硬化水泥浆体的组成与结构与其性质
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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
材料强度愈高，徐变愈小。混凝土中徐变主要来自硬化水泥浆体。
（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
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
（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
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用吸附法和压汞法测定孔径分布后，即可测得水泥浆体的总孔隙率。
（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
（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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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-
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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