產物因燒成溫度低而質量不夠好。今天的波特蘭水泥的是1850年英國人I.C.約翰遜制造的。

凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量石膏共同磨細制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材料的硅酸鹽水泥。按所摻混合材料的品種和數量可分為普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥。

1、混合材料混合材料活性混合材料非活性混合材料混合材料

在水泥生產中加入的人工或天然的礦物材料。具有：提高產量，降低成本，擴大使用范圍，減少水化熱，改善性能等作用

(一)非活性混合材料常溫下不與CH或水泥發生水化反應。如：石灰石粉、石英砂粉、粘土、慢冷礦渣等

(二)活性混合材料常溫下能與CH或水泥發生水化反應。主要有：粒化高爐礦渣、火山灰質混合材料（火山灰、粉煤灰等）火山灰質混合材料凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性三氧化二鋁為主要成分，具有火山灰活性的礦物質材料，都稱為火山灰質混合材料。粉煤灰

粉煤灰是發電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰，其顆粒直徑一般為0.001~0.05mm，呈玻璃態實心或空心的球狀顆粒，表面比較致密。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性三氧化二鋁。

這類材料又稱填充材料，它與水泥礦物成分或水化產物不起化學反應。摻入水泥中主要起調節水泥強度等級、增加水泥產量、降低水化熱等作用。常用的有磨細石英砂、石灰石粉、粘土及磨細的塊狀高爐礦渣與爐灰等。

非活性混合材料為什么要摻混合材料呢？1、改善水泥的某些性能2、調整水泥的強度3、增加水泥的品種4、擴大水泥的使用范圍5、綜合利用工業廢料6、節約能源7、降低水泥成本2、硅酸鹽水泥熟料

凡以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的產物稱為硅酸鹽水泥熟料。通用水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥（普通水泥）礦渣硅酸鹽水泥（礦渣水泥）火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥（復合水泥）二、通用硅酸鹽水泥的分類1、硅酸鹽水泥

凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％的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(波特蘭水泥)。當硅酸鹽水泥中不摻混合材料時，稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號P.Ⅰ。當硅酸鹽水泥中混合材料摻量不超過5%時，稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號P.Ⅱ。

硅酸鹽水泥是以石灰質原料(如石灰石等)與粘土質原料(如粘土、頁巖等)為主，有時加入少量鐵礦粉等，按一定比例配合，磨細成生料粉(干法生產)或生料漿(濕法生產)，經均化后送入回轉窯或立窯中煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，再與適量石膏共同磨細，即可得到P·Ⅰ型硅酸鹽水泥。

水泥生產的步驟可用四個字概括：兩磨一燒。

水泥生料在窯內的煅燒過程，雖方法各異，但都要經歷干燥、預熱、分解、熟料燒成及冷卻等幾個階段。其中，熟料燒成是水泥生產的關鍵。按燒成工藝，水泥生產可分為回轉窯和立窯兩種。土木工程材料

§3.2硅酸鹽水泥土木工程材料

§3.2硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥2、普通硅酸鹽水泥簡稱普通水泥(P·O)，是由硅酸鹽水泥熟料、6%~20%混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。摻活性混合材料時，最大摻量不得超過20%。普通水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R等4個強度等級。3、礦渣硅酸鹽水泥簡稱礦渣水泥（P·S)，是由硅酸鹽水泥熟料和粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，礦渣水泥分為A、B型兩種。其中A型粒化高爐礦渣摻量按質量百分比計為20%~50%，代號P.S.A；B型礦渣摻量50%~70%，代號P.S.B。4、火山灰質硅酸鹽水泥

簡稱火山灰水泥(P·P)，是由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。其中火山灰質混合材料摻量按質量百分比計為20%~50%。4、火山灰質硅酸鹽水泥

簡稱火山灰水泥(P·P)，是由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。其中火山灰質混合材料摻量按質量百分比計為20%~50%。5、粉煤灰硅酸鹽水泥

簡稱粉煤灰水泥(P·F)，是由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。其中粉煤灰摻量按質量百分比計為20%~40%。礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6個強度等級。6、復合硅酸鹽水泥（P.C）

簡稱復合水泥，是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規定的混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料。復合水泥的細度、凝結時間和體積安定性要求與普通水泥相同，按規定齡期的抗壓強度和抗折強度分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6個強度等級。

三、水泥的包裝及標志水泥是粉狀材料，分為袋裝和散裝兩種。袋裝水泥每袋凈含量50Kg，且不得少于標志質量的99％。水泥包裝袋上印刷字體的顏色及代號任務二、掌握通用硅酸鹽水泥的技術性質（一）通用硅酸鹽水泥的凝結硬化

硅酸鹽水泥加水后，其水泥熟料礦物與水作用生成一系列新的化合物，并放出一定的熱量稱為水化。生成的新的化合物稱為水化產物，主要有水化硅酸鈣、水化鐵酸鈣凝膠體，氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。四種熟料礦物單獨與水作用表現出的特性各有不同，主要表現在對水泥強度、凝結時硬化速度和水化熱的影響上。任務二、掌握通用硅酸鹽水泥的技術性質（一）通用硅酸鹽水泥的凝結硬化

硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及化學成分1、硅酸鹽水泥的水化表3-2各種熟料礦物成分的水化特性

各組分比例不同，水泥技術性質發生相應變化，可根據工程需要，改變組分可制備不同性能的水泥。礦物水化特性一、硅酸三鈣（高的達60%）

1.水化較快，水化反應主要在28d內進行，約經一年后水化過程基本完成。2.早期強度高，強度的絕對值和強度的增進率大，居四種礦物之首，28d強度達一年強度的70%~80%；3.水化熱較高；抗水性較差。二、硅酸二鈣1.水化反應慢，28d水化~20%，凝結硬化慢；2.早期強度低，28d后強度較快增長，一年后趕超A礦。3.水化熱小；抗水性好；三、鋁酸三鈣

1、水化快，凝結快；2、早強較高，但絕對值不高。3d發揮出大部分強度，以后不增長，甚至倒縮。3、水化熱高，干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。三、鋁酸三鈣

1、水化快，凝結快；2、早強較高，但絕對值不高。3d發揮出大部分強度，以后不增長，甚至倒縮。3、水化熱高，干縮變形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸鹽性能差。四、鐵鋁酸四鈣1、水化速度：早期介于C3A、C3S間，后期的發展不如C3S；2、早期強度似C3A，后期能增長，似C2S3、水化熱較C3A低，抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好。28d內絕對強度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S水化熱：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S四種礦物性能比較2、硅酸鹽水泥的凝結、硬化

（1）水泥的凝結硬化過程水泥加水拌和后，成為可塑性漿體，隨后，水泥漿逐漸變稠而失去塑性，但尚不具有強度的過程，稱為水泥的凝結。凝結過后，水泥漿產生明顯的強度并逐漸發展成為堅硬的固體，這一過程稱為水泥的硬化。

機理：1、初始反應期：水泥+水→水化產物，由于水化產物溶解度小，且其生成速度大于擴散速度，迅速形成水化產物的飽和溶液，在水泥顆粒的表面或周圍析出2、潛伏期：水化不斷進行，使包裹在水泥顆粒表面的水化物增多，形成以C-S-H為主的滲透膜層，阻礙了水化，使水化速度減慢，進入潛伏期3、凝結期：由于水進入滲透膜層和水化物向外擴散的速度不同，而形成了滲透壓力，當滲透壓力達到一定程度，膜層破裂，水化繼續，如此反復進行。水↓，可塑性↓，表現為凝結4、硬化期：晶體共生交錯，凝膠填充孔隙，產生強度

(a)分散在水中未水化的水泥顆粒(b)在水泥顆粒表面形成水化物膜層(c)膜層長大并互相連接（凝結）(d)水化物進一步發展，填充毛細孔(硬化)1—水泥顆粒2—水分3—凝膠4—晶體5—水泥顆粒的未水化內核6—毛細孔水泥凝結硬化過程示意硬化后的水泥石包含：凝膠體、結晶體、未水化的水泥內核、水和孔隙。（2）影響凝結硬化的因素

1）水泥熟料的礦物成分：C3S、C3A多的水泥凝結硬化和強度發展較快。2）水泥細度：水泥顆粒越細，顆粒表面與水接觸的面積就越大，水化反應也越快凝結硬化快。3）拌和用水量：拌合水量多，水化后形成的膠體較稀，水泥的凝結硬化就慢。

4）養護時間：時間愈長，硬化愈徹底。5）溫度和濕度：溫濕度愈適宜，硬化愈好。6）石膏摻量：應適量。過少，起不到緩凝作用；過多，會引起體積安定性不良。（二）、通用硅酸鹽水泥的技術性質化學指標從不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂和氯離子幾方面表示，其中氯離子是新增指標（二）、通用硅酸鹽水泥的技術性質化學指標從不溶物、燒失量、三氧化硫、氧化鎂和氯離子幾方面表示，其中氯離子是新增指標.通用硅酸鹽水泥化學指標標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

細度是指水泥的粗細程度，水泥顆粒粒徑一般在0.007—0.2mm范圍內。

測定方法：篩析法（80m的方孔篩）和比表面積法（單位質量的粉末所具有的總表面積）

《硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥》（GB175—1999）規定：硅酸鹽水泥比表面積應>300㎡/kg。篩余量≯10%。

細度不合格的水泥為不合格水泥。水化熱堿含量標準稠度凝結時間體積安定性強度

指水泥加水拌和達到技術標準規定的稠度時稱標準稠度。此時的加水量為標準稠度需水量。規定標準稠度的意義：為了使水泥凝結時間、體積安定性等性能的測定具有準確的可比性。按GB規定，用標準稠度儀測定水泥凈漿是否達到標準稠度。水化熱細度堿含量標準稠度測定儀國標規定：當維卡儀試桿沉入水泥凈漿并距離底板（5-7mm）時，此時的稠度即為水泥凈漿標準稠度。將水泥拌制成標準稠度的水泥凈漿，此時所需的加水量即為水泥的標準稠度用水量。通用硅酸鹽水泥的標準稠度用水量一般為21％--28％.標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

初凝：從加水拌和到標稠，到標稠凈漿開始失去可塑性所需的時間。

終凝：從加水拌和至標稠水泥凈漿完全失去可塑性，并產生強度所需的時間。

GB規定：初凝≮45min，終凝≯390min。初凝不合格者為廢品水泥，終凝不合格者為不合格品水泥。水化熱堿含量當初凝針沉至距底板（3-5mm）時，為水泥達到初凝狀態；當終凝針沉入0.5mm時，為水泥達到終凝狀態。標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

指水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性能。

引起安定性不良的原因：①熟料中f-CaO，f-MgO過多或過燒。②石膏過量。

測定方法：沸煮法（餅法、雷氏法）、壓蒸法等。

GB規定:

f-MgO≯5%，SO3≯3.5%；體積安定性不合格為廢品水泥，禁止使用。水化熱堿含量

體積安定性——安定性不合格為廢品

水泥體積安定性不良會使水泥制品、混凝土構件產生膨脹性裂縫，降低建筑物質量，甚至引起嚴重工程事故。水泥安定性不良的原因：（1）游離氧化鈣過量（2）游離氧化鎂過量（3）石膏過量游離氧化鈣

氧化鎂含量超標造成的破壞檢測方法：（1）游離氧化鈣過量沸煮法（餅法和雷氏法，有爭議時以雷氏法為準）（2）游離氧化鎂過量壓蒸法

（3）石膏過量長期在常溫的水中才能發現因氧化鎂和石膏的危害作用不便于快速檢驗，因此常在水泥生產中嚴格加以控制。沸煮安定性合格，水泥熟料中游離氧化鎂含量不得超過5.0％，如壓蒸安定性合格可放寬到6.0%，水泥中三氧化硫含量不得超過3.5％。標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

測定：GB規定，用水泥膠砂強度測定。試件標準尺寸：4040160mm；配比按水泥:中國ISO標準砂:水=1:3:0.5，標養28d后，測其強度。使用水泥膠砂試件測強原因：①水泥凈漿體積收縮，易產生裂縫，不利于強度的測定。②實際中均用砂漿，而很少用水泥凈漿。③可測多方面的強度。水化熱堿含量ADCB硅酸鹽水泥各齡期的強度要求(GB175—1999)硅酸鹽水泥強度等級普通型：42.552.562.5早強型：42.5R52.5R62.5R注：“R”表示早強型P·Ⅰ、P·Ⅱ

注意：水泥標號與強度等級的區別！

同一種水泥，ISO法檢驗的強度與GB法檢驗的強度相比較，平均約降低了一個強度等級。例：某水泥用老標準（即GB法）檢驗，其標號為425號。若用新標準（即ISO法）檢驗，其強度等級應為32.5級。標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

指水泥水化過程中放出的熱量。一般1-3d齡期內水化放熱量為總放熱量的50%；7d為75%；6個月為83-91%。水化熱過大對大體積砼結構不利。

措施：可采用低熱水泥等。水化熱堿含量標準稠度凝結時間體積安定性強度細度

堿含量：指水泥中Na2O+0.658K2O的計算值。

要求：不得超過0.06%。

危害：含量過高，會與混凝土中骨料的活性成分起反應，生成堿硅酸凝膠，其體積膨脹，造成混凝土破壞。即堿骨料反應

措施：使用低堿水泥、避免使用活性骨料等。堿含量水化熱水泥品質判定規則取消廢品水泥判定；當化學指標、凝結時間、安定性和強度符合要求時，判定為合格水泥；當上述項目中任何一項不符合標準時，判定為不合格水泥；不合格品判定中取消細度和混合材料摻加量的規定內容.1、水泥石腐蝕的類型2、水泥石腐蝕的原因3、水泥石腐蝕的防止軟水腐蝕1、水泥石腐蝕的類型亦稱“溶析”，即溶出性侵蝕。雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水等都屬于軟水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O

溶析自動填實鹽類腐蝕酸類腐蝕強堿腐蝕1、硫酸鹽的腐蝕4CaO?Al