第11章 硅酸盐水泥的耐久性讲解
矿渣水泥和普通硅酸盐水泥的优缺点
矿渣水泥和普通硅酸盐水泥的优缺点矿渣水泥和普通硅酸盐水泥是建筑材料中常见的两种水泥，在建材市场中占有重要的地位。
然而，它们有着各自的优点和缺点，在应用上有所不同，本文将分别介绍两种水泥材料的特点。
一、矿渣水泥矿渣水泥是一种以熔融矿渣和石灰为原料，经过高温熔化后凝结成的水泥，其主要成分是硅酸盐和矿物质。
相对于普通硅酸盐水泥，矿渣水泥的成本较低，具有一定的环保性，有以下优点：1. 抗硫酸腐蚀能力强：矿渣水泥中的主要成分矿物质可以与硫酸发生化学反应，形成复杂的硫酸盐化合物，从而提高混凝土抗硫酸侵蚀的能力。
2. 抗碳化性能好：矿渣水泥中添加的矿渣可以有效降低混凝土内部氧气的含量，减缓碳化作用的发生，从而提高混凝土的耐久性。
3. 抗裂性好：矿渣水泥中添加的矿渣可以增加水泥胶体的黏着力和内聚力，从而减少混凝土表面开裂的几率，提高混凝土的耐久性和美观性。
4. 内热降低：矿渣水泥的硬化水热反应相对缓慢，热释放时间较长，可以有效降低混凝土的内部温度，从而增加混凝土的耐久性。
虽然矿渣水泥有很多优点，但其也有以下缺点：1. 水化反应时间长：矿渣水泥中添加的矿渣粉末颗粒较大，水化反应时间相对较长，建筑施工需要较长的养护期。
2. 抗压强度低：矿渣水泥中的矿物质虽然可以提高混凝土的抗裂性，但其同时也会降低混凝土的抗压强度。
3. 取样困难：由于矿渣水泥的水化过程相对慢，取样时需要一定的技术能力，否则取出的样品可能不够充分，无法完全代表混凝土整体的质量。
二、普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥是一种以石灰、石膏、硅石等原材料经过煅烧而成的水泥，其主要成分为硅酸钙和其他少量无机物。
相对于矿渣水泥，普通硅酸盐水泥的抗压强度较高，但其有以下缺点：1. 抗碳化性差：普通硅酸盐水泥中未添加抗碳化剂，混凝土内部容易发生碳化作用，导致混凝土耐久性下降。
2. 抗硫酸侵蚀能力差：石灰石中含有较高的镁、铝等元素，易与硫酸发生反应，从而降低混凝土的抗硫酸侵蚀能力。
硅酸盐水泥
硅酸盐水泥一、普通特性1、硅酸盐水泥是由湿法旋窑生产工艺烧制而成的硅酸盐水泥熟料，掺加不超过5%的活性混合材和适量石膏磨细制成。
2、早期强度高，凝结硬化块，水化时放热较大。
3、抗冻性好，耐磨能力强。
4、对外加剂作用敏感，且效果好。
三、使用范围1、可广泛应用于各种工业与民用建筑工程，特别适宜配制高标号﹑大型钢筋﹑预应力等混凝土。
2、在大型工业厂房、高层建筑﹑桥梁﹑道路﹑机场等重要工程宜优先使用。
四、不宜使用范围1、在大体积混凝土和地下有环境水侵蚀的工程应慎重使用。
2、在受热250℃以上的耐热工程不宜使用。
普通硅酸盐水泥一、普通特性1、普通硅酸盐水泥是由湿法旋窑生产工艺烧制而成的硅酸盐水泥熟料，掺加不超过15%的活性混合材和适量石膏磨细制成。
分为42.5、32.5两个等级。
2、早期强度略低于硅酸盐水泥，凝结硬化速度适中，后期强度增进率大，对各种混凝土添加剂均有较好的适应性。
3、抗冻性好，耐磨性好，不透水性强。
二、主要化学成分：三、使用范围1、地上工程及受侵蚀作用的地下工程。
2、无腐蚀水中受冻工程。
3、低温环境中需要强度发挥较快的工程。
四、不宜使用范围不适用于大体积混凝土工程和受化学侵蚀的工程。
复合硅酸盐水泥一、普通特性1、我厂复合硅酸盐水泥是由湿法旋窑生产工艺烧制而成的硅酸盐水泥熟料，掺加15～50%的两种以上的活性混合材和适量石膏磨细制成。
2、抗渗性，抗冻性好。
3、水化热低，抗硫酸盐侵蚀性能好。
二、主要化学成分：普通范围：SO3含量2.0～3.0%，MgO(熟料)含量2.5～3.5%；国标GB175- 92： SO3含量≤3.5%，MgO(熟料)含量≤5.0%。
三、使用范围可广泛应用于各种工业与民用建筑工程。
矿渣硅酸盐水泥一、普通特性1、我厂矿渣硅酸盐水泥是由湿法旋窑生产工艺烧制而成的硅酸盐水泥熟料，掺加20～70%的矿渣和适量石膏磨细制成；分为：42.5﹑32.5两个等级。
2、早期强度低，后期强度增进率大，特别有利于提高混凝土工程的长期强度和稳定性。
普通硅酸盐水泥的主要成分_概述及解释说明
普通硅酸盐水泥的主要成分概述及解释说明引言1.1 概述普通硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，广泛应用于各类建筑工程和室内装修中。
它由多种成分组成，其中主要包含水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。
这些成分在混凝土的制备过程中发挥着重要作用，影响混凝土的强度、耐久性和其他性能指标。
1.2 文章结构本文将对普通硅酸盐水泥的主要成分进行概述和解释说明。
首先，我们会介绍硅酸盐水泥的定义和用途。
然后，详细探讨主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶以及主要成分二：无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）的特性、作用机理和影响因素。
接下来，我们会讨论可能存在的其他次要成分及其对普通硅酸盐水泥性能的影响。
最后，通过实际应用中的例子，探讨普通硅酸盐水泥在室内装修、建筑工程和其他领域的具体应用情况。
1.3 目的本文的目的是帮助读者全面了解普通硅酸盐水泥的主要成分，深入理解其特性和作用机理。
通过对成分的解释和说明，读者将更好地理解普通硅酸盐水泥在实际应用中的表现，并能够选择合适的品种进行室内装修或建筑工程。
此外，展望未来普通硅酸盐水泥的发展趋势也将为读者提供有益的参考。
2. 普通硅酸盐水泥的主要成分2.1 硅酸盐水泥的定义和用途硅酸盐水泥是一种常用的建筑材料，具有优良的黏结性能和较强的耐久性，被广泛应用于混凝土、砌块、抹灰等建筑工程中。
它由多个主要成分组成，其中最重要的成分是水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。
2.2 主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶水合硅酸钙凝胶是硅酸盐水泥的主要胶状产物，其在混凝土中起到黏结颗粒、填充孔隙及提高强度的作用。
该凝胶由三元组成：二氧化硅（SiO2）、氢氧化钙（Ca(OH)2）和水分。
其中二氧化硅通过与氢氧化钙反应生成无定形或半定形态C-S-H凝胶，这种凝胶能够有效地增加混凝土内部的胶结强度和改善抗渗性能。
掺混合材料的硅酸盐水泥
掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥（Blended cement）是指通过将普通硅酸盐水泥与其他材料进行混合，形成一种新型水泥。
混合材料可以是粉煤灰、矿渣粉、石膏或其他具有水泥特性的材料。
这种混合材料的硅酸盐水泥在建筑领域得到广泛应用，因为它具有减少碳排放、提高混凝土性能和延长混凝土寿命等优点。
首先，掺混合材料的硅酸盐水泥可以大幅降低建筑产业的碳排放。
普通硅酸盐水泥的生产过程会产生大量的二氧化碳，这是因为石灰石在高温炉中被煅烧的过程中会释放出二氧化碳。
而混合材料的硅酸盐水泥可以减少单方生产原料的使用量，从而减少碳排放。
例如，当石灰石掺入粉煤灰或矿渣粉时，水泥的碳排放量可以降低30%以上。
这有助于减少建筑行业对于全球气候变化的影响。
其次，掺混合材料的硅酸盐水泥可以提高混凝土的性能。
混合材料中的粉煤灰或矿渣粉等物质具有活性，可以更加充分地发挥水泥的水化特性，提高混凝土的强度和耐久性。
特别是在高温环境下，掺混合材料的硅酸盐水泥可以减少水泥的受热膨胀，提高混凝土的稳定性。
此外，使用掺混合材料的硅酸盐水泥可以减少混凝土的收缩和开裂，提高整体结构的稳定性。
最后，掺混合材料的硅酸盐水泥可以延长混凝土的使用寿命。
普通硅酸盐水泥在使用一段时间后，容易发生钙碱反应，导致混凝土内部出现裂缝，降低结构的强度和稳定性。
然而，掺混合材料的硅酸盐水泥可以抑制钙碱反应的发生，延长混凝土的使用寿命。
此外，掺混合材料的硅酸盐水泥可以提高混凝土的耐久性，减少水泥的氯离子渗透，从而减少混凝土内部钢筋的腐蚀。
总之，掺混合材料的硅酸盐水泥在建筑领域具有广泛的应用前景。
它可以减少碳排放，提高混凝土性能和延长混凝土寿命。
随着环境问题和可持续发展的重要性不断提高，掺混合材料的硅酸盐水泥将逐渐取代传统的硅酸盐水泥，成为建筑行业的重要选择。
水泥混凝土的强度与耐久性
水泥混凝土的强度与耐久性水泥混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各种工程中。
混凝土的强度和耐久性是评价其质量和性能的重要指标。
本文将介绍水泥混凝土的强度和耐久性，并探讨影响其强度和耐久性的因素。
一、水泥混凝土的强度水泥混凝土的强度是指其抵抗外力破坏的能力。
常用的混凝土强度标准有抗压强度和抗拉强度两种。
1. 抗压强度水泥混凝土的抗压强度是指其在受到垂直于加载方向的力作用下抵抗破坏的能力。
抗压强度是衡量混凝土强度的主要指标之一，常用单位为兆帕（MPa）。
影响水泥混凝土抗压强度的因素有多种，包括水泥的种类、水灰比、骨料的种类和粒径、掺合料、施工工艺等。
其中，水灰比是影响抗压强度最重要的因素之一，水灰比越小，混凝土的抗压强度越高。
2. 抗拉强度水泥混凝土的抗拉强度是指其在受到拉伸力作用下抵抗破坏的能力。
由于混凝土的抗拉强度较低，为了提高结构的抗震能力，常常采用钢筋混凝土结构，利用钢筋的高强度来增加整体结构的强度。
二、水泥混凝土的耐久性水泥混凝土的耐久性是指其在不同环境条件下长期使用后能否保持其性能和使用寿命。
1. 抗冻性水泥混凝土的抗冻性是指其在低温环境下不破坏和不产生很大变形的能力。
水泥混凝土在遭受冻融循环时，受到冻胀和冻融力的作用，容易导致开裂和破坏。
提高水泥混凝土的抗冻性可以采取多种措施，例如降低水泥的含水量、添加抗冻剂、合理控制混凝土配合比，以及采用加筋和预应力等手法。
2. 抗渗透性水泥混凝土的抗渗透性是指其抵抗水、气体和其他介质穿透的能力。
水泥混凝土的抗渗透性对于保护钢筋和延长混凝土寿命至关重要。
提高水泥混凝土的抗渗透性可以采取多种方法，例如添加防水剂、提高混凝土密实度、采用适当的细度模数和掺合料等。
3. 耐久性水泥混凝土的耐久性是指其在不同环境条件下长期使用后仍能保持结构完整性和使用寿命。
耐久性受到多种因素的影响，包括环境因素、材料性能、结构设计和施工工艺等。
提高水泥混凝土的耐久性的措施有很多，例如选用合适的水泥种类、合理控制混凝土配合比、采取防腐措施和合理的养护等。
常见的水泥分类,特征以及适用范围
常见的水泥分类,特征以及适用范围水泥是建筑材料中常用的一种材料，广泛应用于各种建筑工程中。
根据不同的特征和适用范围，水泥可以分为多种不同的分类。
下面将介绍常见的水泥分类、特征以及适用范围。
一、硅酸盐水泥硅酸盐水泥是一种以石灰石和粘土为主要原料的水泥。
它具有以下特征：1. 可塑性好：硅酸盐水泥具有较好的可塑性，可以方便地进行施工和塑造。
2. 强度高：硅酸盐水泥具有较高的强度，能够满足各种建筑工程的要求。
3. 耐久性好：硅酸盐水泥具有良好的耐久性，能够在不同的环境条件下长期使用。
硅酸盐水泥适用于各种建筑工程，包括房屋建筑、桥梁、隧道等。
二、硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥是一种以铝酸盐和硫酸盐为主要原料的水泥。
它具有以下特征：1. 抗硫酸盐侵蚀性好：硫铝酸盐水泥具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能，适用于一些特殊环境下的建筑工程。
2. 抗冻性好：硫铝酸盐水泥具有较好的抗冻性能，能够在低温环境下使用。
硫铝酸盐水泥适用于一些特殊环境下的建筑工程，如化工厂、污水处理厂等。
三、硅酸盐硫铝酸盐水泥硅酸盐硫铝酸盐水泥是硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的组合。
它具有以下特征：1. 抗渗透性好：硅酸盐硫铝酸盐水泥具有较好的抗渗透性能，能够有效防止水的渗透。
2. 抗化学侵蚀性好：硅酸盐硫铝酸盐水泥具有较好的抗化学侵蚀性能，能够抵御一些腐蚀性物质。
硅酸盐硫铝酸盐水泥适用于需要较好抗渗透性和抗化学侵蚀性的建筑工程，如水池、地下室等。
四、油井水泥油井水泥是一种专门用于油井固井的水泥，具有以下特征：1. 耐高温性好：油井水泥能够在高温环境下保持较好的稳定性。
2. 耐压性好：油井水泥具有较高的耐压性，能够承受油井深处的高压力。
油井水泥适用于油井固井工程，能够确保油井的正常运行。
五、硫铝酸盐镁水泥硫铝酸盐镁水泥是以镁搅配料为主要原料的水泥，具有以下特征：1. 耐高温性好：硫铝酸盐镁水泥能够在高温环境下保持较好的稳定性。
2. 抗碱性好：硫铝酸盐镁水泥具有较好的抗碱性，能够在碱性环境下使用。
简述硅酸盐水泥的凝结硬化过程与特点
硅酸盐水泥是一种常用的建筑材料，它在建筑领域具有重要的应用价值。
它的凝结硬化过程与特点对于理解其在建筑中的作用具有重要意义。
本文将对硅酸盐水泥的凝结硬化过程与特点进行简要的阐述，以便读者对其有一个清晰的认识。
一、硅酸盐水泥的凝结硬化过程1. 凝结过程硅酸盐水泥在加水后会发生水化反应，形成胶凝体，然后在适当的条件下开始凝结。
水化反应的化学方程式为：4CaO·SiO2 + 2CaO·SiO2·2H2O + 3CaSO4 + 32H →3CaO·2SiO2·4H2O + 3CaSO4·2H2O此过程是一个放热反应，可以产生大量的热量。
硅酸盐水泥的初凝时间一般在30~120分钟，凝结时间为几十小时至几天。
在这个过程中，水泥逐渐凝固成坚硬的体积稳定的水化硅酸盐凝胶体系。
2. 硬化过程硅酸盐水泥的硬化过程是水化反应的延续。
在一定的条件下，水泥的强度随着时间的推移而不断增加。
硅酸盐水泥的硬化特点是初期强度低、中后期强度高，长期强度稳定的特点。
二、硅酸盐水泥的特点1. 抗渗透性能硅酸盐水泥在水化硬化后，形成的凝胶体系具有良好的致密性，抗渗透性能较好。
在一定程度上能够抵御外部水分的侵蚀，保护混凝土结构的耐久性。
2. 抗压抗折性能硅酸盐水泥在水化硬化后，其强度随时间增长而不断提高，最终形成坚固的凝结体系，具有较高的抗压抗折性能。
在混凝土结构中能够承受一定的荷载。
3. 与混凝土的黏结性能硅酸盐水泥在水化硬化过程中，会与骨料及混凝土基材发生化学反应，形成良好的结合力，因此与混凝土的黏结性能较好。
能够有效地将混凝土的各部分紧密连接起来。
4. 抗碱骨料反应性能硅酸盐水泥在水化硬化后，其凝胶体系具有较低的碱骨料反应性，可以有效防止混凝土中的碱骨料反应，提高混凝土的耐久性。
硅酸盐水泥的凝结硬化过程是一个复杂而又精细的化学过程，它决定了水泥的性能和应用。
而硅酸盐水泥的特点使其在建筑领域具有广泛的应用前景，为建筑结构的强度与耐久性提供了有力的保证。
硅酸盐水泥等级划分
硅酸盐水泥等级划分
硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，具有良好的耐久性和强度特性，用于混凝土、砌块、砂浆等建筑和结构工程中。
根据国际和国家标准的不同，硅酸盐水泥的等级划分可能会有所差异。
以下是一些常见的硅酸盐水泥等级划分的一般示例：
1. 根据早期强度划分：
32.5等级：指28天龄期下硅酸盐水泥的抗压强度达到32.5兆帕（MPa）。
42.5等级：指28天龄期下硅酸盐水泥的抗压强度达到42.5兆帕（MPa）。
52.5等级：指28天龄期下硅酸盐水泥的抗压强度达到52.5兆帕（MPa）。
2. 根据抗硫酸盐侵蚀能力划分：
P I级：表示硅酸盐水泥在硫酸盐侵蚀条件下的抗侵蚀性能一般。
P II级：表示硅酸盐水泥在硫酸盐侵蚀条件下的抗侵蚀性能较好。
P III级：表示硅酸盐水泥在硫酸盐侵蚀条件下的抗侵蚀性能特别好。
需要注意的是，不同国家和地区可能会采用不同的等级
划分系统，并可能对硅酸盐水泥的性能和使用进行更加详细的规定和要求。
因此，在具体项目中，应参考所在国家或地区的相关标准和规范，以确定合适的硅酸盐水泥等级和使用要求。
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抗冻性
• 定义：硬化水泥浆体抵抗冻融循环的能力。
• 危害：冻融循环是寒冷地区混凝土，尤其是港口 混凝土破坏的主要原因之一。
• 原理：水在结冰时，体积增加约9%，硬化水泥浆 体中的水结冰时，会使毛细孔壁承受一定的膨胀应 力，当应力超过浆体结构的抗拉强度时，就会使水 泥石内产生微细裂缝等不可逆变化，在冰融化后， 不能完全复原，再次冻结时，又会将原来的裂缝膨 胀得更大，如此反复的冻融循环，裂缝越来越大， 最后导致严重的破坏。
• 影响因素：
增加C3S含量，适当增加水泥中
石膏掺入量，可以改善抗冻性。
（1）矿物组成：
其他条件相同时，水泥的强度越高，浆体
（2）水泥强度：
抵抗结冰时膨胀应力的能力就越强，其抗 冻性越好。
（3）水灰比：
水灰比越小，硬化水泥浆体中 毛细孔率越小，孔径尺寸越小，
抗冻性越好。
环境介质的侵蚀 加强捣实，避免蒸汽养护。
硅酸盐水泥硬化后，在通常的使用条件下一般可以有 较好的耐久性。有些 100 ～ 150 年以前建造的水泥混凝 土建筑至今仍无丝毫损坏迹象。部分长龄期试验的结果表 明， 30 ～ 50 年后抗压强度比 28 天时会提高 30% 左右， 有的达到 1 倍以上。但是，也有不少失败的工程实践指出， 早到 3 ～ 5 年就会有早期损坏甚至彻底破坏危险。
对水泥耐久 影（响3）因施素工：中抗加渗强性振的捣大，小采以用渗适透宜系的数养K护表制示度，。K值越小越好。 2 酸和酸性水 指定硬义化 ：水硬泥化浆水体泥受石淡或水混浸凝析土时抵，抗其各组种成有逐害渐介被质水渗溶透解的并能在力水。流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象。 性有害的环境 3水硫泥酸石盐与溶水液接和触碱时溶，液水化产物中，Ca(OH)2最先被溶解，在流动水中，水流将Ca(OH)2不断溶出并带走，从而促使其它水化产物分解 介质主要有 3 硫酸盐溶液和碱溶液 其，他特条 别件在相有同水时压，作水用泥而的混强凝度土越的高渗，透浆性体又抵较抗好结的冰情时况膨下胀，应将力进的一能步力增就大越孔强隙，率其，抗使冻水性更越易好渗。透，使溶出侵蚀加快。
硅酸盐水泥的主要技术性质PPT课件
（三）镁盐的腐蚀（松散无胶结型腐蚀）
腐蚀源：主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥
石中的氢氧化钙发生如下反应：
MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2 MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4·2H2O+Mg(OH)2
➢易溶于水
➢结晶膨胀
➢无胶凝性
➢生成AFt
破坏形式： 生成的氢氧化镁松软而无胶凝能 力，氯化钙易溶于水；生成的二水石 膏则引起硫酸盐腐蚀。
思考
？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：
分析续下页
【原因分析】由于该工程所使用的水泥C3A和C3S 含量高，导致该水泥的水化热高。在浇注混凝 土后，混凝土的内外温差高，造成混凝土贯穿 型的纵向裂缝。
五、硅酸盐水泥的腐蚀
（一）软水腐蚀
• 软水：雨水、雪水、蒸馏水、冷凝水及含重碳酸盐甚少的河 水与湖水等
• 腐蚀机理： Ca(OH)2溶解流失 •腐蚀条件：流水破坏性大；静止水破坏性不大
水泥石长期接触软水
Ca(OH)2不断被溶出
PH 下 降
无胶凝性， 水泥石结构
破坏
➢Ca(OH)2 ➢ SiO2
其它含钙矿物可能分解 （C-S-H，C3AH6等）
• （3）测定方法（沸煮法——加速实验法） • 饼法：观察水泥净浆在煮沸后的外形变化 雷氏夹法：测量水泥石煮沸后的膨胀值
雷氏夹法
雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥 净浆。
测量 A：取下试件，测量雷氏夹指 针尖端间的距离A。
沸煮 测量 C 沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏
混凝土水泥耐久性技术规程
混凝土水泥耐久性技术规程一、前言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其性能直接关系到建筑物的耐久性。
因此，混凝土的耐久性成为一个非常重要的研究领域。
本文旨在探讨混凝土的水泥耐久性，并提供相关技术规程。
二、水泥类型根据国家标准GB175-2007《水泥名称、号码、标志及其表示方法》，常见水泥类型包括：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、高炉矿渣水泥、石膏水泥、粉煤灰水泥、磷酸盐水泥、复合水泥等。
三、水泥的影响因素1.化学成分水泥的化学成分决定了其硬化后的特性。
主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，其中SiO2和Al2O3的含量对水泥的强度、耐久性、收缩性等有着重要的影响。
2.熟料烧成温度水泥熟料烧成温度的高低会直接影响水泥的强度和耐久性。
熟料烧成温度过高会导致水泥中C3A的含量增加，使得其抗硫酸盐侵蚀能力下降，从而影响水泥的耐久性。
3.熟料磨细度水泥熟料磨细度的大小直接影响水泥的强度和耐久性。
熟料磨细度越高，水泥的活性成分越多，强度也越高，但同时也会使得水泥的含气量增加，导致其耐久性下降。
4.掺合料的类型和掺量掺合料是指在水泥中掺入一定比例的矿渣、石灰石粉、粉煤灰等，以改善水泥的性能。
不同种类的掺合料对水泥的性能有不同的影响。
掺合料的掺入量也是影响水泥性能的重要因素。
四、水泥的水泥性能测试1.耐硫酸盐侵蚀性测试耐硫酸盐侵蚀性测试是评价水泥耐久性的重要指标之一。
测试方法为将水泥制成小块试样，浸泡在硫酸盐溶液中，通过称重方法测试试样经过一定时间后的质量变化，来评价水泥的耐久性。
2.抗氯离子侵蚀性测试抗氯离子侵蚀性测试是评价水泥耐久性的另一个重要指标。
测试方法为将水泥制成小块试样，浸泡在氯离子溶液中，通过测量溶液中的电导率和试样的质量变化来评价水泥的耐久性。
3.强度测试强度测试是评价水泥性能的重要指标之一。
测试方法为将水泥制成小块试样，经过一定时间后进行拉伸、压缩等强度测试，来评价水泥的强度性能。
教学设计(硅酸盐水泥耐久性提高)解读
单元名称
硅酸盐水泥耐久性提高
单元教学学时
2
教学
目标
知识目标
能力目标
①掌握硅酸盐水泥耐久性相关概念；
②掌握硅酸盐水泥耐久性影响因素。
能提出改善硅酸盐水泥耐久性的措施。
教学
重点
难点
教学重点：影响硅酸盐水泥耐久性因素；
教学难点：改善硅酸盐水泥耐久性的措施。
教学
内容
①耐久性概念；
学习
资源
①《水泥工艺技术》教材；
②单元教学演示文稿；
单元教学录像；
相关参考资料。
课后
作业
①怎样提高水泥抗渗性？
②如何提高水泥抗冻性？
侵蚀的类型有哪些？试述每一种侵蚀的原因。
何谓碱-集料反应？在水泥生产中和应用中如何避免或减轻碱-集料反应？
如何改善硬化水泥浆体的耐久性？
教学
反思
本单元内容难度大，但从学生作业看，教学效果还可以，改善耐久性的途径很多，但提出有效具体应对措施较难，因学生没有工作经验，如果实习时和建筑工程结合效果会好。
②影响硅酸盐水泥耐久性因素；
改善耐久性的途径。
教学活动
（教学建议）
教师通过建筑百年工程和建筑工程质量事故范例引出水泥耐久性的重要意义和将来从事水泥生产工作的角度提出本单元的重要作用，引导学生从开始就认真学习，通过教师讲授、举例帮助学生掌握硅酸盐水泥耐久性及影响耐久性因素相关知识，通过教师讲授、举例帮助学生理解工程质量需要严肃对待和提高建筑物耐久性的途径，通过布置作业任务训练学生的综合能力。
第11章 硅酸盐水泥的耐久性讲解
2、盐类结晶膨胀
水泥石孔中盐类结晶 强碱侵蚀(同时结晶膨胀)
2CaO SiO 2 nH2O 2NaOH 2Ca(OH) 2 NaSiO 3 (n -1)H 2O
3CaO Al2O3 6H2O 2NaOH 3Ca(OH) 2 Na 2O Al2O3 4H 2O
材料可抑制碱集料反应； 3）水的存在是发生碱骨料反应的必要条件。
二、碱-碳酸盐反应
细粒状泥质白云石岩 含40~60%白云石、5~20%包括伊利石及其类似
粘土等酸不溶物。
CaMg(CO3)2+2ROH→CaCO3+Mg(OH)2+R2CO3 R2CO3 + Ca(OH)2 →CaCO3+2ROH
3CaO 2SiO 2 aq 3MgSO 4 nH2O 3(CaSO 4 2H 2O) 3Mg(OH) 2 2SiO 2 aq
三、形成膨胀性产物
1、硫酸盐侵蚀
Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O 析晶，体积增大124%，（石膏侵蚀）。如果不析晶，发生如 下反应（硫铝酸盐侵蚀），体积膨胀94%。
反应式如下
活性SiO2+2mNaOH→mNa2O·SiO2·nH2O
反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水能力， 在积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构 胀裂破坏。
上述反应通常很慢，要经过相当长的时间后才明 显出现。
膨胀压理论 渗透压理论
影响因素
1）水泥中碱含量，0.6%以下安全； 2）活性集料的颗粒粒径，中间粒径膨胀最大； 3）活性骨料含量（最危险含量）；掺适量活性
水泥工艺学第十章 硅酸盐水泥的耐久性
通常认为，只有在水泥中的总碱量较高，而同 时集料中又有活性Si02的情况下，才会发生上述 有害反应。由于碱—集料反应而发生破坏的时间 随反应类型、集料活性大小、碱含量、使用环境 等的不同而明显地变化，一般快则一两年，慢则 几十年。其结果造成混凝土耐久性下降,严重时还 会使混凝土丧失使用价值,且由于反应是发生在整 个混凝土中,因此,这种反应造成的破坏既难以预 防,又难于阻止,更不易修补和挽救,故被称为混凝 土的癌症.
第三节
环境介质的侵蚀
硬化浆体与环境接触时，通常会受到环境介质的影响。 对水泥耐久性有害的环境介质主要有：淡水、酸和酸性 水、硫酸盐溶液和碱溶液；在有害环境介质的侵蚀作用下， 会发生一系列物理化学变化，降低强度，甚至溃裂破坏。 影响水泥侵蚀过程的因素很多，包括水泥品种、熟料矿 物组成、浆体的密实度、抗渗性、侵蚀介质压力、流速、温 度等多种因素。而且多种侵蚀作用同时存在，互相影响，因 此，必须针对侵蚀的具体情况加以综合分析，才能制定切合 实际的防止措施。 对于水泥浆体的侵蚀类型，根据水泥石侵蚀而产生破坏 的破坏形式不同，分为：
本章要点
1、基本定义 耐久性、抗渗性、溶淅性侵蚀、离子交换性侵 蚀、析晶膨胀性侵蚀、碱集料反应等 2、影响水泥抗冻性的主要因素 3、水泥浆体的侵蚀类型 4、耐久性的改善途径
在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污 水及流经高炉矿渣或煤渣的水中常含钾、钠、铵等 硫酸盐；在海水及地下水中常含有大量的镁盐，主 要是硫酸镁和氯化镁。
五、侵蚀作用的复合及判别
在实际工程中，水泥石的腐蚀常常是几种侵蚀 介质同时存在、共同作用所产生的；但干的固体化 合物不会对水泥石产生侵蚀，侵蚀性介质必须呈溶 液状且浓度大于某一临界值。 环境介质的影响往往是多方面的，即可能是几 种化学侵蚀的复合作用，又同时会有冻融、渗透等
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二、离子交换反应
1、形成可溶性钙盐
盐酸、硫酸、硝酸、醋酸、蚁酸、乳酸、氯化铵和硫酸 铵等与氢氧化钙反应，形成可溶性钙盐，侵蚀性较强。
碳酸
Ca(OH)2+CO2+H2O——CaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2 结合的碳酸、平衡的碳酸、侵蚀的碳酸 水的暂时硬度越大，平衡碳酸较多，侵蚀性小；暂时硬 度大水中所含Ca(HCO3)2会同Ca(OH)2反应形成碳酸钙堵 塞毛细孔。
反应式如下
活性SiO2+2mNaOH→O·SiO2·nH2O
反应生成的碱性硅酸盐凝胶有相当强的吸水能力， 在积聚水分的过程中产生膨胀而将硬化浆体结构 胀裂破坏。
上述反应通常很慢，要经过相当长的时间后才明 显出现。
膨胀压理论 渗透压理论
影响因素
1）水泥中碱含量，0.6%以下安全； 2）活性集料的颗粒粒径，中间粒径膨胀最大； 3）活性骨料含量（最危险含量）；掺适量活性
2、形成不溶性钙盐
草酸、酒石酸、氢氟酸及磷酸等于氢氧化钙反应 形成不溶又不膨胀的钙盐，危害不大。
3、镁盐侵蚀
氯化镁、硫酸镁或碳酸氢镁与氢氧化钙反应形成 可溶性钙盐。水化硅酸钙不断析出Ca(OH)2。
MgSO4 Ca(OH)2 2H2O CaSO4 2H2O Mg(OH)2 MgCl2 Ca(OH)2 CaCl2 Mg(OH)2
3）水灰比 水灰比越小，硬化水泥浆体中毛细孔率越小，孔 径尺寸越小，抗冻性越好。
4）防止过早受冻 5）外加剂
引气剂，减水剂、防冻剂
11.3 环境介质的侵蚀
对水泥耐久性有害的环境介质 1 ）淡水 2 ）酸和酸性水 3 ）硫酸盐溶液和碱溶液
（浆体组分的溶解和浸析；离子交换反映；形成膨胀性产物）
化合水不结冰
吸附水
凝胶水 毛细水
自由水
-78℃才结冰 结冰，影响抗冻性
硬化水泥浆体中水的冰点受水成分和孔径大小的 影响，孔径越小，冰点越低。
结晶压力理论 净水压理论
水结冰体积增加，未冻水被迫流动产生静水压。 气孔存在可缓解。
渗透压理论
毛细孔中水部分结冰，未冻水溶液浓度增大，胶 凝孔中水溶液浓度不变；浓度差引起渗透压，造 成膨胀。
2、盐类结晶膨胀
水泥石孔中盐类结晶 强碱侵蚀(同时结晶膨胀)
2CaO SiO 2 nH2O 2NaOH 2Ca(OH) 2 NaSiO 3 (n -1)H 2O
3CaO Al2O3 6H2O 2NaOH 3Ca(OH) 2 Na 2O Al2O3 4H 2O
材料可抑制碱集料反应； 3）水的存在是发生碱骨料反应的必要条件。
二、碱-碳酸盐反应
细粒状泥质白云石岩 含40~60%白云石、5~20%包括伊利石及其类似
粘土等酸不溶物。
CaMg(CO3)2+2ROH→CaCO3+Mg(OH)2+R2CO3 R2CO3 + Ca(OH)2 →CaCO3+2ROH
2）减少C3S，提高抗水性 3）高铝熟料应急冷；高铁熟料急冷时，抗硫酸盐
性能反而变差。 由玻璃体水化所得水化铝酸钙与水化铁酸钙的固
溶体C3(A,F)H6以及水化石榴石抗硫酸盐性能好 铁铝酸盐的晶体更加耐硫酸盐 4）C3S含量不能太低，否则早期强度过低
3 掺加混合材料
1）形成低钙硅比C-S-H，与其平衡石灰浓度低，抗 淡水溶析性好；
一、浆体组分的溶解和浸析
侵蚀机理
雨水、雪水、冰川水（软水） 水泥石中Ca(OH)2溶出； 水量不多——溶液饱和——溶解作用停止； 流动的水—— Ca(OH)2不断溶出并带走——水化硅酸盐、
水化硫酸盐分解形成低碱性水化产物——转化为无胶结能 力的硅胶、铝胶等。 对抗渗性较好的水泥石溶出侵蚀很慢，可忽略。
3CaO 2SiO 2 aq 3MgSO 4 nH2O 3(CaSO 4 2H 2O) 3Mg(OH) 2 2SiO 2 aq
三、形成膨胀性产物
1、硫酸盐侵蚀
Ca(OH)2+Na2SO4·10H2O→CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O 析晶，体积增大124%，（石膏侵蚀）。如果不析晶，发生如 下反应（硫铝酸盐侵蚀），体积膨胀94%。
4、抗冻性表示方法
以试块能经受-15℃和20℃的循环冻融而抗压强 度损失率小于25%时的最高冻融循环次数表示。 次数越多，抗冻性越好。
5、影响抗冻性的因素
1）矿物组成 增加C3S含量，适当增加水泥中石膏掺入量，可 以改善抗冻性。（实际上水泥组成与抗冻性关系 较少）
2）水泥强度
其他条件相同时，水泥的强度越高，浆体抵抗结 冰时膨胀应力的能力就越强，其抗冻性越好。
2）水化铝酸盐浓度降低，水化硫铝酸钙在低浓度 石灰液相中的结晶膨胀较为缓和
3）熟料比例降低，C3S和C3A所占比例减小； 4）凝胶生成量更多，浆体更密实 5）有效抑制碱集料反应 6）但火山灰质水泥的抗冻性及大气稳定性不高，
且火山灰混合材对抵抗含酸或镁盐溶液无甚帮助
4 表层处理和涂覆 氢氧化钙与硅酸钠、氟硅酸钠形成硅酸凝胶
1）适当降低水灰比 2）细化骨料过渡区 3）施工中加强振捣，采用适宜的养护制度。 4）外加剂（减水剂，引气剂）
11.2 抗冻性
1、定义 硬化水泥浆体抵抗冻融循环的能力。
2、危害 冻融循环是寒冷地区混凝土，尤其是港口混凝土破 坏的主要原因之一。
3、原理 材料有孔且孔隙含水 水→冰体积膨胀9％，结冰压力高达100MPa，当 结冰压力超过材料的抗拉强度时，材料开裂。裂 缝的增加进一步增加了材料的饱水程度，饱水程 度的增加进一步加剧了冻融破坏。反复冻融循环 最终材料崩溃
第11章 硅酸盐水泥的耐久性
耐久性：硬化水泥浆体结构在一定环境条件下长 期保持稳定质量和使用功能的性质。 影响耐久性的因素
抗渗性 抗冻性 抗蚀性 碱集料反应
11.1 抗渗性
1、定义 硬化水泥石或混凝土抵抗各种有害介质渗透的能 力。
有害介质 流动水、溶液、气体等
孔隙和裂缝（连通）
dq KA h
粘土质矿物暴露，吸水膨胀或通过粘土膜产生渗透压，造 成破坏
11.5 改善水泥石耐久性的途径
1、提高密实性、改善孔结构 抗渗性强，外部介质（硫酸盐、淡水）不易进入
1）正确设计混凝土配合比，保证足够水泥用量， 适当降低水灰比，仔细选择集料级配，讲究施工 质量 2）加入适量引气剂，形成相互分离的微气孔，提 高抗冻性
dt
L
dq/dt—渗水速率；A—试件横截面积；Δh—作用于试件两侧的压力差； L—试件厚度；K—渗透系数
K C r 2
ε—总孔隙率；r—孔的水力半径；η—流体粘度；C—常数
抗渗性的大小以渗透系数K 表示抗渗性的高低，K值越 小越好。 （1）孔隙大小： K ∝ r2 （2）空隙率： K ∝ ε
生成胶结力弱易为碱溶液析出的产物，同时产生结晶膨胀
11.4 碱集料反应
碱集料反应是指当水泥碱含量高时，在有水存在 的条件下，水泥中的碱与集料中的某些活性物质 发生化学反应，从而导致水泥石产生膨胀开裂而 破坏的现象。
碱—氧化硅反应 碱—碳酸盐反应
一、碱-氧化硅反应
水泥中碱含量较高，且集料中又含有活性SiO2时， 碱会与活性SiO2反应，形成碱性硅酸盐凝胶。
或氟化钙 桐油或亚麻仁油涂刷 有机防渗涂层
2 改变熟料矿物组成
1）降C3A，增C4AF；提高抗硫酸盐性能 水化硫铁铝酸钙或其与硫铝酸钙的固溶体为隐晶
质成凝胶状析出，且分布均匀，膨胀性远较钙矾 石小 水化铁酸钙还会在水化铝酸钙周围形成保护膜 低C3A含量水泥不存在AFm（石膏充足时），因 而不会由AFm与硫酸盐作用形成AFt而造成膨胀
4CaO Al2O3 19H 2O 3(CaSO 4 2H 2O) 8H 2O 3CaO Al2O3 3CaSO 4 32H 2O Ca(OH) 2
硫酸镁腐蚀－双重腐蚀
MgSO4+Ca(OH)2——CaSO4.2H2O+Mg(OH)2 Mg2+还会进入水化硅酸钙凝胶，使其胶结性能变差。
小于1微米的孔隙、凝胶孔 对抗渗透性几乎没有影响
渗透系数主要决定于毛细 孔率的大小，尤其是大毛 细孔。
2、影响因素
1）水灰比 水灰比越大，孔隙率越大，毛细孔尺寸越大，而 且基本联通，渗透系数越大。
2）水泥水化程度 龄期越长，水化产物增多，毛细管变得细小，互 不连通，渗透系数越小。
3、提高抗渗性的措施