土木工程材料 第四章 水泥

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1、第四章水泥掌握：通用水泥熟料的矿物组成及特性、主要技术性质和应用熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管了解：其他品种水泥的性质和应用本章教学目标水泥的分类按化学成分：硅酸盐系列水泥铝酸盐系列水泥硫铝酸盐系列水泥铁铝酸盐系列水泥按用途：通用水泥－六大品种专用水泥－砌筑水泥、大坝水泥特种水泥－膨胀水泥、快硬水泥通用硅酸盐水泥定义（GB175-2007)通用硅酸盐水泥——是指以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。按混合材料的品种和掺量不同，可分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。第一节硅酸盐水泥

2、第二节掺混合材料的硅酸盐水泥第三节其他品种水泥重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、水化硬化机理、影响水化因素；硅酸盐水泥主要技术性质及应用；水泥石的腐蚀和防止;掺混合材料硅酸盐水泥主要技术性质及应用。了解其它品种水泥。第一节硅酸盐水泥硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、0％～5％混合材料（如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PortlandCement。分类：Ⅰ型硅酸盐水泥(P.Ⅰ)－不掺混合材Ⅱ型硅酸盐水泥(P.Ⅱ)－掺小于5％的混合材依GB175-1999:42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级输水管内径6.6m外径7.5

3、m巴西Itaipu坝正在建设中的三峡大坝三峡大坝美国加州引水渠加拿大Montreal体育馆一、硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥的熟料成分硅酸三钙（3CaO.SiO2）－C3S36～60％硅酸二钙（2CaO.SiO2）－C2S15～37％铝酸三钙（3CaO.Al2O3）－C3A7～15％铁铝酸四钙（4CaO.Al2O3.Fe2O3）－C4AF10～18％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。熟料矿物对水泥性质的影响矿物名称特性强度发展水化热凝结硬化速率耐腐蚀能力早期后期C3S大大中中中C2S小大小

4、慢良C3A小小最大最快差C4AF小小中中优二、水泥的水化、凝结、硬化水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。水泥＋水（流体）－可塑性浆体（塑性体）－固体水泥水化反应2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2胶凝性强强度高不溶水2(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2板状晶体强度高微溶水3CaO.Al2O3+

5、6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O立方晶体强度低溶于水4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O—3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O胶凝性弱强度低难溶水反应生成物：晶体胶体水泥水化反应钙矾石针状晶体强度高不溶于水水泥水化产物晶体－氢氧化钙20～25％水化铝酸钙水化硫铝酸钙（石膏作用下生成）胶体－水化硅酸钙（C-S-H）50％以上水化铁酸钙水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石C-S-H水化硅酸钙凝胶CHCrystal氢氧化钙晶体电镜下的水泥水化产物图水泥的水化示意图水泥的水化示意图2水泥的水化示意图3水泥的水化示意图4水泥的水化示意图5水泥

6、的水化示意图6水泥的水化示意图7水泥的水化示意图8硬化前未水化水泥颗粒水C-S-H钙矾石石灰硬化后水灰比水化产物填充空隙并将水泥颗粒连接在一起已水化的水泥浆里留下的孔隙未水化水泥颗粒三、水泥石的结构水泥石的组成：未水化水泥颗粒水化产物－晶体、胶体毛细孔、凝胶孔水泥石是多相（固相、液相、气相）多孔体系，水泥石的工程性质取决于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型和相对含量、内部孔的大小、形状和分布状态。毛细孔－未被水化产物所填充的原充水空间凝胶孔－C-S-H内部的结构孔28％水泥石的结构A－－未水化水泥颗粒B－－胶体粒子C－－晶体粒子D－－毛细孔（毛细孔水）E－－凝胶孔影响水泥

7、石结构的因素水泥熟料矿物组成水灰比（Water/Cement）水化程度水化时间－龄期温度、湿度外加剂养护对水泥强度发展的影响蒸汽养护蒸气养护的水泥混凝土构件四、硅酸盐水泥的技术性质体积安定性细度标准稠度用水量凝结时间强度与强度等级化学指标（一）硅酸盐水泥的细度（选择性指标）定义细度－－指水泥颗粒的粗细程度。讨论与分析缺点:水泥越细优点：？硅酸盐水泥和普通水泥的细度以比表面积表示，其比表面积应大于300m2/kg。其余水泥细度以筛余表示GB规定与水发生水化反应的速度越快，水泥石的早期强度越高。总表面积越大