建材2-2硅酸盐水泥.ppt

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1、湖南大学土木工程学院建材室,1,水泥,1824年，英国J.Aspdin发明，1825-1843年修建的泰晤士河遂道。称波特兰水泥Portland Cement 最重要的建筑材料之一,湖南大学土木工程学院建材室,2,中国的水泥工业,周学熙于1906年创建启新洋灰公司,湖南大学土木工程学院建材室,3,湖南大学土木工程学院建材室,4,小水泥,数量多 能耗高，环境污染大 人均生产效率低,湖南大学土木工程学院建材室,5,都江堰拉法基,湖南大学土木工程学院建材室,6,韶峰水泥,湖南大学土木工程学院建材室,7,水泥的分类,按成份分类 硅酸盐类水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 磷酸盐水泥 碱矿渣水

2、泥 ,湖南大学土木工程学院建材室,8,水泥的分类,按用途及特性分类 通用水泥六大品种 专用水泥油井水泥、大坝水泥、道路水泥 特种水泥膨胀水泥、快硬水泥,湖南大学土木工程学院建材室,9,硅酸盐水泥(当指一个品种时),指一个品种时，根据标准： 凡由硅酸盐水泥熟料、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。 又称波特兰水泥Portland Cement,湖南大学土木工程学院建材室,10,硅酸盐水泥(当指一个品种时),分为两种类型 不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为PI。 在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P。,湖南大

3、学土木工程学院建材室,11,硅酸盐水泥(当指一大类水泥时),指一大类水泥时，常称硅酸盐类水泥，主要包括： 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 为建筑工程常用通用水泥,2. 硅酸盐水泥,学习内容 2.1 硅酸盐水泥的生产及组成 2.2 硅酸盐水泥矿物的水化及凝结硬化 2.3 硅酸盐水泥的技术性质 2.4 水泥石的腐蚀与防止 2.5 硅酸盐水泥的应用及包装、储存,湖南大学土木工程学院建材室,13,2.1 硅酸盐水泥的生产及组成,生产原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类 石灰质原料石灰石等 主要提供CaO 粘土质原料粘土、黄土等 主要提供

4、SiO2、Al2O3及少量Fe2O3 校正原料,湖南大学土木工程学院建材室,15,生产工艺,可以概括为：“两磨一烧”,干法和湿法,立窑和旋转窑,湖南大学土木工程学院建材室,16,生产工艺,湖南大学土木工程学院建材室,18,湖南大学土木工程学院建材室,20,熟料的化学组成,CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3,湖南大学土木工程学院建材室,21,熟料的矿物组成,硅酸三钙（ 3CaO.SiO2 ） C3S 3760 硅酸二钙 （ 2CaO.SiO2 ） C2S 1537 铝酸三钙 （ 3CaO.AlO3 ） C3A 7 15 铁铝酸四钙(4CaO.AlO2.Fe2O3 ) C4AF 1018,湖

5、南大学土木工程学院建材室,22,2.2 硅酸盐水泥 矿物的水化及凝结硬化,水化 由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水。 凝结 水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程。 硬化 浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石）。 水泥水塑性体固体,湖南大学土木工程学院建材室,23,硅酸三钙的水化,遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。,水化硅酸钙 氢氧化钙 xCaOSiO2yH2O, C-S-H凝胶,湖南大学土木工程学院建材室,24,硅酸二钙的水化,遇水后反应较慢，水化热也

6、很低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。,水化硅酸钙 氢氧化钙 xCaOSiO2yH2O,C-S-H凝胶,湖南大学土木工程学院建材室,25,铝酸三钙的水化,遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。对凝结起主导作用，需石膏调凝。,水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。,水化硫铝酸钙（钙矾石，AFt）,湖南大学土木工程学院建材室,26,铁铝酸四钙的水化,遇水时水化反应也很快，水化热中，对抗折强度贡献较大。 水化产物与铝酸三钙相似，凝结时间基本正常,湖南大学土木工程学院建材室,27,水化产物电镜照片,湖南大学土木工程学院建材室,28,水化产物电镜照片,湖南大学土木工程学院建材

7、室,29,熟料矿物对水泥性质的影响,矿物 强度发展 水 化 耐 腐 水化 名称 早期 后期 放热 蚀 性 产物,C3S,C2S,C3A,C4AF,大,大,大,中,C-S-H凝胶、CH,小,大,小,好,C-S-H凝胶、CH,大,小,最大,差,AFt(Afm)、水化铝酸钙,抗折强度高,中,好,基本同C3A,湖南大学土木工程学院建材室,30,凝结硬化过程,湖南大学土木工程学院建材室,31,水泥石的组成,未水化水泥颗粒 水化产物晶体、胶体 孔隙（水） 气孔 宏观缺陷 毛细孔 未被水化产物所填充的原充水空间，与水灰比及水化程度有关 凝胶孔 C-S-H内部，占凝胶体积约 28,湖南大学土木工程学院建材室,

8、32,水泥水化产物,晶体 氢氧化钙 2025 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙（石膏作用下生成） 胶体 水化硅酸钙（C-S-H） 70 C-S-H尺度为1.0100nm,湖南大学土木工程学院建材室,33,不同水灰比水泥石的组成,W/C=0.40 W/C=0.70,湖南大学土木工程学院建材室,34,影响水泥石结构主要因素,水灰比 水化程度 矿物组成 水泥的细度 环境温度和湿度 龄期（时间） 外加剂,湖南大学土木工程学院建材室,35,2.3 硅酸盐水泥的技术性质,GB175-2007通用硅酸盐水泥 细度 凝结时间 安定性 强度 其它,湖南大学土木工程学院建材室,36,细度,水泥颗粒的粗细程度 影响水化速度

9、（强度、凝结时间、水化放热等）、需水量、收缩等性质 表示方法 比表面积 比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（cm2/g 或 m2/kg）。 筛余量 边长0.08mm方孔筛，其筛余量不得超过规定的限值。,湖南大学土木工程学院建材室,37,负压筛,比表面仪,湖南大学土木工程学院建材室,38,标准稠度及其用水量,国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。 “标准稠度”是人为规定的稠度，采用水泥标准稠度测定仪测定。 标准稠度用水量是水泥浆达到标准稠度时的需水量。硅酸盐水泥的一般在之间。,标准稠度测定仪,湖南大学土木工程学院建材室,40,凝结时间,初凝时间

10、水泥加水拌和至标准稠度的净浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝时间 水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。,湖南大学土木工程学院建材室,41,凝结时间测定仪,以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。,湖南大学土木工程学院建材室,42,硅酸盐水泥的凝结时间,初凝时间不得早于45min 终凝时间不得迟于6h 30min,湖南大学土木工程学院建材室,43,凝结时间影响因素,实际工程中凝结时间受多种因素影响 （水灰比和水化速度） 水灰比 矿物组成（主要铝酸三钙及石膏掺量） 水泥的细度 环境温度和湿度 外加剂缓凝和促凝 不正常凝结 闪凝无石膏

11、(或少石膏)、铝酸盐含量高 假凝半水石膏,湖南大学土木工程学院建材室,44,体积安定性,水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。 体积安定性不良：水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化。,体积安定性不良原因,游离氧化钙(f-CaO)含量过高 CaO+H2O=Ca(OH)2 游离氧化镁含量过高 MgO+H2O=Mg(OH)2 三氧化硫（掺入石膏）含量过高,钙矾石，AFt,湖南大学土木工程学院建材室,46,体积安定性的控制,游离氧化镁（f-MgO）含量不超过5.0% 三氧化硫含量不超过3.5% 沸煮法体积安定性合格 用于检验游离

12、氧化钙(f-CaO)造成的水泥体积安定性不良 工程中最常见 用雷氏法或试饼沸煮法检验。,湖南大学土木工程学院建材室,47,沸煮法雷氏法,湖南大学土木工程学院建材室,48,沸煮法试饼法,湖南大学土木工程学院建材室,49,沸煮法安定性不合格混凝土芯样,湖南大学土木工程学院建材室,50,体积安定性,体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于任何工程中，以及工程中的任何部位，否则将导致严重后果。,湖南大学土木工程学院建材室,51,安定性不合格混凝土工程,湖南大学土木工程学院建材室,52,安定性合格混凝土芯样,湖南大学土木工程学院建材室,53,沸煮法安定性不合格混凝土芯样,湖南大学土木工程学院建材室,

13、54,沸煮法安定性不合格混凝土芯样,湖南大学土木工程学院建材室,55,安定性不合格混凝土处理,湖南大学土木工程学院建材室,56,强度,评价水泥质量的又一个重要指标。 影响水泥石强度的因素有哪些？ GB/T17961-1999水泥胶砂强度检验方法。 试件制备：尺寸为4cm4cm16cm，胶砂中水泥与标准砂之比为 1：3 ，水灰比W/C=0.5 养护：201C温度的水中标准养护 龄期：分别为d和28d。 强度：检验其抗压强度和抗折强度。 强度等级：根据28天强度，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级,湖南大学土木工程学院建材室,57,影响水泥

14、石强度主要因素,水灰比 水化程度 矿物组成 水泥的细度 环境温度和湿度 龄期（时间） 外加剂 试验方法,湖南大学土木工程学院建材室,58,试件制备,湖南大学土木工程学院建材室,59,养护,养护：保持环境的温度和湿度，使水泥石强度不断增长的过程。 水泥的标准养护：201C温度的水中标准养护,湖南大学土木工程学院建材室,60,其它养护条件湿热养护,蒸汽养护 蒸压养护,湖南大学土木工程学院建材室,61,其它养护条件自然养护,浇水养护,覆盖养护,同条件养护试件,湖南大学土木工程学院建材室,62,抗折强度试验,湖南大学土木工程学院建材室,63,抗压强度试验,注：表中表示早强型，其它为普通型,硅酸盐水泥强

15、度要求 (GB175-2007),湖南大学土木工程学院建材室,65,其它性能,碱含量 水泥中含有较多的强碱物Na2O或 K2O时，而骨料又具有碱活性时，易发生碱-骨料反应。因而用户要求时，水泥中的含碱量不得大于0.6%。,湖南大学土木工程学院建材室,66,其它性能,水化热 水泥水化时放出的热量。以J/kg示。主要集中在水化初期（7d） 主要考虑：放热总量与放热速度 影响因素： 熟料的矿物组成如C3A 水泥的细度越细，放热速度越快 水泥强度等级越高，放热速度越快、越大 外加剂掺加缓凝剂可降低早期水化热,湖南大学土木工程学院建材室,67,大体积混凝土,湖南大学土木工程学院建材室,68,其它性能,烧

16、失量 水泥在一定温度和时间内，烧失的量占原质量的百分数。 用于判定 未燃碳的含量大，烧失量大，影响水泥的凝结硬化和收缩。 水泥存放时间长，烧失量大 混合材掺量大，烧失量大 规范规定： P.3.0% P.3.5%,湖南大学土木工程学院建材室,69,不合格水泥,废品水泥 凡氧化镁、三氧化硫、沸煮法体积安定性、初凝时间几项指标中任意一项不合格 严禁出厂，严禁用于任何工程 次品水泥 强度、终凝时间、烧失量、细度等不合格为次品水泥，用于次要工程或工程次要部位 强度不合格，可降低强度等级使用,湖南大学土木工程学院建材室,70,水泥石的腐蚀及防止措施,水泥石腐蚀的方式 软水侵蚀 一般酸的腐蚀 碳酸的腐蚀 硫

17、酸盐的腐蚀 镁盐腐蚀 其它 发生原因 防止措施,湖南大学土木工程学院建材室,71,软水侵蚀,水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。,湖南大学土木工程学院建材室,72,一般酸的腐蚀,工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为：,湖南大学土木工程学院建材

18、室,73,工业酸腐蚀,湖南大学土木工程学院建材室,74,碳酸的腐蚀,雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：,湖南大学土木工程学院建材室,75,硫酸盐的腐蚀,当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。,湖南大学土木工程学院建材室

19、,76,湖南大学土木工程学院建材室,77,镁盐,生成溶解度极低、无胶凝作用的氢氧化镁 Ca(OH)2+Mg2+ Ca2+ + Mg(OH)2 海水中MgSO4腐蚀,湖南大学土木工程学院建材室,78,其它,有些其它物质也能腐蚀水泥石，如强碱、糖类、脂肪、微生物等。,湖南大学土木工程学院建材室,79,发生原因,水化或腐蚀反应中有可溶解性的产物 有膨胀性产物生成 有低溶解度无胶结能力的产物生成 有腐蚀性介质渗入通道 与腐蚀性介质接触,湖南大学土木工程学院建材室,80,防止水泥石腐蚀的方法,根据工程的环境特点，合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料。 提高密实度，减少水泥石结构的（开口）孔隙率，阻止腐蚀

20、介质渗入水泥石的通道。（减小水灰比） 表面设置保护层，隔绝腐蚀介质与水泥石的接触。如采用涂料、贴面等,湖南大学土木工程学院建材室,81,硅酸盐水泥的应用,常用于： 重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程 要求凝结快的现场浇注的混凝土工程 冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程 不宜用于： 受流动的软水和有水压作用的工程 受海水和矿物水作用的工程 大体积工程 耐热、耐酸工程 湿热养护的混凝土构件,湖南大学土木工程学院建材室,82,硅酸盐水泥包装,袋装 散装 2002年散装率仅24%，发达国家在70%以上 每亿吨袋装水泥：耗纸60万吨，优质木材370万立方，煤碳78万吨，烧碱22万吨，电力7.2亿度，扎口棉纱4000吨，损耗水泥450万吨。 每亿吨散装水泥创造综合经济效益约11亿元,湖南大学土木工程学院建材室,83,硅酸盐水泥的存放,密度：3.053.20g/cm3，一般取3.1 堆积密度：1.3 g/cm3 散装水泥分库存放，袋装水泥堆放高度不宜超过10层 存放时间不宜过长，一般存放条件下，经过3个月后强度下降约10-20%,湖南大学土木工程学院建材室,84,实验安排,地点：南楼一楼建材实验室,