3?56.082?56.08+C2S?3?56.08+60.092?56.08+60.09KH=3?56.083?56.08C3S?+C2S?3?56.08+60.092?56.08+60.093?56.08+60.092C3S+C2S??2?56.08+60.093 =3?56.08+60.09C3S+C2S?2?56.08+60.09CS+0.8838C2S =3C3S+1.3256C2SC3S?
? 硅率硅率除了表示熟料中Si02与A1203和Fe203的质量之比外，还表示熟料中硅酸盐矿
物与溶剂矿物的比例关系，相应地反映了熟料的质量和易烧性。SM=? 铝率IM=SiO2
Al2O3+Fe2O3Al2O3，表示熟料中铝酸三钙和铁铝酸四钙的比例关系，关系到熟料的凝结
Fe2O3快慢，同时关系到熟料的液相粘度，影响熟料煅烧的难易。
? 我国目前采用的是石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM三个率值。
? 水泥熟料在煅烧过程中，都发生了那些反应？影响这些反应的因素有哪些？
（1）干燥与脱水 ①干燥
在入窑生料中都含有一定量的水分，生料入窑后，物料温度逐渐升高，当温度升高到100-150℃时，生料中水分全部都被排除，这一过程称为干燥过程。降低料浆水分活过滤成料块，都可以降低熟料热耗，增加窑的产量。
②粘土矿物脱水
生料干燥后，继续被加热，温度上升较快，当温度达到500℃时，粘土中的主要组成矿物高岭土发生脱水分解反应：
Al2O3?2SiO2?2H2O?Al2O3?2SiO2+2H2O （2）碳酸盐分解
温度继续升值600℃左右时，生料中的碳酸盐开始分解，主要是石灰石中的碳酸钙和原料中夹杂的碳酸镁进行分解：
MgCO3?MgO+CO2 CaCO3?CaO+CO2
影响碳酸钙分解反应的因素:①石灰石的结构和物理性质②生料细度③反应条件④生料悬浮分散程度⑤粘土质组分的性质
（3）固相反应
在熟料形成过程中，从碳酸钙开始分解起，物料中便出现了性质活泼的游离氧化钙，它与生料中的二氧化硅，氧化铁和三氧化二铝等通过质点的互相扩散而进行固相反应，形成熟料的矿物。
由于固体原子、分子或离子之间具有很大的作用力，因而，固相反应的反应活泼性较低，反应速度较慢，通常，固相反应总是发生在两组分界面上，为非均相反应。对于粒状物料，反应首先通过颗粒间的接触点或面进行，随后是反应物通过产物层进行扩散迁移，因此固相反应一般包括界面上的反应和物质迁移两个过程。
影响固相反应的主要因素:①生料的细度和均匀性②温度和时间③原料性质④矿化剂 （4）熟料的烧结
当物料温度升高到1250?1280℃时，即达到其最低共融温度后，开始出现以氧化铝、氧化铁和氧化钙为主体的液相，液相的组分中还有氧化镁和碱等。在高温液相的作用下，物料逐渐烧结，并逐渐由疏松状转变为色泽灰黑、结构致密的熟料，此过程伴随有体积收缩。
同时硅酸二钙吸收氧化钙形成硅酸盐水泥熟料的主要矿物硅酸三钙：
液相C2S+CaO????C3S
随着温度升高和时间的延长，液相粘度减小，氧化钙、硅酸二钙不断溶解进而扩散，硅
酸三钙不断形成，并使小晶体逐渐发育长大，最终形成几十微米大小的发育良好的阿利特晶体，完成熟料的烧结过程。
（5）熟料的冷却
一般所说的冷却过程是指液相凝固以后（<1300℃）。但是严格地讲，熟料过了最高温度1450摄氏度后就算进入了冷却阶段。熟料的冷却并不是单纯的温度的降低，而是伴随着一系列的物理化学变化，同时进行液相的凝固和相变两个过程。 ? 熟料冷却的目的是什么？为什么要急冷？
的目是：改善熟料质量与易磨性；降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨；部分 回收熟料出窑带走的热量，预热二、三次空气，从而降低熟料热耗，提高热利用率。 急冷是为了防止或减少C3S的分解；避免β-C2S转变成γ-C2S；改善了水泥安定性；使熟料C3A晶体减少，提高水泥抗硫酸盐性能；改善熟料易磨性；可克服水泥瞬凝或快凝。 ? 矿化剂：能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧的少量外加物称为矿化剂。 ? 硅酸盐水泥：是由硅酸盐水泥熟料所制得的水泥的总称。
? 将合适组成的硅酸盐水泥熟料、石膏和混合材料经粉磨、储存、均化，达到质量要求的
过程即为硅酸盐水泥的制成。 ? 活性混合材料：是指具有火山灰性或潜在的水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物
质材料。主要品种有各种工业炉渣、火山灰质混合材料和粉煤灰三大类。
非活性混合材料：是指在水泥中主要起填充作用而由不损害水泥性能的矿物质材料。 ? 所谓火山灰性，是指一种材料磨成细粉，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰一起和
水后能形成具有水硬性的化合物的性能； 潜在水硬性是指材料单独存在时基本无水硬性，但在某些激发剂的激发下，可呈现水硬性。
? 水泥在水化硬化过程中，强度逐渐增长。3d强度称为早期强度；28d及其以后的强度称
为后期强度，3个月以后的强度称为长期强度。
水泥经28d后强度已大部分发挥，用28d强度划分水泥的强度等级。 ? 欲提高水泥生料的易烧性，应采取哪些措施？
①使用游离二氧化硅含量尽量少的石灰石。②熟料的KH值和SM值不要控制太高。③原料中含有适量低熔点物质。④生料细度更细些都有可能提高易烧性。
? C3S水化可分为5个阶段：初始水解期、诱导期、加速期、衰减期、稳定期。
硅酸盐水泥水化可分为3个阶段：钙矾石形成期、C3S水化期、结构形成和发展期。 ? 水泥的主要水化产物是氢氧化钙、C-S-H凝胶、水化硫铝酸钙、和水化硫铝(铁)酸钙以
及水化铝酸钙、水化铁酸钙等。
? 水化热的大小与放热速率首先取决于熟料的矿物组成，按水化速率可排列成：
C3A>C4AF>C3S>C2S。按最终强度可排列成：C2S>C3S>C4AF>C3A。 ? 水泥为什么会凝结、硬化？为什么会产生强度？
水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。 普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成的，这四种矿物遇水后均能起水化反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度，也有很大的差异。按水化速率可排列成：C3A>C4AF>C3S>C2S。按最终强度可排列成：C2S>C3S>C4AF>C3A。而水泥的凝结时间，早期强度主要取决于C3A和C3S。现分别简述它们的水化反应。 首先，铝酸三钙。它的水化反应可用下式表达:
C3A+6H=C3AH6
上述铝酸三钙的水化反应如果进行得很快，会导致水泥的凝结过快而无法使用，因此，一般在粉磨水泥时都掺有适量的二水石膏作为缓凝剂，掺石膏后铝酸三钙的水化反应不会引
起快凝。当水泥中的石膏完全作用完后，还有多余C3A时将发生下列反应。 C3A+CH+12H=C4AH13
如果还有过量C3A时，就会生成C4AH13。在正常缓凝的硅酸盐水泥中，石膏掺入量能保证在浆体结硬以前，不会发生后两个反应。
其次，谈一下硅酸三钙。它的水化反应可表示如下： C3S+nH=C-H-S+（3－x）CH
铁铝酸四钙水化反应和铝酸三钙相似，而硅酸二钙水化反应和硅酸三钙相似。 按结晶理论认为水泥熟料矿物水化以后生成的晶体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。按胶体理论认为水化后生成大量的胶体物质，这些胶体物质由于外部干燥失水，或由于内部未水化颗粒的继续水化，于是产生“内吸作用”而失水，从而使胶体硬化。将这两种理论统一起来，认为：水泥水化初期生成了许多胶体大小范围的晶体如CSH(B)和一些大的晶体如Ca（OH）2包裹在水泥颗粒表面，它们这些细小的固相质点靠极弱的物理引力使彼此在接触点处粘结起来，而连成一空间网状结构，叫做凝聚结构。由于这种结构是靠较弱的引力在接触点进行无秩序的连结在一起而形成的，所以结构的强度很低而有明显的可塑性。以后随着水化的继续进行，水泥颗粒表面不大稳定的包裹层开始破坏而水化反应加速，从饱和的溶液中就析出新的、更稳定的水化物晶体，这些晶体不断长大，依靠多种引力使彼此粘结在一起形成紧密的结构，叫做结晶结构。这种结构比凝聚结构的强度大得多。水泥浆体就是这样获得强度而硬化的。随后，水化继续进行，从溶液中析出新的晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构的空间中，水泥浆体的强度也不断得到增长。 ? 水泥粉磨时，为什么要加入石膏？但又为什么要限制其掺量？
在硅酸盐水泥中的C3A水化中：C3A+CH+12H=C4AH13，CaO浓度往往达到饱和或过饱和，因此可能产生较多的C4AH13，足以阻碍粒子的相对移动。在有石膏的情况下，
C3A水化的最终产物与石膏的掺入量有关。
实际参加反应的CSH2/C3A摩尔比 水化产物 钙矾石 钙矾石+单硫型水化硫铝酸钙 单硫型水化硫铝酸钙 单硫型固溶体 水石榴子石 加入适量石膏不仅可调节其凝结时间，以利于施工，同时还可以改善水泥的一系列性能，如提高水泥的强度，改善水泥的耐蚀性、抗冻性、抗渗性，降低干缩变形等。
石膏对水泥凝结时间的影响，是突变的，当掺量超过一定数量时，略有增加就会使凝结时间变化很大。
石膏掺量太少，起不到缓凝作用，但掺量太多，会在水泥水化后期继续形成钙钒石，使初期硬化的浆体产生膨胀应力，削弱强度，发展严重的还会造成安定性不良的后果。 ? 影响水泥水化速率的因素:(1)熟料矿物组成 C3A>C3S>C4A F>C2S
(2)水灰比 水灰比大，水泥颗粒能高度分散，水与水泥接触面积大，水化产物有足够扩散空间，水化速率快。但水灰比大使水泥凝结慢，强度下降。
(3)细度 水泥细度细，与水接触面积大，水化快;另外，细度细，水泥晶格扭曲，缺陷多，也有利于水化。细度过细，往往使早期水化反应和强度提高，但对后期强度没有多大益处。
(4)养护温度 温度提高，水化加快，特别是对水泥早期水化速率影响更大，但水化程度的差别到后期逐渐趋小。
(5)外加剂 常用的外加剂有促凝剂、促硬剂及延缓剂等。
? 化学结合水比容比自由水的小，是水泥水化过程中体积减缩的主要原因。
? 对水泥耐久性有害的环境介质主要为：淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。 ? 侵蚀形式：溶出性侵蚀（淡水侵蚀）、溶解性侵蚀（酸和酸性水侵蚀）、膨胀性侵蚀（硫
3.0 3.0?1.0 1.0 ?1.0 0 酸盐侵蚀）。
? 水中的碳酸可以分成“结合的”、“平衡的”和“侵蚀的”三种。 ? 提高水泥抗蚀性的措施：①调整硅酸盐水泥熟料的矿物组成②在硅酸盐水泥中掺混合材
料③提高混凝土致密度
第11章 混凝土
? 混凝土：是由胶凝材料，水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间
硬化而成的具有所需形状、强度和耐久性的人造石材。 ? 混凝土是一种抗拉强度很低的脆性材料，混凝土通常不应承受拉应力。拉力载荷需由钢
筋来承受。
? 普通混凝土是由水泥、砂、石和水组成。
在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料;水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料表面并填充其空隙。水泥浆在硬化前起润滑作用，赋予拌和物一定的和易性，便于施工。水泥浆硬化后，则将骨料胶结成一个坚实的整体。
? 混凝土所用骨料按其粒径大小不同可分为细骨料和粗骨料。
通常将粒径在0.15一4.75mm之间的骨料称为细骨料或砂。 ? 用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。
? 碎石或卵石的强度，可用岩石立方体强度和压碎指指标两种方法表示。 ? 骨料的含水状态可分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态和湿润状态。
? 和易性又称为工作性，是指混凝土拌和物易于施工操作(拌和、运输、浇灌、捣实)，并
能获得质量均匀、成型密实的混凝土性能。包括流动性、粘聚性和保水性等三方面。 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，并均匀密实地填满模板的性能。
粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象。
保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。
? 用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以直观经验来评定粘聚性和保
水性，以综合评定新拌混凝土的和易性能。
? 影响混凝土拌合物和易性的因素有哪些？如何影响？
(1)水泥品种
不同品种的水泥，或同品种不同强度等级的水泥，其颗粒特征、混合材料的掺量均不相同，需水量也不一样。
(2)水泥浆的数量
a.水泥浆过多，将会出现流浆现象，使拌合物的粘聚性变差，同时对混凝土耐久性也会产生一定影响，且水泥用量也大。
b.水泥浆过少，不能填满骨料空隙或不能很好地包裹骨料表面时，就会产生崩坍现象，粘聚性变差。
(3)水泥浆的稠度一水灰比
a.当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，会使施工困难，不能保证混凝土的密实性。
b.如果水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。
(4)砂率
砂率是指混凝土内砂的质量占砂、石总量的百分率。 合理砂率：选择砂率应该是在用水量及水泥用量一定的条件下，使混凝土拌合物获得最大的流动性，并保持良好的粘聚性和保水性;或在保证良好和易性的同时，水泥用量最少。
(5)时间和温度
混凝土搅拌完毕后，混凝土拌合物的坍落度随时间的推移逐渐减小，导致这种现象的原因有水泥的水化反应、骨料吸收水分、水分的蒸发等。
这些因素的作用随着温度的升高而加剧。
(6）外加剂
在拌制混凝土时，加入很少量的外加剂(如减水剂、引气剂)能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得很好的和易性，增大流动性和改善粘聚性，降低泌水性。
并且由于改变了混凝土的结构，还能提高混凝土的耐久性。
? 混凝土外加剂，是指在混凝土拌和过程中掺入的、用以改善混凝土性能的物质。
? 减水剂：在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌和用水量的外加剂。
作用机理：高效减水剂和普通减水剂基本上都是阴离子表面活性剂，它们在混凝土中起表面活性作用。概括起来有以下几点：
（1)分散作用
若加入适量的减水剂，则由于其表面活性作用，只是憎水基端定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基端指向水溶液，于是使水泥颗粒表面均带上相同的电荷，加大了水泥颗粒间的静电斥力，导致水泥颗粒互相分散。
(2)润滑作用
减水剂的极性亲水端朝向水溶液，与水分子缔合构成了水泥颗粒表面的一层水膜，阻止了水泥颗粒间的直接接触，起到润滑作用。
? 引气剂：能在混凝土混合物中产生一定量的、均匀分布的微小独立气泡的外加剂。
缓凝剂：能延缓混凝土的凝结时间，而不显著影响混凝土后期强度的外加剂称。 ? 速凝剂：能使混凝土迅速凝结并改善混凝土与基底粘结性及稳定性的外加剂称。
速凝早强原因:
a.速凝剂与水泥在加水拌和时立即发生反应，使水泥中的石膏变成Na2S04，失去缓凝作用，从而让C3A迅速凝固。
b.速凝剂水解得到的NaOH与石膏反应，生成Ca(OH)2，使溶液中的CaSO4浓度显著下降，石膏的缓凝作用消失，C3A得以迅速水化生成水化铝酸钙，析出水化产物，水泥速凝。 ? 混凝土配合比设计，实质上是确定水泥(C)、水(W)、砂(S）与石子(G)这四项基本组成
材料用量之间的三个比例关系。即水灰比（W/C）、砂率（?S）、单位用水量 ? 现浇框架结构梁，混凝土设计强度等级C30，施工要求坍落度为30-50mm，施工单位无历史统计资料。采样原材料为：普通水泥强度等级为42.5MPa（28d实测强度为45.8MPa），
33，中砂，Mx=2.8，?s?2650Kg/m，碎石，Dmax=20mm，?c?300Kg/m?G?3000Kg/m3，级配合理；自来水。试求初步计算配合比。
解：①确定配制强度（fcu,o）
查表11.15，取标准差?0=5.0MPa，则：
fcu,o=fcu,k+1.645?0=30+1.645×5.0=38.2MPa
W②确定水灰比（）
C本试验采用碎石，其回归系数A=0.46，B=0.07，则：
W0.46?45.8Afce===0.53 Cfcu,o?ABfce38.2?0.46?0.07?45.8【校核】查表11.14，结构物处于干燥环境，要求W/C≤0.65，因此，水灰比可取0.53。 ③确定单位用水量（Wo） 查表11.11，取Wo=195Kg。 ④计算水泥用量（Co） Co=Wo
C=195÷0.53=368Kg W【校核】查表11.14可知，混凝土耐久性要求水泥用量最少不小于260Kg，因此，取水泥用量Co=368Kg。
⑤确定砂率（βs）
根据碎石Dmax=20mm和W/C=0.53，查表11.12，可取βs=35%。