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第一章、水泥一、概述1、胶凝材料定义：胶凝材料是指能通过自身的物理、化学变化由浆体变成固体，同时能将一些散粒材料或块状材料黏结为整体的材料。2、分类：胶凝材料按化学成分可分为两大类：无机胶凝材料（如水泥、石膏、石灰等）和有机胶凝材料（如沥青、树脂等）。其中无机胶凝材料在建筑工程中应用更加广泛。3、无机胶凝材料无机胶凝材料按其硬化条件又分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或发展其强度的胶凝材料。（如：石灰、石膏、水玻璃等）它只适用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境，更不能用于水中。水硬性胶凝材料：不仅能在空气中硬化，而且能更好的在水中硬化，保持并继续发展其强度的胶凝材料。（如：各种水泥）它既可以用于干燥环境，也可以用于水中。气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料有什么不同，从定义就可以看出来了，也就是说，把定义写上就行了。4、石灰、石膏、水玻璃（1）石灰生石灰是以含碳酸钙为主要成分的天然岩石在低于烧结温度条件下煅烧得到的。其主要成分是氧化钙，其反应式：CaCO31000~1200度CaO+CO2将生石灰与适量水经消化和干燥得而成的粉末，主要成分Ca(OH)2，称熟成灰，也叫消石灰粉。与过量水消化，可得到石灰膏。石灰的硬化基理：石灰浆体的硬化主要是由干燥作用和碳化作用引起的。干燥作用是指石灰浆体失水干燥获得强度；碳化作用是由于氢氧化钙与二氧化碳生成碳酸钙获得强度。（2）石膏石膏是以硫酸钙为主要化学成份的气硬性胶凝材料。它是由天然石膏CaSO4•2H2O煅烧所得的。我们建筑常用的石膏叫建筑石膏，其主要成分是CaSO4•1/2H2O。其反应式:CaSO4•2H2O107~170度CaSO4•1/2H2O+3/2H2O。其它还有模型石膏、高强度石膏等。石膏的硬化基理：石膏的硬化主要分两个阶段，第一阶段是石膏浆体失去水份，稠度增大，直至失去可塑性。第二阶段是CaSO4•2H2O胶体微粒凝聚并转变成晶体，晶体逐渐长大并互相交错搭接使浆体产生强度并发展到最大强度。（3）水玻璃水玻璃俗称泡化碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成。如硅酸钠NaO•nSiO2、硅酸钾KO•nSiO2等。分子式中的n是SiO2与碱金属氧化物的摩尔数的比值，称为为水玻璃模数。二、水泥1、水泥的分类（1）按矿物组成分：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等；（2）按特性和用途分：通用水泥（指大量用于一般土木工程的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等，统称五大水泥）；专用水泥（有专门用述，如砌筑水泥、道路水泥等）；特性水泥（指有某种性能比较突出，如快硬性硅酸盐水泥、白灰硅酸盐水泥、低热水泥、膨胀水泥等）建筑工程中使用最多的水泥是硅酸盐类水泥，按所掺混合材料的种类和数量不同，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。我们以硅酸盐水泥为例来对水泥的生产、组成及相关技术性能指标进行说明。三、硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥的生产石灰石石膏黏土按比例混合磨细生料在1450度煅烧熟料磨细水泥成品铁矿石混合材料2、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及性质主要成分：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。还有少量游离氧化钙、游离氧化镁和含碱矿物及玻璃体。矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙矿物组成3CaO•SiO22CaO•SiO23CaO•Al2O33CaO•Al2O3•Fe2O3简写式C3SC2SC3AC4AF矿物含量37~60%15~37%7~15%10~18%反应速度快慢最快较快放热量大小最大中早期强度高低低中后期强度高高低低从表中可以看出，C3A的水化速度最快，水化热最大，且主要在早期放出，其次是C4AF早期水化速度较快，但这两种矿物在硅酸盐水泥中含量较少，且水化产物的强度并不高，所以对强度的贡献不大。C3S的水化速度较快，水化热较大，早期，后期强度均较高，同时含量最高，C2S的水化速度最慢，水化热最小，主要在后期放出，早期强度增长慢，但后期强度增长较快。因此，不论是早期强度还是后期强度，水泥石的强度主要来源于硅酸三钙和硅酸二钙的水化反应。3、硅酸盐水泥的凝结与硬化这个过程可分为二段（1）、水泥水化、水解过程，也可称为溶液解期。这个时期水泥熟料与水发生化学反应，生成一系列的化合物，并放出热量。这个过程的主要反应有：2（3CaO•SiO2）+6H2O→3CaO•2SiO2•3H2O(水化硅酸钙凝结)+3Ca(HO)2（晶体）2（2CaO•SiO2）+4H2O→3CaO•2SiO2•3H2O(水化硅酸钙凝结)+Ca(HO)2（晶体）3CaO•Al2O3+6H2O→3CaO•Al2O3•6H2O（晶体）4CaO•Al2O3•Fe2O3+6H2O→3CaO•Al2O3•6H2O+CaO•Fe2O3•H2O(水化铁酸钙凝结)水化硅酸盐凝胶、水化铁酸盐凝胶、氢氧化钙、水化铝酸盐、水化硫铝酸盐。（2）、凝结及硬化过程。也就是胶化期与结晶期。水泥水化过程中由于上述水化物的不断形成，水化物从溶液中析出，形成凝胶体并逐渐增大，水泥浆体逐渐失去塑性，出现凝结现象，并产生强度，逐步硬化形成水泥石。4、主要水化产物：水化硅酸盐凝胶、水化铁酸盐凝胶、氢氧化钙、水化铝酸盐、水化硫铝酸盐。5、技术指标（1）标准稠度用水量A、定义：标准稠度用水量是指水泥与水拌合达到规定的标准稠度时的用水量占水泥质量的百分比。标准稠度：水泥净浆以标准方法测试所达到统一规定的浆体可塑性程度。哪么为什么要测标准稠度用水量呢？是因为在测定水泥的凝结时间和安定性等性质时需要拌制标准稠度的水泥浆，所以标准稠度用水量是为了进行水泥技术性质检验的一个准备性指标。B、测定方法GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中有分标准法和代用方法。其中代用方法又分固定用水量法和调整用水量法。标准法：500g水泥加水放入搅拌机搅拌（120S-15S-120S），所制样品放入圆台试模，用维卡仪测沉入度。在试杆停止下沉或释放30秒后记录杆到底板的距离，6±1mm时为标准稠度。代用法：用试锥。（2）凝结时间A、定义：凝结时间是指水泥从加水拌合开始到失支流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需要的时间。又分初凝时间和终凝时间：I：初凝时间：指水泥从加水拌合起到开始失去可塑性和流动性所需时间；II：终凝时间：指水泥从加水拌合起到完全失去可塑性、开始产生强度所需时间。B、检测方法按GB/T1346-2001规定进行。用标准稠度净浆成型试模，放入养护箱，自加水后30分钟进行第一次测量，当试针沉至距底板4mm±1mm时，为初凝。终凝将试模反转180度，当试针沉入0.5mm时，终凝。近初终时，15分钟测一次。（3）安定性A、定义：所谓安定性是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，也叫做体积安定性。引起体积安定性不良的主要因素是水泥熟料中含有过量的游离氧化钙或游离氧化镁，以及在水泥粉磨时掺入的超量的石膏等。游离氧化钙或游离氧化镁水化缓慢，通常是在水泥硬化产生强度后才开始水化，并伴随着大量放热和体积膨胀，使周围已硬化的水泥石产生破坏。而过量的石膏会和铝酸钙、水反应形成具有膨胀作用的钙钒石晶体，使水泥石破坏。B、检测方法I：标准法，又称雷氏夹法。一次成型两个。测量两针端前后距离差，若平均值不大于5mm,合格。两个值差超过4mm，重做实验，再超过，不合格。II：代用法，又称试饼法。做直径7~8cm试饼两个，中间1cm厚。看表面有无裂缝，用直尺入饼底面，看有没变型。细度A、定义：指水泥颗粒粗细的程度。水泥细度是影响水泥的水化速度、水化放热速率量及强度发展趋势的重要性质，同时又影响水泥的生产成本和易保存性。（简单说明）B、表示方法：总的表面积表示。以单位质量的水泥具有的总的表面积来表示。用勃氏法进行检测。用筛余百分率表示。（45、80微米的方孔筛）（4）强度每次成型用料：450-1350-225，成型40*40*160试件三个。放入养护箱。24小时强度的，在破型前20分钟脱模，24小时强度以上的，在20~24小时脱模。如24养护强度不够，可延长，但在实验报告中注明。A、抗折强度按GB/T17671-1999进行检测。每次检验按标准成型40*40*160mm试件三块，用抗折仪测出折断荷载，按公式计算：Rf=1.5FfL/b3Rf：抗折强度，MPaFf：折断时施加于棱柱体中部的荷载，NL：支撑圆柱之间的距离，mmb：棱柱体正方形截面的边长，mm以三个值的算术平均值用为实验结果，当三个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度的试验结果。抗折强度记录至0.1MPa，平均值计算精确至0.1MPa。B、抗压强度按GB/T17671-1999进行检测。每次检验按标准成型40*40*160mm试件三块，以做完抗折试验后的六个试件进行抗压试验，按公式计算：RC=FC/ARC：抗压强度，MPaFC：破坏时的最大荷载，NA：受压部分面积，mm2(40*40=1600mm2)以六个测定值的算术平均值作为试验结果，当六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%，就应剔除这个结果，以剩下的五个的平均值为结果，如果五个测定结果中再有超过它们（五个值）平均值±10%的，则此组结果用废。单个半棱柱体得到的单个抗压强度结果计算至0.1MPa，平均值精确到0.1MPa。例题四、常用硅酸盐类水泥1、定义（1）硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉渣、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料。分两个类型，不掺加混合材的称I类硅酸盐水泥，代号P•I掺加不超过5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称II，代号P•II。（2）普通硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、6~15%混合材、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料，代号P•O。（3）矿渣硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣（20~70%）、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料，代号P•S。（4）火山灰质硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材（20~50%）、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料，代号P•P。（5）粉煤灰硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰（20~40%）、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料，代号P•F。（6）复合硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料（15%~50%）、适量石膏磨细制成的的水硬性胶凝材料，代号P•C。从几种水泥的定义里我们看出，在粉磨熟料时要掺入混合材，哪么为什么要掺入混合材呢？讲一下掺入混合材的目的。2、掺入混合材目的（1）代替部分水泥熟料，增加水泥产量，降低成本；生产水泥熟料需要经过生料磨细、高温煅烧、再磨碎等到工艺过程，消耗大量能量。而混合材大部分是工业废渣，不需要煅烧，只需要与熟料一起磨细即可，既可减少熟料的生产量，又消费了工业废料，具有明显的经济效益和社会效益。（2）调节水泥强度，避免不必要的强度浪费；水泥的强度等级以28天抗压强度为基准划分，完全使用熟料有时将造成活性的浪费，合理掺入混合材既可降低成本，又能达到将强度分级，合理利用的目的。（3）改善水泥性能；掺入混合材，相对减少水泥中熟料的比例，能明显降低水化热，而且活性混合材的二次水化，能提高水泥石强度等性能。（4）降低早期强度；掺入混合材，早期水化产物减少，因此强度有所降低，但由于活性混合材的二次水化，后期强度不会相差太大。3、掺入复合材水泥的特性（矿渣、粉煤灰、火山灰、复合）（1）矿渣硅酸盐水泥的特性：A、早期强度低，后期强度增长速率大。这个主要是由于活性材料的二次水化引起。B、抗水和硫酸盐侵蚀能力强。活性材料的二次水化，降低了水泥石中氢氧化钙的含量，抗水侵蚀能力得到提高。同样也降低了铝酸三钙的含量，水化产物中水化铝酸盐减少，抗硫酸盐侵蚀的能增强。C、水化热低。D、环境温度、湿度对凝结硬化的影响较大。早期水化速度慢，水化热低，低温下凝结硬化缓慢。不适应于冬季施工。E、保水性差，泌水量大，水泥石抗渗性差。因为粒化高炉矿渣颗粒坚