建筑材料第三章

2.水泥石
（１）水泥石 — 水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石
水 泥 石 组 成
水化（产）物 Ò Ｃ－Ｓ－Ｈ 凝胶（７０％）， CH 晶体（２０％）， ＡＦｔ晶体（７％） 未水化水泥颗粒（内核） 孔隙 毛细孔 Ò水泥颗粒之间未被水化（产）物填充（原来充水）的空间 凝胶孔Ò水化（产）物中凝胶体内部的孔隙 水 结晶水 自由水 ß 综上所述， 由于水泥石中含有大量的CH , 或者说其它水化（产） 物是在CH 的饱和溶液中生长发育，并能稳定存在．则水泥石 是一种碱性物质，其ＰＨ值 ≥ １２．５． ß 由于砂石为惰性物质，且水泥石呈碱性，则砼（砂浆）是碱性物质． ß水泥石呈碱性，则砼（砂浆）容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀． ß砼呈碱性，则砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护，使钢筋不易锈蚀
•
名 称 凝结硬化速度 28d水化热 强 度 耐化学腐蚀
硅酸盐水泥熟料的特性
硅酸三钙 快 多
早期高,后期增长慢
硅酸二钙 慢 少
早期低,后期高
铝酸三钙 最 快 最 多 低 差
铁铝酸四钙 快 中 低 优
中
良
３．通用水泥定义
名 硅酸盐(波 普通水泥 矿渣水 称 特兰)水泥 泥 定 义 混 合 材 料 含 量 代 号
粉煤灰 水泥
凡由硅酸盐 水泥熟料和 粉煤灰、适 量石膏磨细 制成的水硬 性胶凝材料
复合水泥
凡由硅酸盐水 泥熟料、两种 或两种以上规 定的混合材料、 适量石膏磨细 制成的水硬性 胶凝材料
0%
混合材料
6% -15%
混合材料
20% -70%
粒化高炉矿 渣
20% -50%
火山灰质混 合材料
20% -40%
粉煤灰
比表面积>300m2/kg
Ｓ 普通水泥 矿渣水泥 Ｐ• 火山灰水泥 Ｐ• Ｐ P• O 粉煤灰水泥 Ｐ• Ｆ
复合水泥 P• C
0.08mm方孔筛筛余量≤10% /45min ≤10h ≤5%
凝结 初凝 时间 终凝 体积 安定性 安定 f-MgO 性 ＳＯ３
≤6.5h
沸煮法必须合格（若试饼法与雷氏法发生争议，以雷氏法为准） ≤3.5% ( 矿渣水泥≤10% )
— —
17.0 42.5 22.0 42.5 23.0 52.5 27.0 52.5 28.0 62.5 32.0 62.5
— —
3.5 6.5 4.0 6.5 4.0 7.0 5.0 7.0 5.0 8.0 5.5 8.0
11.0 32.5 16.0 32.5 16.0 42.5 21.0 42.5 22.0 52.5 26.0 52.5
• 硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量
矿 物 名 称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 游离氧化钙、氧化镁 碱 化 学 式 代 C3S C2S C3A C4AF f– CaO、 f– MgO Na2O +0.658K2O 号 含 量 3CaO• SiO 2CaO• SiO 3CaO• Al2O3 4CaO • Al2O3 •Fe2O3 37% – 60% 15% – 37% 7% – 15% 10% – 18% 少量 少量
凡由硅酸盐水 泥熟料、０－５％ 的石灰石或粒 化高炉矿渣、 适量石膏磨细 制成的水硬性 胶凝材料 I型硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水 泥熟料、６－ １５％的混合材 料、适量石膏 磨细制成的水 硬性胶凝材料 凡由硅酸盐 水泥熟料和 粒化高炉矿 渣、适量石 膏磨细制成 的水硬性胶 凝材料
火山灰 水泥
凡由硅酸盐 水泥熟料和 火山灰质混 合材料、适 量石膏磨细 制成的水硬 性胶凝材料
不溶物 烧失量
碱含量 (按Na2O
+ 0.658K2O计算)
≤5%
强度等级
通用水泥的强度等级
硅酸盐水泥
强度 等级 32.5 32.5 R 42.5 42.5 R 52.5 52.5 R 62.5 62.5 R 龄 期
3d 28d 3d 28d 3d 28d 3d 28d 3d 28d 3d 28d 3d 28d 3d 28d
任一项不符合规范规定者均为废品
(2)不合格品— 凡细度 、终凝时间中任一项不符合规范规定或混合材料掺量超过最
大限量和强度低于商品强度等级规定的指标时为不合格品。水泥包 装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属 于不合格品。
三．石膏
?
缓凝剂，即调节水泥的凝结硬化速度
四．通用水泥的特性
1.通用水泥的水化
（１）硅酸盐水泥、普通水泥的水化— 混合材料少，主要为熟料矿物和石膏的水化
熟 C3S + H2O Ú Ｃ－Ｓ－Ｈ（水化硅酸钙）凝胶 + CH（氢氧化钙）晶体 料 C2S + H2O Ú Ｃ－Ｓ－Ｈ（水化硅酸钙）凝胶 + CH（氢氧化钙）晶体 矿 C3A+ H2O Ú Ｃ－Ａ－Ｈ（水化铝酸钙）晶体 物 C4AF + H2O Ú Ｃ－Ａ－Ｈ（水化铝酸钙）晶体+ Ｃ－Ｆ－Ｈ（水化铁酸钙）凝胶 石膏 ＣａＳＯ４ • ２Ｈ２Ｏ ＋ Ｃ－Ａ－Ｈ Ú ＡＦｔ（高硫型水化硫铝酸钙，又名钙矾石）晶体
第三章．水泥
１．水泥的定义 — 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥 ２．水泥的分类 (1) 水泥按用途和性能分类 (2)水泥按化学成分分类— 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝
酸盐水泥等
第一节．通用水泥
１．生产方式
硅酸盐水泥熟料 + 混合材料 + 石膏 " 磨细为成品
２．生产过程 " 两磨一烧
一．硅酸盐水泥熟料
（２）水泥石的腐蚀
Ó水泥石长期与软水（静止或流动）接触，ＣＨ会被溶出，导致水泥石碱度 降低还会引起其它水化物分解溶失，使水泥石结构破坏.
j软水侵蚀— 雨（雪）水，蒸镏（冷凝）水及含重碳酸盐甚少的水称为软水
k硫酸盐腐蚀 — 海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐
Ó Na2SO4 + Ca(OH)2 Ú CaSO4• 2H2O + NaOH CaSO4• 2H2O + Ｃ－Ａ－Ｈ Ú ＡＦｔ （高硫型水化硫铝酸钙，又名水泥杆菌) Ó硫酸盐浓度高时, CaSO4• 2H2O 直接在孔隙中结晶,体积膨胀.
普通水泥
矿渣水泥
火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥
共
性
1.凝结硬化较快 1.凝结硬化慢 2.早期强度较高 2.早期强度低，后期强度增长较快 3.水化热较大 3.水化热较低 4.抗冻性较好 4.抗冻性差 5.干缩较小 5.耐腐蚀性较好 6.耐腐蚀性较差 6.抗碳化能力差 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.不适合湿热处 理 1.耐热性高 1.抗渗性好 1.抗裂性好 3d强度高 于矿渣水 2.干缩大 2.干缩大 2.干缩小 泥 3.泌水性大 3.耐磨性差 3.耐磨性差
百度文库
提高腐蚀的措施
k提高水泥石的密实度 l做保护层— 石料、玻璃、陶瓷、沥青等
3.通用水泥的储存、运输与保管
j一般储存条件下,水泥的保质期为3个月. k即使在良好的储存条件下,也不能储存过久. l过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位.
4.通用水泥的特性
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
普通水泥
矿渣、火山灰、 粉煤灰水泥
复合水泥
抗压强 度/MPa
抗折强 抗压强 抗折强 抗压强 度/MPa 度/MPa 度/MPa 度/MPa
抗折强 抗压强 抗折强 度/MPa 度/MPa 度/MPa
2.5 5.5 3.5 5.5 3.5 6.5 4.0 6.5 4.0 7.0 5.0 7.0 11.0 32.5 16.0 32.5 16.0 42.5 21.0 42.5 22.0 52.5 26.0 52.5 2.5 5.5 3.5 5.5 3.5 6.5 4.0 6.5 4.0 7.0 5.0 7.0
石膏耗尽时
Ú ＡＦｍ（单硫型水化硫铝酸钙）晶体 （２）掺大量混合材料的硅酸盐水泥的水化— 混合材料多，熟料矿物少 分两次水化 一次水化是熟料矿物的水化Ú生成CH晶体 二次水化是混合材料的水化Ú发生火山灰反应 （３）综上所述，忽略次要成分，通用水泥的水化反应（产）物主要有 凝胶Ú Ｃ－Ｓ－Ｈ 凝胶、 Ｃ－Ｆ－Ｈ 凝胶 水化（产）物 晶体Ú CH 晶体、 Ｃ－Ａ－Ｈ晶体、 Ａｆｔ（钙矾石）晶体
(3)凝结时间— 分初凝和终凝
ß初凝时间不能过早，终凝时间不能过晚 ß初凝及终凝时间的规定详下表
(4)体积安定性— 水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性
ß安定性不 良原因 ß安定性检 验方法 熟料矿物中含有过量的游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化钙(f-MgO) 生产水泥时加入了过量的过量的石膏（ＳＯ３） f-CaO引起的安定性不良— 用沸煮法— 试饼法与雷氏法 f-MgO和石膏（ＳＯ３）引起的安定性不良不便于快速检验— 限制其含量
m酸的腐蚀 n强碱的腐蚀
水泥石腐蚀的原因
基本原因 腐蚀原因 外在因素
水泥石本身不密实 介质的温度、流速、压力等
水泥石(水化物)中存在 ＣＨ 晶体和 Ｃ－Ａ－Ｈ晶体
ß水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 ß水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互相影 响，共同作用。 j合理选择水泥品种
≤0.75% ≤3% ≤1.5% ≤3.5% 使用活性骨料时 ≤0.6%
42.5 、 52.5 、 62.5 42.5R、52.5R 、62.5R — — — 使用活性骨料时由供 需双方商定 32.5 、 42.5 、 52.5 32.5R、42.5R 、52.5R — — 使用活性骨料 时由供需双方 商定
(5)强度等级— 采用水泥胶砂法测定
ß水泥：标准砂：水＝ １：３：０．５ ß标准试件 ４０ × ４０ × １６０ ｍｍ ß标准养护 温度ｔ ＝ ２０±２8Ｃ 水中养护至３ｄ和２８ｄ， ß分别测其３ｄ和２８ｄ抗压强度和抗折强度— 根据测定结果划分强度等级— 三级两型
通用水泥的技术要求
项
细
目
度
硅酸盐水泥 P• ? P• ??
2.5 5.5 3.5 5.5 3.5 6.5 4.0 6.5 4.0 7.0 5.0 7.0
10.0 32.5 15.0 32.5 15.0 42.5 19.0 42.5 21.0 52.5 23.0 52.5
— —
— —
— —
— —
— —
— —
7.通用水泥的合格品、不合格品及废品
(1)废品— 凡氧化镁(即f– MgO) 、三氧化硫（即石膏）、初凝时间、安定性(即f– CaO)中
5.通用水泥的应用
根据工程特点及使用环境的不同，分优先选用、可以选用和不宜选用三种情况
6.通用水泥的技术性质
(1)细度— 水泥颗粒的粗细程度
ß细度大，总表面积大，水化反应快，凝结硬化快，强度高。 ß细度的检验方法及要求详下表
(2)标准稠度需水量— 水泥达到标准稠度时所加水量
ß水泥达到标准稠度是为了检验凝结时间和体积安定性 ß水泥的标准稠度需水量试验有两种方法— 调整水量法和不变水量法
的材料。磨细石英砂，石灰石粉等
¿活性混合材料? 与石灰和水拌合后，常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的材料
3.火山灰反应（活性、效应、作用）、二次反应
ＳｉＯ２ ＋ Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｈ２Ｏ Ú Ｃ－Ｓ－Ｈ （水化硅酸钙）凝胶 Ａｌ２Ｏ３ ＋ Ｃａ（ＯＨ）２ ＋ Ｈ２Ｏ Ú Ｃ－Ａ－Ｈ （水化铝酸钙）晶体 ＣａＳＯ４ • ２Ｈ２Ｏ ＋ Ｃ－Ａ－Ｈ Ú ＡＦｔ （高硫型水化硫铝酸钙）晶体 其中： Ｃａ（ＯＨ） ２ 为碱性激发剂， ＣａＳＯ４ • ２Ｈ２Ｏ为硫酸盐激发剂
15% -50%
两种或两种以 上规定的混合 材料
II型硅酸盐水 泥 ≤5%
混合材料
P• I P• II
P• O
P• S
P• P
P• F
P• C
二．混合材料
在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料
1.混合材料定义
掺混合材料目的 降低水泥成本，改善水泥性能，调节水泥强度等级
2.混合材料分类
活性 粒化高炉矿渣 成分? 活性 ＳｉＯ ２、活性 Ａｌ２Ｏ３ 混合 火山灰质混合材 材料 粉煤灰 结构? 玻璃体结构 ¿非活性混合材料? 与石灰和水拌合后，常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料
腐 蚀
类 l镁盐腐蚀— 海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁 型 MgSO4 + Ca(OH)2 Ú CaSO4• 2H2O + Mg (OH)2 松软无胶结力
MgCl2 + Ca(OH)2 Ú CaCl 2 + Mg (OH)2 Ó CaCl 2易溶于水, Ó CaSO4• 2H2O引起硫酸盐腐蚀 故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀