第二篇第二章第六节 水泥浆体凝结硬化分解
第二章粗细骨料
70-90 - 15-45 - 0-5 0
70-90 - 30-65 -
- 0-5
第二章粗细骨料
24
单粒级石子级配要求
公称粒级
10-20
16单 31.5 粒 20-40 粒 级 31.3-
63 40-80
2.36 (2.5)
4.75 (5)
95100
95100
筛孔尺寸/mm
9.5 (10)
16.0 (15)
普通混凝土的组成材料
❖骨 料 ❖水 ❖ 外加剂
第二章粗细骨料
普通混凝土的组成
水泥
7~15%
水
14~21%
石子
21~28%
砂子
39~42%
水泥浆
25~40%
骨料
60~75%
为了改善或提高混 凝土的性能
混凝土外加剂
100%体积
新拌混凝土
混凝土中 的第五种
成分
凝结硬化
硬化混凝土
第二章粗细骨料
混凝土的结构
按 天然砂： 海砂— 含贝壳碎片、可溶性盐类等；
产
源
山砂— 多棱角，粘聚性比河砂好，含泥土
分
和有机杂质较多。
类 人工砂：碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少，
但细粉多。同时加工成本较高。
第二章粗细骨料
10
第二章粗细骨料
二、细骨料的技术性质：
国家标准GB/T 14684－2001《建筑用砂》
A 表观密度、堆积密度、空隙率
4、针、片状颗粒含量
针状颗粒：是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径2.4倍的颗粒。 片状颗粒：是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径0.4倍的颗粒。
第二章粗细骨料
道路工程材料 2第二章
C4 AF > C2 S > C3 S > C3 A
C3 A > C3 S > C2 S (C4 AF )
硅酸盐水泥主要矿物组成与特性
矿物组成 与水反应速度 水化热 早期 后期 耐化学侵蚀 干缩性 大致含量 C3S 快 高 高 高 中 中 35~65 C2S 慢 低 低 高 好 小 10~40 C3A 最快 最高 中 低 差 大 0~15 C4AF 中 中 低 中 优 小 5~15
这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！
3CaO·Al2O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋20H2O == 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
④铁铝酸四钙
4CaO·Al2O3·Fe2O3＋7H2O == 3CaO·Al2O3·6H2O＋CaO·Fe2O3·H2O
（2）水泥的凝结硬化过程 水泥水化物膜层 随着水泥颗粒的 凝结期：水化 水化物膜层随 水泥颗粒的水 在渗透压的作 水泥颗粒分 水化物膜层随 不断水化，水化 物不断填充被 水化时间向内 化从表面开始， 用下，膜层破 水化时间向内 散在水中形 物不断填充毛细 水占据的空间， 不断增厚，进 在表面形成水 裂、扩展，占 不断增厚，水 成水泥浆体 孔和水所占据的 成为连续相， 入潜伏期。 化物膜层—— 据原来被水占 泥颗粒粒径缩 拌和水不断减 水 空间，固体相成 诱导期 据的空间，进 小 为连续相，并具 少，并被水化 入凝结期。 有一定强度。进 物分割成非连 入硬化期。 续相。
• 镁盐的腐蚀 腐蚀机理： 腐蚀机理：
主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应， 主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成 氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。 氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。
水泥的初步认识 水泥如何凝结硬化
2.1.3 水泥如何凝结硬化
➢ 水化过程及其生成物 水化生成物
初期 形成具有流动性、可塑性的晶体
中期 高度分散的胶凝体和晶体不断增多
终期 氢氧化钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙
2.1.3 水泥如何凝结硬化
➢ 水化过程及其生成物
工程意义
分析判断水泥的工程性质、合理选用水泥以及改良水泥品质，研发水 泥新品种具有重要意义。
➢ 凝结硬化过程
水泥浆体失去塑性后，水泥晶体不断形成，使 水泥浆体内部的孔隙不断减少，最终形成具有 一定强度坚硬的石状物体的一个过程，叫做硬 化。
第一个阶段：溶解期
第二个阶段：凝结期
第三个阶段：硬化期
2.1.3 水泥如何凝结硬化
➢ 凝结硬化过程
第一个阶段：溶解期 (a)分散在水中未水化的水泥颗粒； (b)在水泥颗粒表面形成水化物膜层
1一水泥颗粒；2一水分；3凝胶；
2.1.3 水泥如何凝结硬化
➢ 凝结硬化过程
第二个阶段：凝结期 第三个阶段：硬化期
（c）膜层长大并出现网状构造(凝胶)； （d）水化物逐步发展，填充毛细孔(硬化)
1一水泥颗粒； 2一水分；
3一凝胶；
4一晶体；
5一水泥颗粒的未水化内核；
6一硅酸盐水泥硬化的主要因素
细度
影响凝结硬化 的主要因素
用水量 温度、湿度
养护时间
2.1.3 水泥如何凝结硬化
内容小结 了解通用硅酸盐水泥的水化及凝结硬化原理。 了解影响硅酸盐水泥硬化的主要因素。 重点掌握水化产物的组成及其被水泥特性的影响。
请你思考
解释水泥水化、凝结及硬化的现象。 分析水泥硬化影响因素。
水泥如何凝结硬化
土木工程材料讲稿第二章精选全文完整版
（２）凝结硬化时的膨胀性
建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的 结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨 胀（0.2%~1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危 害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰 完整、避免了普通材料干燥时的开裂。
（３）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低
建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加 入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化 过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成 孔隙，造成石膏内部的大量微孔，使其重量减轻，但 是抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度 约为８00kg／ｍ3～1000 kg／ｍ3，抗压强度约为３Ｍ Pa～5ＭPa。
（３）耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成
ＳiO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更 加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。
3.4 水玻璃的应用 （1）用作涂料，涂刷材料表面 （2）配制防水剂 （3）加固土壤 （4）配制水玻璃砂浆。 （5）配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热 混凝土
随着二水石膏沉淀的不断增加，就会产生结晶， 结晶体的不断生成和长大，晶体颗粒之间便产生 了磨擦力和粘结力，造成浆体的塑性开始下降， 这一现象称为石膏的初凝；而后随着晶体颗粒间 磨擦力和粘结力的增大，浆体的塑性很快下降， 直至消失，这种现象为石膏的终凝。
石膏终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连 生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构， 其强度也会不断增大，直至水分完全蒸发， 形成硬化后的石膏结构，这一过程称为石膏 的硬化。石膏浆体的凝结和硬化，实际上是 交叉进行的。
钙质生石灰 MgO≤5%；钙质消石灰粉 MgO≤4%
镁质生石灰 MgO﹥5%；镁质消石灰粉 MgO﹥4%
三.石灰的技术性质 （1）可塑性好
水硬性胶凝材料-水泥1-4
原料破碎、配料与粉磨
石灰石、粘土、砂岩等水泥原料先需破碎（一般用 颚式、反击式等破碎机），然后与其它原料（如粘土、 铁粉）一起按配料计量入球磨机，粉磨成生料。
颚式破碎机
配料系统
球磨机
电收尘器
水泥窑可分回转窑和立窑两大类。 新建大型水泥厂多用带预热及窑外 分解系统的回转窑。
悬浮预热器系统
回转窑
回 转 窑 尾
胶凝材料, 称为硅酸盐水泥。国外称为波特兰水泥
3.硅酸盐水泥的分类 Ⅰ型：不掺加混合材料的硅酸盐水泥，代号P·Ⅰ； Ⅱ型：掺加≤5%混合材料的硅酸盐水泥，代号P·Ⅱ.
• 硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥
硅酸盐水泥熟料 石膏(CaSO42H2O) 混合材(粒化高炉矿渣或石灰石粉末)
必要组分
火
山灰 水硬性石灰、天然水泥 硅酸盐水泥 不
胶凝材料的发展史大致可分为三个历史时期
• ①石膏 - 石灰时期：公元前 2000—3000 年，利用生石灰和锻 烧石膏砂浆。 ——埃及金字塔和中国的万里长城。 • ②石灰 - 火山灰时期：公元初 —18 世纪，石灰中加入火山灰， 其强度与抗水性都比石灰-石膏有所提高。 ——古罗马圣庙建筑。
4、铁铝酸四钙 铁铝酸四钙的化学成分为: ４ CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写为Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸四钙 遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献 不大，主要对抗折强度贡献较大。
上述四种熟料矿物中，硅酸钙（包括硅酸三钙、硅酸二钙）是主要的，约占70%以 上。
原料经磨细混合后得到水泥生料 生料经窑内煅烧得到水泥熟料 水泥熟料＋石膏(或混合材）一起经磨细混合后得到水泥
“两磨一烧”
第二章.石灰和水泥
硅酸盐水泥的技术性质
（1）技术性质 ①化学性质：氧化镁含量、三氧化硫 含量、烧失量、不溶物 ②物理性质：细度、标准稠度用水量、 凝结时间、体积安定性、强度 （2）技术标准 见课本
2.2.2 硅酸盐水泥石的腐蚀与防治 （一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型
软水腐蚀
盐类腐蚀
酸类腐蚀 强碱腐蚀
1、硫酸盐的腐蚀 1、碳酸腐蚀 亦称溶出性侵蚀，雨水、雪水、 4CaO•Al2O3 • 12H2O+3CaSO4+20H2O Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2O 蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳) 2 =3CaO • Al2O3 3 + 6NaOH 3CaO•Al2O• 3CaSO • 31H2O+Ca(OH) CaCO3 + CO2 + H2O4 == CaH(CO3 2 酸盐甚少的河水与湖水等都属 2 水泥杆菌 • Al2O3 + 3Ca(OH) = 3NaO 2、一般酸的腐蚀 于软水 2、镁盐的腐蚀 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O MgSO + + CO 2H O Ca(OH)2Ca(OH)22 =3)22=2CaCO3O 2 2O 2NaOH+Ca(HCO Na2CO3 2 H H2SO44+Ca(OH)+=CaSO4•2H++2HO 2 溶析 = CaSO4 • 2H2O + Mg(OH)2 自动填实
2.1.4.1.石灰的应用
（2）石灰土（灰土）和三合土 石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用， 制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适 量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环 境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活 性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水 化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使 用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三 合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰 碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。
简述水泥凝结硬化的四个阶段
简述水泥凝结硬化的四个阶段水泥凝结硬化是水泥工程施工中一个重要的过程，也是高质量工程的关键所在，各种水泥作业依靠其硬化过程来维持作业及工程的质量。
水泥凝结硬化的过程有4个阶段，即开始阶段、细化阶段、凝结阶段和硬化阶段。
开始阶段是水泥凝结硬化的第一阶段，它被称为初始凝结。
在这一阶段，水泥浆混合料的混合均匀会形成一个完整的混凝土系统，并通过释放气体和分散混凝土组份形成一个外观上的混凝土抛光。
初始凝结的最佳温度一般在18-20℃，在此温度范围内水泥凝结反应最快，适当的间接加热可以促进反应。
细化阶段是水泥凝结硬化的第二阶段。
在细化阶段，混凝土会收缩，硬度也会增加。
熟化期主要是混凝土表浅部分发生细化，水泥凝结和硬化反应过程中产生的热量可带动混凝土表表面温度上升。
在此期间，混凝土被加压和紧凑，水泥凝结和硬化也会受到改善。
凝结阶段是水泥凝结硬化的第三阶段，又称为凝固阶段。
在这一阶段，水泥的凝结和硬化反应会加快，表面的细化现象也将消失，变为比较平滑。
凝结阶段期间，混凝土的硬度增强，收缩量也有所减少，它的抗压强度和机械性能也会得到改善。
硬化阶段是水泥凝结硬化的最后一阶段，也是水泥凝结硬化过程中最关键的阶段之一。
硬化期间，水泥和骨料之间的相互作用会使混凝土的比表面积和硬度继续增加，同时，水泥凝结硬化反应中产生的热量会把混凝土的局部温度提高，这可以促进水泥凝结硬化反应的进行，从而获得更高的性能和抗压强度。
水泥凝结硬化的4个阶段，也就是初始凝结阶段、细化阶段、凝结阶段和硬化阶段，是水泥工程施工中一个重要的过程，对于提高混凝土施工质量具有重要意义。
要想获得较高品质的混凝土，就必须在施工施工前对水泥凝结硬化的4个阶段有一定的了解。
只有掌握这4个阶段的正确操作方法，才能保证施工的质量，而正是这些高质量的工程维持了水泥工程的可持续性发展。
综上所述，水泥凝结硬化的4个阶段是水泥工程施工中一个必不可少的过程，它不仅对于提高混凝土施工质量至关重要，而且是提供稳定的工程质量的基础。
第二章 胶凝材料
混合材：调节水泥的强度等级；
硅酸盐水泥熟料的组成
60
化学组成：
主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 50 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
40 矿物组成：
第二章 无机胶凝材料
本章主要内容
石膏
石灰
水玻璃
硅酸盐水泥
掺混合材的硅酸盐水泥
其它品种水泥
概念
胶凝材料：凡是自身经过物理、化学作 用，能够由浆体变为石状体，并能将松 散材料胶结成整体的物质。
气硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料
分类
气硬性胶凝材料：石灰、石膏等 无机胶凝材料（矿物胶凝材料） 水硬性胶凝材料：各种水泥 有机胶凝材料（沥青材料及树脂等）
凝结与硬化
胶凝材料+ 水(或溶液) 可塑性 浆体 开始失去 可塑性 开始失去 可塑性
凝结阶段
硬化阶段
初凝时间
终凝时间
§2-1 石膏
一、石膏的种类
天然二水石膏
化工石膏
天然无水石膏
建筑石膏（半水石膏）
高强石膏
天然二水石膏
天然二水石膏（CaSO4· 2O）矿石是生 2H 产石膏胶凝材料的主要原料，纯净的天然 二水石膏矿石呈无色透明或白色，但天然 石膏常含有各种杂质而呈灰色，褐色，黄 色，红色，黑色等颜色。
项目 晶粒 标稠需水量 特点 % 粗大 完整 连生 细小 片状 0.40-0.45 凝结 硬化 慢 抗压强 比表面积 度 /m2.g-1 /MPa 24-40 19.3
α半水 石膏 β半水 石膏
0.70-0.80
第2章 水硬性胶凝材料—-水泥 下
§2.3 水泥的特性及选用
一、水泥的特性
水泥石的腐蚀与防止
定义：
水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些 腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降 以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。
腐蚀类型：
➢ 淡水腐蚀：Ca(OH)2溶解流失，导致孔隙率增大，强度降低。
➢ 酸类腐蚀：
➢
强碱腐蚀：
Ca(OH)2与酸、碱、盐产生反应，生成 体积增大或无胶结能力或溶于水的物质。
➢ 盐类腐蚀：
水泥石的腐蚀与防止
腐蚀原因：
• 水泥石中存在容易引起腐蚀的成分Ca(OH)2 • 水泥石结构不密实，侵蚀性介质易进入其内部。
防止措施：
根据工程所处的环境特点，合理选用水泥品种；
如：掺了大量混合材料（矿渣、火山灰、粉煤灰）的水泥
可比性，拌制的水泥净浆的稠度应该相同。
稠度：水泥净浆的稀稠程度。
？
标准稠度：要求水泥净浆达到的统一规定的稀稠程度。
即：试杆沉入水泥净浆并距底板（6±1）mm时的稠度。
标准稠度用水量：把水泥净浆拌制成标准稠度时的
需水量。
§2.2 水泥的技术性质
五、强度 定义：抵抗外力破坏的能力。 影响因素：
熟料矿物成分 细度 混合材料的质量和掺量 拌合用水量 养护条件（即硬化环境的温度、湿度） 龄期（即强度发展所经历的天数）
增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透；
如：降低水灰比、掺加减水剂、改进施工方法等。
在水泥石的表面加做保护层。
如：贴瓷砖、加涂料等。
§2.3 水泥的特性及选用
二、水泥的选用
1.选择水泥强度等级：依据混凝土的设计强度等级的高低。 水泥的强度等级应与混凝土的设计强度等级相适应。
水泥水化及硬化机理课件
配合比设计对水泥水化硬化的调控作用
水灰比
水灰比大小直接影响水泥水化硬化速度、强度及密实度。
砂率
砂率适中可使混凝土获得良好工作性和强度。
骨料级配
骨料级配合理可提高混凝土密实度和强度。
养护条件对水泥水化硬化的影响
1 2
温度
温度适宜可促进水泥水化硬化，过高或过低温度 会影响强度发展。
热重-差热分析技术
热重分析
通过测量样品质量随温度的变化，研究 水泥水化过程中的失重现象及产物稳定 性。
VS
差热分析
利用差热曲线，揭示水泥水化过程中的吸 热和放热反应及其与产物形成的关系。
06
总结与展望
关键知识点总结
水泥水化反应
水泥与水发生化学反应，生成水化产物，使浆体逐渐失去可塑性并 凝结成固体。
硬化过程
水化产物在空间中交织搭接，逐渐形成硬化的水泥石结构。
影响因素
水泥成分、水灰比、温度、养护条件等都会影响水泥的水化及硬化过 程。
研究前沿动态介绍
新型水泥材料
研发具有更高性能、更低能耗和更环保的新型水泥材料，如高性 能混凝土、绿色水泥等。
智能化制备技术
运用先进的人工智能、机器学习等技术，实现水泥制备过程的智能 化和自动化。
微观结构与性能关系
深入研究水泥水化及硬化过程中的微观结构变化，揭示其与宏观性 能之间的内在联系。
未来发展趋势预测
绿色低碳发展
推动水泥行业向绿色低 碳方向发展，减少生产 过程中的碳排放，提高 资源利用效率。
智能化与数字化
加速水泥行业的智能化 和数字化进程，提高生 产效率和质量稳定性。
北京交通大学教学课件—《土木工程材料》第二章无机胶凝材料
可
溶
无
200~360C
水
石
膏
地板石膏
CaSO4与CaO
石膏生产流程图
原料入口
熟石膏
产品
高强石膏
三、建筑石膏的凝结硬化
❖ 凝结硬化过程中的水化反应：
CaSO4·0.5H2O ＋1.5H2O CaSO4·2H2O＋Q 即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应
❖ 1、凝结 ❖ 2、硬化
凝结硬化的物理化学过程
➢ 强度：抗折强度、抗压强度;
➢ 细度：0.2mm方孔筛筛余;
➢ 凝结时间：初凝、终凝时间;
❖ 石膏硬化体及制品的特性：
➢ 表观密度较小：～1.0 ➢ 孔隙率较大 ➢ 强度较低 ➢ 耐水性和抗冻性较差 ➢ 防火性较好 ➢ 隔热性和吸声性良好
➢ 装饰性
学会分析、思考和回答问题！
1. 石膏硬化体的表观密度小，孔隙率大，Why？
后得到水泥
❖ 自动化生产过程
“两磨一烧”
硅质 (粘土)
钙质 (石灰石)
调节 原料
水泥制造的“两磨一烧”工艺流程
粉磨
生料
1450℃
煅烧
水泥
石膏
粉磨
熟料 石膏 混合材
水泥制造厂全貌
回 转 窑 尾
水泥生料煅烧回转窑
1450~1500C
二、硅酸盐水泥的组成
❖ 硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥
➢ 硅酸盐水泥熟料 ➢ 石膏(CaSO42H2O)
非密闭煅烧脱水工艺及其产品
不
溶
无
水
500~750C
石
膏
-半水石膏
120~180C
CaSO42H2O
400~500 C
叙述水泥的凝结硬化过程
水泥的凝结硬化过程是一个复杂的物理化学过程，主要包括以下步骤：
水泥与适量的水混合后，开始形成一种可塑性的浆体，具有可加工性。
随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密状态。
这一阶段标志水泥开始凝结。
随后，浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。
在这个过程中，水泥中的矿物成分会与水发生反应，生成水化物，这些水化物会按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
这个过程需要一定的时间来完成，通常需要几天到几周。
同时，这个过程也受到环境条件的影响，如温度和湿度。
在施工过程中，为了确保质量，需要在水泥浆体失去其可塑性之前完成施工。
因此，人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将整个过程划分为凝结和硬化两个过程。
凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
第二章 硅酸盐水泥
§2-1
硅酸盐水泥
2.1.4 硅酸盐水泥的技术性质
1.实际密度、堆积密度、细度 硅酸盐水泥的密度主要取决于其熟料矿物组 成，一般为3.05～3.20。堆积密度主要取决 于堆积时的紧密程度。在混凝土配合比设计 时，通常采用1300kg/m3。 2.标准稠度用水量 标准稠度用水量是指拌制水泥净浆时为达到 标准稠度所需的用水量，以水与水泥质量之 比的百分数表示，一般在24%～30％之间。
§2-1
硅酸盐水泥
2.1.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化
3）水泥石的结构 水泥石的组成：凝胶体（C—S—H） 、未水化的水泥颗粒内核、毛细孔和凝胶孔、晶体粒子 Ca（OH）2
图3.1.2 水泥石的结构 A－未水化水泥颗粒； B－胶体粒子（C－S－H等）； C－晶体粒子（Ca（OH）2等）；D －毛细孔（毛细孔水）； E－凝胶孔
§2-1
硅酸盐水泥
2.1.4 硅酸盐水泥的技术性质
3.凝结时间 凝结时间是指水泥从加水开始到失去流动性所需大时间，分为 初凝和终凝。 初凝时间为水泥从开始加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的 时间； 终凝时间为水泥从开始加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并 开始产生强度所需的时间。 水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成 混凝土的搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作；水泥的终凝时间 不宜过迟，以免拖延施工工期。国家标准规定：硅酸盐水泥 初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。
§2-1
硅酸盐水泥
2.1.3 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化
1）硅酸盐水泥的水化
3CaO· Al2O3+6H2O → 3CaO·Al2O3· 6H2O 铝酸三钙 水化铝酸三钙
4CaO· Al2O3· Fe2O3+7H2O→ 3CaO· Al2O3· 6H2O+CaO· Fe2O3· H2O
水泥的水化与凝结硬化原理
水泥的水化与凝结硬化原理概述水泥是一种常用的建筑材料，广泛应用于混凝土、砂浆等工程中。
水泥的水化与凝结硬化是指在水泥与水发生反应后形成的固体胶结材料逐渐变得坚固和硬化的过程。
本文将详细介绍水泥的组成、水化反应和凝结硬化原理。
水泥的组成水泥主要由以下几种主要成分组成： 1. 硅酸盐（C3S）：占总重量的40%~50%，是水泥中最主要的成分之一。
2. 硫铝酸盐（C3A）：占总重量的10%~15%，对于水化反应起到催化作用。
3. 铁铝酸盐（C4AF）：占总重量的5%~10%，对于提高水泥抗蚀性能起到重要作用。
4. 石膏（CaSO4·2H2O）：占总重量的2%~5%，主要用于调节水泥凝结时间和控制硫铝酸盐含量。
水泥的水化反应当水与水泥接触时，水泥中的主要成分开始发生水化反应。
水化反应是指水与水泥中的化合物发生化学反应，生成新的化合物和胶凝体。
水化反应的过程1.溶解：水中的离子（如氢氧根离子OH-）与水泥中的离子（如钙离子Ca2+）发生溶解作用，形成溶液。
2.沉淀：溶液中的离子逐渐与水泥中的硅酸盐、硫铝酸盐等成分结合，形成固体颗粒。
3.胶凝：固体颗粒逐渐形成胶凝体，即新生成的石灰石胶凝体（C-S-H）。
水化反应的主要产物1.硅酸钙凝胶（C-S-H）：是水泥石中最主要的产物，占总重量的50%~60%。
它具有胶状结构和高强度特性，在硬化过程中起到胶结材料的作用。
2.砂岩石灰石（CH）：是水泥石中次要产物之一，占总重量的15%~20%。
它具有较低的强度和较高的溶解性。
3.钙矾土（AFt）：是水泥石中次要产物之一，占总重量的10%~15%。
它具有较高的强度和较低的溶解性。
凝结硬化原理水泥在水化反应后逐渐凝结硬化，形成坚固的胶结材料。
凝结硬化过程可以分为初凝和终凝两个阶段。
初凝阶段初凝阶段是指水泥浆体开始变得粘稠，并且无法再进行流动。
这个过程通常在30分钟到2小时内完成，具体时间取决于温度、水泥类型和掺合材料等因素。
建筑材料(A)第二章测试答案
建筑材料(A)第二章测试答案第一单元建筑材料的基本性质一、名词解释1．材料的空隙率：材料空隙率就是指散粒状材料在沉积体积状态下颗粒液态物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占到沉积体积的百分率2．堆积密度：是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。
3．材料的强度：就是指材料在外界荷载的促进作用下抵抗毁坏的能力。
4．材料的耐久性：是指材料在周围各种因素的作用下，经久不变质、不破坏，长期地保持其工作性能的性质。
二、填空题1．材料的吸湿性是指材料在________的性质。
2．材料的抗冻性以材料在变硬饱和状态下所要抵抗的________去则表示。
3．水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为________。
4．材料地表观密度就是指材料在________状态下单位体积的质量。
答案：1．空气中吸收水分2．冻融循环次数3．亲水性4．自然三、单项选择题1．孔隙率增大，材料的________降低。
A、密度B、表观密度C、不责水性D、抗冻性2．材料在水中吸收水分的性质称为________。
A、吸水性B、吸湿性C、耐水性D、渗透性3．含水率为10%的湿砂220g，其中水的质量为________。
A、19.8gB、22gC、20gD、20.2g4．材料的孔隙率增大时，其性质保持不变的是________。
A、表观密度B、沉积密度C、密度D、强度答案：1、B 2、A 3、A4、C四、多项选择题1．下列性质属于力学性质的有________。
A、强度B、硬度C、弹性D、脆性2．下列材料中，属于复合材料的是________。
A、钢筋混凝土B、沥青混凝土C、建筑石油沥青D、建筑塑料答案：1．ABCD 2．AB五、不为判断题1．某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。
错2．材料变硬饱和状态时水占到的体积可以视作开口孔隙体积。
对3．在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。
水泥凝结硬化机理
5.1.4 凝结硬化机理水泥凝结硬化流程图，见动画演示凝结：水泥浆→完全失去浆体塑性硬化：水泥浆从完全失去塑性→强度增长一、水泥的水化反应2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)22(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)23CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O→3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O部分水化铝酸钙与石膏作用产生如下反应：3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O主要水化产物：水化硅酸钙凝胶 70%水化铁酸钙凝胶水化铝酸钙晶体氢氧化钙晶体 20%水化硫铝酸钙晶体 7%石膏的缓凝作用在于：水泥的矿物组成中铝酸三钙水化速度最快，铝酸三钙在饱和的石灰——石膏溶液中生成溶解度极低的水化硫铝酸钙晶体，包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部进行扩散，延缓了水泥熟料颗粒，特别是铝酸三钙的继续水化，从而达到缓凝的目的。
二、水泥凝结硬化的物理化学过程水泥与水拌合后，熟料颗粒表面迅速与水发生反应，因为水化物生成速度大于水化物向溶液扩散的速度，于是生成的水化产物在水泥颗粒表面堆积，这层水化物称为凝胶膜层，这就构成了最初的凝胶结构。
动画演示1、由于Ca2+的渗透，凝胶膜层破裂，使得2、由于颗粒表面暴露出来，又与水发生化学反应，由于水化物生成速度大于其扩散速度，故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶，这个反应不断进行下去，就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新凝胶结构。
3、随着反应的继续进行，水份逐渐减少，凝胶结构分子间距离减少，吸引力越来越大，粘结力增大，使浆体失去塑性，开始凝结。
4、水份越来越少，浆体稠度增大，微粒之间距离越来越小，由于分子间相互作用力—粘结力，互相结合，破坏了无规则排列，变为有规则排列，晶体产生。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
流变学研究内容
流变学研究内容是各种材料的蠕变和应力松弛的现象、屈服值以及材 料的流变模型和本构方程。 当作用在材料上的剪应力小于某一数值时，材料仅产生弹性形变；而 当剪应力大于该数值时，材料将产生部分或完全永久变形。则此数值 就是这种材料的屈服值。屈服值标志着材料有完全弹性进入具有流动 现象的界限值，所以又称弹性极限、屈服极限或流动极限。 在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、 应变和时间的物理变量来定量描述材料的状态的方程，叫作流变状态 方程或本构方程。 材料的流变特性一般可用两种方法来模拟，即力学模型和物理模型。
1. 结晶理论
1882年H. Lechateier提出结晶理论。水泥熟料矿物水化以后生成的晶 体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。
水泥水化、硬化的过程如下：水泥中各熟料矿物首先溶解于水，与水 反应，生成的水化产物由于溶解度小于反应物，所以结晶沉淀出来。 随后熟料矿物继续溶解，水化产物不断结晶沉淀。沉淀后水化产物的 结晶交联而凝结、硬化。 缺点：难以理解溶解、扩散、凝聚过程没有干扰。因为水泥浆体中的 水量有限，生成物难以扩散，在颗粒表面凝聚后，阻止颗粒进一步与 水接触，就不存在溶解的条件。
2. 胶体理论
1892年，W. Michaelis提出胶体理论。认为水化后生成大 量的胶体物质，这些胶体物质由于外部干燥失水，或由于 内部未水化颗粒的继续水化，于是产生“内吸作用”而失
水，从而使胶体硬化。
与结晶理论的差别：不需要经过矿物溶解于水的阶段，而 是固相直接与水反应生成水化产物，即所谓局部化学反应。
然后，通过水分的扩散作用，使反应界面由颗粒表面向内 延伸，继续进行水化。所以，凝结硬化是胶体凝聚成刚性 凝胶的过程。
缺点：不能完整地说明水化过程。
3. 凝聚-结晶理论
列宾捷尔最先提出该理论。 水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶粒如CSH(B)和一些大的晶粒如
Ca(OH)2包裹在水泥颗粒表面，它们这些细小的固相质点靠极弱的物理引力 使彼此在接触点处粘结起来，而连成一空间网状结构，叫做凝聚结构。由于 这种结构是靠较弱的引力在接触点进行无秩序地连结在一起而形成的，所以 结构的强度很低而有明显的可塑性。（即凝聚为主）
以后随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水化 反应加速，从饱和的溶液中就析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不 断长大，依靠多种引力（主要是化学键）使彼此粘结在一起形成紧密的结构， 叫做结晶结构。这种结构比凝聚结构的强度大得多。水泥浆体就是这样获得 强度而硬化的。（即结晶为主）
或分别称为诱导期、凝结期和硬化期。（P74图2-2-6-3）。
第一阶段，大约在水泥拌水起到初凝时为止，C3S 和水迅速反应生成 Ca(OH)2饱和溶液，并从中析出Ca(OH)2晶体。同时，石膏也很快进入 溶液和 C3A 反应生成微小的钙矾石晶体。在这一阶段，由于水化产物 尺寸细小，数量又少，不足以在颗粒间架桥相联，网状结构未能形成， 水泥浆呈塑性状态。
二、水泥凝结硬化原理
要回答两个问题：
（1）水泥的水化如何先后进行，即各种水化产物如何先 后出现。
（2）各种小的水化产物粒子如何连接成整体（如网状结
构）（注：只要能连接成整体，那么就能将粗或细的集料 包裹在其中）
水泥凝结硬化理论
1. 结晶理论 2. 胶体理论 3. 凝聚-结晶理论 4. 三阶段理论
第六节 水泥浆体凝结硬化
6-1 凝结硬化理论 6-2 水泥浆体的流变性质
6-1水泥浆体的流变性质
一、水泥凝结硬化定义： 水泥与水拌和后，形成的浆体最初具有可 塑性和流动性。随着时间的推迟、水化反 应的不断进行，浆体逐渐失去流动能力， 转变成具有一定强度的石状体，这个过程 称作水泥凝结硬化。
流变学发展简史：
流变学出现在20世纪20年代。学者们在研究橡胶、塑料、混凝土等材 料的性质过程中，发现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论 已不能说明这些材料的复杂特性，于是就产生了流变学的思想。英国 物理学家麦克斯韦和开尔文很早就认识到材料的变化与时间存在紧密 联系的时间效应。
麦克斯韦在1869年发现，材料可以是弹性的，又可以是粘性的。对于 粘性材料，应力不能保持恒定，而是以某一速率减小到零，其速率取 决于施加的起始应力值和材料的性质。这种现象称为应力松弛。许多 学者还发现，应力虽然不变，材料棒却可随时间继续的异同？
6-2 水泥浆体的流变性质
第一部分 流变学简介 第二部分 流变性质 第三部分 流变学模型
第一部分 流变学简介
定义：流变学是力学的一个新分支，它主要研究物理材料 在应力、应变、温度湿度、辐射等条件下与时间因素有关 的变形和流动的规律。 一般不包括对于符合虎克定律的弹性体以及符合牛顿流体 定律的流体（常见的包括水和空气）的研究。
第二阶段，大约从初凝起至24h 为止，水泥水化开始迅速，生成较多 的Ca(OH)2和钙矾石晶体。同时水泥颗粒上长出纤维状的C-S-H。在这 个阶段，由于钙矾石晶体的长大以及 C-S-H 的大量形成，产生强（结 晶的、）、弱（凝聚的）不等的接触点，将各颗粒初步连接成网，而 使水泥浆凝结，随着接触点数目的增加，网状结构不断加强，强度相 应增长，原来剩留在颗粒间空间中的非结合水，就逐渐被分割成各种 尺寸的水滴，填充在相应大小的空隙之中。 第三阶段，是指24h 之后，直到水化结束。在一般情况下，石膏已经 耗完，所以钙矾石开始转化为单硫型水化硫铝酸钙，还可能会形成 C4(A 、 F)H13, 随 着 水 化 进 行 ， C-S-H 、 Ca(OH)2 、 C3A 、 C4(A 、 F)H13 等水化产物的数量不断增加，结构更趋致密，强度相应提高。
随后，水化继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在 结构的空间中，水泥浆体的强度也不断得到增长。
4. 三阶段理论
F.W. Locher提出该理论。实际上，该理论与前面介绍凝 聚-结晶理论比较接近。 将水泥的凝结硬化分为三个阶段，即水泥浆悬浮体结构阶 段、水泥浆凝聚结构阶段、水泥浆的凝聚、结晶结构阶段，