胶凝材料——水硬性胶凝材料
什么是水硬性胶凝材料

什么是水硬性胶凝材料
水硬性胶凝材料是一种常见的建筑材料,它在建筑领域中扮演着非常重要的角色。
水硬性胶凝材料是指在水的存在下,通过化学反应产生胶凝物质,然后形成坚固的材料。
常见的水硬性胶凝材料包括水泥、石膏、石灰等。
这些材料在建筑工程中被广泛应用,为建筑物的结构和外观提供了坚固的支撑和美观的装饰。
水硬性胶凝材料的主要成分是无机物质,它们通过水的存在进行化学反应,形
成坚固的胶凝物质。
水泥是其中最常见的一种水硬性胶凝材料,它由石灰石、粘土和其他辅助原料经过研磨、混合、煅烧等工艺制成。
水泥在建筑工程中被广泛用于混凝土、砌体、砂浆等材料的制备,为建筑物的结构提供了坚固的支撑。
除了水泥之外,石膏也是一种常见的水硬性胶凝材料。
石膏是一种含水石膏矿
石经过粉碎、煅烧、研磨等工艺制成的粉状物质。
它在建筑领域中被用于制备石膏板、石膏线条、装饰石膏等材料,用于装饰建筑物的内部和外部。
此外,石灰也是一种重要的水硬性胶凝材料。
石灰是一种无机化合物,它可以
和水发生化学反应,生成氢氧化钙,然后在空气中吸收二氧化碳,逐渐形成碳酸钙,从而使材料逐渐硬化。
石灰在建筑工程中被用于砂浆、灰浆、石灰石膏墙等材料的制备,为建筑物提供了坚固的支撑和美观的装饰。
总的来说,水硬性胶凝材料是建筑工程中不可或缺的材料,它们通过化学反应
形成坚固的胶凝物质,为建筑物的结构和外观提供了坚固的支撑和美观的装饰。
水泥、石膏、石灰等是常见的水硬性胶凝材料,它们在建筑领域中发挥着重要的作用,为人们的生活和工作提供了便利和舒适。
希望本文能帮助大家更好地了解水硬性胶凝材料,为建筑工程的发展做出贡献。
水工胶凝材料

水工胶凝材料胶凝材料是一种经自身的物理、化学作用,能由浆体(液态或半固态)变成坚硬的固体物质,并能将散粒材料或块状材料黏结成一个整体的物质。
胶凝材料按化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。
无机胶凝材料按凝结的条件不同又可分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。
气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化,并保持和提高自身强度;水硬性胶凝材料不仅能在空气中还能在水中凝结硬化,保持和提高自身强度。
工程中常用的石灰、石膏、水玻璃属于气硬性胶凝材料,各种水泥属于水硬性胶凝材料。
第一节气硬性胶凝材料一、石灰石灰是一种气硬性无机胶结材料,就硬化条件而言,石灰只能在空气中硬化,其强度也只能在空气中保持并连续增长。
石灰是由以碳酸盐类岩石(石灰石、白云石、白垩、贝壳等)为原料,经900~1300℃煅烧而成。
石灰是人类最早应用的气硬性胶凝材料,其化学成分主要是氧化钙,反应式为(一)石灰的消化与硬化过程1.石灰的消化块状生石灰与水相遇,即迅速水化、崩解成高度分散的氢氧化钙细粒,并放出大量的热,这个过程称为石灰的“消化”,又称水化或熟化。
石灰熟化的化学反应式为石灰熟化时放出大量的热,体积增大1.0~2.0倍。
工地上熟化石灰常用两种方法,即消石灰浆法和消石灰粉法,以适应不同工程需求。
石灰中一般都含有过火石灰,过火石灰熟化慢,若在石灰浆体硬化后再发生熟化,会因熟化产生的膨胀而引起隆起和开裂。
为了消除过火石灰的危害,石灰在熟化后,还应“陈伏”两周左右。
2.石灰的硬化石灰的凝结硬化是干燥结晶和碳酸化两个交错进行的过程。
消石灰浆在使用过程中,因游离水分逐渐蒸发,或为附着基面所吸收,浆体中的氢氧化钙溶液过饱和而结晶析出,产生“结晶强度”,并具有胶结性。
浆体中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应,生成碳酸钙晶体,反应式为由于干燥结晶和碳化过程十分缓慢,且氢氧化钙易溶于水,故石灰不能用于潮湿环境及水下的建筑物中。
(二)石灰的技术性质根据我国建材行业标准《建筑生石灰》(JC/T 479—2013)、《建筑生石灰粉》(JC/T 480—2013)和《建筑消石灰》(JC/T 481—2013)的规定,各类石灰产品都划分为优等品、一等品和合格品3个质量等级,详见表9-1~表9-3。
胶凝材料的定义与分类(精)

·水泥生产管理的信息化 Ⅰ.水泥生产过程的自动化、智能化, Ⅱ.生产管理决策的科学化、网络化和信息化, Ⅲ.企业商务活动电子化、网络化、信息化。
2、中国水泥工业的发展概况
中国水泥工业自1889年开始建立水泥 厂,水泥工业先后经历了初期创建、早期 发展、衰落停滞、快速发展及结构调整等 阶段。改革开放以来,中国水泥生产年产 量平均增长12%以上,85年水泥总产量跃 居世界第一,并保持至今,水泥总产量占 世界水泥总产量的30%以上。
·产业结构调整 蓬勃发展阶段 90年代—本世纪
初 A.产业结构调整 1)东部和沿海沿江经济发达地区原则上发展日产 4000吨及以上的新型干法窑外分解水泥生产线; 2)其他地区可发展日产2000吨~4000吨的新型干 法线; 3)除边远地区、交通不便、经济欠发达地区外, 原则上不再扩建、新建日产1000吨及以下规模的生 产线。
最大特色是水泥产品的80%是由立窑水 泥企业生产的。改革开放以来,我国水泥 生产年产量平均增长12%以上,1985年水 泥总产量跃居世界第一,并保持至今,水 泥总产量占世界水泥总产量的30%以上
我国成为水泥大国,但并不是水泥强国。 主要表现在: (1)是立窑水泥企业仍占较大比例; (2)是水泥生产技术进步快,总体技术水平与 世界先进水平有较大差距; (3)是水泥产结构不合理,大中型水泥企业数 量少,高标号水泥产量比例低; (4)是水泥行业职工队伍,技术队伍力量不足, 人才相当缺乏。
B.发展状况 1)到2005年底,全国累计建成投产的新型 干法生产线有600条以上,预分解窑水泥产 量占全国水泥总产量的比例,由2002年的 16.8%增长到38.8%;
2)在未来的5年里,中国新型干法水泥工业 的平均增长率有望保持在8%左右,到2010 年预分解窑水泥产量占全国水泥总产量的 比例达到50%以上; 3)2500t/d熟料左右的生产线,在沿海发达 地区的竞争能力已经大大下降,许多大型 集团把建设5000t/d以上级生产线作为发展 重点(仅海螺集团一家就建成投产了四条 10000t/d熟料生线)。
土木工程材料3 水硬性胶凝材料

ettringite,AFt)。后期转变为单硫型硫铝酸钙(monosulfate
hydrates, Afm)。AFt—针状晶体;Afm—六方片状晶体。
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2)水泥的硬化(hardening)
第一阶段:拌水起至初凝时,C3S迅速反应 生成Ca(OH)2。石膏和C3A反应生成AFt。 水泥浆呈塑性状态。 第二阶段:从初凝起至 24h ,水化加速,生 成较多的Ca(OH)2、AFt、C-S-H凝胶,水 泥凝结。 第三阶段: 24h 以后直到水化结束。所有水 化产物生成,数量不断增加,结构更加致 密,强度不断提高。
3 水硬性胶凝材料( cement )
水硬性胶凝材料是指能与水发生化学反应凝结和硬化, 且在水下也能够凝结和硬化并保持和发展其强度的胶凝材 料。水泥是一种典型的水硬性胶凝材料。 常用的是通用硅酸盐水泥,主要品种有:普通硅酸盐 水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅 酸盐水泥等。 此外,还有铝酸盐水泥等其他系列水泥。
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3.1 硅酸盐水泥
3.1.1 硅酸盐水泥的生产和矿物组成
1)原材料与生产简介
石灰石质—石灰石、白垩
CaO SiO2、Al2O3、Fe2O3 Fe2O3
粘土质—粘土、页岩
校正原料(少量)——铁粉
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工艺:“二磨一烧”
水泥生产工艺流程示意图
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某新型干法旋窑水泥生产线
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2)硅酸盐水泥熟料的矿物组成
石膏耗尽时,钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物所胀破,C3A等矿物
再次快速水化,水泥颗粒间逐渐相互靠近,直至连接形成骨架。水泥浆
的塑性逐渐消失,直到终凝。
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水硬性胶凝材料

水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料是指在水的存在下通过水化反应生成硬化胶凝体的材料。
常见的水硬性胶凝材料主要包括水泥、石膏和石灰等。
其中,水泥是最常用的水硬性胶凝材料之一。
它通过将水泥与水混合,并在一段时间内进行反应,形成坚硬的胶凝体。
水泥的主要成分是石灰石和粘土,经过破碎、磨制和混合成粉末状的水泥熟料,再经过烧制和研磨加工形成水泥粉。
在水的湿润下,水泥粉与水发生水化反应,形成具有一定强度和耐久性的水泥石。
石膏是另一种常见的水硬性胶凝材料。
它通过石膏矿石的石膏石(CaSO4·2H2O)经过煅烧、研磨和筛分等工艺,得到石膏粉。
在与适量的水混合后,石膏粉与水发生水化反应,形成石膏石。
石灰也是一种常用的水硬性胶凝材料。
石灰主要包括生石灰和熟石灰两种。
生石灰是指石灰石经过石灰窑内高温煅烧后得到的产物,石灰石中的CaCO3 通过石灰窑内的煅烧反应变成CaO。
熟石灰是指将生石灰与适量的水混合,发生水化反应生成石灰石。
水硬性胶凝材料有很多应用领域。
最常见的是建筑领域,用于制作混凝土、砂浆和砌块等。
水硬性胶凝材料可以通过调整配比和工艺,调控其强度、硬化时间和耐久性等性能,满足不同工程的需求。
另外,在其他领域,如矿山填埋、地基处理、固化污染土壤、制备人造石材和艺术品等方面也有广泛的应用。
然而,水硬性胶凝材料也存在一些问题。
例如,水泥的制造过程消耗大量的能源和原材料,对环境造成一定的影响;同时,硬化后的胶凝体在长期使用过程中会产生一些老化、开裂和腐蚀等问题,需要进行维修和防护。
因此,需要在材料的选择、工艺的控制和结构的设计等方面进行综合考虑,提高水硬性胶凝材料的性能和可持续性。
水硬性胶凝材料

火山灰质混合材料
凡是天然的或人工的以活性氧化硅 和活性三氧化二铝为主要成分,具有火山 灰活性的矿物质材料,都称为火山灰质混 合材料。
粉煤灰
粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道
灰,其颗粒直径一般为 0.001~0.05mm ,呈 玻璃态实心或空心的球状颗粒,表面比较 致密。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和 活性三氧化二铝。
Ⅱ型硅酸盐水泥,代号P.Ⅱ。
水泥生产
硅酸盐水泥是以石灰质原料 ( 如石灰 石等)与粘土质原料(如粘土、页岩等)为主, 有时加入少量铁矿粉等,按一定比例配合, 磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生 产),经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至 部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的水 泥熟料,再与适量石膏共同磨细,即可得 到P· Ⅰ型硅酸盐水泥。
四、铁铝酸四钙
1、水化速度:早期介于C3A、C3S间,后期的 发展不如C3S; 2、早期强度似C3A,后期能增长,似C2S 3、水化热较C3A低,抗冲击性能和抗硫酸盐性 能较好。
28d内绝对强度:C3S>C4AF>C3A>C2S 水 化 速 度:C3A> C4AF> C3S>C2S 水 化 热: C3A> C3S> C4AF> C2S
熟料的矿物组成及其特性
水泥熟料矿物的主要特性
矿物名称 含量范围(质 量%)
水化反应速度 强 度
硅酸三钙 37~67
快 高 较高
硅酸二钙 15~30
慢 早期低, 后期高 低
铝酸三钙 7~15
最快 低 最高
铁铝酸四钙 10~18
快 低(含量多时对 抗折强度有利) 中
水 化 热
熟料矿物磨细加水,均能单独与水发生化学反应, 其特点见上表。
教师引导,学生探索
胶凝材料——水硬性胶凝材料

内容提要: 主要介绍硅酸盐水泥的熟料矿物组成、
水化硬化机理、影响水化的因素;硅酸盐水 泥主要技术性质;水泥石的腐蚀和防止; 同时介绍了其它掺混合材的水泥和装饰水 泥的特性及应用,达到正确选择和使用水 泥的目的。
重点:水泥的性能和使用
水硬性胶凝材料系指既能在空气中硬化,又 能在潮湿介质或水中继续硬化,并不断增进其 强度的一类材料,如硅酸盐水泥、铝酸盐水 泥、硫铝酸盐水泥等。
一、硅酸盐水泥生产原材料
1、原料:
1)石灰质原料 主要提供CaO,
2)粘土质原料 主要提供SiO2 、 Al2O3
3)校正原料
以及Fe2O3。
补充两种原料中所缺少的铁或硅。
材料:铁矿石、黄铁矿渣、砂岩等。
2.硅酸盐水泥生产工艺概述
1)把几种原材料按适当比例配合,在磨机中磨成生料;
2)将制备好的生料入窑进行煅烧,烧至1450℃左右生成 以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”;
1.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成
硅酸三钙 3CaO · SiO2, 简式为C3S, 37%~60%; 硅酸二钙 2CaO · SiO2, 简式为C2S, 15%~37%; 铝酸三钙 3CaO · Al2O3, 简式为C3A, 7%~15%; 铁铝酸四钙4CaO · Al2O3 · Fe2O3, 简式为C4AF, 10% ~18%。
水泥凝结硬化的 过程就是: 溶解 饱和 胶化 结晶
水泥的水化示意图1
水泥的水化示意图2
水化产物不断生成,各种颗粒连接成网,使 水泥凝结
水泥的水化示意图3
随着水化的进行,水化产物数量不断增加, 结构更加致密,强度不断提高。
水泥的水化示意图4
水泥水化产物
胶凝材料

胶凝材料:是指土木工程材料中,经过一系列物理作用、化学作用,能将散粒状或块状材料粘结成整体的材料水硬性胶凝材料:是既能在空气中硬化,还能更好地在水中硬化、保持并发展其强度的无机胶凝材料。
过火石灰:是指石灰生产时局部煅烧温度过高,在表面有熔融物的石灰。
欠火石灰:是指由于生产石灰的原料尺寸过大、煅烧温度偏低或煅烧时间不充足,石灰石中的碳酸钙未完全分解的石灰。
安定性:是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。
混合材料磨成细粉,与石灰或与石灰和石膏拌合,加水后在常温下能生成具有水硬性的产物,这种混合材料就叫活性混合材料非活性混合材料:是指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料2—12石灰的技术性质有那些?为何水泥砂浆中掺入石灰膏会提高可塑性?技术性质:1)可塑性好、2)硬化较慢、强度低、3)硬化时体积收缩4)耐水性差5)生石灰吸湿性强,提高可塑性:由于石灰膏和消石灰成分中氢氧化钙颗粒非常小,调水后具有较好的可塑性。
2—20.影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素有哪些?如何影响?(如何影响p44主要因素:1)熟料矿物成分:水泥熟料各矿物成分水化反应的速度不同,会对凝结时间产生影响。
2)细度:细度是指水泥颗粒的大小。
在矿物组成相同条件下,水泥颗粒越小,与水反应的表面积就越大,凝结硬化速度越快。
3)水灰比:水灰比越大,水泥浆体越稀,水泥颗粒间水分增加,水泥凝结时间延长。
因而测定水泥凝结时间映采用标准稠度的水泥浆。
4)温度和湿度:5)养护时间:6)石膏2—21.引起水泥安定性的因素有哪些?1)熟料中游离氧化钙过多2)熟料中游离氧化镁过多。
3)石膏掺量过多混凝土混凝土拌合物和易性:又称工作性,是指混凝土拌合物在一定的施工工艺及设备条件下,易于进行搅拌、运输、浇灌、捣实成型等施工操作,并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。
10、在混凝土中掺入减水剂可获得那些经济技术效果?答:减少用水量,提高混凝土强度;可节约水泥用量;提高混凝土的耐水性;延缓拌合物的凝结时间,降低水化放热的速度;改善和易性;16分析影响混凝土强度的主要因素?提高强度的措施?混凝土的变形有那些?主要因素:有水泥强度等级和水灰比、外加剂和掺合料、骨料、施工条件、养护龄期和试验方法等。
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因此,硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。
CaO 石灰石
石膏
SiO2,Al2O3,粘 土 Fe2O3
铁矿粉
配料
磨细
生料
煅烧 熟料
Ⅰ型水 泥
1450℃
磨细
硅酸盐水泥生产工艺示意图
水 泥 厂 照 片
二、硅酸盐水泥的组成材料
水泥:凡细磨材料与水混合 后成为塑性浆体,经一系列物 理化学作用凝结硬化变成坚硬 的石状体,并能将砂石等散状 材料胶结成为整体的水硬性胶 凝材料,通称为水泥。
装饰工程中常用的水泥主要有白 色水泥和彩色水泥,可以用他们配置 装饰砂浆和装饰混凝土,或制水磨石、 水刷石等。
水泥的分类
• 按矿物组成: 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥
一、硅酸盐水泥生产原材料
1、原料:
1)石灰质原料 主要提供CaO,
2)粘土质原料 主要提供SiO2 、 Al2O3
3)校正原料
以及Fe2O3。
补充两种原料中所缺少的铁或硅。
材料:铁矿石、黄铁矿渣、砂岩等。
2.硅酸盐水泥生产工艺概述
1)把几种原材料按适当比例配合,在磨机中磨成生料;
2)将制备好的生料入窑进行煅烧,烧至1450℃左右生成 以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”;
水泥标准筛(80mm方孔筛)
体积安定性不良
体积安定性检验(试饼法)
体积安定性检验(雷氏夹法)
C-A< 5mm ︱(C2-A2)- (C1-A1) ︱< 4mm
2.标准稠度及其用水量 • 国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定
性时需用“标准稠度”的水泥净浆。 • 标准稠度用水量——不同水泥达到标准稠度时所 需的加水量。用水泥标准稠度测定仪测定。通常用 水与水泥质量比(水灰比)表示,一般在21~28 %。 • 影响因素-矿物成分、细度、混合材及掺量。
11.2 水硬性胶凝材料
内容提要: 主要介绍硅酸盐水泥的熟料矿物组成、
水化硬化机理、影响水化的因素;硅酸盐水 泥主要技术性质;水泥石的腐蚀和防止; 同时介绍了其它掺混合材的水泥和装饰水 泥的特性及应用,达到正确选择和使用水 泥的目的。
重点:水泥的性能和使用
水硬性胶凝材料系指既能在空气中硬化,又 能在潮湿介质或水中继续硬化,并不断增进其 强度的一类材料,如硅酸盐水泥、铝酸盐水 泥、硫铝酸盐水泥等。
至水泥浆完全失去可塑性并开始产生 强度所需的时间。 • GB1346规定: t初≮45min
t终≯6.5h
4.体积安定性
• 定义-是水泥硬化后因体积膨胀而产生不均匀变形 的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理。
• 胶体-水化硅酸钙(C-S-H) 50% 水化铁酸钙
水泥石结构:未水化的水泥颗粒+水泥凝胶+ 毛细孔(含水)
已水化的水 泥浆里留下 的孔隙
未水化水 泥颗粒
四、影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素
1、水泥孰料的矿物组成 2、水泥细度—越细反应速度越快 3、用水量(水灰比)—越大,反应速度越快 4、龄期(养护时间) 5、环境温湿度(养护条件) 6、石膏掺量—起缓凝作用,掺过少不起作用,会导致
净浆搅拌
先加拌和水:120150ml;
水泥:500g(5-10s内加 完)
搅拌:低速120s
停:15s
高速: 120s
标准稠度用水量测定(标准法)
释放试杆30s时读数: 试杆离底板5~7mm的 水泥浆为标准稠度水泥浆
3.凝结时间 • 初凝时间(t初)-水泥开始加水拌和
至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。 • 终凝时间(t终) -水泥开始加水拌和
速凝。 研究水泥凝结硬化的影响因素目的是为了能更好的调节
水泥性能,和在混凝土中合理选用水泥。
五、硅酸盐水泥的技术性质
1、密度、细度
• 密度:3.05~3.20g/cm3,一般取3.1 • 堆积密度:1.3 g/cm3 • 细度-指水泥颗粒的粗细程度,用筛余
或比表面积表示(300~350 m2/kg),影响水泥的 水化速度、收缩等性质 粒径: < 3µm 水化非常迅速,需水量增大; >40 µm 水化非常缓慢,接近惰性。
水泥凝结硬化的 过程就是: 溶解 饱和 胶化 结晶
水泥的水化示意图1
水泥的水化示意图2
水化产物不断生成,各种颗粒连接成网,使 水泥凝结
水泥的水化示意图3
随着水化的进行,水化产物数量不断增加, 结构更加致密,强度不断提高。
水泥的水化示意图4
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)
• 按用途: 通用水泥-硅酸盐系列的六大品种 专用水泥-道路水泥、大坝水泥、 装饰水泥 特种水泥-膨胀水泥、快硬水泥
输水管
内 径 6.6m 外 径 7.5m
美 国
加 州 引 水 渠
2008-9-5
材料工程系
9
正在建设中的三峡大坝
挪
威 的
海 上 石 油 钻 井 平 台
11.2.1 硅酸盐水泥的生产
1.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成
硅酸三钙 3CaO • SiO2, 简式为C3S, 37%~60%; 硅酸二钙 2CaO • SiO2, 简式为C2S, 15%~37%; 铝酸三钙 3CaO • Al2O3, 简式为C3A, 7%~15%; 铁铝酸四钙4CaO • Al2O3 • Fe2O3, 简式为C4AF, 10% ~18%。
以上四种矿物C3S和C2S占总含量的70%以上,因此 称为硅酸盐水泥。
2、石膏
水泥与水相遇会瞬凝,无法施工。掺入石膏可以起 缓凝作用。
石膏掺量过少起不到缓凝作用,掺量过多又会有促 凝效果。因此要控制好掺量。
3、混合材料
硅酸盐水泥主要矿物组成与特性
矿物组成
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
C3S
C2S
C3A
C4AF
与水反应速度 中
慢
快
中
水化热
中
低
高
中
对强度 早期 高
低
高
高
的作用
ห้องสมุดไป่ตู้
后期 高
高
低
低
耐化学侵蚀
中
良
差
优
干缩性
中
小
大
小
三、水泥的水化、凝结、硬化
• 1、水化-水泥加水拌合后,水泥颗粒立即分散于 水中并与水发生化学反应,生成水化产物并放出 热量。 • 2、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。 • 3、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)- 水泥石(固体)