第3章 水泥
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水泥工艺学(第三章)
(A/F≥0.64) (A/F﹤0.64)
意义：熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S+C2S） 所需的氧化钙含 量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比 值，也即表示熟料中氧化硅被氧化钙饱和成硅酸三钙的程度。 石灰饱和系数与矿物组成的关系为：
KH C3 S 0.8838C2 S C3 S 1.3256C2 S
第三章 硅酸盐水泥熟料矿物组成及其配料计算
3.1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 3.2 熟料的率值 3.3 熟料矿物组成的计算 3.4 熟料矿物组成的选择 3.5 配料计算
3.1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
一、化学组成：
主要化学成分：CaO 62%~67% SiO2 20%~24% Al2O3 4%~ 7% Fe2O3 2.5%~6%
化学成分计算
鲍格法（代数法）
一、石灰饱和系数法 C3S=3.80(3KH-2)SiO2 C2S=8.60(1-KH) SiO2 C3A=2.65(Al2O3-0.64Fe2O3) C4AF=3.04Fe2O3 二、鲍格法 C3S=4.07C-7.60S-6.72A-1.43F-2.86SO3 C2S=8.60S+5.07A+1.07F+2.15SO3-3.07C =2.87S-0.754C3S C3A=2.65A-1.69F C4AF=3.04F CaSO4=1.70SO3
（二）硅酸二钙（C2S） 矿物特性： （1）含量20%左右，硅酸盐水泥熟料的主要矿物之一； （2）纯C2S在1450℃ 以下存在多晶转变：
1425℃ 1160℃ 630～680℃ ﹤500℃ H L ' ' 690℃
工程材料第三章第3章的3.8和3.9节
第3章混凝土3.8 混凝土质量控制与评定3.8.1 混凝土质量的波动混凝土是多组分多物相，具有堆聚结构特征的非匀质材料，因此在一定尺度范围内其各部分的性质也会有一定差异。
在工程应用中，受诸多因素的影响，以主要性能指标衡量的混凝土质量会出现更加明显的波动，为保证工程质量和促进混凝土技术总体水平的提高，须加强混凝土质量控制。
在现代混凝土工程建设质量要求和混凝土预拌技术（混凝土商品化供应）的条件下，现行标准要求控制混凝土质量（性能）的内容主要包括：拌合物性能、力学性能、长期性能和耐久性能。
以混凝土强度作为质量指标为例，例如，在工地从同批混凝土中取样成型一批试件，在标准养护28 d后，试件抗压强度测试值不会是完全一样的。
其测试值波动的大小，既与混凝土所用的原材料质量有关，又与试块的制作和试验条件的控制有关。
因此可将引起混凝土强度波动的基本因素归纳为表3－20所示的两类。
可以看出，引起混凝土强度波动的原因是多方面的，而且，有些因素是不可避免的。
表3－20 引起混凝土强度波动的主要因素混凝土施工过程中，控制生产或对一个构筑物或构件进行质量评定时，需要多次取样制成试块，以其强度试验值来了解混凝土的质量情况。
另一方面，必须选用适当的数理统计方法来分析和评价试验结果。
实践证明，用统计特征值来反映混凝土的总体质量的变异程度，并由此来评定结构或构件中混凝土质量是否满足设计要求，是一个比较合理而有效的方法。
3.8.2 混凝土质量控制（1）混凝土质量的初步控制混凝土质量的初步控制包括组成材料的质量检验与控制和混凝土配合比的合理确定。
施工过程中不得随意改变配合比，并应根据水泥强度、骨料品质与种类、坍落度、水胶比、混凝土强度等混凝土质量的动态信息，及时通过试验进行调整，以保证合理施工配合比的正确实施。
（2）混凝土质量的生产控制混凝土质量的生产控制包括组成材料的计量、混凝土拌合物的搅拌与运输、浇注和养护等工序的控制。
1）计量与拌和 工程施工时，应在装备先进机械设备的混凝土拌合站集中生产混凝土。
第三章 水泥浆化学
（1）表层套管 封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、 悬挂和支撑后续各层套管。
（2）生产套管（油层套管） 用以保护生产层，提供油气生产通道。
（3）中间套管（技术套管） 用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井 下复杂地层。
第一节 水泥浆功能与组成
一、水泥浆的功能
（1）固井和保护套管 （2）保护高压油气层 （3）封隔严重漏失层和其他复杂层
2、水泥的水化反应
水泥的水化分为五个阶段：
①预诱导阶段：这阶段是在水与水泥混合后的几分钟时间 内．在这阶段，由于水泥为水润湿而开始水化反应，放出 大量的热(其中包括润湿热和反应热)．水化反应生成的水化 物在水泥颗粒表面附近形成饱和溶液井在表面析出，阻止 丁水泥进一步水化，使水化迅速下降，进入诱导阶段．
能降低水泥浆密度的物质称为降低水泥浆密度外掺料。 在低压油气层或易漏地层固井时，需在水泥浆中加入降低水 泥浆密度外掺料。
（1）粘土 粘土的固相密度（２.4~2.7g·cm-3）。低于水泥的固相密 度（3.1~3.2g·cm-3）。
1、降低水泥浆密度外掺料
（2）粉煤灰 粉煤灰是粉煤燃烧产生的空心颗粒，主要成分为
第三章 水泥浆化学
第二节 水泥浆密度及其调整
前言
固井时，为使水泥浆能将井壁与套管间的钻井液替换 的彻底应要求水泥浆密度大于钻井液密度，但又以不压 漏地层为度。
配水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。水泥浆 通常的水灰比在0.3~0.5范围，所配得水泥浆密度则在 1.8~1.９g·cm-3范围。
1、降低水泥浆密度外掺料
1、水泥浆稠化
（3）水泥浆稠化速率 用稠化时间表示。稠化时间是指水与水泥混合
后稠度达到100Bc所需的时间。 为使水泥浆顺利注如井壁与套管的环空，应要求
（2）生产套管（油层套管） 用以保护生产层，提供油气生产通道。
（3）中间套管（技术套管） 用来封隔不同地层压力层系或易漏、易塌、易卡等井 下复杂地层。
第一节 水泥浆功能与组成
一、水泥浆的功能
（1）固井和保护套管 （2）保护高压油气层 （3）封隔严重漏失层和其他复杂层
2、水泥的水化反应
水泥的水化分为五个阶段：
①预诱导阶段：这阶段是在水与水泥混合后的几分钟时间 内．在这阶段，由于水泥为水润湿而开始水化反应，放出 大量的热(其中包括润湿热和反应热)．水化反应生成的水化 物在水泥颗粒表面附近形成饱和溶液井在表面析出，阻止 丁水泥进一步水化，使水化迅速下降，进入诱导阶段．
能降低水泥浆密度的物质称为降低水泥浆密度外掺料。 在低压油气层或易漏地层固井时，需在水泥浆中加入降低水 泥浆密度外掺料。
（1）粘土 粘土的固相密度（２.4~2.7g·cm-3）。低于水泥的固相密 度（3.1~3.2g·cm-3）。
1、降低水泥浆密度外掺料
（2）粉煤灰 粉煤灰是粉煤燃烧产生的空心颗粒，主要成分为
第三章 水泥浆化学
第二节 水泥浆密度及其调整
前言
固井时，为使水泥浆能将井壁与套管间的钻井液替换 的彻底应要求水泥浆密度大于钻井液密度，但又以不压 漏地层为度。
配水泥浆时，水与水泥的质量比称为水灰比。水泥浆 通常的水灰比在0.3~0.5范围，所配得水泥浆密度则在 1.8~1.９g·cm-3范围。
1、降低水泥浆密度外掺料
1、水泥浆稠化
（3）水泥浆稠化速率 用稠化时间表示。稠化时间是指水与水泥混合
后稠度达到100Bc所需的时间。 为使水泥浆顺利注如井壁与套管的环空，应要求
第三章油井水泥
石灰石中CaO的质量分数应高于 45％，粘土矿物按质量分数 60％～70％ SiO2 ，1O％～20％Al2O3，4％～9％Fe2O3。如果粘土矿物中SiO2不足时可加 入硅石、火山灰、硅藻土等。粘土和页岩中含铁、铝不够时，尚需加入一 定量的铁矿石和含铝高的原材料。
在硅酸盐水泥中，氧化物的简写方式 C－CaO；S－SiO2；A－Al2 O3； F－Fe2 O3；M－MgO；H－H2 O；
通过测 定在一 定的水 中，硅 酸钙矿 物分解 出的氧 化钙数 量，可 以看出
CS在一般条件下不能进行水化反应。 γ-C2S具有很小的水化能力。 β-C2S具有较明显的水化能力但是水化速度较慢。 C3S具有较强的水化能力。
第三章 油井水泥及其外加剂
在1000℃为放热带，主要是固相反应
CaO + Al2O3
1000℃
CaO Al2O3 + QP （放热） （CA） 2CaO Fe2O3 + QP （放热） （C2F） 5CaO 3Al2O3 + QP（放热） （C5A3） 3(4CaO Al2O3 Fe2O3) + QP （C4AF） 3(CaO Al2O3) + QP （C3A） C2S + QP （放热）
以上两类研究都表明水泥熟料矿物的不稳定性，而且它们不稳定顺序 是：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。
第三章 油井水泥及其外加剂
3、水泥水化反应及其机理
第三章 油井水泥及其外加剂
前面从晶体化学和热力学两方面讨论了水泥熟料结构的不稳定性和水化
的能力。能生成水化物并不一定能形成胶凝的网状结构。这就要求水化
1）硅酸三钙 (C3S)
第三章 油井水泥及其外加剂
C3S相对密度为3.25，稳定温度为1250～2150℃，在高于2150℃ 物理性质 时分解为CaO和液相，在低于1250℃时分解为C3S和 CaO，在低温 下其分解很弱。C3S是水泥产生强度的主要化合物。
在硅酸盐水泥中，氧化物的简写方式 C－CaO；S－SiO2；A－Al2 O3； F－Fe2 O3；M－MgO；H－H2 O；
通过测 定在一 定的水 中，硅 酸钙矿 物分解 出的氧 化钙数 量，可 以看出
CS在一般条件下不能进行水化反应。 γ-C2S具有很小的水化能力。 β-C2S具有较明显的水化能力但是水化速度较慢。 C3S具有较强的水化能力。
第三章 油井水泥及其外加剂
在1000℃为放热带，主要是固相反应
CaO + Al2O3
1000℃
CaO Al2O3 + QP （放热） （CA） 2CaO Fe2O3 + QP （放热） （C2F） 5CaO 3Al2O3 + QP（放热） （C5A3） 3(4CaO Al2O3 Fe2O3) + QP （C4AF） 3(CaO Al2O3) + QP （C3A） C2S + QP （放热）
以上两类研究都表明水泥熟料矿物的不稳定性，而且它们不稳定顺序 是：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。
第三章 油井水泥及其外加剂
3、水泥水化反应及其机理
第三章 油井水泥及其外加剂
前面从晶体化学和热力学两方面讨论了水泥熟料结构的不稳定性和水化
的能力。能生成水化物并不一定能形成胶凝的网状结构。这就要求水化
1）硅酸三钙 (C3S)
第三章 油井水泥及其外加剂
C3S相对密度为3.25，稳定温度为1250～2150℃，在高于2150℃ 物理性质 时分解为CaO和液相，在低于1250℃时分解为C3S和 CaO，在低温 下其分解很弱。C3S是水泥产生强度的主要化合物。
土木工程材料第三章水泥
水泥的品种很多，按化学成分可分为硅酸盐、 铝酸盐、硫铝酸盐等多种系列水泥，本章主要介 绍应用最广的硅酸盐系列水泥。硅酸盐系列水泥 按其性能和用途.
常用水泥
硅酸盐系列水泥 特种水泥
硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥
3.1 常用水泥 3.1.1 常用水泥的生产 3.1.1.1 水泥熟料的烧成 烧制硅酸盐水泥熟料的原材料主要是提供CaO 的石灰质原料，如石灰石、白垩等，及提供Si02、 Al2O3和少量Fe2O3的粘土质原料，如粘土、页岩等。 此外，有时还配入铁矿粉等辅助原料。将上述几 种原材料按适当比例混合后在磨机中磨细，制成 生料，再将生料入窑进行煅烧，便烧制成黑色球 状的水泥熟料。
(2)水化热大 水泥的水化反应为放热反应，水化过程放出的 热量称为水泥的水化热。硅酸盐水泥的C3S和C3A含 量高，水化热大，放热周期长，一般水化3d的放 热量约为总水化热的50％，7d为75％，3个月达90 ％。硅酸盐水泥不宜在大体积工程中应用。
(3)耐腐蚀性差 硅酸盐水泥硬化后，在一般使用条件下有较 高的耐久性。可是，在淡水、酸与酸性水和硫酸 盐溶液等有害的环境介质中，则会发生各种物理 化学作用，导致性能改变，强度降低，甚至破坏。 引起整个工程结构的破坏。
(4)火山灰质硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟 料，20％～50％火山灰质混合材料和适量石膏组 成。
(5)粉煤灰硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料， 20％～40％粉煤灰和适量石膏组成。
(6)复合硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料， 15％～50％的两种或两种以上混合材料和适量石 膏组成。
3.1.2 常用水泥的特性 3.1.2.1硅酸盐水泥
水泥熟料颗粒水化，接着矿渣受熟料水化时析出的 Ca(OH)2及外掺石膏的激发，其玻璃体中的活性氧化 硅和活性氧化铝进入溶液，与Ca(OH)2反应生成新的 水化硅酸钙和水化铝酸钙，因为石膏存在，还生成 水化硫铝酸钙。
高中化学人教版选修1课件：第三章 第三节 玻璃、陶瓷和水泥
(4)钢化玻璃:普通玻璃加热软化,再急速冷却得到。 预习交流 2 钢化玻璃与普通玻璃成分有何不同?为什么钢化玻璃常用于制 造汽车或火车的车窗呢? 提示:二者成分完全相同。钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大 4~6 倍,抗震裂、不易破碎;一旦破碎,碎块没有尖锐的棱角,不易伤 人,因此常用来制造汽车或火车的车窗等。
四、玻璃和陶瓷的新发展 1.光导纤维 (1)成分:SiO2(石英玻璃)。 (2)用途:制造光缆。 2.新型陶瓷 (1)新型陶瓷的种类。 如超硬陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷等。 (2)用途。 高温结构陶瓷可制造发动机,新型陶瓷可用于航空航天。
一、 传统硅酸盐工业产品的比较
知识精要
硅酸盐 工业
第三节
玻璃、陶瓷和水泥
目标导航
1.知道玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及用 途。 2.了解光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料的性能与用途。 3.认识硅酸盐工业中原料的组成和反应条件对产品性能和用 途的影响。
1.玻璃的主要成分和生产原理,水泥的主要成分和注意事 项。 2.以玻璃和陶瓷为例认识物质的组成和反应条件对性质和用 途的影响。 3.初步建立物质的组成和反应条件对性能和用途有很大影响 等基本观念。
提示:硅酸盐
预习导引
一、玻璃 1.玻璃的生产
2.玻璃的主要性能 玻璃不是晶体,称作玻璃态物质,没有固定的熔点,在一定温度范 围内逐渐软化。
预习交流 1 玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品? 提示:因为玻璃不属于晶体,为玻璃态物质,没有固定的熔沸点, 加热时可在一定温度范围内软化。由于加热到一定温度便软化,所 以可以被人工吹制成形状不同的制品,如烧瓶、长颈漏斗等。
是
、
、
,粉碎后放入玻璃窑中在高温下
四、玻璃和陶瓷的新发展 1.光导纤维 (1)成分:SiO2(石英玻璃)。 (2)用途:制造光缆。 2.新型陶瓷 (1)新型陶瓷的种类。 如超硬陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、超导陶瓷等。 (2)用途。 高温结构陶瓷可制造发动机,新型陶瓷可用于航空航天。
一、 传统硅酸盐工业产品的比较
知识精要
硅酸盐 工业
第三节
玻璃、陶瓷和水泥
目标导航
1.知道玻璃、陶瓷和水泥的主要化学成分、生产原料及用 途。 2.了解光导纤维和高温结构陶瓷等新型材料的性能与用途。 3.认识硅酸盐工业中原料的组成和反应条件对产品性能和用 途的影响。
1.玻璃的主要成分和生产原理,水泥的主要成分和注意事 项。 2.以玻璃和陶瓷为例认识物质的组成和反应条件对性质和用 途的影响。 3.初步建立物质的组成和反应条件对性能和用途有很大影响 等基本观念。
提示:硅酸盐
预习导引
一、玻璃 1.玻璃的生产
2.玻璃的主要性能 玻璃不是晶体,称作玻璃态物质,没有固定的熔点,在一定温度范 围内逐渐软化。
预习交流 1 玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品? 提示:因为玻璃不属于晶体,为玻璃态物质,没有固定的熔沸点, 加热时可在一定温度范围内软化。由于加热到一定温度便软化,所 以可以被人工吹制成形状不同的制品,如烧瓶、长颈漏斗等。
是
、
、
,粉碎后放入玻璃窑中在高温下
第三章 水利工程建筑材料
第一部分中国水利水电出版社——第三章水利工程建筑材料第一节概述建筑材料是指用于建造建筑物和构筑物的所有材料，是原材料、半成品和成品的总称。
水利工程中材料费占工程直接成本的60%～70%。
根据材料在工程费用中所占的比重，分为主要材料和次要材料两大类。
（1）主要材料：水泥、钢材、木材、砂石料、矿物掺和料、外加剂、土工合成材料、灌浆材料、火工材料、油料、缝面止水材料、砌体、管材等。
（2）次要材料：电焊条、铁件、铁钉及其他次要材料。
第二节主要建筑材料一、水泥（一）水泥的主要技术性质水泥能在空气中硬化和保持强度，还能在水中继续硬化，并长期保持和继续提高其强度，是水硬性胶凝材料。
1.密度与堆积表观密度2.细度：指水泥颗粒的粗细程度；硅酸盐水泥细度采用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积大于300m2/kg；其他五类水泥细度用筛析法检验，要求在80μm标准筛上筛余量不得超过10%。
筛析法有水筛、干筛和负压筛法，当三种方法结果有争议时，以负压筛为准。
3.标准稠度用水量：水泥净浆达到标准稠度时，所需的拌和水量（以占水泥质量的百分比表示）称为标准稠度用水量。
水泥磨得越细，其标准稠度用水量越大。
4.凝结时间：标准稠度的水泥净浆，自加水时起至水泥浆体塑性开始降低所需的时间称为初凝时间（不小于45min）；自加水时起至水泥浆体完全失去塑性所经历的时间称为终凝时间。
5.体积安定性：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
当水泥浆体硬化过程发生不均匀的体积变化，就会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，甚至失去强度，这即是安定性不良。
体积安定性用沸煮法（雷氏法）检验必须合格。
测试方法可以用试饼法也可用雷氏法，有争议时以雷氏法为准。
6.强度：水泥强度测定按质量计1份水泥、3份ISO标准砂，用0.5水灰比拌制的一组40mm×40mm ×160mm塑性胶砂试件。
强度等级按3d和28d的抗压强度和抗折强度：42.5、42.5R、52.5，52.5R、62.5和62.5R六个等级，有代号R为早强型水泥。
水泥检测—原材料检测
试题
➢ 有D、E、F三个水泥试样，用雷氏夹测其结果如下，请计算结果并 作结论判断(单位为mm)。
强度试验试体的龄期允许偏差: 24h±15min；48h±30min； 72h±45min；7d±2h；28d±8h
强度试验
抗折强度试验 加荷速率（50±10）N/s 保持两个半截棱柱处于潮湿状态直至抗压试验 每个试件的抗折强度计算（精确至0.1 MPa）
判定：三个的平均值作为 试验结果（精确至0.1 MPa） 。 当三个强度值中有一个超过平 均值±10%时，应剔除后再取 平均值作为抗折强度试验结果。
净浆体积膨胀的程度。试饼法是观测水泥标准稠度净浆的外形 变化程度。
仪器设备 ：水泥净浆搅拌机、雷氏夹和雷氏夹膨胀测定仪（标 准法）
试验方法：标准法和代用法
（三）标准法（雷氏法）
1．每个试样需成型两个试件，每个雷氏夹配备两个边长或直径 约80mm、厚度4mm～5mm的玻璃板。凡与水泥净浆接触的玻 璃板雷氏夹内表面都要稍稍涂上一层油。
试验方法： 筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电
源，检查控制系统，调节负压至4～6kPa范围内。
将称取的水泥试样，置于洁净的负压筛中，放在筛座上， 盖上筛盖，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着 在筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量全 部筛余物。
结果计算及处理 水泥试样筛余百分数：F=Rt/W×100 结果计算至0.1%
抗压强度计算
Rc= Fc/A
精确到0.1MPa 判定：六个的平均值作为试验结果（精确至0.1 MPa） 。如
六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%，应剔除这个 结果，以剩下五个平均值作为结果。如果五个测定值中再 有超过它们平均值±10%的，则此组结果作废。
➢ 有D、E、F三个水泥试样，用雷氏夹测其结果如下，请计算结果并 作结论判断(单位为mm)。
强度试验试体的龄期允许偏差: 24h±15min；48h±30min； 72h±45min；7d±2h；28d±8h
强度试验
抗折强度试验 加荷速率（50±10）N/s 保持两个半截棱柱处于潮湿状态直至抗压试验 每个试件的抗折强度计算（精确至0.1 MPa）
判定：三个的平均值作为 试验结果（精确至0.1 MPa） 。 当三个强度值中有一个超过平 均值±10%时，应剔除后再取 平均值作为抗折强度试验结果。
净浆体积膨胀的程度。试饼法是观测水泥标准稠度净浆的外形 变化程度。
仪器设备 ：水泥净浆搅拌机、雷氏夹和雷氏夹膨胀测定仪（标 准法）
试验方法：标准法和代用法
（三）标准法（雷氏法）
1．每个试样需成型两个试件，每个雷氏夹配备两个边长或直径 约80mm、厚度4mm～5mm的玻璃板。凡与水泥净浆接触的玻 璃板雷氏夹内表面都要稍稍涂上一层油。
试验方法： 筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电
源，检查控制系统，调节负压至4～6kPa范围内。
将称取的水泥试样，置于洁净的负压筛中，放在筛座上， 盖上筛盖，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着 在筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量全 部筛余物。
结果计算及处理 水泥试样筛余百分数：F=Rt/W×100 结果计算至0.1%
抗压强度计算
Rc= Fc/A
精确到0.1MPa 判定：六个的平均值作为试验结果（精确至0.1 MPa） 。如
六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%，应剔除这个 结果，以剩下五个平均值作为结果。如果五个测定值中再 有超过它们平均值±10%的，则此组结果作废。
第三章-水泥PPT课件
4）硬化期 水化产物填充颗粒间空隙，毛细孔减少，浆体密实，
产生强度。
.
20
五、水泥石的构成与强度影响因素
一）构成 水化产物；未水化水泥颗粒；毛细孔与气孔
二）强度影响因素
1、水灰比
W//C大，硬化慢，毛细孔多，强度低。
2、龄期
适宜条件下，龄期长，水化程度高，强度高
3、养护条件
1）温度高，水化快，强度发展快，强度低
3、国标的要求与调整方法
初凝时间≥45min；终凝时间≤ 硅水 6h 30min
普水 10h
掺入石膏调整凝结时间（过量与过少）
.
23
4、凝结时间影响因素 1）C3A多，石膏少，凝结快； 2）细度大，凝结快； 3）水灰比小，凝结速度快； 4）温度高，凝结速度快； 5）混合材料掺量高，凝结速度。
（三）体积安定性
水泥硬化后，水泥浆发生不均匀体积变形，即体积安 定性不良。这会使水泥石产生膨胀性裂缝，降低结构物 的质量，甚至引起严重的事故。
1、引起体积安定性不良的原因
水泥熟料中f – CaO、 f – MgO或石膏掺量过高。
.
24
2、评定方法
饼 法：水泥净浆试饼沸煮3h后，观察外观（裂缝、弯 曲、崩裂）。
雷氏法：水泥净浆在雷氏夹沸煮3h后，测量其膨胀值。 3、国家标准规定
== 3 C3A. CS. H12 + 3C3A. CS. H12 + 4CH + 40H 5、综合水化特征
Cement + H2O —— C3A立即反应 C3S、C4AF迅速反应
.
17
C2S反应较慢 ——————————
开始水化 几分钟后即生成
AFt, C-S-H, CH, C4AH13 6、水化产物形态
产生强度。
.
20
五、水泥石的构成与强度影响因素
一）构成 水化产物；未水化水泥颗粒；毛细孔与气孔
二）强度影响因素
1、水灰比
W//C大，硬化慢，毛细孔多，强度低。
2、龄期
适宜条件下，龄期长，水化程度高，强度高
3、养护条件
1）温度高，水化快，强度发展快，强度低
3、国标的要求与调整方法
初凝时间≥45min；终凝时间≤ 硅水 6h 30min
普水 10h
掺入石膏调整凝结时间（过量与过少）
.
23
4、凝结时间影响因素 1）C3A多，石膏少，凝结快； 2）细度大，凝结快； 3）水灰比小，凝结速度快； 4）温度高，凝结速度快； 5）混合材料掺量高，凝结速度。
（三）体积安定性
水泥硬化后，水泥浆发生不均匀体积变形，即体积安 定性不良。这会使水泥石产生膨胀性裂缝，降低结构物 的质量，甚至引起严重的事故。
1、引起体积安定性不良的原因
水泥熟料中f – CaO、 f – MgO或石膏掺量过高。
.
24
2、评定方法
饼 法：水泥净浆试饼沸煮3h后，观察外观（裂缝、弯 曲、崩裂）。
雷氏法：水泥净浆在雷氏夹沸煮3h后，测量其膨胀值。 3、国家标准规定
== 3 C3A. CS. H12 + 3C3A. CS. H12 + 4CH + 40H 5、综合水化特征
Cement + H2O —— C3A立即反应 C3S、C4AF迅速反应
.
17
C2S反应较慢 ——————————
开始水化 几分钟后即生成
AFt, C-S-H, CH, C4AH13 6、水化产物形态
第三章 第三节 玻璃、陶瓷和水泥
6．特种玻璃 种类 石英玻璃或 硼酸盐玻璃 制作方法 提高SiO2的 含量，或加 入 B2O3 性能和用途 提高化学稳定性，降低热膨胀系 数，使其更耐高温和抗化学腐蚀， 可用于制造高级的化学反应容器。 折光率高，可用来制造眼镜片、
光学玻璃
加入
PbO
照相机、望远镜和显微镜中的透
镜等。
种类
制作方法 加入
B．高温结构陶瓷属于新型无机非金属材料 C．新型无机非金属材料包括半导体材料、光导纤维、氧 化铝陶瓷等 D．氮化硅陶瓷属于新型无机非金属材料，也属于高温 结构材料
[例4]
)
[名师解析]
[答案] A
硅酸盐材料属于传统非金属材料。A项错误。
[名师点睛]
材料一般分为三类：金属材料、无机
非金属材料和高分子材料。其中无机非金属材料又分为 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料。而玻璃、 陶瓷、水泥是传统无机非金属材料。
解析：钢化玻璃的机械强度比普通玻璃大，抗震裂、不易 破碎，碎块没有尖锐的棱角，不易伤人，常用于制造汽车 或火车的车窗等；提高SiO2的含量或加入B2O3能提高玻璃 的化学稳定性和降低它的热膨胀系数，从而使其更耐高温
和抗化学腐蚀，可用于制造高级的化学反应容器；加入
PbO后制得的光学玻璃折光率高，可用来制造光学仪器。 答案：a d b c
范围内软化
玻璃窑
高温条件下发生复杂的物理变化、化学变化，冷却后成为
硅酸盐改写成氧化物形式的方法 硅酸盐种类繁多，结构复杂，但硅酸盐可以看成碱性 氧化物和酸性氧化物所组成复杂化合物。因此，可以改写 为aMxOy· bSiO2· cH2O的方式。 (1)氧化物书写顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧
化物→二氧化硅→水。
混凝土基本原理—第三章
混凝⼟基本原理—第三章思考题3.1 混凝⼟弯曲受压时的极限压应变cu ε取为多少？答：混凝⼟弯曲受压时的极限压应变cu ε取为：因混凝⼟为弯曲受压，正截⾯处于⾮均匀受压，即存在应⼒梯度，cu ε的取值随混凝⼟的强度等级不同⽽不同，取为5,=0.0033(50)100.0033cu cu k f ε---?≤。
3.2 什么叫“界限破坏”？“界限破坏”时的s ε和cu ε各等于多少？答：“界限破坏”就是正截⾯上钢筋应⼒达到屈服的同时，受压区边缘纤维应变也恰好达到混凝⼟受弯时的极限压应变值；“界限破坏”时受拉钢筋拉应变为=/s y s f E ε，受压区混凝⼟边缘纤维极限压应变为5,=0.0033(50)100.0033cu cu k f ε---?≤。
3.3 适筋梁的受弯全过程经历了哪⼏个阶段？各阶段的主要特点是什么？与计算或验算有何联系？答：适筋梁的受弯全过程经历了未裂阶段、裂缝阶段以及破坏阶段；未裂阶段：①混凝⼟没有开裂；②受压区混凝⼟的应⼒图形是直线，受拉区混凝⼟的应⼒图形在第I 阶段前期是直线，后期是曲线；③弯矩与截⾯曲率基本上是直线关系；裂缝阶段：①在裂缝截⾯处，受拉区⼤部分混凝⼟退出⼯作，拉⼒主要由纵向受拉钢筋承担，但钢筋没有屈服；②受压区混凝⼟已有塑性变形，但不充分，压应⼒图形为只有上升段的曲线；③弯矩与截⾯曲率是曲线关系，截⾯曲率与挠度的增长加快；破坏阶段：①纵向受拉钢筋屈服，拉⼒保持为常值；裂缝截⾯处，受拉区⼤部分混凝⼟已经退出⼯作，受压区混凝⼟压应⼒曲线图形⽐较丰满，有上升段曲线，也有下降段曲线；②由于受压区混凝⼟合压⼒作⽤点外移使内⼒臂增⼤，故弯矩还略有增加；③受压区边缘混凝⼟压应变达到其极限压应变实验值0cu ε时，混凝⼟被压碎，截⾯破坏；④弯矩和截⾯曲率关系为接近⽔平的曲线；未裂阶段可作为受弯构件抗裂度的计算依据；裂缝阶段可作为正常使⽤阶段验算变形和裂缝开展宽度的依据；破坏阶段可作为正截⾯受弯承载⼒计算的依据。
第三章.水泥(cement)
七.通用硅酸盐水泥的特性
硅酸盐 水 泥
1.凝结硬化快 2.早期强度高 3.水化热大 4.抗冻性好 5.干缩小 6.耐腐蚀性差 7.耐热性差 8.不适合湿热 处理 9.抗碳化性好
普通 水泥
矿渣 水泥
1.凝结硬化较快 2.早期强度较高 1.凝结硬化慢 3.水化热较大 2.早期强度低，后期强度增长较快 4.抗冻性较好 3.水化热小 5.干缩较小 4.抗冻性差 6.耐腐蚀性 5.耐腐蚀性较好 较差 6.抗碳化性差 7.耐热性较差 7.适合于湿热处理—即:蒸气养护、蒸压养护 8.抗渗性较好 个(特) 性 9.不适合湿热 1.耐热性高 1.抗渗性好 1.抗裂性好 3d强度高于 处理 矿渣水泥 2.干缩大 2.干缩大 2.干缩小 10.抗碳化性 3.泌水性大 3.耐磨性差 3.耐磨性差 较好
第三章
1.水泥的定义
水泥(cement)
建筑三大材——钢材、水泥、木材
— 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（Portland • ement） C 1824年10月21日，英国利兹(Leeds)城的泥水匠阿斯谱丁(J. Aspdin)获得
英国第5022号的“波特兰水泥（Portland • ement）”专利证书 C
C. 生产过程 两磨一烧
水泥厂全景
水泥立窑 示意图 水泥旋窑示意图
D. 通用硅酸盐水泥定义、组分、代号
以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶 定 义 凝材料 火山灰 粉煤灰 分 硅酸盐 普通水泥 矿渣水泥 复合水泥 水 泥 水 泥 水 泥 类
混 合 材 料 含 量 代 号
(2)按化学成分分类—硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、 铁铝酸盐系水泥等
第一节.通用硅酸盐水泥
第三章 第三节水泥进出口
5．国际生产布局竞争力低 由于水泥产品的无差异化和产品运输半径短所导致的区域性特征，水泥 产业的空间布局能力也是其竞争力的表现。可以借用跨国化指数来衡量一国 水泥产业的空间布局能力。其评价方法是，水泥产业的跨国化指数=水泥产业 的(国外资产／总资产+国外销售额／总销售额+国外雇员数／总雇员数)／ 3×100％，但由于数据获取的原因，本章主要比较空间布局的国家数。 中国水泥产业的国际生产布局竞争力远远低于法国、瑞士、墨西哥等国 家。尽管中国水泥产量已占全球水泥产量的一半，并且一些水泥企业也正在 或探索走出国门到海外投资建厂，但进人世界前十强的中国水泥企业寥寥无 几，进入中国水泥市场的国际大水泥集团却已达7家。中国最大的水泥企业海 螺水泥公司，国际化的方式主要是出口贸易，尚未在海外设厂。相比之下， 法国、瑞士、墨西哥等国家的水泥企业的跨国化水平非常高，表现出极强的 竞争力。 法国拉法基水泥公司是全球最有竞争力的水泥企业，2010年，其在78个国家 拥有7．6万名员工，1963个生产基地，产能超过1亿吨，销售收入162亿欧元； 瑞士霍尔希姆公司在全球70多个国家拥有110多家水泥厂，245家集料生产厂 和639座混凝土搅拌站，雇佣员工6万多人； 墨西哥西麦斯水泥公司，是世界第三大水泥企业，2010年，在50多个国家有 60多家水泥厂，出口到100多个国家，产能9700万吨，销售收入140．69亿 美元； 德国海德堡水泥公司，2008年销售额142亿欧元，公司在约50个国家拥有 6．5万名员工。
一 国际水泥市场分析
1.水泥产量及分布 从20世纪70年代中期开始，世界水泥生产重 心开始向亚洲转移，亚洲已成为世界最大 的水泥集中生产和消费地区。
2．水泥贸易及需求 世界水泥贸易量(指出口)一直逐年增长。目前世界水泥 供给形成如下格局： 欧洲(特别是欧盟)各国在基本保证需求的同时，品种不足 部分在区域内进行调剂。 亚洲水泥贸易活跃，进出口数量相当大，其中泰国、印度 尼西亚、日本、中国有相当大的出口能力。 美国是美洲地区水泥消费大国，目前，加拿大、墨西哥对 美出口满足不了美国市场的需求，因此，美国成为世界上 缺口最大的市场，导致日本、韩国、泰国、印尼、中国的 水泥向美国出口。
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100℃(两昼夜)
影响因素：矿物组成、细度
改善水化热的水泥品种：
பைடு நூலகம்
2m× 2m× 2m水泥石
中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥
7、密度与堆积密度
硅酸盐水泥和普通水泥的密度一般在3.0～3.2 g/cm3之 间。
水泥在松散状态时的堆积密度一般在900～1300 kg/m3 之间，紧密堆积状态可达1400～1700 kg/cm3之间。
（2）盐类的腐蚀
①硫酸盐的腐蚀 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与
水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水 化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨 胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石 为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。
4CaO Al2 O3 12H 2O 3CaSO4 20H 2O 3CaO Al2 O3 3CaSO4 31H 2O Ca(OH )2
②镁盐的腐蚀 氯化镁、硫酸镁与氢氧化钙反应生成氢氧化镁和易溶于
水的物质。氢氧化镁是一种松软又无胶凝能力的物质。 硫酸镁反应生成的硫酸钙又具有腐蚀作用。
细度用以下两指标来表示 比表面积不小于300 m2/kg
细度↑→水化快、充分 →强度↑
2、凝结时间
初凝：开始失去可塑性、流动性减小所需的时间。 终凝：完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。
影响因素： 矿物组成、细度、加水量、环境温湿度
国家标准规定,水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥浆， 在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。
用途：主要的建筑材料。向快硬，高强，低热，膨胀，
油井水泥发展。
§3-1 常用水泥
一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥
1、定义、类型及代号
（1）硅酸盐水泥（Portland cement） ：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。
分类： P·I：不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥； P·Ⅱ：在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5％的
硅酸盐水泥的初凝时间＞45min，终凝时间＜390min。 普通水泥的初凝时间＞ 45min，终凝时间＜ 600min。
凡初凝时间不符合规定者为不合格品。
3、体积安定性
水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。
即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散 的性质。
体积安定性不良的水泥为不合格品。
37~60 15~37 7~15 10~18
•除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离CaO、MgO、
SO3、及碱（K2O、Na2O）这些均为有害成分，国家标准中有 严格限制。
水泥颗粒的结构
水泥颗粒宏观形貌 水泥熟料颗粒细观形貌
水泥熟料矿物微观结构
四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化
1、硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会
强度检验 ①固定的胶砂比和水灰比。 ②规定的试件尺寸、水养护、温度。
强度等级 以28d抗压强度划分的强度等级。
强度是评价硅酸盐水泥质量的一个重要指标。
水泥的强度是按照GB/T17961-1999《水泥胶砂强度检验方法 （ISO）法》的标准方法制作的水泥胶砂试件，在（20±1）℃ 温度的水中，养护到规定龄期时检测的强度值。其中标准试件 尺 寸 为 40mm×40mm×160mm ， 胶 砂 中 水 泥 与 标 准 砂 之 比 为 1:3(W/C=0.5)，标准试验龄期分别为３d和28d,分别检验其抗压 强度和抗折强度。
铝酸三钙
水化铝酸三钙
4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O =3 CaO·Al2O3·6 H2O+CaO·Fe2O3·H2O
铁铝酸四钙
水化铁酸钙
水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水 化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体。
3CaO·Al2O3·6 H2O+3(CaSO4·2H2O)+19 H2O = 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O 高硫型水化硫铝酸钙
º¬ Á¿ ¡Û 5.0£¥ º¬ Á¿ ¡Û 3.5£¥
水泥安定性检验：试饼法
合格 不合格
雷氏夹
水泥安定性检验：雷氏夹法
养护24h后
初值 A
沸煮3h后
终值 C
安定性评定：C－A≤5.0mm C－A ＞5.0mm
合格 不合格
4、强度——水泥胶结能力的体现
影响因素 矿物组成、细度、温湿度、龄期
拌合加水量通常超过水泥充分水化时所需的水量， 多余的水在硬化的水泥石内形成毛细孔。
拌合加水量↗→毛细孔隙率↗→强度↘
（4）养护湿度和温度的影响
水泥拌制砂浆和混凝土，在浇筑后应注意保持潮湿 状态，以利正常水化和凝结硬化。在0℃以下，当水结 成冰时，水泥的水化、凝结硬化作用停止。
温度↗→早期强度加速，后期强度↘ 温度↘→硬化速率慢，水化产物较致密，最终强度↗
六、水泥石的腐蚀与防止
1、腐蚀种类 ①溶出性 ②离子交换 ③膨胀性
2、腐蚀原因 ①水泥中存在CH、C3AH6，本身不密实 ②周围存在侵蚀性介质
3、防止措施 ①水泥组成 ②密实度 ③保护层
1、水泥石腐蚀的方式
（1）软水侵蚀
水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不 断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时， 水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水 泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境 时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的 速度更快。
≤1.5 ≤5.0 ≤1.5 ≤0.75 ≤1.0
≥66
≥2.0
2、水泥熟料的矿物组成
矿物组成：
硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
矿物名称 缩写
矿物式
含 量(mass%)
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
C3S C2S C3A C4AF
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 4CaO·Al2O3·Fe2O3
第3章 水 泥
概述
水泥：加水拌和成可塑性浆体后，能胶结散粒或块状的
物料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。
种类：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、
火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水 泥等品种。
作用：与水拌和成可塑性浆体后，能胶结结散粒或块状
的物料，并能在空气和水中硬化成具有强度的石状固体。
很快发生水化反应，生成各种水化物。
2(3CaO·SiO2)+6H2O = 3CaO·2SiO2·H2O+3Ca(OH)2
硅酸三钙
水化硅酸钙 氢氧化钙
2(2 CaO·SiO2)+4H2O = 3 CaO·2SiO2·H2O +Ca(OH)2 硅酸二钙
3CaO·Al2O3+6H2O = 3CaO·Al2O3·6 H2O
矿物组成
硅酸三钙 3CaO·SiO2
硅酸二钙 2CaO·SiO2
铝酸三钙 3CaO·Al2O3 铁铝酸四钙
4CaO·Al2O3·Fe2O3
简称 含量（%） 水化速度 水化热
C3S
36～60
快
多
C2S
15～37
慢
少
C3A
7～l5
最快 最多
C4AF 10～18
快
中
强度
高 早低 后高 低
低
矿物组成 C3S ↑
4、水泥受潮与储存 1、受潮风化机理
⑴ f-CaO + H2O →Ca(OH)2
有利
⑵ C3S H2O(空气中) C-S-H + Ca(OH)2 不利
H2O + CaCO3 CO2(空气中)
2、储运注意事项 ⑴ 防水防潮 ⑵ 不宜久存
五、硅酸盐水泥与普通水泥的技术性质
1、细度
水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒 径一般在7～200 μm范围内。
晶体－氢氧化钙 20～25％ 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙
2、硅酸盐水泥的凝结硬化过程
水化 膜层长厚连接（初凝） 失去可塑性产生强度 （终凝） 水化加深具有强度（硬化）。为了控制水 泥水化速度掺入适量石膏。
（a）分散在水中未水化 （b）在水泥颗粒表面
的水泥颗粒
形成水化物膜层
（c）膜层长大并互相 （d）水泥产物进一步发展，
生料
1450℃
煅烧
熟料
调节
原料
水泥
粉磨
石膏
混合材
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
水泥制造厂全貌
回 转 窑 尾
水泥生料煅烧回转窑
1450~1500C
三、硅酸盐水泥的基本组成
1、硅酸盐水泥熟料基本化学要求
f-CaO MgO 烧失量 不溶物 SO3 3CaO·SiO2+2CaO·SiO2 CaO/SiO2质量比
养护对水泥强度发展的影响
（5）龄期的影响
水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要 温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。
（6）石膏掺量的影响
石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水化时，石膏 能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石）， 钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保 护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的 水化反应速度，延缓了凝结时间。
C3A、C3S↓,C2S ↑ C3S、C3A↑
水泥性能 高强
水化热低 快硬高强
应用 结构工程 大体积砼 抢修工程
水泥石
⑴水泥石组成 ＝水化产物＋未水化熟料颗粒＋孔隙
⑵水化产物组成(充分水化时)
＝C-S-H凝胶＋Ca(OH)2晶体＋水化(硫)铝酸钙