第5章 水泥2

为2400kg/m3，比热容为0.96kJ/(kg· ℃)。求混凝土1d和3d
的绝热升温。 结果：24.4 ℃和30.1 ℃。
水化热对工程的影响
• 水化热积聚在内部不易散发出去，内部温度常升高到
50～60℃以上，内部和外部的温度差所引起的应力，
可使混凝土产生裂缝，因此水化热对大体积混凝土是 有害因素。在大体积混凝土工程中，不宜采用硅酸盐 水泥，应采用低热水泥。若使用水化热较高的水泥施 工时，应采取必要的降温措施。
• 国标要求：硅酸盐水泥
初凝时间≥45min； 终凝时间＜390min。
国标规定：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。为什么？ 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，
石膏量过多，在水泥凝结硬化后，石膏继续与固态的水 化铝酸钙反应，生成钙钒石，产生膨胀，体积增大1.5 倍。
（4） 强度 水泥强度是指水泥胶结能力的大小，用硬化一段龄期的水
泥胶砂强度来表示。 GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》： 试件尺寸：4040160mm 棱柱体； 胶砂配比：水泥 : ISO标准砂 : 水= 1 : 3 : 0.5；
游离MgO － 压蒸法引起的（MgO含量不超过5.0%）
石膏－长期浸水法 (SO3含量不超过3.5%）
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，造成水泥石开裂、翘曲。
52.5R
62.5 62.5R
≥17.0 ≥ 22.0 ≥ 23.0 ≥ 27.0 ≥ 28.0 ≥ 32.0
≥ 42.5 ≥ 42.5 ≥ 52.5 ≥ 52.5 ≥ 62.5 ≥ 62.5
≥ 3.5 ≥ 4.0 ≥ 4.0 ≥ 5.0 ≥ 5.0 ≥ 5.5
≥ 6.5 ≥ 6.5 ≥ 7.0 ≥ 7.0 ≥ 8.0 ≥ 8.0
孔中结晶膨胀，最终造成水泥石结构被涨裂。
（5） 防止水泥石侵蚀的措施 根据腐蚀原理和不同的腐蚀环境采取不同的措施。 • 根据工程的使用环境特点，合理选择水泥品种，或适 当掺加混合材料，减少可腐蚀物质的浓度，可提高水 泥石对各种侵蚀的抵抗能力。
• 提高水泥石的密实度，采取措施（如降低水灰比、掺
加外加剂等）减少水泥石结构的孔隙率，特别是提高
防止措施：混凝土预先在空气中放置一段时间，使水
泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水作用，生 成一层碳酸钙外壳，可减轻软水腐蚀。
（2） 盐类侵蚀 （硫酸盐，镁盐） 硫酸盐的侵蚀
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1.5倍以上，引起水泥石的破坏。
• 细度不符合要求的水泥为不合格品！
问题：为什么需要规定水泥的细度？ • 水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒 太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化； • 虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是 水化放热速度快，水泥收缩大，对水泥石性能不利； • 水泥越细，生产能耗越高，成本增加；
二次反应的重要意义：
第一，混合材料水泥的早期强度低，后期强度高，这是因 为混合材料的二次反应发生在后期。 第二，混合材料的水化产物中氢氧化钙含量少，因此其对 软水、海水、硫酸盐的腐蚀具有更强的抵抗能力。
§4.2 硅酸盐系通用水泥
硅酸盐水泥熟料＋石膏
＋
6~15% 混合材
＋
20~70% 矿渣
＋
20~50% 火山灰
＋
20~40% 粉煤灰＋16~50%两 Nhomakorabea种混合材
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
复 合 硅 酸 盐 水 泥
掺混合材料水泥的代号
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。
（3） 体积安定性 水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化 是否均匀的性质。若水泥石的体积变化均匀适当，则体 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。 国家标准（GB/T1346）规定： 游离CaO － 雷氏法（平均膨胀值不大于5.0mm) 试饼沸煮法（合格）
• 水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而
降低强度。
（2） 凝结时间 • 定义： 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。 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。 • 测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温度和 湿度下，用凝结时间测定仪来测定。
（3） 酸类侵蚀
碳酸腐蚀－工业污水、地下水中含有较多的二氧化碳，
可通过二次反应造成水泥石的破坏。
Ca(OH)2+CO2+H2O——CaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2O→←Ca(HCO3)2 一般酸的腐蚀－废水、地下水等水质中中含有的无机酸 对水泥石的破坏 HCl+ Ca(OH)2——CaCl2+2H2O H2SO4+ Ca(OH)2——CaSO4· 2O 2H
8 硅酸盐水泥的技术要求
国家标准GB175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》
（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： 80m方孔筛的筛余量百分数；
比表面积法 ：1kg水泥颗粒所具有的总表面积。 • 国标要求 硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。 普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。
4CaO Al2 O3 12 H 2O 3CaSO4 21H 2O 3CaO Al2 O3 3CaSO4 32 H 2O Ca (OH ) 2
如果硫酸钙浓度较高，可直接在孔隙中直接结晶为二水 石膏，产生明显的体积膨胀，引起破坏。
钙矾石
水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产 水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨 物引起的开裂 胀性结晶产物
（5） 水化热
水化热是指水泥水化时放出的热量。以kJ/kg来表示。 主要指标：放热总量与放热速度。 影响因素：熟料的矿物组成、水泥的细度（越细放热速度 越快），混合材料和外加剂的品种及数量。
例：PO42.5水泥1d水化热为188 kJ/kg，3d水化热为231
kJ/kg，假设每立方米混凝土用300Kg水泥，混凝土的密度
镁盐的腐蚀 镁盐主要为硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生 成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙。 MgSO4+Ca(OH)2——CaSO4.2H2O+Mg(OH)2
MgCl2+ Ca(OH)2——CaCl2+Mg(OH)2
生成的氢氧化镁松散且无胶凝性能，氯化钙易溶于水， 二水石膏将引起硫酸盐的侵蚀。因此镁盐对水泥石的侵 蚀是双重腐蚀。
（2）活性混合材材料
火山灰活性：材料细粉单独不具有水硬性，但是在常温下
与石灰一起和水拌和后，能生成水硬性化合物的性能。
活性混合材料：具有火山灰活性或潜在水硬性的材料，如 粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等，主要化学成分为活性 氧化硅和活性氧化铝。这些材料本身不会发生水化反应， 不产生胶凝性，但在氢氧化钙或石膏等溶液中，它们却能
强度等级所加入的天然或人工矿物材料。通常可分为活性 混合材料和非活性混合材料。 混合材料的作用：填充作用，调节强度等级、节省能源、 降低成本、增加产量、降低水化热等。 （1）非活性混合材料 与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很 弱的混合材料，为非活性混合材料。常见的有：磨细石英
砂；石灰石粉；粘土；慢冷矿渣
产生明显的水化反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。
xCa(OH)2 SiO 2 mH2O xCaO SiO 2 nH2O
xCa(OH)2 Al2O3 mH2O yCaO Al2O3 nH2O
掺混合材料的硅酸盐水泥水化时，水泥熟料首先水化产 生氢氧化钙，氢氧化钙再与活性混合材料中的活性氧化硅 和活性氧化铝反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙。因此 这一反应也称为“二次反应”。
水泥的原材料与生产
水泥的化学组成 水泥的水化和产物
石灰石、粘土及其他
四种主要成分 水化方程 四个阶段 影响因素
C3S C3A C2S C4AF
初始反应期 潜伏期 凝结期 硬化期
水泥的凝结硬化 水泥石的微观结构 固相组成，孔组成，水
熟料组成、细度、石膏掺量、 水灰比、养护时间、温度与湿度
硅酸盐水泥的基本特性
水泥品种 普通水泥 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 石灰石水泥 组成特点 6％～15％的混合材 20～70％矿渣 20～50％火山灰 20～40％粉煤灰 15～50％两种混合材 11％～25％的石灰石 代号 P· O P· S P· P P· F P· C P· L
1 水泥混合材料
水泥混合材料是指在水泥生产过程中，为改善性能、调节
表面的密实度，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道。
• 在水泥石结构的表面设置保护层（如涂料、贴面等致 密的耐腐蚀层），隔绝腐蚀介质与水泥石的联系。
小 结
为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能 物理力学性能 细度 体积安定性 强度 施工性能 凝结时间 耐久性能 软水腐蚀 盐类腐蚀 酸类腐蚀
水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落