硬化水泥浆体的组成与结构与其性质
硅酸盐水泥的水化硬化概述
水化放热速率
Ca2＋浓度
诱导前期 (15分钟以
发生急剧反应，放热迅速， Ca2＋ 、OH-从C3S表面释放， 形成第一放热峰，而后放热 浓度急剧增大，pH值几分钟
内)
早 速率下降
就超过12，而后浓度增长减慢
诱导期 期 反应缓慢，放热速率很小， Ca2＋浓度持续增长并超过饱
(1～4小时)
水泥浆体保持塑性，诱导期 和浓度，在诱导期结束时达到
二、测定水化速率的方法
（1）直接法：岩相分析、x射线分析、热分析பைடு நூலகம்定量测定已水化 和未水化部分的数量。较为复杂。
（2）间接法：测定结合水、水化热、Ca(OH)2生成量。较为简单。
三、影响水化速率的因素 （1）熟料矿物的组成和性质
水化速率大小：C3A > C4AF > C3S > C2S B矿有四种不同晶型，对水化速率影响很大，β－C2S水化快，γ－C2S水化慢。 熟料矿物晶体中含有杂质、晶格缺陷、晶格畸变，水化速率快。 熟料矿物为固溶状态，如：F固溶在A矿，水化活性高，水化速率快。
活化粉煤灰用作水泥促凝剂的研究
——解决掺氟硫复合矿化剂水泥出现缓凝的问题
水泥主要是含氟A矿缓凝的原因
含氟A矿水化活性高，水化速率快，为何缓凝？ 水化产物C-S-H和Ca(OH)2形成速率快，但长大速率慢，不 足以相互搭接形成凝聚结构。 加速凝结的启示： 出窑熟料凝结时间长，加矿渣共同粉磨制成水泥后，凝结时 间缩短，为什么？ 矿渣具有潜在水硬性，本身含有部分熟料矿物组成，经水淬 时与水反应，生成了部分水化产物，它们作为“晶种”，加 速了水泥水化时生成的水化产物以它们为晶核而长大。
稳定期
后 反应速率很低，基本稳定， Ca2＋浓度趋近饱和浓度 期 完全受扩散控制
建筑材料概述
尺寸为> 10-3m (肉眼可分辩)
尺寸为10-6 ~10-3m
(光学显微镜可辩)
尺寸为<10-6m
(电子显微镜)
尺寸为10-10~10-8m
(高倍电镜)
以混凝土 为例
混凝土内部的宏观结构： 由大小不等、形状各
异的砂、石颗粒与孔隙以 及水分布在水泥浆体中而 构成。
硬化水泥浆体的细观结构： 孔隙、水分布于由水泥
一、建筑材料的概念
一般建筑材料是指用于建筑和土木工程领域的各种材料的总称，简称"建材。
狭义上的建筑材料是指土建工 程中所用材料，如水泥、钢材、 木材、玻璃、涂料、石材等。
广义上的建筑材料指所有用于 建筑物施工的原材料、半成品 和各种构配件、零部件。
二、建筑材料的基本组成
物相的组成
在物理学中，相是指一个宏观 物理系统所具有的一组状态，也通 称为物态。
固相
四、建筑材料与水有关的性质
四、建筑材料与水有关的性质
2、吸水性、吸湿性
➢ 吸水性 材料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分，这种性质称为吸水性。 材料的吸水性用吸水率W表示。 W=（m1-m）/m×100% ➢ 吸湿性 材料在潮湿空气中，会吸收水分的性质称为吸湿性。 材料的吸湿性用平衡含水率w表示。 w=（m含-m）/m×100%
以石头做建筑材料，是建筑呈现宏伟、厚重、稳固的特征。 凡尔赛宫呈现整齐划一、秩序、均衡、对称等特征。
石料极大地限制了建筑内部空间。为了解放建筑内部空间，古希腊创造了著名的古 典柱式，古罗马人发展了大跨度的稳重的石拱结构，这些都刻在凡尔赛宫里看到其影子。
凯旋门是欧洲纪念战争胜利的一种建筑。用石块砌筑，形似门楼，有一个或 三个拱券门洞，上刻宣扬统治者战绩的浮雕。
混凝土的结构、组成及特点综述
•
b为常数。
•
这个公式适应于低孔隙率时。
• Schiller提出另一个经验关系式，可用于孔 隙率较大的情况：
Pcr M=D ln——
P D是一个常数，Pcr表示强度为0时的孔隙率。
（3）浆体相——水
水泥石中的液相是含有可溶性离子的水。 水泥石中的水随着环境湿度的变化而变
化，根据水从水泥石中失去的难易程度划 分为四种类型：
对混凝土的强度而言，孔径D 在20nm(纳米)以下为无害孔， 在20-50nm为少害孔， 在50-200nm为有害孔， 大于200nm为多害孔。
• Ryshkewitch提出孔隙率和水泥浆体力学性 能的经验关系式：
• M=M0 exp(-bP) • M 孔隙率为P时，水泥石的强度
•
M0孔隙率为0时，水泥石的强度
硬化水泥浆体的特点：不均匀，含多种固相 、孔隙和水。
• 固相：水化硅酸钙（C-S-H）; 水化硫铝酸 钙微晶；氢氧化钙片状大结晶；未水化水 泥。
• 孔隙：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（ 大）。
• 水分：毛细孔水、层间水、吸附水和化学 结合水
（1）浆体相——固相
• • 固相
水化产物
C-S-H凝胶 Ca(OH)2晶体 钙矾石(AFt相) 单硫型(Afm相)
（2）浆体相——孔隙
• 水泥石中的孔可分为三类：凝胶孔、毛细 孔、非毛细孔。
C-S-H凝胶
C-S-H凝胶内的层间孔 毛细孔
• 水泥石孔结构包含孔隙率和孔径分布两个 概念。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
孔隙率：孔体积占水泥石体积的百分
数
•
孔径分布：不同孔径尺寸范围的孔的
体积百分数。
• 凝胶孔是水化水泥颗粒间的过渡空间，尺 寸1.5～3nm，水泥凝胶的最小孔隙率占水 泥凝胶体积的28%，即凝胶孔约占凝胶体
2017年一级注册结构工程师考试专业基础知识真题及答案
2017年一级注册结构工程师考试专业基础知识真题（总分：120.00，做题时间：240分钟）一、单项选择题（共60题，每题2分，每题的备选项中只有一个最符合题意）1.材料的孔隙率增加，特别是开口孔隙率增加时，会使材料的性能发生如下变（）A.抗冻性、抗滲性、耐腐蚀性提高B.抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性降低C.密度、导热系数、软化系数提高D.密度、导热系数、软化系数降低【答案】B孔隙率是指材料中孔隙体积占总体积的比例。
AB两项，材料抗渗性的好坏，与材料的孔隙率及孔隙特征有关，当孔隙率增加时，其抗渗性降低。
CD两项，密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量，与孔隙率无关。
2.当外力达到一定限度后，材料突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，材料的这种性质称为（）A.弹性B.塑性C.脆性D.韧性【答案】C外力作用于材料并达到一定限度后，材料无明显塑性变形而发生突然破坏的性质称为脆性。
А项，弹性是指在外力作用下，材料产生变形，外力取消后变形消失，材料能完全恢复原来形状的性质；В项，塑性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，有一部分变形不能恢复的性质。
D项，韧性是指在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大能量，同时还能产生一定的变形而不致破坏的性质。
3.硬化水泥浆体的强度与自身的孔隙率有关，与强度直接相关的孔隙率是指（）A.总孔隙率B.毛细孔隙率C.气孔孔隙率D.层间孔隙率【答案】B为使水泥浆体具有塑性和流动性，加入的水量通常超过水泥充分水化时所需的水量，多余的水在水泥石内形成毛细孔隙，硬化水泥石的毛细孔隙率越大，水泥石的强度越低。
4.在我国西北干旱和盐清土地区，影响地面混凝土构件耐久性的主要过程是（）A.碱骨料反应B.混凝土碳化反应C.盐结晶破坏D.盐类化学反应【答案】DA项，碱骨料反应是指混凝土内水泥中的碱性氧化物与骨料中的活性二氧化硅发生化学反应，导致混凝土膨胀开裂而破坏；碱骨料反应发生的必要条件：较高含量的碱性物质和骨料活性成分以及混凝土处于潮湿环境中。
混凝土组成及主要技术性质
1.混凝土拌合物的和易性 1.混凝土拌合物的和易性 1.1. 和易性的概念 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（ 和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌 是指混凝土拌合物易于施工操作 运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、 合、运输、浇灌、捣实）并能获致质量均匀、成 型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质， 型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质， 包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。 包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工 机械振捣的作用下，能产生流动， 机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地 填满模板的性能。 填满模板的性能。流动性的大小取决于混凝土拌 合物中用水量或水泥浆含量的多少。 合物中用水量或水泥浆含量的多少。
2. 细骨料
由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、 由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小 于4.75ｍｍ的岩石颗粒（砂）称为细骨料。 4.75ｍｍ的岩石颗粒（ 称为细骨料。 ｍｍ的岩石颗粒 混凝土可采用河砂、海砂、山砂来配置。 混凝土可采用河砂、海砂、山砂来配置。 砂的技术指标见第二章。 砂的技术指标见第二章。 混凝土用砂宜选用河砂，颗粒级配为中砂， 混凝土用砂宜选用河砂，颗粒级配为中砂，一般认为 中砂粗细适中，级配较好。 中砂粗细适中，级配较好。的坍落度，主要依据构件 截面大小，钢筋疏密和捣实方法来确定。 截面大小，钢筋疏密和捣实方法来确定。当 截面尺寸较小或钢筋较密， 截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣 坍落度可选择大些。反之， 时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面 尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时， 尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时， 坍落度可选择小些。 坍落度可选择小些。表6－8.
水泥_常见问题解答
水泥常见问题解答1．简述硅酸盐水泥的生产过程。
答：生产硅酸盐水泥时，第一步先生产出水泥熟料。
将石灰石、粘土和校正原料（常为铁矿石粉）按比例混合磨细，再煅烧而形成水泥熟料。
然后将水泥熟料与适量石膏、混合材料按比例混合磨细而制成水泥成品。
硅酸盐水泥的生产过程可简称为“两磨一烧”。
２．国家标准对硅酸盐水泥定义是什么？硅酸盐水泥分为哪两种类型？答：国家标准对硅酸盐水泥定义为：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，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。
硅酸盐水泥分为两种类型，不掺加混合材料的称为Ⅰ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅰ。
在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合料的称为Ⅱ型硅酸盐水泥，其代号为P•Ⅱ。
３．水泥熟料的矿物组成有哪些？各种矿物单独与水作用时，表现出哪些不同的性能？答：水泥熟料的矿物组成有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。
各种矿物单独与水作用时，表现出不同的性能，见下才表。
水泥熟料矿物的组成、含量及特性能矿物名称硅酸三钙C3S 硅酸二钙C2S 铝酸三钙C3A 铁铝酸四钙C4AF矿物含量37%～60% 15%～37% 7%～15% 10%～18%矿物特性水化速度快慢最快快水化热大小最大中硬化速度早期强度后期强度抗干缩性耐腐蚀性快高高中差慢低高良好最快低低差最差快中低优中水泥中各熟料矿物的含量，决定着水泥某一方面的性能。
４．经水化反应后生成的主要水化产物有哪些？答：经水化反应后生成的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙为凝胶体(它是水泥具有胶结性能的主要物质)，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙为晶体。
在完全水化的水泥石中，凝胶体约为70%，氢氧化钙约占20% 。
5．影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素有哪些？答：影响硅酸盐系水泥凝结硬化的主要因素（1）水泥的熟料矿物组成及细度水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点是不同的，不同种类的硅酸盐水泥中各矿物的相对含量不同，上述两方面的原因决定了不同种类的硅酸盐水泥硬化特点差异很大。
硅酸盐水泥的水化和硬化
C3A＋3CaSO4·2H2O+26H2O＝C3A·3CaSO4·32H2O 当C3A尚未完全水化，而石膏已经耗尽时： C3A·3CaSO4·32H2O +2C3A＋4H2O＝ 3(C3A·CaSO4·12H2O) 当石膏掺量极少，所有的钙矾石都转化为单硫型水化硫铝酸 单硫型水化硫铝酸 钙后，可能有C3A剩余，会发生下述反应： C3A·CaSO4·12H2O +3C3A＋Ca(OH)2+12H2O＝ 2[3CaO·Al2O3(CaSO4、Ca(OH)2）·12H2O]
④
当石膏耗尽时，为 AFm C4 AF + H 2O → 水化铝酸钙+ 水化铁酸钙
23
24
25
26
1、钙矾石形成期 C3A率先水化。在石膏存在的条件下，迅速形成钙 矾石，这是导致第一放热峰的主要因素。 2、C3S水化期 C3S开始迅速水化，大量放热，形成第二个放热峰 。有时会有第三放热峰或在第二放热峰上出现一个“峰 肩”，一般认为是由于钙矾石转化成单硫型水化硫铝( 铁)酸钙而引起的。同时，C2S和铁相亦以不同程度参与 了这两个阶段的反应，生成相应的水化产物。 3、结构形成和发展期 放热速率很低并趋于稳定，随着各种水化产物的 增多，填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接并相互 交织，发展成硬化的浆体结构。
14
C3S凝结时间正常，水化较快，粒径40一50um的颗 粒28d可水化70％左右。放热较多，早期强度高 且后期强度增进率较大．28d强度可达一年强度 的70％一80％，其28d强度和一年强度在四种矿 物中均最高。
15
硅酸二钙的水化
• 在常温下，C2S水化式: 2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2 简写为： C2S+nH=C-S-H+(2-x)CH
硬化水泥浆体的组成与结构及其性质
（3）水灰比
水灰比对徐变的影响，定性的评论是水灰比越大，徐变也愈大。
（4）温度
在荷载作用期间，环境混度活化徐变变形。
其他如湿度，养护条件，水泥组成等同样也会影响硬化水泥浆体的徐变。
16
03
硬化水泥浆体性质
3.3 硬化水泥浆体的渗透性
在水力梯度作用下，水作为典型的均质流体，流过多孔介质（
THE MAIN CONTENTS
01
03
概述
02
硬化水泥浆体组成与结构
硬化水泥浆体的性质
2
01 概述
1.1硬化水泥浆体
硬化水泥浆体是非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以
及存在于空隙中的水和空气组成，所以是固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强
度和空隙率，而外观和其他性能则与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。
水化产物和残存熟料－固相
非均质的多相体系
孔隙中的水－液相
三相多孔体
孔隙中的空气－气相
3
01 概述
1.2 水泥硬化机理
硬化机理
产生凝结硬化的原因
水化硬化过程
结晶理论
水化反应生成晶体
相互交叉联结
溶解－沉淀过程：熟料矿物溶解于
水，与水发生水化反应，产物溶解
度更小，结晶沉淀。
胶体理论
水化反应生成大量胶体，由于干燥或 局部化学反应：熟料矿物不溶于水，
泥浆体强度的函数。
抗压强度
= , +
m------经验直线的斜率
B------- 轴上的截距
12
03
硬化水泥浆体性质
（2）硬化水泥浆体的弹性模量
第四讲--普通混凝土的硬化及结构形成过程ppt课件
快得多？
（二）过渡区结构
1、过渡区成因 2、过渡区模型 3、界面过渡区特点
1、过渡区成因
➢首先，贴近粗集料表面的水灰比大于混凝土的本 体——其结果孔隙比水泥浆本体或砂浆基体多。
对混凝土的强度和渗透性没有什么影响，将孔分为 四级：
小于45×10-10m (45~500) ×10-10m (500~1000) ×10-100m 大于1000×10-10m
(4)水泥石孔分布测定
汞压力法-15×10-10 m -100μm 等温吸附法-(22-45)×10-10 m X射线小角度散射法-20-300 ×10-10 m
水泥石的孔结构 胶孔比 水泥石中的水
1、水泥石的孔结构
（1）水泥石孔的分类 （2）孔作用 （3）水泥石的内比表面积 （4）水泥石孔分布测定
(5) 影响水泥石孔分布的因素
（1）水泥石孔的分类
➢水泥石孔的特点 • 分布范围广：0.005μm~10μm • 存在形式：
A .水泥水化物占有的空间中。 B . C-S-H凝胶粒子内部。 • 凝胶孔尺寸细小，用扫描电镜也难也分辨。
• 抗冻性 • 抗渗性 • 抗化学侵蚀性
六、过渡区结构
研究背景 过渡区结构 过渡区强度
（一）研究背景
• 混凝土的拉伸破坏为何呈脆性?而压缩破坏时为何具有 一定的弹塑性?
• 混凝土各组分材料当分别以单轴压力试验时，直到破坏 都保持弹性，而为何混凝土却表现为非完全弹性行为?
• 混凝土的抗压强度为何能较其抗拉强度高一个数量级? • 水泥用量、水灰比和水化龄期均相同，为何水泥砂浆的
混凝土的结构与性能过渡区内容
二、混凝土的结构与性能为了便于认识粉煤灰在混凝土中的作用，先来看看混凝土的结构和性能之间的关系。
混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒的粗骨料（石子）填充；粗骨料颗粒的空隙由细骨料（砂子）填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙；水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，并包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土（也称拌合物）具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。
硬化混凝土是一种复杂的、多相的复合材料，它的结构主要包括三个相——骨料、硬化水泥浆体以及二者之间的过渡区，说它复杂是因为它很不匀质，主要体现在以下几方面：第一，过渡区的存在。
过渡区是围绕骨料颗粒周边的一层薄壳，厚度约10～50μm。
由于它的薄弱，对混凝土性能的影响十分显著；第二，三相中的任一相，本身实际上还是多相体。
例如一颗花岗岩的骨料里除了有微裂缝、孔隙外，还不均匀地镶嵌着石英、长石和云母三种矿物。
石英很硬，而云母就很软；第三，与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相——硬化水泥浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。
先谈骨料相。
通常在为混凝土选择骨料时，首先注意的是它的颗粒强度，也就是说：它越坚硬越好。
事实上，由于骨料的强度通常比其他两相的高很多，因此它对混凝土的强度并没有直接的影响。
但是它们的粒径和形状间接地影响混凝土强度：当骨料最大粒径越大、针片状颗粒越多时，其表面积存的水膜越厚，过渡区相就越薄弱，硬化混凝土的强度和抗渗透性也越差。
所以，质量好的骨料应该是颗粒形状均匀、级配好，堆积密实度高，所需要的浆体用量少。
许多路面板之所以不耐久，骨料质量差，尤其缺乏5~10mm粒径的颗粒，因此传荷能力和抗冲击与疲劳能力受到严重影响是重要的原因。
再谈硬化水泥浆体（也称水泥石）。
在配制混凝土选用水泥时，都认为标号越高的水泥就越好。
事实上，高标号水泥因为通常粉磨得越细，在拌合时往往需要更多的水，硬化后生成更多薄弱的氢氧化钙，多余的水分蒸发后也会形成更多的孔隙，对混凝土的强度和耐久性不利。
硬化水泥浆体的组成与结构和性质
硬化水泥浆体的组成与结构和性质
硬化水泥浆体的组成主要包括水泥、水和外加剂。
水泥是硬化水泥浆体的胶凝材料，通常使用的水泥有普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和高性能水泥等。
水是用来调节水泥浆体的流动性和达到适当的可操作性。
外加剂则用于调整硬化水泥浆体的工作性能，如缓凝剂、加速剂和减水剂等。
硬化水泥浆体的结构主要是由水泥胶体、水泥石、骨料等组成。
水泥胶体是指水泥颗粒与水的反应产物，它是水泥浆体中起到胶结和充填作用的关键组分。
水泥石是由水泥胶体与骨料颗粒相互结合而形成的坚固网状结构，它能够固定骨料颗粒，提高硬化水泥浆体的强度。
骨料是硬化水泥浆体中的颗粒状填料，它可以分为细骨料和粗骨料，用于增加硬化水泥浆体的体积和强度。
硬化水泥浆体的性质主要包括塑性、可流性、强度、耐久性等。
塑性是指硬化水泥浆体在施工过程中可以正常变形而不破坏其连通性和稳定性的能力。
可流性是指硬化水泥浆体在施工过程中能够较好地流动，填充空间的能力。
强度是指硬化水泥浆体在一定的压力和剪切力下具有抵抗破坏的能力，它决定了硬化水泥浆体的承载能力和耐久性。
耐久性是指硬化水泥浆体在不同的环境条件下，如湿热、冻融循环、化学腐蚀等环境的侵蚀下能够保持较好的工程性能和使用寿命。
总之，硬化水泥浆体的组成和结构以及性质对于混凝土的制备和应用有着重要的影响。
通过对硬化水泥浆体的研究和理解，可以优化混凝土配合比，提高混凝土的工作性能和力学性能，从而满足不同工程的需求。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
2020/11/22
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
三、铝酸三钙 (一) 无石膏 1．常温下水化
C4AH13和C2AH8在常温下处于介稳状态，且随温度升高而转化 加速。C3A本身水化热高，因而极易按上式转化。
2．在温度较高(35℃以上)的情况下，可直接生成C3AH6晶体。 这些产物均为片状。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
早期水化产物，大部分在颗粒原始周界以外由水所填充的 空间----这部分C-S-H称外部产物。
后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域形成----内部产 物。
随着内部产物的形成和发展，C3S的水化即由减速期向稳定 期转变。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
7．C3S的后期水化 泰勒认为：水化过程中存在一个界面区，并逐渐向颗粒内 部推进，H2O离解成的H+在内部产物中从一个氧原子(或水分子) 转移到另一个氧原子，一直到达C3S界面并与之作用；而界面区 内部分Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入CH和外部C-SH。因此，界面内是得到H+，失去Ca2+和Si4+，原子重新排组， 从而使C3S转化成内部C-S-H。如此，随着界面区向内推进，水 化继续进行。由于空间限制及离子浓度变化，内部C-S-H在形貌 和成分等方面与外部C-S-H会有所不同，通常是较为密实。
混凝土的组成材料及其技术要求
混凝土的组成材料及其技术要求一、水泥水泥是一种无机水硬性胶凝材料，它与水拌合而成的浆体既能在空气中硬化，又能在水中硬化，它能将骨料牢固地黏聚在一起，形成整体，产生强度。
由于组成水泥的矿物成分不同，其水化特性就不同，强度发展规律也不一样。
在混凝土工程中，最常用的水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）、矿渣硅酸盐水泥（又称矿渣水泥）、火山灰质硅酸盐水泥（又称火山灰质水泥）和粉煤灰硅酸盐水泥等五大类。
此外，还有特种水泥，如快硬硅酸盐水泥、大坝水泥、高铝水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。
1、硅酸盐水泥硅酸盐水泥是以硅酸盐熟料为主，加4%～5%的石膏磨细而成，国际上统称波特兰水泥。
（1）基本特性①密度与容重硅酸盐水泥的密度为 3.1～3.2kg/cm³；它的松散容重为900～1300kg/m³, 紧密容重为1400～1700kg/m³。
①细度在规范中规定，在0.08mm方孔筛筛余量不得超过12%。
①凝结时间硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min；终凝时间不得迟于10h。
①水化热水化热是指水泥在凝结硬化过程中放出的热量。
水化热越大，混凝土内部的温度越高。
水化热的多少与水泥的矿物组成、水灰比、水泥细度（水泥细度越细水化热越高）等因素有关。
硅酸盐水泥的水化热较高。
①早期强度强度是水泥的一个重要指标。
它是按照国家标准强度检验方法，按龄期为28d的试件测得的每平方厘米面积上所承受的压力值来确定的。
规定测定3d、7d、28d的强度（抗压强度及抗折强度）,并依据这些强度，将硅酸盐水泥划分成六种标号，即425、425R、525、525R、625、725等标号。
硅酸盐水泥的凝结硬化速度快，早期强度高。
（2）适用范围①水泥标号高，可用于配制C40 以上的高强度混凝土及预应力混凝土。
①凝结速度快、早期强度高，可用于快硬早强的混凝土工程。
①水化热高，不适用于大体积混凝土工程。
在炎热夏季施工时，最好不选用这种水泥，而冬季施工选用这种水泥效果较好。
08-硅酸盐水泥的水化和硬化汇总
大就部难分以学进说入都 溶认 液为 ，， 从在 而使C3反S颗应粒延上缓形。成在了过表饱面和层条后件，下硅所酸形根成离的子 产物，往往靠近颗粒表面析出，同时又呈无定形，难以精确检 测。因此有关表面层的组成和结构，各方面的结论不尽相同。 在诱导期间，表面层虽有增厚，但表面层的去除又是使快速反 应重新开始的重要条件。而水化产物晶核的形成和生长，却是 与诱导期结束的时间相一致的。
转化 最终产物，等 轴晶系，稳定
C3A的水化产物以晶体状态存在
23
3、C矿的水化
水化过程:与C3A极为相似，但速度要慢。 影响因素：水灰比；温度；Al/Fe比。 水化产物：
C4(A·F)H13 、C3(A·F)H6
C4(A·F)H13与C4AH19、C4AH13、C2AH8 很相似，只是其中有 部分Al3+被Fe3+代替，因而它与C-A-H有着极为相似的特性。 不稳定，易转变为C3(A·F)H6并析出Ca(OH)2 ，Ca(OH)2的 存在会延缓其转化。 C4(A·F)H13与CaSO4的反应速度远低于C3AH6，因此，C4AF 抗硫酸盐性能好 水化铁酸钙为胶体状态，会在铁酸盐周围形成一层保护膜， 降低水化速度。
第八章
硅酸盐水泥的水化和硬化
1
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
2
3
4
5
6
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
7
已水化的水 泥浆里留下 的孔隙
未水化水 泥颗粒
8
水泥＋水（流体）－可塑性浆体（塑性体）－固体
水泥
水
混
熟石 合 料膏 材
水
料
水化 凝结 硬化
9
水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因
硅酸三钙的含量最高。硅酸三钙与水作用时
水泥浆扫描电镜照片(7d龄期)
钙矾石
C-S-H
硅酸盐水泥的技术标准
细 度 凝结
时间
碱 含 量
强度、强 度等级
体积安 定性
1. 细 度
定义
细度是指水泥粉体的粗细程度。
测量方法
➢ 筛分析法 以80m方孔筛的筛余量 表示；
➢ 比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有 的总表面积来表示。
国标要求
➢ 硅酸盐水泥的比表面积应大于 300m2/kg。
➢ 若水泥石的体积变化均匀适当，则 水泥的体积安定性良好；
➢ 若水泥石发生不均匀体积变化：翘 曲、开裂等，则水泥的体积安定性 不良。
体积安定性不良的水泥为废品！
为什么？
FZ-31A型全不锈钢沸煮箱：
对水泥安定性能进行雷 氏法及试饼法两种测定，对 升温与保温仪器均可实行自 动控制。
5. 强 度
硅酸盐水泥的强度取决于水泥熟料的矿物成份和细度。水
㈢、铝酸三钙 铝酸三钙与水作用时，反应极快，水化放热 最大，生成水化铝酸三钙，水化铝酸三钙为立方晶体，易溶于 水。
3CaO．Al2O3＋ 6H2O→ 3CaO．Al2O3 . 6H2O
铝酸三钙 (C3A)
水化铝酸三钙晶体(C3AH6)
㈣、铁铝酸四钙 铁铝酸四钙与水作用时，反应也较快，水
化放热中等，生成水化铝酸三钙和水化铁酸钙，水化铁酸钙为
来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱 水分解：
CaSO42H2O CaSO40.5H2O+1.5H2O
➢ 硅酸二钙- C2S的水化
硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
矿物名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙
铁铝酸四钙
矿物组成 简写式 矿物含量
3CaO.SiO2
第七章 硅酸盐水泥的水化与硬化
§7.2 硅酸盐水泥的水化
一.水化反应体系的特点
• 水泥的水化基本上是在Ca(OH)2 和石膏的饱和溶液 或过饱和溶液中进行的，并且还会有K+、Na+等离子。
• 熟料首先在此种溶液中解体，分散，悬浮在液相中， 各单体矿物进行水化，水化产物彼此间又化合，之 后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此 ，水化过 程实际上就是熟料解体——水化——水化产物凝 聚——水泥石。开始是解体、水化占主导作用，以 后是凝聚占主导作用。
2.C3A在液相CaO浓度达饱和时
C3A + CH + 12H → C4AH13
瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C4AH13 （六方片状晶体） ，其数量迅速增多，足以 阻碍粒子的相对运动。
3.在石膏存在条件下的水化
·石膏（充足）、CaO同时存在时 C3A+CH+12H→C4AH13 C4AH13+3CSH2+14H → C3A·3CS·H32 + CH
反应：随时间的增长而下降
原因： 在C3S表面包裹产物—阻碍水化。
• Ⅴ:稳定期
反应：很慢—基本稳定（直到水化结束） 产物扩散困难。
原因：产物层厚：水很少—
Ⅰ-诱导前期； Ⅱ-诱导前期；Ⅲ -加速期； Ⅳ -减速期；Ⅴ -稳定期
◆诱导期的本质
• 保护膜理论 • 晶核形成延缓理论
• 晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短 的主要因素
· 水泥石的组成:
固相
结晶程度较差的凝胶 C-S-H：70%
结晶程度较好的Ca(OH)2： 20% 结晶程度较好的AFm、 AFt： 7%
及水化铝酸钙等晶体 未水化残留熟料和其它微量组份：3%
孔隙
毛细孔：未被外部水化产物填充 凝胶孔：凝胶微孔 水：100%孔内全为水
注册一级结构工程师考试：2021专业基础知识真题及答案(3)
注册一级结构工程师考试：2021专业基础知识真题及答案(3)共394道题1、钢材中的含碳量降低，会降低钢材的（）。
（单选题）A. 强度B. 塑性C. 可焊性D. 韧性试题答案：A2、某工程基础部分使用大体积混凝土浇筑，为降低水泥水化温升，针对水泥可以用如下措施（）（单选题）A. 加大水泥用量B. 掺入活性混合材料C. 提高水泥细度D. 减少碱含量试题答案：B3、衡量钢材的塑性高低的技术指标为（）。
（单选题）A. 屈服强度B. 抗拉强度C. 断后伸长率D. 冲击韧性试题答案：C4、计算普通钢结构轴心受压构件的整体稳定性时应计算（）。
（单选题）A. 构件的长细比B. 板件的宽厚比C. 钢材的冷弯效应D. 构件的净截面处应力试题答案：A5、作用在过梁上的荷载有砌体自重和过梁计算高度范围内的梁板荷载，对于砖砌体，可以不考虑高于l n/3（l n为过梁净跨）的墙体自重以及高度大于l n上的梁板荷载，这是由于考虑了（）。
（单选题）A. 起拱产生的卸荷B. 应力重分布C. 应力扩散D. 梁墙间的相互作用试题答案：A6、无重饱和粘土地基受宽度为B的地表均布荷载q，饱和粘土的不排水抗剪强度为50kPa，那么该地基的承载力为（）。
（单选题）A. 105kPaB. 50kPaC. 157kPaD. 257kPa试题答案：B7、图示结构用力矩分配法计算时，分配系数μA4为（）。
题45图（单选题）A. 1/4B. 4/7C. 1/2D. 6/11试题答案：B8、图示体系的几何组成为（）。
题34图（单选题）A. 几何不变，无多余的约束B. 几何不变，有多余的约束C. 瞬变体系D. 常变体系试题答案：A9、在结构试验室进行混凝土构件的最大承载能力试验，需在试验前计算最大加载值和相应变形值，应选取下列哪一项材料参数值进行计算（）。
（单选题）A. 材料的设计值B. 实际材料性能指标C. 材料的标准值D. 试件最大荷载值试题答案：B10、硬化的水泥浆体中，位于水化硅酸钙凝胶的层间孔隙与凝胶有很强的结合作用，这些空隙一旦失去，水泥浆体将会（）。
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（3）孔的形态
开口孔（连通孔） 闭口孔（封闭孔）
11
03 硬化水泥浆体性质
3.1 硬化水泥浆体的力学性能
（1）硬化水泥浆体的强度
12
03 硬化水泥浆体性质
（2）硬化水泥浆体的弹性模量 硬化水泥浆体或者混凝土的弹性模量与强度之间的关系紧密相连，抗压强度越大，弹 性模量相应也大，大致与抗压强度的平方根成正比例。
六方板状，几十微米，
层内：离子键，结合强 尺寸取决液相中Ca2+离子
层间：范德华力，结合 弱，受力时的薄弱环节，
浓度增长的速度：越快， 尺寸越小，强度越高
沿层间产生裂缝
6
02 硬化水泥浆体组成与结构
物质 3.AFt
4.AFm
组成
[Ca3(Al,Fe)(OH)6·12H2O]2·X3·yH2
OX－二价,SO4、CO3、Cl2、(OH)2
材料强度愈高，徐变愈小。混凝土中徐变主要来பைடு நூலகம்硬化水泥浆体。 （3）水灰比
水灰比对徐变的影响，定性的评论是水灰比越大，徐变也愈大。 （4）温度
5
02 硬化水泥浆体组成与结构
2.1硬化水泥浆体中矿物组成与结构
物质 1.C-S-H
组成 组成不定，
结构 结晶度极差
远程无序胶体，取决水 化龄期，初期溶胶，中 后期凝胶
形貌
取决水化龄期－与生长 空间有关：水化龄期长， 尺寸越小，2～0.1µm
2.Ca(OH)2
组成固定，纯 度高，结晶好
三方晶系层状结构
THE MAIN CONTENTS
01 概述 03 硬化水泥浆体的性质
02 硬化水泥浆体组成与结构
2
01 概述
1.1硬化水泥浆体
硬化水泥浆体是非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以 及存在于空隙中的水和空气组成，所以是固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强 度和空隙率，而外观和其他性能则与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。
弹性模量的影响因素：孔隙率，温度，干燥程度等
13
03 硬化水泥浆体性质
3.2 硬化水泥浆体的干缩和徐变性能
3.2.1 硬化水泥浆体的收缩 （1）干缩或减缩 硬化水泥浆在水泥水化硬化过程中，自发的产生体积变化。 （2）干燥收缩 如果硬化水泥浆处于高风速，低温度和高气温环境下，就有可能引起毛细管水，凝胶水的蒸 发损失，必然会导致水泥浆体的体积变化。
7
02 硬化水泥浆体组成与结构
2.2 水及其存在形式
（1）按与固相组成的作用
自由水 (游离水)
吸附水
毛细孔水 凝胶水
存在于粗大孔隙中，与一般水性质相同
数量取决于毛细孔的数 量，以中性水分子存在
数量大体上正比于凝胶体的 数量，以中性水分子存在
结晶水 (化学结合水)
以中性水分子存在，占有晶格固定位置，由氢键和 弱结晶水 剩余键相结合，结合力弱，如：C-S-H中的层间水
C3A ·3CaX ·mH2O m=30～32
[Ca2(Al,Fe)(OH)6]·X·yH2O C3A ·CaY ·nH2O n=10～12
X－一价，Y－二价
结构 三方晶系 柱状结构
三方晶系 层状结构
形貌 针棒状、杆状、 柱状、空心管状
六方板状
与AFt相比，AFm中的结构水少，其密度更大。当AFm接触到各种来源的 SO42-离子而转变成AFt时，结构水增加，密度减小，从而产生相当的体 积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。
继续水化“内吸”作用失水，胶体凝 固体直接与水反应，通过水的扩散，
聚成刚性凝胶而硬化
反应界面由颗粒表面向内延伸。
三阶段理论 比较统一的意见
凝结是由胶体形成凝聚结构，硬化是 溶解－胶化－结晶过程：生成溶胶
晶体结构的发展
－凝胶－晶体
水化反应生成胶体和晶体，它们共同 液相中反应－局部化学反应：化学
作用，相互交叉联结
14
03 硬化水泥浆体性质
3.2.2硬化水泥浆体的徐变
晶体材料，金属，岩石和硬化水泥浆体等固体材 料，由于载荷而引起的变形中，其中时间依赖性的 部分就时徐变，或称蠕变。
由于组成结构的不同，硬化水泥浆体，无论在多 么低的应力条件下，都会产生徐变，而且由徐变引 起体积变化。
硬化水泥浆体的徐变包括可你徐变和不可逆徐 变，由左图可以看出，不可逆徐变大于可逆徐变。
反应控制－扩散控制
4
01 概述
硬化水泥浆体形成的原因
水泥石具有强度的原因
水化产物
内部键型 产物之间键型
结构形成
胶体 C-S-H凝胶
晶体 CH、AFt、
AFm等
原子价键、 氢键
离子键
范德华力 范德华力
箔片状、纤维状，具有巨 大的表面能，交叉攀附
六方板状、针棒状，相互 搭接
构成三度空间牢固结 合，密实的整体
非蒸发水(Wn)
蒸发后剩余的水
与水化产物数量存在一定比例关系，可表征水化程度
9
02 硬化水泥浆体组成与结构
2.3 孔及其结构特征
（1）总孔隙率
孔隙占水泥浆体的体积百分比
（2）孔径分布
10
02 硬化水泥浆体组成与结构
吸附法：水蒸气或氮气吸附，一般用于直径小于300A的孔 压汞法：用压力将水银压入干燥浆体，水银能够进入的孔 径与所施加压力成反比，测量直径1µm ～几百微米的孔。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相 孔隙中的水－液相 孔隙中的空气－气相
三相多孔体
3
01 概述
1.2 水泥硬化机理
硬化机理 结晶理论
胶体理论
产生凝结硬化的原因
水化硬化过程
水化反应生成晶体 相互交叉联结
溶解－沉淀过程：熟料矿物溶解于 水，与水发生水化反应，产物溶解 度更小，结晶沉淀。
水化反应生成大量胶体，由于干燥或 局部化学反应：熟料矿物不溶于水，
上图为温度平衡时，硬化水泥浆体的徐变和徐 变恢复曲线。
15
03 硬化水泥浆体性质
影响徐变的因素： （1）加荷应力
硬化水泥浆体，即使加荷的作用力很小，也能产生徐变变形，加荷应力在混凝土的强度的35%40%以下时，徐变变形大致与应力成正比。 总的影响规律是：加荷作用应力的比例与强度（强度）愈高，徐变愈大。 （2）材料强度
强结晶水
以OH-离子存在，占有晶格固定位置，有确 定含量比，结合力强，如：Ca(OH)2中的OH-
8
02 硬化水泥浆体组成与结构
（2）按实用 ——将所有自由水及吸附水除去，仅剩下结晶水
105℃加热、D-干燥(干冰－79℃ )、P-干燥(高氯酸镁)
蒸发水(We)
在规定的标准条件下能除去的水
浆体内孔隙体积的量度。蒸发水越多，孔隙率越大