第2章無機膠凝材料

概述膠凝材料（結(jié)合料）——經(jīng)物理、化學作用，能將散粒狀或塊狀材料粘結(jié)為整體的材料。第2章無機膠凝材料

無機膠凝材料（以無機化合物為基本成分）有機膠凝材料（天然的或合成的有機高分子化合物為基本成分）（瀝青、樹脂）

按凝結(jié)硬化條件分類

氣硬性膠凝材料——只在空氣中硬化

（石灰、石膏）

水硬性膠凝材料——空氣、水中皆可硬化（水泥）

2.1石灰

2.1.1石灰的生產(chǎn)

1.原料

——以CaCO3為主要成分的巖石(石灰石、白堊等)

富含CaCO3

部分MgCO3

2.煅燒塊狀生石灰的特點：

CaO質(zhì)量幾乎下降一半,但體積縮小很少,故優(yōu)質(zhì)生石灰應為白色疏松結(jié)構(gòu)。欠火石灰：溫度過低/時間不夠/石灰石不能充分燒透,存在硬心過火石灰：溫度過高/時間過長/顏色深（褐、黑）塊狀生石灰1005644注意過火石灰可以使用，但應陳伏半個月2.1.2石灰的熟化與硬化

1.石灰的熟化（消化）

CaO+H2O——Ca(OH)2+Q（64.9KJ）注意：

消解安全措施：分層消解體積膨脹1-2.5倍放熱反應

2.硬化

1）干燥結(jié)晶硬化：水分蒸發(fā)，氫氧化鈣過飽和析晶——結(jié)晶強度產(chǎn)生2種強度2）碳化：

Ca（OH）2＋CO2＋H2O——CaCO3

碳化強度水分蒸發(fā)，產(chǎn)生毛細管壓力，壓密石灰粒子——附加強度石灰的生產(chǎn)、消解、硬化小結(jié)過火石灰存在,陳伏半個月左右

——常見實例：陳伏時間不夠，引起房屋抹面層凸起開裂消解為石灰膏/乳的作用

——水層隔絕空氣，避免發(fā)生碳化消解安全

——分層消解，熱量較快散釋

2.1.3石灰分類2.石灰的存在形成

塊狀生石灰——煅燒直接獲得生石灰粉——塊狀生石灰磨細

消石灰粉——生石灰消解石灰膏/乳——生石灰+過量水鈣質(zhì)石灰（MgO≤5％）鎂質(zhì)石灰（MgO>5％）特點：熟化較慢，但硬化強度稍高。1.按MgO含量分類CaOCa(OH)22.1.4石灰的技術(shù)特性1.有較好的可塑性生石灰熟化為石灰漿時，形成了顆粒極細（直徑約為1μm）的呈膠體分散狀態(tài)的氫氧化鈣，表面吸附一層厚水膜。因此用石灰調(diào)成的石灰砂漿突出的優(yōu)點是具有良好可塑性。水泥砂漿石灰漿混合砂漿一種常用的改善水泥砂漿塑性的方法2.1.4石灰的技術(shù)特性2.硬化過程緩慢石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：結(jié)晶作用——游離水分蒸發(fā)，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結(jié)晶。碳化作用——氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結(jié)晶，釋出水分并被蒸發(fā)。2.1.4石灰的技術(shù)特性3.硬化后強度低石灰的硬化只能在空氣中進行，硬化后強度不高。受潮后石灰溶解，強度更低，在水中還會潰散。石灰砂漿（1∶3）28天強度僅為0.2-0.5MPa。為充分消化石灰，獲得較好的塑性，拌制石灰的用水量較大，石灰凝結(jié)硬化時多余水分蒸發(fā)，會留下大量孔隙，因而其密實性很差。所以，石灰不宜在潮濕環(huán)境下使用；不宜用于重要建筑物基礎(chǔ)；石灰砂漿抹墻可產(chǎn)生一定的透氣性。2.1.4石灰的技術(shù)特性4.硬化時體積收縮大石灰在硬化過程中，因蒸發(fā)大量自由水而發(fā)生明顯的體積收縮。所以除調(diào)成石灰乳作薄層涂刷外，不宜單獨使用。常在其中摻入砂、紙筋等以減少收縮。5.耐水性差已凝結(jié)硬化的石灰在水中會潰散。塊狀石灰放置太久，會吸收空氣中的水分而自動熟化成消石灰粉，再與空氣中二氧化碳作用而還原為碳酸鈣，失去膠結(jié)能力。所以石灰不能用于潮濕環(huán)境。6.易受潮不易貯存生石灰易受潮自動熟化，且體積膨脹，放出大量的熱，所以儲存和運輸生石灰時，既要防潮，還要注意安全。2.1.5石灰的技術(shù)要求

根據(jù)我國建材行業(yè)標準JC/T479-92《建筑生石灰》與JC/T480-92《建筑生石灰粉》、JC/T481-92《建筑消石灰粉》的規(guī)定，按照技術(shù)指標分為優(yōu)等品、一等品、合格品三個等級。生石灰、生石灰粉及消石灰的技術(shù)指標見表4.1、4.2、4.3。

建筑工程中所使用的石灰通常分為三個品種：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。

橋涵用石灰技術(shù)標準應滿足建筑石灰的技術(shù)要求。

路面基層用石灰技術(shù)標準應滿足JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求，技術(shù)標準見表4.4。表2.1生石灰的技術(shù)標準

表2.2生石灰粉的技術(shù)標準表2.3消石灰粉的技術(shù)標準表2.4路面基層用石灰的技術(shù)標準工程實例

某工地要使用一種生石灰粉，現(xiàn)取試樣，應如何判該石灰的品質(zhì)？

1.檢測石灰中CaO和MgO的含量,二氧化碳的含量,細度。2.根據(jù)MgO含量，判定該石灰的類別(屬鈣質(zhì)/鎂質(zhì)石灰)

3.根據(jù)表4.1判定該石灰的等級。

2.1.6石灰的應用1.石灰乳調(diào)入少量水泥、?；郀t礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性；調(diào)入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現(xiàn)象。消石灰粉或熟化好的石灰膏水石灰乳（廉價涂料）2.配制砂漿石灰膏砂水石灰砂漿(抹面)石灰膏砂水泥水混合砂漿(砌筑、抹面)作抹面砂漿時，需加入紙筋、麻刀等纖維物質(zhì)，以克服其收縮性。2.1.6石灰的應用3.灰土石灰與粘土或硅鋁質(zhì)工業(yè)廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁可在潮濕環(huán)境中反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，故石灰土可在潮濕環(huán)境中使用。常用于建筑物基礎(chǔ)、路面和地面的墊層。石灰粘土水碾壓夯實4.三合土石灰粘土硅鋁質(zhì)工業(yè)廢渣水碾壓夯實可作低檔住宅的基礎(chǔ)和地面；可作低檔道路的基層和面層。2.1.6石灰的應用5.硅酸鹽制品石灰天然砂硅鋁質(zhì)工業(yè)廢渣水硅酸鹽制品采用高溫高壓養(yǎng)護或蒸壓，使石灰與硅鋁質(zhì)材料反應速度加快，令制品獲得較高的早期強度；主要產(chǎn)品有灰砂磚、粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、硅酸鹽砌塊等。工程實例.石灰砂漿出現(xiàn)膨脹性裂縫某工地急需配制石灰砂漿，考慮到生石灰較為便宜，便買回并馬上加水配制成石灰膏，而后馬上配成石灰砂漿。使用數(shù)日后，砂漿上出現(xiàn)了很多膨脹性裂縫，請問何故？石灰的陳伏時間不夠，過火石灰在石灰變硬后才開始熟化，生成Ca(OH)2

發(fā)生體積膨脹，導致石灰砂漿裂縫。配制石灰砂漿宜首選陳伏充分的石灰膏。來不及時，應選用磨細的易于水化的消石灰粉配制成石灰膏。分析：案例：工程實例.墻面石灰砂漿出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋某樓，內(nèi)墻使用石灰砂漿抹面。數(shù)月后，墻面出現(xiàn)了許多不規(guī)則的網(wǎng)狀裂紋。同時在個別部位還發(fā)現(xiàn)了部分凸出的放射狀裂紋。請問何故？石灰砂漿抹面的墻面上出現(xiàn)不規(guī)的網(wǎng)狀裂紋，原因很多。但最主要原因是因石灰在硬化過程中，蒸發(fā)大量游離水而引起了體積收縮。

個別部位出現(xiàn)凸出呈放射狀裂紋，是石灰中有過火石灰。在消化、陳伏階段，過火石灰并未被熟化，在砂漿硬化后，它才吸收空氣中的水分繼續(xù)熟化，造成體積膨脹。從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。分析：案例：工程實例.三合土為何可用于墊層既然石灰不耐水，為什么用它配制的灰土或三合土卻可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位？首先，灰土或三合土中的石灰，在潮濕環(huán)境中與粘土或爐渣等材料中活性氧化硅或氧化鋁反應，生成了具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，使得灰土或三合土的強度和耐水性會隨使用時間的延長而逐漸提高。其次，由于灰土和三合土經(jīng)壓實夯實，其密實度大大提高，孔隙率降低，外界水的侵入大為減少，其耐久性提高。因此灰土或三合土可以用于基礎(chǔ)的墊層、道路的基層等潮濕部位。分析：案例：

秦直道——公元前212年始建，三合土,兩年多完成。北起九原郡（今內(nèi)蒙古包頭西的陰山腳下）,南抵秦都咸陽附近的云陽（今陜西淳化縣北）。全長約700多公里,路面平均寬度約30米。道路大體南北相直,故稱“直道”。是世界上第一條“高速公路”。工程實例.中國古代的高速公路——“秦直道”第2章無機膠凝材料

2.2石膏

石膏——CaSO4為主要成分。分為建筑石膏和高強度石膏兩種。石膏的存在形式天然二水石膏化工石膏天然無水石膏建筑石膏高強石膏CaSO4·2H2OCaSO4·2H2O與CaSO4混合廢渣CaSO4，硬β-CaSO4·1/2H2Oα-CaSO4·1/2H2O石膏的天然結(jié)晶狀態(tài)石膏原料石膏原料及其天然結(jié)晶狀態(tài)石膏的

天然結(jié)晶狀態(tài)2.2.1建筑石膏的水化特點：極快,全過程約7～12min。2.2.2建筑石膏的凝結(jié)硬化

自由水水化和蒸發(fā)，石膏漿體可塑性減小，漿體變稠——凝結(jié)晶體逐漸長大，漿體產(chǎn)生強度，直到干燥——硬化2.2.3建筑石膏的性能特點1.凝結(jié)硬化速度快建筑石膏漿體凝結(jié)硬化速度很快。一般初凝時間僅為10min左右，終凝時間不超過30min，這對于普通工程施工操作十分方便。需要操作時間較長時，可加入適量的緩凝劑，如硼砂、動物膠、亞硫酸鹽酒精廢液等。也可分量分批配制，現(xiàn)配現(xiàn)用，用多少配多少。2.硬化時體積微膨脹建筑石膏凝結(jié)硬化是石膏的結(jié)晶過程，其體積因吸收結(jié)晶水而稍有膨脹（0.2%～1.5%），這種微膨脹不會對石膏制品造成危害，反而能使石膏表面較為光滑飽滿，棱角清晰完整，沒有其它材料干燥時的開裂現(xiàn)象。2.2.3建筑石膏的性能特點3.輕質(zhì)多孔使用建筑石膏時，為獲得良好的流動性，加入的拌和要比水化本身所需的水多。因此，石膏在硬化過程中由于多余水分的蒸發(fā)，使原來的水空間形成孔隙，造成石膏內(nèi)部形成大量微孔，硬化后的表觀密度約為８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，重量較輕。4.強度低石膏抗壓強度很低，約為3ＭPa～5ＭPa。受力時，石膏制品很容易損壞。2.2.3建筑石膏的性能特點5.良好的保溫、吸聲和“呼吸”功能石膏硬化體中的大量微孔使其傳熱性顯著下降，因而具有良好的保溫絕熱能力；其表面微孔對聲音傳導或反射的能力也明顯下降，因而具有較強的吸聲能力。大熱容量和大孔隙率以及開口孔結(jié)構(gòu)，使石膏具有呼吸水蒸氣的功能。2.2.3建筑石膏的性能特點6.防火性好7.耐水性差硬化后的石膏主要成分是二水石膏，受到高溫作用時或遇火后會脫出21%左右的結(jié)晶水，并能在表面蒸發(fā)形成水蒸氣幕，可有效地阻止火勢的蔓延，因而具有良好的防火效果。由于硬化石膏的強度來自于晶體粒子間的粘結(jié)力，遇水后粒子間連接點的粘結(jié)力可能被削弱。部分二水石膏將溶解，發(fā)生局部潰散，故建筑石膏硬化體的耐水性較差。2.2.3建筑石膏的性能特點8.可加工性好石膏制品表面光滑飽滿，顏色潔白，質(zhì)地細膩，具有良好的裝飾性。微孔結(jié)構(gòu)使其脆性有所改善，硬度也較低，所以硬化石膏可鋸、可刨、可釘，具有良好的可加工性。2.2.4技術(shù)要求2.2.5建筑石膏的主要用途主要用途有：配制石膏砂漿及粉刷石膏；制作各型保溫制品：石膏板、石膏砌塊等；制作各種裝飾制品；制作建筑雕塑和模型等。2.2.5建筑石膏的主要用途代表產(chǎn)品——石膏板石膏板的品種很多，有各種平板、花紋浮雕板、穿孔及半穿板等。石膏粉、水、纖維、粘結(jié)劑、發(fā)泡劑、緩凝劑、防水劑等?；旌蠞沧⒊尚透稍锝K凝成品從性能上分，有裝飾型、吸聲型、防火型和防水型。從工藝上分，有紙面板、裝飾板、穿孔板、嵌裝板等。精加工2.2.5建筑石膏的主要用途石膏板的生產(chǎn)2.2.5建筑石膏的主要用途石膏板產(chǎn)品2.2.5建筑石膏的主要用途石膏板的用途石膏板具有防火、隔聲、隔熱、質(zhì)輕、強度高、收縮率小，可釘、鋸、刨，無蟲害，耐腐蝕，不老化，穩(wěn)定性好，施工方便等優(yōu)點。石膏板主要用于：內(nèi)墻貼面；天棚吊頂。石膏板及石膏制品的裝飾效果建筑石膏裝飾構(gòu)件裝飾線條裝飾角花建筑石膏裝飾構(gòu)件石膏燈池建筑石膏裝飾構(gòu)件裝飾柱頂石膏雕花工程實例.石膏飾條粘貼失效用石膏粉拌成一桶石膏漿，在光滑的天花板上粘貼石膏飾條，幾天后飾條脫落，請問何故？可能的原因有：

1.未加緩凝劑的石膏漿一般數(shù)分鐘至半小時即可凝結(jié)。該石膏漿可能放置時間較長，使用時已開始初凝，粘結(jié)性很差。解決辦法一是加緩凝劑，二是分次拌制，現(xiàn)拌現(xiàn)用。

2.光滑的天花板不利于飾條粘貼，應事先將粘貼面刮糙。分析：案例：

一個人的視力有兩種功能：一個是向外去，無限寬廣地拓展世界；另一個是向內(nèi)來，無限深刻地去發(fā)現(xiàn)內(nèi)心。人人都希望過上幸?？鞓返厣?，而幸?？鞓分皇且环N感覺，與貧富無關(guān)，同內(nèi)心相連。第3章水泥

水硬性膠凝材料

水泥——即能在水中凝結(jié)，又能在空氣中凝結(jié)的膠凝材料。3.1.1水泥分類硅酸鹽水泥鋁酸鹽水泥硫酸鹽水泥鐵鋁酸鹽水泥(2)按性能和用途分類通用水泥專用水泥特性水泥⑴按化學成分??3.1.2水泥的特點

2.制品耐震、耐火、耐潮濕；

5.使用簡單，維護方便。

4.來源廣，成本低；

3.凝結(jié)前可流動，凝結(jié)硬化速度快，凝結(jié)時間可調(diào)；

1.制品強度高，堅固耐用；3.1.3水泥的發(fā)展1.最早的水泥水泥是水硬性膠凝材料的代表。最早使用水硬性膠凝材料制備混凝土的是中國人。在甘肅省秦安縣的大地灣（黃河支流渭水之畔，西安以西約600公里處），1980～1983年間，先后發(fā)掘出兩個大型的新石器時代住宅遺址。經(jīng)考察研究發(fā)現(xiàn)，該遺址的地坪是用“礓石”——一種富含碳酸鈣的粘土為原料煅燒而成，在與其它材料混合而成的.這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早的混凝土材料，距今已有五千年歷史。

3.1.3水泥的發(fā)展2.十八世紀～十九世紀——羅馬水泥

中世紀，羅馬人用石灰和煅燒的粘土混合，配制獲得水硬性石灰和羅馬水泥，“龐貝”城遺址系用此材料建成。

3.十九世紀初——波特蘭水泥

1824年，英國泥瓦工約瑟夫.阿斯普?。↗osephAspdin）申報了波特蘭水泥專利：把粘土和焙燒過的石灰石混合，經(jīng)煅燒后磨細成粉，這種細粉與水拌合具有水硬膠凝性。由于它硬化后外觀象波特蘭（英國一個港口城市）的石頭，故起名為波特蘭水泥（PortlandCement），即我國稱謂的“硅酸鹽水泥”。第一次大規(guī)模使用波特蘭水泥是1825～1843年間修建的泰晤士河隧道。后來，1824年即被視作現(xiàn)代水泥的問世時間。3.1.3水泥的發(fā)展4.現(xiàn)代水泥的生產(chǎn)原料預均化；生料均化；

X射線化學成分分析；預分解回轉(zhuǎn)窯煅燒；計算機自動控制。我國已是世界上水泥生產(chǎn)和使用大國，年產(chǎn)水泥超過10億噸。3.2硅酸鹽水泥

1.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述2.硅酸鹽水泥的組成材料3.硅酸鹽水泥的水化和硬化4.硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)5.硅酸鹽水泥的技術(shù)標準6.硅酸鹽水泥石的腐蝕與防止▲▲▲

1.硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝概述

（1）生產(chǎn)工藝

兩磨一燒——生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨三個過程（2）生產(chǎn)原料石灰石質(zhì)原料——石灰石、白堊等粘土質(zhì)原料——粘土、頁巖等校正原料（少量）——鐵粉CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O33.2.2常用水泥的生產(chǎn)水泥廠3.2.2常用水泥的生產(chǎn)水泥廠水泥廠2.硅酸鹽水泥的組成材料（1）硅酸鹽水泥熟料（2）石膏（3）混合材料（1）硅酸鹽水泥熟料（簡稱為熟料）1）硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸三鈣主要礦物組成分子式分子簡式

3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF2CaO·SiO23CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣名稱注意水泥中的其它成分：原因：煅燒水泥中反應：危害：影響水泥體積安定性石灰石質(zhì)原料富含潛在危害非常嚴重2）硅酸鹽水泥熟料礦物組成的反應特性3.3.1硅酸鹽水泥概述5.熟料單礦物的強度礦物名稱

C3S24.2230.9842.1657.6557.84C2S1.732.164.5119.0228.04C3A7.558.148.049.416.47C4AF15.1016.4718.2416.2719.22

抗壓強度

（MPa）

3d7d28d90d180d

3.3.1硅酸鹽水泥概述6.熟料單礦物的水化熱礦物名稱

C3S406459487520C2S

21104166184C3A590660873928C4AF

93250378416

水化熱（J/g）

3d7d28d90d3.3.1硅酸鹽水泥概述7.四大熟料礦物水化速度及強度差異水化速度：

C3A>C4AF>C3S>C2S水化熱:C3A>C3S>C3AF>C2S抗壓強度（28天）：C3S>C3AF>C3A>C2S實例快硬水泥：3d抗壓強度高，熟料中C3A、C3S含量高。

適用于緊急搶修工程、軍事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折強度高，耐磨、抗沖擊、抗凍和抗硫酸性好、干縮性小。C4AF、C2S含量高。

適用于道路路面、機場道面、城市廣場等工程。大壩水泥：簡稱中熱水泥低熱礦渣水泥：加入礦渣適用于大壩工程、大型構(gòu)筑物、大型房屋的基礎(chǔ)等大體積工程。水化放熱較低，C2S含量高，C3A含量低

（2）石膏作用：緩凝劑水泥熟料磨成細粉與水相遇會很快凝結(jié)，無法施工。加入適量的石膏會延緩凝結(jié)時間，同時還有利于提高水泥早期強度、降低干縮變形等性能。石膏品種：主要采用天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏。（3）混合材料1）活性混合材料2）非活性混合材料1）活性混合材料

——系指具有火山灰性或潛在水硬性的混合料。煉鋼廠冶煉生鐵時的副產(chǎn)品。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有較高的化學潛能，但穩(wěn)定性差。?；郀t礦渣山灰質(zhì)混合材料粉煤灰火力發(fā)電廠煤粉燃料排出的細顆粒廢渣。主要成分：較多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有較高的活性。天然的人工的主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起膠凝作用。2）非活性混合材料

定義：在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或具有微弱的）潛在的水硬性或火山灰性。

目的：調(diào)節(jié)水泥強度，增加水泥產(chǎn)量，降低水化熱。

常用種類：磨細的石灰石、石英巖、粘土、慢冷礦渣、高硅質(zhì)爐灰等。五大品種硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥

不摻混合材+少量混合材（≤水泥量5%）

硅酸鹽水泥熟料+適量石膏+多量混合材

P·Ⅰ

P·Ⅱ

+少量混合材（水泥量6%～15%）

P·O

?；郀t礦渣

P·P

P·F

P·S

火山灰

粉煤灰3.硅酸鹽水泥的水化硬化

（1）水化

①②③

水化速度快

④

長纖維狀

短纖維狀六方板結(jié)晶緩凝機理：同上針狀結(jié)晶

立方板狀結(jié)晶

3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應1.C3S的水化反應反應很快，迅速生成水化硅酸鈣凝膠和Ca(OH)2六方晶體：2(3CaO?SiO2)6H2O3CaO?2SiO2?3H2O+3Ca(OH)2

Ca(OH)2大量析出并迅速飽和，使得其它礦物的水化反應主要是在Ca(OH)2飽和溶液中進行的。水化硅酸鈣凝膠3CaO.2SiO2.3H2O的組分和結(jié)晶程度不固定，隨水/固比和溫度等因素變化，故一般將其表達為C—S—H。水化硅酸鈣（凝膠）氫氧化鈣（六方板狀晶體）→+3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應2.C2S的水化反應反應慢，生成物與C3S相同，但Ca(OH)2析出較少：2(2CaO?SiO2)+4H2O3CaO?2SiO2?3H2O+Ca(OH)2

→氫氧化鈣（六方板狀晶體）水化硅酸鈣（凝膠）3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應3.C3A的水化反應3CaO?Al2O36H2O3CaO?Al2O3?6H2O

C3A水化反應有三種情形：（1）與水反應，迅速生成水化鋁酸三鈣——C3A水化產(chǎn)物①Ca(OH)2飽和溶液4CaO?Al2O3?13H2O→水化鋁酸三鈣（六方薄板狀晶體）水化鋁酸四鈣（六方薄板狀晶體）+

水化鋁酸四鈣在室溫下能穩(wěn)定地存在于堿性溶液中，其數(shù)量增長很快，故被認為是導致水泥瞬凝的一個重要原因。水化鋁酸四鈣能繼續(xù)與摻入水泥中的石膏發(fā)生反應，從而延緩水泥水化反應，延緩水泥凝結(jié)。

為控制C3A的水化反應速度，必須在水泥熟料中加入石膏作為緩凝劑。3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應3.C3A的水化反應4CaO?Al2O3?13H2O3(CaSO4?2H2O)14H2O（2）水化鋁酸四鈣繼續(xù)與摻入水泥熟料中的石膏反應，生成鈣礬石（C6AS3H31）——C3A水化產(chǎn)物②Ca(OH)2飽和溶液3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O++三硫型硫鋁酸鈣（針狀晶體）俗稱“鈣礬石”，簡寫為C6AS3H313.3.2硅酸鹽水泥的水化反應3.C3A的水化反應2（CaO?Al2O3?13H2O）+3CaO?Al2O3?3CaSO4?31H2O+4H2O（3）當石膏耗盡時，C3A與鈣礬石反應，生成單硫型水化硫鋁酸鈣——C3A水化產(chǎn)物③Ca(OH)2飽和溶液3（3CaO?Al2O3?CaSO4?12H2O）單硫型硫鋁酸鈣（六方薄板狀晶體）簡寫為C4ASH123.3.2硅酸鹽水泥的水化反應4.C4AF的水化反應4CaO?Al2O3?Fe2O3+7H2O3CaO?Al2O3?6H2OCaO?Fe2O3?H2OC4AF的水化反應與C3A相似，只是反應速度較慢：Ca(OH)2飽和溶液水化鋁酸四鈣與石膏反應鈣礬石以下反應與C3A相同水化鋁酸三鈣（六方晶體）水化鐵酸一鈣（凝膠）+3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應綜上所述，硅酸鹽水泥加水拌和后，產(chǎn)生的主要水化產(chǎn)物有：序號名稱符號物態(tài)含量1水化硅酸鈣C-S-H

凝膠70％左右2氫氧化鈣Ca(OH)2六方板狀晶體20％～25％

C6AS3H31針狀晶體（鈣礬石）3水化硫鋁酸鈣7％左右

C4ASH12六方薄板狀晶體

C4AH13六方薄板狀晶體4水化鋁酸鈣少量

C3AH6六方薄板狀晶體5水化鐵酸鈣CFH6凝膠少量3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠氫氧化鈣Ca(OH)2

晶體

電子顯微鏡下的水泥水化產(chǎn)物3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應電子顯微鏡下的水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣（C-S-H）凝膠鈣礬石（C6AS3H31）針狀晶體3.3.2硅酸鹽水泥的水化反應電子顯微鏡下的水泥水化產(chǎn)物鈣礬石（C6AS3H31）針狀晶體的掃描鏡片3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化

硅酸鹽水泥是多組分、多礦物的物質(zhì)，與水拌和后，立即發(fā)生水化反應，各個組分開始分解，水泥顆粒間的拌和水很快變成了有多種離子的溶液，溶液中主要有Ca2+、K+、Na+、SiO42－、AlO2－、SO42－

等等。水泥的水化反應和凝結(jié)硬化是在含堿的Ca(OH)2、CaSO4?2H2O飽和溶液中進行的。當摻入水泥熟料中的石膏耗盡時，水化完全在Ca(OH)2飽和溶液中進行。3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化1.硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化研究

自1882年雷.查特里（LeChatelier）首先提出水泥凝結(jié)硬化理論以來，關(guān)于水泥的凝結(jié)硬化一直都在研究之中，現(xiàn)有多種理論觀點存在。借助于X射線、電子掃描等，部分假設(shè)得到了證實。歸納起來，水泥凝結(jié)硬化主要分為以下四個過程：初始期潛伏期加速期硬化期第一階段：大約在水泥拌水起至初凝時止，C3S迅速反應生成Ca(OH)2。石膏和C3A反應生成鈣礬石晶體。水泥漿呈塑性狀態(tài)。第二階段：大約從初凝起至24h止，水泥水化加速，生成較多的Ca(OH)2、鈣礬石晶體、水化硅酸鈣凝膠。水化產(chǎn)物大量生成，水泥凝結(jié)。第三階段：指24h以后直到水化結(jié)束。所有水化產(chǎn)物生成，數(shù)量不斷增加，結(jié)構(gòu)更加致密，強度不斷提高。（2）水泥的硬化3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化2.硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化過程示意拌和水水泥顆粒水化產(chǎn)物

水化從水泥顆粒表面開始，加水拌和5～10分鐘左右水化速度很快，水化產(chǎn)物迅速出現(xiàn)，水化熱迅速產(chǎn)生，出現(xiàn)放熱高峰。初始期拌和水其它顆粒3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化2.硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化過程示意

隨水化不斷進行，水化產(chǎn)物逐漸增多并大量堆積在水泥顆粒四周，水泥顆粒與水的接觸受到了阻礙，水化速度隨之減慢，水化反應進入潛伏期，水化熱出現(xiàn)下降。此情形大約在加水拌和1小左右出現(xiàn)，一般持續(xù)1～4小時，在此期間，水泥保持塑性。潛伏期3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化2.硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化過程示意

堆積在水泥顆粒四周的水化產(chǎn)物在濃度差的作用下向外擴散，水泥顆粒進一步與水接觸，水化速度再次加快，水化反應進入加速期，水化熱出現(xiàn)第二次高峰。此情形大約在加水拌和4～6小時左右出現(xiàn)。加速期3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化2.硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化過程示意

水化產(chǎn)物不斷增多，相互粘連，充填于不斷變小的水泥顆粒之間，水份大量消耗。由于水化產(chǎn)物包裹了水泥顆粒，水份通過產(chǎn)物層擴散能力下降，水化速度越來越慢，水化作用越來越弱，直至進入硬化穩(wěn)定期。硬化期3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化3.凝結(jié)硬化后水泥石的結(jié)構(gòu)未水化完的水泥顆粒水化產(chǎn)物（凝膠、晶體）其它顆粒微量游離物質(zhì)（如MgO、CaO等）水（自由水、吸附水）孔隙和空氣3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化3.凝結(jié)硬化后水泥石的結(jié)構(gòu)

凝結(jié)硬化后的水泥石是由凝膠、晶體等水化產(chǎn)物、未水化完的水泥顆粒、水份（包括自由水和吸附水）、微量游離物質(zhì)（如MgO、CaO等）、其它顆粒以及孔隙和空氣所構(gòu)成的。水泥的凝結(jié)硬化是一個漫長的過程，研究發(fā)現(xiàn)，在潮濕的環(huán)境下，水泥石的強度經(jīng)二十年后仍在緩慢增長。研究還發(fā)現(xiàn)，無論水化時間多長，水泥顆粒都是難以完全水化的，因為致密的水化產(chǎn)物覆蓋在未水化完的水泥顆粒上，阻礙了水化反應向水泥顆粒內(nèi)部深入進行。3.3.3硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化3.凝結(jié)硬化后水泥石的結(jié)構(gòu)水泥顆粒粒徑與水化深度的對比水泥顆粒平均粒徑30～40μm

養(yǎng)護齡期（d）平均水化深度（μm）與平均粒徑比（％）

10.481.2~1.672.606.5~8.6285.3713.4~17.91508.922.2~19.618015.037.5~50.03.3.4硅酸鹽水泥特性1.凝結(jié)硬化快，強度高。無論是Ⅰ型硅酸鹽水泥（不摻混合材料，代號P.Ⅰ），還是Ⅱ型硅酸鹽水泥（摻入5％以下混合材料，代號P.Ⅱ），由于不加混合材料或加量較少，其凝結(jié)硬化特性基本上取決于熟料礦物的特性。C3S含量較高——28d強度值高C2S含量較高——利于后期強度增長C3A含量較高——水化反應快，短期（1d～7d）強度增長快。硅酸鹽水泥：適合于高強度混凝土工程，適合于有早強要求的工程。高強度混凝土工程高強度混凝土工程3.3.4硅酸鹽水泥特性2.水化熱大，不適于大體積澆筑。水化熱大的原因是——C3S和C3A含量高3.3.1硅酸鹽水泥概述水化熱大為什么不適合大體積澆筑——請參見教材第43頁第二段。?3.3.4硅酸鹽水泥特性3.干縮小，抗凍性好，適于嚴寒地區(qū)使用。凡摻入較多混合材料的水泥，都有較明顯的干縮現(xiàn)象，同時，拌和時對水的需求也較大（同樣流動性能下）。因此，相比之下，硅酸鹽水泥因不摻或少摻混合材料，故其干縮性小，拌和水量需求也較小?！案煽s小”意味著什么——？“拌和水需求小”意味著什么——？3.3.4硅酸鹽水泥特性4.耐熱性差，不適于高溫環(huán)境使用。硅酸鹽水泥主要水化產(chǎn)物在高溫下會發(fā)生脫水和分解。后果是——水泥石結(jié)構(gòu)破壞。那么高溫環(huán)境下，應選用何種水泥？——請參見教材第22頁表3.2、第24頁表3.3。?3.3.4硅酸鹽水泥特性5.耐腐蝕性差，不適于在腐蝕性環(huán)境中使用。耐腐蝕性差的原因——（1）水泥石處于腐蝕性鹽類和酸類介質(zhì)環(huán)境以及壓力流水環(huán)境；（2）水泥石不密實，有介質(zhì)侵入的毛細通道；（3）水泥石中存在易被侵蝕的Ca(OH)2和水化鋁酸鈣

C4AH13、C3AH6以及易流失的Ca2+；3.3.4硅酸鹽水泥特性5.耐腐蝕性差，不適于在腐蝕性環(huán)境中使用。防止腐蝕的辦法——

提高混凝土的致密性；對混凝土表面做防腐處理；改變熟料礦物組成，如減少C3S含量，減少C3A含量，增加

C4AF含量等；摻入火山灰質(zhì)混合材料，利用所含的活性SiO2與Ca(OH)2

結(jié)合，生成低堿性水化硅酸鈣。3.4.1普通硅酸鹽水泥1.普通硅酸鹽水泥定義國標GB175－1999規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、6％～15％混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為“普通硅酸鹽水泥”，簡稱“普通水泥”，代號P.O。2.普通硅酸鹽水泥特點因混合材料摻量不大，性能及用途與硅酸鹽水泥相似；相對于硅酸鹽水泥，普通水泥早期凝結(jié)硬化速度略慢，

3d強度略低，抗凍性和耐磨性略差；強度等級比硅酸鹽水泥多32.5、32.5R兩個級別，少了

62.5、62.5R兩個級別。3.4.2礦渣水泥1.高爐礦渣材料高爐礦渣是冶煉生鐵的廢渣。礦渣在高溫下排出，經(jīng)冷水或冷空氣急冷，變成具有活性的顆粒狀材料，稱為?；郀t礦渣。高爐煉鐵時，除了鐵礦石和燃料（焦炭）外，為降低冶煉溫度，還要加入相當數(shù)量的石灰石和白云石作為熔劑。它們在高爐中分解出氧化鈣、氧化鎂，與鐵礦石中的廢石和焦炭的灰份相熔化，生成以硅酸鈣（鎂）和鋁酸鈣（鎂）為主要成分的礦渣，由于密度低于鐵水，故浮在鐵水上，定期由排渣口排出。粒化高爐礦渣的化學成分與水泥相似。其主要活性物質(zhì)是CaO、SiO2、Al2O3等。它們與水泥熟料中的Ca(OH)2反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物。3.4.2礦渣水泥2.?；郀t礦渣的活性激發(fā)水泥熟料礦物水化水化產(chǎn)物之一Ca(OH)2激發(fā)活性材料水化生成水化產(chǎn)物凝結(jié)硬化石膏消耗Ca(OH)2，促使熟料進一步水化。3.4.2礦渣水泥3.礦渣水泥定義國標GB1344－1999規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、20％～70％?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為“礦渣硅酸鹽水泥”，簡稱“礦渣水泥”，代號P.S。礦渣摻量（%）

021.031.847.12018.531.852.34013.627.348.3607.716.141.7抗壓強度（MPa）

3d7d28d3.4.2礦渣水泥4.礦渣水泥特點（1）水化反應分兩步進行：熟料水化激發(fā)礦渣水化水化速度怎樣——快？慢？早期強度怎樣——高？低？（2）熟料礦物減少（3）Ca(OH)2減少——（4）需水量大（礦渣顆粒粗糙多孔），干縮大——抗?jié)B抗凍性差；（5）低溫下凝結(jié)硬化緩慢——以蒸氣養(yǎng)護為佳。水化熱怎樣？可否用于大體積工程？抗溶出性和硫酸鹽類侵蝕怎樣？耐熱性怎樣？適合哪些工程？3.4.3火山灰水泥1.火山灰質(zhì)材料火山灰質(zhì)材料分類：（1）天然類火山灰、凝灰?guī)r、浮石、沸石巖、硅藻土、硅藻石、蛋白石等。（2）人工類燒頁巖、燒粘土、煤矸石、煤渣等。以氧化鈣、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)材料。磨細后，在高堿石灰溶液中，能激發(fā)其活性，發(fā)生水化反應，生成水化產(chǎn)物。3.4.3火山灰水泥2.火山灰質(zhì)水泥定義國標GB1344－1999規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、20％～50％火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為“火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥”，簡稱“火山灰水泥”，代號P.P?；鹕交宜嗫稍谒鄰S配制，也可在施工現(xiàn)場就地配制，即將混合材料、石膏一起磨細，再與熟料混合均勻即可。摻入水泥中的火山灰質(zhì)材料可由多種材料混合而成，其摻量多少由熟料質(zhì)量、混合材料活性、工程強度要求及其它性能要求而定，通常要通過實驗配制決定。3.4.3火山灰水泥3.火山灰質(zhì)水泥特點（1）早強強度低，但強度增長率大，后期強度較高；（2）水化熱低，耐腐蝕性好；（3）需水量大（顆粒表面粗糙，內(nèi)部多孔），干縮性大；（4）低溫下凝結(jié)硬化緩慢，宜進行蒸氣養(yǎng)護。一般地面工程、地下工程、水下工程；大體積工程。早強要求高的工程、有抗凍要求的工程、干燥環(huán)境、低溫環(huán)境下的工程。適合于：不適于：3.4.4粉煤灰水泥1.粉煤灰從粉煤爐煙道氣體中收集到的粉末稱為粉煤灰。對粉煤灰加以利用，能變廢為寶，有效減少環(huán)境污染。在粉煤灰化學成分中，SiO2占35％～55％

，Al2O3占15％～40％，當它們從爐內(nèi)排出，快速冷卻后，具有一定的化學潛能，能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2

發(fā)生水化反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物。3.4.4粉煤灰水泥2.粉煤灰水泥國標GB1344－1999規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、20％～40％火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為“火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥”，簡稱“火山灰水泥”，代號P.F。水泥品種硅酸鹽水泥29.838.146.558.357.055.2粉煤灰水泥

16.423.537.552.365.766.5（摻量30％）抗壓強度（MPa）

3d7d28d3月6月1年3.4.4粉煤灰水泥3.粉煤灰水泥特點（1）早強強度低，但強度增長率大，后期強度較高；（2）水化熱低；耐腐蝕性好；耐熱性好；（3）需水量?。ǘ酁榍蛐尾Ａw顆粒，結(jié)構(gòu)致密），干縮性?。唬?）低溫下凝結(jié)硬化緩慢，宜進行蒸氣養(yǎng)護。一般地面工程、地下工程、水下工程；大體積工程，耐熱工程。早強要求高的工程、有抗凍要求的工程、低溫環(huán)境下的工程。適合于：不適于：3.4.5復合水泥1.復合水泥的定義國標GB1344－1999規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、15％～50％的兩種以上混合材料（允許用不超過8％的窯灰代替部分混合材料）、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為“復合硅酸鹽水泥”，簡稱“復合水泥”，代號P.C。2.復合水泥的特性復合水泥特性與所摻入的混合材料種類、摻量及相對比例有關(guān)。其基本特性與礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥相似。3.五大品種硅酸鹽水泥的特性及應用3.5.1影響水泥性能的因素1.水泥組分的影響（1）熟料組分的影響——C3S、C2S、C3A、C4AF的特性；（2）石膏摻量的影響——為何摻入，摻多少？（3）混合材料種類及摻量的影響——

比較幾種摻混合材料水泥的特性。水泥組分混合材料石膏熟料3.5.1影響水泥性能的因素2.細度的影響水泥顆粒越細——與水接觸面積越大；水化反應越快；凝結(jié)硬化越快；早強強度越大。是否越細越好？

——活性太大，易吸濕受潮，不易保存；

——凝結(jié)硬化時干縮太大；

——生產(chǎn)成本提高。3.5.1影響水泥性能的因素3.養(yǎng)護條件（溫度、濕度）的影響（1）養(yǎng)護溫度水化速度快；凝結(jié)硬化快；早期強度高。水化反應慢；凝結(jié)硬化慢；

00C以下水化反應基本停止。（2）養(yǎng)護濕度高低缺少水份會導致水泥水化停止，甚至干縮、開裂；潮濕的環(huán)境利于水化反應進行；在水中養(yǎng)護更佳；現(xiàn)場常用的養(yǎng)護方式是：覆蓋稻草等潮濕材料，表面灑水。3.5.1影響水泥性能的因素4.齡期的影響水泥凝結(jié)硬化產(chǎn)生強度，其強度的增長與時間長短，即與齡期有關(guān)。

規(guī)定28d的意義——

加水拌和3d、7d、28d內(nèi)，水泥的強度增長都很快。28d之后，由于水化產(chǎn)物對水泥顆粒的包裹，水化反應顯著減慢，強度雖有所增長，但增長值極小，已無實用意義。規(guī)定3d、7d的意義——考察早期強度，利于拆模、安裝。標準強度齡期——3d、7d、28d。3.5.1影響水泥性能的因素5.拌和水用量的影響水灰比W/C

＝拌和水W水泥C（質(zhì)量比）溫度濕度適當條件下，水化反應需水量一般只為水泥質(zhì)量的1/4左右，即W/C＝0.25左右即可滿足水化反應要求?？紤]到水泥漿、混凝土的攪拌、澆筑、振搗要求，一般常用水灰比為0.4～0.6。拌和水的兩個重要作用——①提供水化反應用水；②滿足流動性要求。那么，水灰比過大會出現(xiàn)什么問題？水泥石的致密程度影響到:強度、耐腐蝕性、抗凍性、抗?jié)B性……在滿足施工要求和強度要求的條件下，水灰比應當盡可能小。3.5.1影響水泥性能的因素6.貯存條件的影響貯存時間長，水泥顆粒易因吸潮水化而失效。紙袋包裝，干燥環(huán)境，三個月（見水泥生產(chǎn)書）4、硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)

（1）化學性質(zhì)

①不溶物——主要指煅燒過程中存留的殘渣，不溶物的含量會影響水泥的粘結(jié)質(zhì)量。

②燒失量——水泥煅燒不理想或者受潮后，會導致燒失量增加因此，燒失量是檢驗水泥質(zhì)量的一項指標。

③氧化鎂水化慢、體積膨脹,影響安定性

④三氧化硫

⑤堿——限制發(fā)生堿-集料反應，按（Na2O+0.658K2O）值計。（2）物理力學性質(zhì)

①細度

0.08mm方孔篩