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1、Department of Civil Engineering2.硅酸盐水泥的凝结和硬化凝结水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。 两个基本概念Department of Civil Engineering水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层水化物膜层随水化时间向内不断增厚。水化物膜层向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。水化物成为连续相，拌和水不断减少，并被分割成非连续相。随着水泥颗粒的
2、不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。Department of Civil Engineering（1 1）水泥矿物组成）水泥矿物组成（2 2）水泥细度）水泥细度（3 3）养护条件（温度、湿度）与时间）养护条件（温度、湿度）与时间 （4 4）石膏掺量）石膏掺量（5 5）水灰比）水灰比（6 6）掺合料及水泥外加剂）掺合料及水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素 R( (t) = ) = f(C(C3 3S)S)f( (细度细度) )f(T)(T)f( (W/C) )Department of Civil Engineering1.密度与堆积
3、密度密度密度 3.053.20 g/cm3，混凝土配合比计算时，一般，混凝土配合比计算时，一般取取3.10 g/cm3 。堆积密度堆积密度 10001600kg/m3，计算时一般取，计算时一般取1300 kg/m3 。密度的测量方法密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。排液法，用煤油作为测量液体。 四、硅酸盐水泥的技术性质四、硅酸盐水泥的技术性质Department of Civil Engineering2. 细 度 细度是指水泥粉体的粗细程度细度。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30
4、0m2/kg。80m方孔筛的筛余量不大于10%；45 m方孔筛的筛余量不大于30%细度不符合要求的水泥为不合格品！ Department of Civil Engineering3. 标准稠度用水量 标准稠度：标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试杆下沉距底部61）mm时的水泥净浆的稠度。 标准稠度用水量：标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，与水泥质量的比来表示。 硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在25%-29%。 Department of Civil Engineering测试仪器：测试仪器：Vicat 仪仪In 1817, Louis V
5、icat discovered artificial cement. His son, Joseph created the Vicat Company in 1853. 离底离底57mm的用水量的用水量Department of Civil Engineering4. 凝结时间 水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间凝结时间 。初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。 对于硅酸盐水泥对于硅酸盐水泥 初凝时间初凝时间45min45min； 终凝时间终凝时间390min390
6、min。 测定方法：测定方法： 用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下测定。Department of Civil Engineering水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定标准稠度标准稠度水泥浆水泥浆离底离底35mm为初凝为初凝终凝终凝0.5mmDepartment of Civil Engineering 注：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。原因：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。Depa
7、rtment of Civil Engineering5. 体积安定性 基本概念：基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。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体积安定性不良的水泥为废品！废品！Department of Civil Engineering水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。 因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98和2.48倍。产生不均
8、匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀 。检测方法：雷氏夹法 Department of Civil Engineering雷氏法雷氏法合格标准：d-105mm。Department of Civil Engineering6.强度 检验方法检验方法胶砂法胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：试件尺寸：4040160mm棱柱体；棱柱体；胶砂配比：胶砂配比： 水泥水泥 : : ISO标准砂标准砂 : : 水水= 1 : 3 : = 1 : 3 : 0.5；振动成型：振动成型： 分两层装入物料，每层振动分两层装
9、入物料，每层振动6060次。次。试件养护：试件养护： 在在20C 1C，相对湿度不低于相对湿度不低于90%的雾室或养护箱的雾室或养护箱中中24h，然后脱模在然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期；的水中养护至测试龄期；Department of Civil Engineering100mm160mm抗折强度试验抗折强度试验PPP抗压强度试验抗压强度试验强度测量：强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为再进行抗压强度试验。受压面积为4040 40=1600mm240=1600mm2。 结果计算
10、：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。平均值。Department of Civil Engineering强度等级：根据强度等级：根据3 3天和天和2828天强度测试结果，将水泥强度天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级划分若干个强度等级 Department of Civil Engineering7.水化热 概念：概念： 水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水化热。C3Sb-C2SC3AC4AFFree CaOFree MgOOrdinary Portland
11、 cementsSulphate-resisting and blast-furnace cementsPozzolanic cementsHigh alumina cements50025013404201150840375-525355-440315-420545-585各种熟料矿物的水化放热量：各种熟料矿物的水化放热量：J/gJ/gDepartment of Civil Engineering放热主峰放热主峰放热速度逐渐减慢放热速度逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线放热速度很低放热速度很低Department of Civil Engineering1)1)软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（
12、溶出性侵蚀） 机理：机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2溶解，溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。快。 破坏形式：破坏形式： 水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝水化物的分解、溶失，造成水泥石
13、密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。增多、强度降低，直至整体破坏。 8.8. 水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 Department of Civil Engineering2)2)盐类腐蚀（硫酸盐、镁盐）盐类腐蚀（硫酸盐、镁盐） 硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，倍，引起水泥石的破坏。引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，
14、引起破坏。坏。 Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O +2NaOH C3A+ 3CaSO42H2O +26H2OC3A3CaSO432H2O MgCl2+ Ca(OH)2CaCl2+Mg(OH)2 MgSO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O+Mg(OH)2Department of Civil Engineering3)3)酸类腐蚀酸类腐蚀 A:一般酸腐蚀水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。 Ca(OH)2+2H+Ca2+ +H2OB:碳酸腐蚀 Ca(OH)2+ CO2+ H2O CaCO3 +H2O CaCO
15、3 + CO2+ H2O Ca（HCO3）2水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落Department of Civil Engineering4)4)强碱腐蚀强碱腐蚀 腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。 3CaOAl2O3+6NaOH Na2OAl2O3 +3Ca(OH)2 Department of Civil Engineering防止水泥石腐蚀的措施防止水泥石腐蚀的措施 主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施， 1.1.根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水
16、泥石中不稳定组根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；分的含量； 2.2.提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；比、掺加外加剂等； 3.3.表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。 五、硅酸盐水泥的应用和存放 Department of Civil Engineering问题？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？ 答: 水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，水化反应速度越快。硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最大？哪一种水化热最小？ 答： 铝酸三钙
17、C3A水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸二钙C2S水化热最小。为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？ 答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的残余物；烧失量是指水泥经高温灼烧后的质量损失率。这两项指标超标表示水泥中不能水化的杂质含量大，影响水泥硬化后的性能。Department of Civil Engineering问题？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？ 答：水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，它必须具有强度和体积安定性；细度和标准稠度用水量是相互关联的，用水量大将影响强度；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性
18、有影响；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。Department of Civil Engineering问题：标准稠度用水量与什么因素有关？问题：标准稠度用水量与什么因素有关？为什么？为什么？ 解答： 与水泥细度、水泥矿物组成、混合材掺量等有关。因为水泥颗粒越细，比表面越大，表面吸附水越多；水泥矿物组成和混合材掺量不同，颗粒的表面吸附特性不同，吸附水量不同。 Department of Civil Engineering问题：问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？比、养护条件、养护时间等？ 解答：水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。Department of Civil Engineering问题 ？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？ 答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。 因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。
