35水泥的水化和硬化解析.pptx

第第2章章 混凝土的凝结与硬化混凝土的凝结与硬化3.5.1硅酸盐水泥的水化硬化硅酸盐水泥的水化硬化1.水泥熟料矿物的水化反应水泥熟料矿物的水化反应v特征：特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；应；其水化反应均是放热反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固液异相反应。水化反应是固液异相反应。来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：CaSO4 2H2O CaSO4 0.5H2O+1.5H2O反应速度序列：反应速度序列：半水石膏半水石膏CaSO4 0.5H2O和游离氧化钙和游离氧化钙f-CaO的水化的水化铝酸三钙铝酸三钙C3A的水化的水化铁铝酸四钙铁铝酸四钙C4AF的水化的水化硅酸三钙硅酸三钙C3S的水化的水化硅酸二钙硅酸二钙-C2S的水化的水化水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构问题:水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体v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”；v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”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。水 泥水 溶 解沉 淀水泥浆的凝结硬化过程扩 散水泥浆的凝结硬化物理过程 水化速度快水化速度快 长纤维状长纤维状 短纤维状短纤维状六方板结晶六方板结晶缓凝机理：缓凝机理：同上同上针状结晶针状结晶 立方板状结晶立方板状结晶 （1 1）水水 化化 高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙 3CaOAl2O331H2O单硫单硫型水化硫铝酸钙型水化硫铝酸钙 3CaOAl2O312H2O铝酸三钙铝酸三钙C3A的水化的水化v铝酸钙铝酸钙C3A的水化行为在水泥水化早期特别重要的水化行为在水泥水化早期特别重要.纯纯C3A与水反应迅速，与水反应迅速，这一反应导致水泥浆闪凝或假这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！凝，必须避免！v快凝快凝:指浆体迅速形成不可逆固化现象，浆体已产生一定强度，重新搅拌并不能使其恢复塑性。v假凝特征假凝特征：指水泥加水拌合后，几分钟内即迅速凝结变硬，经剧烈搅拌后，又重新恢复塑性的现象。v这是一种不正常的早期快速固化现象。但与快凝又不相同。假凝放热量很小，而且经剧烈搅拌后，浆体又重新恢复塑性，并达到正常凝结，对强度没有不利影响，但增大了施工难度。v避免闪凝的有效途径避免闪凝的有效途径加入石膏加入石膏CaSO4 2H2O 这就是硅酸盐水泥生产中，必须加入石膏与水泥熟料一起粉磨的根本原因！这一发明是硅酸盐水泥发展史上的一个里程碑。（2）硬化）硬化第一阶段：第一阶段：大大约约在在水水泥泥拌拌水水起起至至初初凝凝时时止止，C C3 3S S迅迅速速反反应应生生成成Ca(OH)Ca(OH)2 2。石膏和。石膏和C C3 3A A反应生成钙矾石晶体。反应生成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：第二阶段：大大约约从从初初凝凝起起至至24h24h止止，水水泥泥水水化化加加速速，生生成成较较多多的的Ca(OH)Ca(OH)2 2、钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。水化产物大量生成，水泥凝结。水化产物大量生成，水泥凝结。第三阶段：第三阶段：指指24h24h以以后后直直到到水水化化结结束束。所所有有水水化化产产物物生生成成，数数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。水泥硬化研究理论水泥硬化研究理论 水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理；不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同。不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同。（3 3）影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的主要因素矿物组成矿物组成v不不同同矿矿物物成成分分和和水水起起反反应应时时所所表表现现出出来来的的特特点点是是不不同的，如同的，如vC C3 3A A水化速率最快，放热量最大而强度不高；水化速率最快，放热量最大而强度不高；vC C2 2S S水水化化速速率率最最慢慢，放放热热量量最最少少，早早期期强强度度低低，后后期期强度增长迅速等。强度增长迅速等。v因因此此，改改变变水水泥泥的的矿矿物物组组成成，其其凝凝结结硬硬化化情情况况将将产产生明显变化。生明显变化。v水水泥泥的的矿矿物物组组成成是是影影响响水水泥泥凝凝结结硬硬化化的的最最重重要要的的因因素素.硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S 48 65 31 42C2S 24 11 40 34C3A 13 8 12 2C4AF 9 9 12 15 特点：普通 早强 低热 抗硫酸盐 A B C D CaO 66 67 64 64 SiO2 21 21 22 23 Al2O3 7 5 7 4 Fe2O3 3 3 4 5 f-CaO 1 1 1 1 SO3 2 2 2 2水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比 v水灰比：水灰比：是指水泥浆中水与水泥的质量之比。是指水泥浆中水与水泥的质量之比。水水灰灰比比较较大大，此此时时水水泥泥的的初初期期水水化化反反应应得得以以充充分分进进行行；但但是是水水泥泥颗颗粒粒间间原原来来被被水水隔隔开开的的距距离离较较远远，颗颗粒粒间间相相互互连连接接形形成成骨骨架架结结构构所所需需的的凝凝结结时时间间长长，所所以以水水泥浆凝结较慢。泥浆凝结较慢。水水泥泥浆浆的的水水灰灰比比较较大大时时，多多余余的的水水分分蒸蒸发发后后形形成成的孔隙较多的孔隙较多,造成水泥石的强度较低。造成水泥石的强度较低。v因因此此水水泥泥浆浆的的水水灰灰比比过过大大时时，会会明明显显降降低低水水泥泥石的强度。石的强度。石膏掺量石膏掺量v石石膏膏起起缓缓凝凝作作用用的的机机理理可可解解释释为为：水水泥泥水水化化时时，石石膏膏能能很很快快与与铝铝酸酸三三钙钙作作用用生生成成水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙（钙钙矾矾石石AFtAFt），钙钙矾矾石石很很难难溶溶解解于于水水，它它沉沉淀淀在在水水泥泥颗颗粒粒表表面面上上形形成成保保护护膜膜，从从而而阻阻碍碍了了铝铝酸酸三三钙钙的的水水化化反反应应，控控制制了了水水泥泥的的水水化化反反应应速速度度，延延缓了凝结时间。缓了凝结时间。水泥的细度水泥的细度v在在矿矿物物组组成成相相同同的的条条件件下下，水水泥泥磨磨得得愈愈细细，水水泥泥颗颗粒粒平平均均粒粒径径小小，比比表表面面积积大大，水水化化时时与与水水的的接接触触面面大大，水水化化速速度度快快，相相应应地地水水泥泥凝凝结结硬硬化化速速度度就快，早期强度就高。就快，早期强度就高。环境温度和湿度环境温度和湿度v在在适适当当温温度度条条件件下下，水水泥泥的的水水化化、凝凝结结和和硬硬化化速速度度较较快快。反反应应产产物物增增长长较较快快，凝凝结结硬硬化化加加速速，水水化化热热较较多多。相相反反，温温度度降降低低，则则水水化化反反应应减减慢慢，强强度度增增长长变变缓缓。但但高高温温养养护护往往往往导导致致水水泥泥后后期期强强度度增增长长缓缓慢慢，甚甚至至下下降。降。v水水的的存存在在是是水水泥泥水水化化反反应应的的必必要要条条件件。当当环环境境湿湿度度十十分分干干燥燥时时，水水泥泥中中的的水水分分将将很很快快蒸蒸发发，以以致致水水泥泥不不能能充充分分水水化化，硬硬化化也也将将停停止止；反反之之，水水泥泥的的水水化化将将得得以以充分进行，强度正常增长。充分进行，强度正常增长。龄期（时间）龄期（时间）v水水泥泥的的凝凝结结硬硬化化是是随随时时间间延延长长而而渐渐进进的的过过程程，只只要要温温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。3.5.2 3.5.2 通用硅酸盐水泥的性能特点及应用通用硅酸盐水泥的性能特点及应用1.1.硅酸盐水泥的特性及应用硅酸盐水泥的特性及应用（）凝结硬化快，早期及后期强度均高。（）凝结硬化快，早期及后期强度均高。v适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、适用于有早强要求的工程，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。凝土）。（2）抗冻性好。）抗冻性好。v适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。（3）耐腐蚀性差，）耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。铝酸钙的含量较多。（4）水化热高。）水化热高。不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工蓄热法施工。（5 5）抗抗碳碳化化性性好好。因因水水化化后后氢氢氧氧化化钙钙含含量量较较多多，故故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。（6 6）耐热性差。）耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。不适用于承受高温作用的混凝土工程。（7 7）耐磨性好。）耐磨性好。适用于高速公路、道路和地面工程适用于高速公路、道路和地面工程。1.硅酸盐水泥的特性及应用硅酸盐水泥的特性及应用2.2.普通硅酸盐水泥的特性及应用普通硅酸盐水泥的特性及应用（1 1）早期强度略低，后期强度高。）早期强度略低，后期强度高。（2 2）水化热略低。）水化热略低。（3 3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。（4 4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5 5）耐磨性较好；耐热性能较好。）耐磨性较好；耐热性能较好。v普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的应应用用范范围围和和硅硅酸酸盐盐水水泥泥相相同。同。3.3.矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥P PS S）由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料和和的的粒粒化化高高炉炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下：矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下：（1 1）早早期期强强度度低低，后后期期强强度度高高。对对温温度度敏敏感感，适适宜宜于于高温养护。高温养护。（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。（3 3）具有较好的耐热性能。）具有较好的耐热性能。（4 4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（5 5）泌水性大，干缩较大。）泌水性大，干缩较大。（6 6）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。4.4.火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥）由硅酸盐水泥熟料和的火山灰质由硅酸盐水泥熟料和的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。火山灰水泥的主要性能特点如下：火山灰水泥的主要性能特点如下：（1 1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于 高温养护。高温养护。（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。（3 3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（4 4）需水性大，干缩率较大。）需水性大，干缩率较大。（5 5）抗渗性好，抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性）抗渗性好，抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性 差。差。5.5.粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）由硅酸盐水泥熟料和的粉煤灰及由硅酸盐水泥熟料和的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料。粉煤灰水泥的主要性能特点如下：粉煤灰水泥的主要性能特点如下：（1 1）早早期期强强度度低低，后后期期强强度度高高。对对温温度度敏敏感感，适适宜宜于于高温养护。高温养护。（2 2）水化热较低，放热速度慢。）水化热较低，放热速度慢。（3 3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（4 4）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。（5 5）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。注意：注意：复合水泥特点复合水泥特点 取决于所掺的混合材种类。取决于所掺的混合材种类。6.6.掺混合材料硅酸盐水泥的共性与应用掺混合材料硅酸盐水泥的共性与应用掺混合材硅酸盐水泥的共性掺混合材硅酸盐水泥的共性v密度较小密度较小 2.702.703.103.10。早期强度较低，后。早期强度较低，后期强度增长率高。期强度增长率高。v对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。v水化热较小。水化热较小。v耐腐蚀性较好。耐腐蚀性较好。v抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。盐水泥。掺混合材料的硅酸盐水泥的应用掺混合材料的硅酸盐水泥的应用凝结硬化速度慢、早期强度低。但是后期强度增长较多，甚至凝结硬化速度慢、早期强度低。但是后期强度增长较多，甚至超过同标号的硅酸盐水泥或普通水泥。超过同标号的硅酸盐水泥或普通水泥。故这三种水泥不宜用于故这三种水泥不宜用于有早强要求的工程。有早强要求的工程。硬化时对湿热敏感性强。温度低时凝结硬化慢，但在湿热条件硬化时对湿热敏感性强。温度低时凝结硬化慢，但在湿热条件下（下（60-700C以上），凝结硬化速度大大加快，强度发展很快。以上），凝结硬化速度大大加快，强度发展很快。故适宜采用蒸汽养护。故适宜采用蒸汽养护。水化放热速度慢，放热量低。水化放热速度慢，放热量低。宜用于大体积混凝土工程。宜用于大体积混凝土工程。抗软水和抗硫酸盐腐蚀的能力强。由于混合材料水化时消耗了抗软水和抗硫酸盐腐蚀的能力强。由于混合材料水化时消耗了部分部分Ca(OH)2，致使水泥适石中致使水泥适石中Ca(OH)2的含量减少，并且的含量减少，并且C3AH6含量也大大降低，所以抗这两种腐蚀的能力比硅酸盐水含量也大大降低，所以抗这两种腐蚀的能力比硅酸盐水泥和普通水泥要强。泥和普通水泥要强。故适用于受软水或硫酸盐腐蚀的水利工程，故适用于受软水或硫酸盐腐蚀的水利工程，海港工程及地下工程。海港工程及地下工程。抗冻性和抗碳化能力差。这三种水泥早强低，受冻易损害，抗冻性和抗碳化能力差。这三种水泥早强低，受冻易损害，且由于且由于Ca(OH)2含量少，碱度低，易碳化分解，使已硬化的水含量少，碱度低，易碳化分解，使已硬化的水泥石表面产生泥石表面产生“起粉起粉”现象。现象。故不宜用于严寒地区，特别是严故不宜用于严寒地区，特别是严寒地区水位经常变动的部位。寒地区水位经常变动的部位。7.水化热 v概念：概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。v放热特征放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。内释放。v水化热的益处与危害：水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。体积混凝土，更是如此。v水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 问题？1.1.为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？为什么水泥颗粒越细，水化放热越快？答答:水泥矿物的水化反应是放热反应，水泥颗粒越细，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。水化反应速度越快。2.2.硅酸盐水泥熟料的四种矿物中，哪一种水化热最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？大？哪一种水化热最小？答：答：铝酸三钙铝酸三钙C3A水化热最大；硅酸三钙水化热最大；硅酸三钙C3S次之；硅酸次之；硅酸二钙二钙C2S水化热最小。水化热最小。3.3.为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？为什么要限制水泥的不溶物含量和烧失量？答：答：不溶物是指水泥经酸和碱处理后，不能被溶解的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。泥硬化后的性能。问题？4.4.试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？答：答：水泥是一种胶凝材料，是主要的结构材料之一，因此，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；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；强度；为了浇注成型施工，应对凝结时间有所限制；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有水化热对水泥硬化过程和硬化后的水泥石体积稳定性有影响；影响；碱含量、不溶物和烧失量影响水泥的品质；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。为了结构物自重的计算，必须知道水泥的密度。3.63.6 特性水泥特性水泥 和专用水泥和专用水泥 特性水泥：特性水泥：铝酸盐水泥铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥白色和彩色水泥白色和彩色水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥专用水泥：专用水泥：砌筑水泥砌筑水泥膨胀和自应力水泥膨胀和自应力水泥中热水泥和低热矿渣水泥中热水泥和低热矿渣水泥一、道路硅酸盐水泥 v组成特点：组成特点：水泥熟料主要矿物水泥熟料主要矿物硅酸钙和铁铝酸钙硅酸钙和铁铝酸钙铁铝酸四钙高，铁铝酸四钙高，C4AF的含量的含量16.0。v性能特点：性能特点：初凝时间较长，初凝时间较长，1h；抗折强度高；抗折强度高；耐磨性好，磨损率耐磨性好，磨损率3.60kg/m2；抗裂性好，抗裂性好，28d干缩率干缩率 0.10%；v使用特点：使用特点：主要用于混凝土路面工程。主要用于混凝土路面工程。二、白色硅酸盐水泥 v组成特点：组成特点：水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.5%。v性能特点：性能特点：外观为白色，按白度分为一级、二级和三级；技术外观为白色，按白度分为一级、二级和三级；技术要求与普通水泥同。要求与普通水泥同。v应用特点：应用特点：白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。主要用于建筑室内外装饰等。三、抗硫酸盐水泥 v组成特点：组成特点：C3S、C3A的含量低，要求的含量低，要求C3S的含量低于的含量低于50.055.0%；C3A的含量低于的含量低于5.03.0%。（为什么？）（为什么？）v性能特点：性能特点：具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力，抗蚀能力以具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀能力，抗蚀能力以抗硫酸盐腐蚀系数抗硫酸盐腐蚀系数F来评定。要求来评定。要求F0.8。v应用特点：应用特点：主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、主要用于受硫酸盐腐蚀的海港、水利、地下、隧道、引水、道路和桥梁基础等工程。引水、道路和桥梁基础等工程。抗硫酸盐腐蚀系数抗硫酸盐腐蚀系数F：将水泥试件在人工配制的硫酸根离子浓度分别为将水泥试件在人工配制的硫酸根离子浓度分别为2500mg/L和和8000mg/L的硫酸钠溶液中，浸泡的硫酸钠溶液中，浸泡6个月后个月后的强度与同时浸泡在饮用水中的试件的强度之比。的强度与同时浸泡在饮用水中的试件的强度之比。四、膨胀水泥和自应力水泥 膨胀和自应力水泥按膨胀值分为：v收缩补偿水泥：收缩补偿水泥：这种水泥膨胀性较弱，膨胀时所产生的压应力大致能抵这种水泥膨胀性较弱，膨胀时所产生的压应力大致能抵消干缩引起的应力，可防止混凝土产生干缩裂缝。消干缩引起的应力，可防止混凝土产生干缩裂缝。v自应力水泥：自应力水泥：这种水泥具有较大的膨胀性能，当它用于钢筋混凝土中这种水泥具有较大的膨胀性能，当它用于钢筋混凝土中时，由于它的膨胀性能，使钢筋受到较大的拉应力，而混凝时，由于它的膨胀性能，使钢筋受到较大的拉应力，而混凝土则受到相应的压应力。当外界因素是混凝土结构产生拉应土则受到相应的压应力。当外界因素是混凝土结构产生拉应力时，就可被预先具有的压应力抵消或降低。力时，就可被预先具有的压应力抵消或降低。v 这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为预应力称为自应力。自应力。膨胀水泥和自应力水泥v组成特点组成特点:含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。石、石膏等。v种类：种类：硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。v性能特点：性能特点：凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性。密实性和抗渗性。v应用特点：应用特点：可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等。堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等。五、中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥 v组成特点：组成特点：熟料中熟料中C3S、C3A的含量较低，后一种掺加的含量较低，后一种掺加2060%的粒的粒化高炉矿渣化高炉矿渣。v性能特点：性能特点：水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较水化热低，凝结时间较长，中热水泥抗冻性和耐磨性较好。好。v应用特点：应用特点：适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化适用于大体积混凝土，如大坝水利工程；和要求低水化热、高抗冻性和耐磨性的工程。热、高抗冻性和耐磨性的工程。六、快硬硅酸盐水泥 v组成特点：组成特点：熟料中熟料中C3S、C3A的含量较高，石膏的掺量略大（其的含量较高，石膏的掺量略大（其中中SO34.0%）。）。v性能特点：性能特点：水泥的细度较细，凝结硬化快，早期强度增进率高。水泥的细度较细，凝结硬化快，早期强度增进率高。v应用特点：应用特点：早期强度要求高、紧急抢修、低温施工工程和高标号早期强度要求高、紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制构件等。混凝土预制构件等。七、高 铝 水 泥（铝酸盐水泥）v高铝水泥的矿物组成 v高铝水泥的水化v高铝水泥的技术性质v高铝水泥的特点与应用(一)高铝水泥的矿物组成 v定义：定义：高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥。为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥。v主要矿物有：主要矿物有：铝酸一钙铝酸一钙 CaO Al2O3 CA，50%70%；硅酸二钙硅酸二钙 2CaO SiO2 C2S，七铝酸十二钙七铝酸十二钙 12CaO 7Al2O3，C12A7 二铝酸一钙二铝酸一钙 CaO 2Al2O3，CA2 硅铝酸二钙硅铝酸二钙 2CaO Al2O3 SiO2 C2AS水化活性很低水化活性很高(二)高铝水泥的水化和硬化 v特点：特点：1.高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；2.铝酸一钙的水化物组成与温度有关：铝酸一钙的水化物组成与温度有关：T20C CA+10 H2O CAH10 20CT30C 2CA+11 H2O C2AH8 30CT 3CA+12 H2O C3AH6+2(Al2O3 3H2O)3.水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强度增长快；度增长快；4.水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转化，因而引起强度降低。化，因而引起强度降低。不同温度下铝酸盐水泥的水化物不同温度下铝酸盐水泥的水化物5 C20 C40 C60 C5C下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物CAH10(六方片状晶体）六方片状晶体）65 C下铝酸盐水泥稳定水化物下铝酸盐水泥稳定水化物C3AH6(立方晶体）立方晶体）(三)高铝水泥的技术性质 1.外观：黄色或黄褐色或灰色；外观：黄色或黄褐色或灰色；2.密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；3.细度：细度：80 m筛余不得超过筛余不得超过10%；4.凝结时间：初凝凝结时间：初凝40min，终凝，终凝10h；5.强度：强度：见表见表2-20。(四)高铝水泥的特点与应用 1.耐耐高高温温性性能能好好，配配制制耐耐高高温温混混凝凝土土或或砌砌筑筑砂砂浆浆；高高铝铝水水泥泥混混凝凝土土在在13000C还还能能保保持持约约53%的强度。的强度。2.耐耐硫硫酸酸盐盐腐腐蚀蚀性性能能较较好好，适适用用于于有有抗抗硫硫酸酸盐盐侵蚀要求的工程；侵蚀要求的工程；3.耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；4.水水化化热热较较大大，适适用用于于冬冬季季施施工工，不不适适用用于于大大体积混凝土；体积混凝土；5.快硬早强，宜用于紧急抢修工程。快硬早强，宜用于紧急抢修工程。6.高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计。应按最低稳定强度设计。高铝水泥应用时注意v 不宜用于长期承重的结构机处于高温高湿环境的工程。不宜用于长期承重的结构机处于高温高湿环境的工程。铝酸盐水泥最适宜的硬化温度为150C左右，一般不超过250C。如温度过高，水化铝酸一钙和水化铝酸二钙会转变成水化铝酸三钙，固相体积减少，孔隙率大大增加，强度显著降低，因此不能进行蒸汽养护，也不宜高温季节施工。由于上述晶型转换，长期强度及其他性能有降低趋势。v 不得用于接触碱性溶液的工程。不得用于接触碱性溶液的工程。铝酸盐水泥耐碱性极差，与碱性溶液接触，甚至在混凝土集料内含有少量碱性化合物，都会引起不断的侵蚀。v 施工中不能与硅酸盐水泥或石灰相混和外，也不得与尚未施工中不能与硅酸盐水泥或石灰相混和外，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。硬化的硅酸盐水泥接触使用。铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混不但产生闪凝，而且生成高碱性的水化铝酸钙，使混凝土开裂破坏。小结v本节中的特性水泥是通过改变水泥熟料矿物组成或本节中的特性水泥是通过改变水泥熟料矿物组成或水化物组成，获得不同的特定性质。水化物组成，获得不同的特定性质。道路水泥，道路水泥，C4AF含量高，抗折强度与耐磨性好；含量高，抗折强度与耐磨性好；白色水泥，铁相含量很低，外观为白色；白色水泥，铁相含量很低，外观为白色；快硬水泥快硬水泥，C3A和和C3S含量高，凝结硬化快，早强；含量高，凝结硬化快，早强；中、低热水泥，中、低热水泥，C3A和和C3S含量较低，水化热较小含量较低，水化热较小；抗硫酸盐水泥，抗硫酸盐水泥，C3A和和C3S含量较低，抗蚀系数较大；含量较低，抗蚀系数较大；膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物；膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物；高铝水泥，熟料矿物主要为铝酸钙，快硬，耐高温等。高铝水泥，熟料矿物主要为铝酸钙，快硬，耐高温等。创新思维题v论述水及其用量在水泥凝结硬化中的作用，以及对水泥石组成、结构与性能的影响？v论述水泥石中孔隙的种类、产生的原因，及其对水泥石性能的影响？v论述水泥石强度的来源及其主要影响因素？v根据已学过的胶凝材料知识，以及胶凝材料中主要矿物的特性，通过矿物的组合，设计一种具有特性的胶凝材料，并阐述为什么？小结v物理力学性能物理力学性能密度密度强度强度体积稳定性体积稳定性细度细度水化热水化热v耐久性能耐久性能软水腐蚀软水腐蚀盐类腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能v施工性能施工性能凝结时间凝结时间标准稠度用水量标准稠度用水量作业v1.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？v2.防止水泥石腐蚀的措施