【大学课件】水泥知识p43.ppt

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1、,水泥,水泥属于 无机凝胶材料 气硬性凝胶材料,http:/ 水泥,常用的硅酸盐水泥品种及组成表,在硅酸盐系列的水泥中，有二种组分是必不可少的： 一是硅酸盐水泥熟料；二是适量石膏。 这二者组成硅酸盐水泥（P.I）,硅酸盐水泥定义：是由硅酸盐水泥熟料、05%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。 硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P。 硅酸盐水泥强度等级分为：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。,第一节 硅酸盐水泥,

2、一、 硅酸盐水泥的生产及矿物组成 二、硅酸盐水泥的凝结硬化 三、硅酸盐水泥的主要技术性质 四、水泥石的腐蚀和防止措施,硅酸盐水泥是以石灰质原料（如石灰石等）与粘土质原料（如粘土、页岩等）为主，有时加入少量铁矿粉等，按一定比例配合，磨细成生料粉（干法生产）或生料浆（湿法生产），经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，再与适量石膏共同磨细，即可得到P型硅酸盐水泥。 熟料矿物组成主要是： （1）硅酸三钙：3CaOSiO2，简写C3S，占37%60% （2）硅酸二钙：2CaOSiO2，简写C2S，占15%37% 此二者占75%以上，硅酸盐水泥也由此得名。 （3）铝酸

3、三钙：3CaOAl2O3，简写C3A，占7%15% （4）铁铝酸四钙：4CaOAl2O3Fe2O3，简写C4AF，10%18%。,第一节 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,硅酸盐水泥生产工艺（简称两磨一烧）,第一节 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,石灰质原料：以CaCO3为主要成分的石灰石，也含有一定的MgCO3，提供CaO（也含有一定量的MgO）。 粘土质原料：提供SiO2、Al2O3、Fe2O3。 配料：有硅粉、铝粉、铁矿粉等，分别提供SiO2、Al2O3、Fe2O3以保证各组分间比例关系。,熟料形成过程,第一节 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,其中在13

4、00前，固相反应结束，形成C2S、C3A及C4AF，当温度从1300升至1450的过程中，C3A及C4AF部分熔融，出现液相，将剩余的CaO和部分C2S熔入其中，形成C3S。,熟料与水反应时的性质,第一节 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,通过以上图示可见： 1、对强度贡献较大的是C3S和C2S，其中强度发展快的是C3S； 2、 C3A水化反应的速度极快，凝结也快，必须采取措施抑制； 3、水化热发出的速度是C3A最大也最快， C3S其次。,强度,水化热,水泥加水拌和后，成为可塑性浆体，随后，水泥浆逐渐变稠而失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的凝结。 凝结过后，水泥浆产生明显的强

5、度并逐渐发展成为坚硬的固体，这一过程称为水泥的硬化。,第一节 硅酸盐水泥,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,硅酸盐水泥与水作用后，主要水化产物有二类：,第一节 硅酸盐水泥,二、硅酸盐水泥的凝结硬化,硬化后的水泥石是由凝胶体、晶体粒子、毛细孔、凝胶孔及未水化的水泥颗粒所组成。 毛细孔：多余水分所占的空间。从理论上讲，水泥水化所需的W/C为0.22左右，但为使水泥浆体达到施工所要求的稠度，W/C需达到0.4以上。 凝胶孔：存在于凝胶体中的孔隙，其尺寸较毛细孔要小。,（一） 密度、堆积密度、细度 （二）标准稠度用水量 （三）凝结时间 （四）体积安定性 （五）强度与强度等级 （六）水化热,第一节 硅酸盐水泥,

6、三、硅酸盐水泥的主要技术性质,硅酸盐水泥的密度约为3.10g/cm3。松散状态下的堆积密度为10001200kg/m3，紧密堆积密度达1600kg/m3。,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,国家标准GB 175-99规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg。,（一）密度、堆积密度、细度,细度是指水泥颗粒的粗细程度，是影响水泥性能的重要指标。,细：比表面大，与水接触面积大，水化快、水化程度高。 过细：需水性大，且能耗大。,为了测定水泥的凝结时间及体积安定性等性能，应该使水泥净浆在一个规定的稠度下进行，这个规定的稠度称为标准稠度。,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术

7、性质,（二）标准稠度用水量,达到标准稠度时的用水量称为标准稠度用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示，按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 1346-2001)规定的方法测定。,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,（三）凝结时间,凝结时间分初凝和终凝。 初凝时间指从水泥全部加入水中到水泥开始失去可塑性所需的时间。 终凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥完全失去可塑性开始产生强度所需的时间。,具有流动性和可塑性,开始失去可塑性,完全失去可塑性,影响水泥凝结时间的因素有： 1、水泥熟料的矿物组成 2、石膏的掺量 3、水泥的细度 4、水泥浆体的稠度（W/C） 5、温度和湿

8、度,水泥凝结时间是按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 1346-2001)规定的方法(规定用标准的稠度、统一的温度)测定的。,水泥凝结时间示意图,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,（四）体积安定性,水泥体积安定性，是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质。 当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会导致水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良。 引起水泥体积安定性不良的原因： 1、熟料中含有过量的游离氧化钙（fCaO） 2、熟料中含有过量的游离氧化镁（fMgO） 3、掺入的石膏过多 安定性不良的水泥是废品，工程中禁止使用。,第一节 硅酸盐水泥,三、

9、硅酸盐水泥的主要技术性质,（四）体积安定性,1.过量的f-CaO 出现的原因：一是原料配比不当；二是烧成阶段控制不当。 危害： f-CaO为过火石灰颗粒（石灰烧制控制在1100，而水泥烧成温度达1450，与水反应的速度慢，但也膨胀和放热。 测定方法：沸煮法。,2.过量的f-MgO 出现的原因：来源于石灰石中的MgCO3。 危害： 同f-CaO，但f-MgO与水反应的速度更慢，危害出现的时间更迟。 测定方法：压蒸法。,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,（四）体积安定性,3.石膏掺量过多 掺石膏目的：调节水泥的凝结时间，抑制C3A的水化速度，掺少了不行。 石膏过多危害： 在水泥浆体

10、硬化过程中，多余的石膏与水化铝酸钙继续反应。,水化硫铝酸钙、针状晶体， 形成时体积膨胀1.5倍。,通过控制SO3的含量来保证。,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,（五）强度与强度等级,水泥强度：表示水泥力学性能的一项重要指标，是评定水泥强度等级的依据。 测定方法：水泥胶砂强度测定方法，即水泥:标准砂:水=1:3:0.5，按规定方法成型，标准养护，测定3天、28天的抗折和抗压强度。 根据GB/T 175-99规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期的强度值不得低于下表中的数值。,硅酸盐水泥的强度指标

11、 （依据GB17599）,第一节 硅酸盐水泥,三、硅酸盐水泥的主要技术性质,（六）水化热,水化热：水泥与水发生水化反应时放出的热量，通常用J/kg表示。 水化热既有有利的影响，也有不利的影响。 有利：冬天施工工程中水泥的正常水化和防冻； 不利：对大体积混凝土工程。 水化热的大小主要与水泥细度及矿物组成有关。颗粒愈细，水化热愈大；不同的矿物成分，其放热量不一样，矿物中C3S、C3A含量愈多，水化热愈大。,水泥熟料单矿物水化时特征,（一） 淡水腐蚀 （二）酸类腐蚀 （三）盐类腐蚀 （四）强碱腐蚀 （五）防止措施,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久

12、性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,（一）淡水腐蚀,又称软水腐蚀或溶出性侵蚀。 水泥石中的Ca(OH)2长期在流动的水中，被溶解和带走，降低了水泥石的密实程度，也降低了水泥石的碱度，导致其它水化产物的分解，最终导致水泥石结构破坏。 如水中含重碳酸盐Ca(HCO3)2，则一方面由于同离子效应Ca(OH)2的溶解受到抑制，另一方面所形成的Ca(OH)2几乎不溶于水，填充于孔隙中，形成致密的保护层，是有利的。,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,（二）酸性腐蚀,1、碳酸水的

13、腐蚀 碳酸水的腐蚀取决于水中CO2的浓度。 当水中CO2的浓度较低时，是无害的，且对水泥石有利。,当水中CO2的浓度较高时，形成的Ca(HCO3)2是溶于水的，即水中CO2的浓度超过平衡浓度则对水泥石产生破坏作用。,2、一般酸的腐蚀 作用于Ca(OH)2，形成易溶的盐类。如：,3、硫酸的腐蚀 硫酸作用于Ca(OH) 2，形成CaSO4，继续与水泥石中的水化铝酸钙反应，形成膨胀的水化硫铝酸钙（水泥杆菌），造成破坏性极强的膨胀性腐蚀（同于石膏掺量过多）。,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,（三）盐类腐蚀,1.一般作用于Ca(OH)2，形成易溶的或无胶结力的产物。如镁盐类,2.硫酸盐类

14、腐蚀 硫酸根与水化铝酸钙反应，形成膨胀性腐蚀。,无胶结力,易溶,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,（四）强碱腐蚀,一般浓度不高的碱性溶液不会对水泥石产生破坏作用，但如浓度较高的强碱如NaOH则会引起腐蚀。,2.硫酸盐类腐蚀 沉积在毛细孔中的NaOH与空气中的CO2反应，形成Na2CO3，体积膨胀，可导致水泥石开裂。,易受腐蚀,易溶,1.作用于水泥石中未水化的铝酸钙,第一节 硅酸盐水泥,四、水泥石的腐蚀与防止措施,（五）防止措施,水泥石易受到腐蚀的原因有： 1、水泥石中有易受腐蚀的Ca(OH)2和C-A-H（含C3A）。 2、水泥石中含有孔隙。,可采取如下防止措施： 1、根据工程所

15、处环境，选用适当品种的水泥。 2、增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透。 3、加做保护层。,凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。 按所掺混合材料的品种和数量可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合水泥。,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料 二、掺混合材料的硅酸盐水泥,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,混合材料一般为天然的矿物材料或工业废料。,根据性能可分为,活性混合材料 如：粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质材料,非活性混合材料 如：磨细的

16、石英砂、石灰石、慢冷矿渣,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。,1、粒化高炉矿渣 将炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等方式急速冷却而形成的松软颗粒，称为粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣，其主要的化学成分是CaO、SiO2和Al2O3，占90%以上。,2、火山灰质混合材料 凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性三氧化二铝为主要成分，具有火山灰活性的矿物质材料，都称为火山灰质混合材料。,3、粉煤灰 粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，其颗粒直径一般为0.0010.05mm，呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。粉煤灰的成

17、分主要是活性氧化硅和活性三氧化二铝。,（一）活性混合材料,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,活性混合材料的矿物成分中，主要活性成分有: 活性二氧化硅（SiO2） 活性三氧化二铝 Al2O3 活性三氧化二铁 Fe2O3,此活性又称为潜在活性，即需要有激发剂的作用和参与，方可显出活性，即可产生水化反应火山灰效应。 常用的激发剂有：碱性激发剂如氢氧化钙（为主）或石膏。,（一）活性混合材料,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,掺混合材料水泥的水化特点： 首先是水泥熟料进行水化反应，生成其水化产物及氢氧化钙，在氢氧化钙的激发和参与下，活性混合材料开始水化反应，形

18、成其水化产物：水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙及低硫型水化硫铝酸钙。此过程，称为二次水化反应。,二次水化反应的特点（与熟料相比）： （1）速度慢（活性混合材料的活性不及熟料）； （2）水化热低； （3）对温度和湿度较敏感； （4）相应提高水泥石的抗腐蚀性能。,（一）活性混合材料,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料,这类材料又称填充材料，它与水泥矿物成分或水化产物不起化学反应。掺入水泥中主要起调节水泥强度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。,常用的有磨细石英砂、石灰石粉、粘土及磨细的块状高炉矿渣与炉灰等。,（二）非活性混合材料,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二

19、、掺混合材料的硅酸盐水泥,（一）共性 （二）个性 1、普通硅酸盐水泥 2、矿渣硅酸盐水泥 3、火山灰质硅酸盐水泥 4、粉煤灰硅酸盐水泥 5、复合硅酸盐水泥,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,1、早期强度低，后期强度高； 2、抗软水、海水及硫酸盐腐蚀的能力强； 3、水化热低； 4、湿热敏感性强，适宜湿热养护； 5、抗碳化的能力差； 6、抗冻性、耐磨性差。,（一）共性（与硅酸盐水泥相比）,熟料少，二次反应速度慢,易受腐蚀的Ca(OH)2及C-A-H少。熟料少，放出的Ca(OH)2少，且二次反应需Ca(OH)2激发与参与。,熟料少，且二次反应的水化热低,二次反应的

20、特点所决定的,Ca(OH)2含量少，抗碳化的缓冲能力弱,二次反应速度慢，且对温度较敏感，达到临界抗冻强度所需的时间长。 混合材料的需水性较大，使水泥石的孔隙率增大。,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥简称普通水泥(P0)，是由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%。,（二）个性,1、普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥的强度要求 (GB 17599),由表可见：由于普通硅酸盐中掺入的混合材料较少( 6%15% )，除早期强度和水化热稍低外，其性能近于硅酸盐水泥。,第二节 混合材料

21、及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥(PS)，是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，但代替量不得超过水泥质量的8%。 特性：泌水性大，抗渗性差、耐热性好。,（二）个性,2、矿渣硅酸盐水泥,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥(PP)，是由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%50

22、%。 特性：保水性好、抗渗性好、干缩大、耐磨性差 。,（二）个性,3、火山灰质硅酸盐水泥,第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥(PF)，是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中粉煤灰掺量按质量百分比计为20%40%。 特性：泌水性大（快）、抗裂性好。,（二）个性,4、粉煤灰硅酸盐水泥,矿渣水泥、火山灰水泥及 粉煤灰水泥的强度要求 (GB 134499),第二节 混合材料及掺混合材料的硅酸盐水泥,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥简称复合水泥，是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石

23、膏磨细制成的水硬性胶凝材料。,（二）个性,5、复合硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥的强度要求(GB 129581999),第三节 其它品种水泥,一、快硬硅酸盐水泥 二、白色硅酸盐水泥 三、铝酸盐水泥 四、膨胀水泥,第三节 其它品种水泥,一、快硬硅酸盐水泥,凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥)。 适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工的以及制作预应力钢筋混凝土或高强混凝土预制构件。不适用地大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。,快硬水泥各龄期强度(GB 19990),第三节 其它品种水泥,二、白色硅酸盐

24、水泥,由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥(简称白水泥)。 主要适用于建筑装饰装修工程。,白水泥各龄期强度(GB 201591),白水泥等级划分(GB 201591),第三节 其它品种水泥,三、铝酸盐水泥,凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号为CA。 铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数分为4类： CA50 50% Al2O3 60% CA60 60% Al2O3 68% CA70 68% Al2O3 77% CA80 77% Al2O3 铝酸盐水泥熟料的主要矿物成分为铝酸一钙(CaO Al2O3 ，简写CA)，此外

25、，还有少量硅酸二钙(C2S)和其他铝酸盐。 铝酸盐水泥具有以下特性： （1）快硬早强，后期强度下降 （2）耐热性强 （3）水化热高，放热快 （4） 抗渗性及耐腐蚀性强,第三节 其它品种水泥,四、膨胀水泥,由硅酸盐水泥熟料与适量石膏和膨胀剂共同磨细制成的水硬性胶凝材料，称为膨胀水泥。 按水泥的主要成分不同，分为硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐型膨胀水泥； 按水泥的膨胀值及其用途不同，又分为收缩补偿水泥和自应力水泥两大类。,硅酸盐膨胀水泥是以硅酸盐水泥为主要组分，外加铝酸盐水泥和石膏配制而成的一种水硬性胶凝材料。 铝酸盐膨胀水泥是由铝酸盐水泥熟料和二水石膏为组成材料，采用混合磨细或分别磨细后混合而成，具有自应力高、抗渗、气密性好等优点 。 硫铝酸盐膨胀水泥是以含有适量无水硫铝酸钙熟料，加入较多的石膏磨细而成。,第四节 水泥的选用、验收及保管,一、水泥的选用 （1）按环境条件选择水泥品种 （2）按工程特点选择水泥品种,二、水泥的验收 （1）标志验收 （2）数量验收 （3）质量验收 （4）结论,三、水泥的运输与保管 （1）防潮防水 （2）分类储存 （3）储存期不宜过长,