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1896192019872006 建建 筑筑 材材 料料 第三章 水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention l 掌握水泥的基本概念和性能特点； l 了解水泥的生产工艺和基本矿物组成； l 了解水泥凝结硬化作用机理； l 了解不同品种水泥的性能与工程应用； 教学目标与要求：教学目标与要求： 重点：掌握水泥技术性质及应用重点：掌握水泥技术性质及应用 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 民用建筑 工业建筑 海港 大坝 大桥 国防设施 公路 核电站 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 这些建筑能离开水泥吗？ 这些建筑所用水泥一样吗？ 水泥是如何生产出来的？有那些品种？如何选择 ？ ? 看图思考 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 是一种粉末状物质，它与适量水混合后，经过物理化学过程能由 可塑性浆体变成坚硬的石块体，并能将散粒材料胶结成为整体的 混凝土，水泥浆体不但能在空气中硬化，而且还能在水中硬化， 属于水硬性胶凝材料。 基本概念基本概念 分类分类 通用水泥：用于一般建筑工程的水泥 专用水泥：适应专门用途的水泥 特种水泥：具有比较突出的某能种性的水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 品种 硅 酸 盐 水 泥 普 通 水 泥 矿 渣 水 泥 火 山 灰 水 泥 粉 煤 灰 水 泥 复 合 水 泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 硅酸盐水泥的定义、生产及矿物成分 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料 0 05%5%石灰石或粒化高炉矿渣石灰石或粒化高炉矿渣 适量石膏适量石膏 磨细 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 硅酸盐水泥生产工艺硅酸盐水泥生产工艺 硅酸盐类水泥的生产过程是硅酸盐类水泥的生产过程是“ “两磨一烧两磨一烧” ”，即，即: : 1)1)将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料：将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料： 2)2)将生料煅烧使之部分熔融形成熟料；将生料煅烧使之部分熔融形成熟料； 3)3)将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 水泥的生产工艺流程示意图 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 水泥厂“风光” 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 生产过程生产过程 水泥回转窑 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 硅酸盐水泥 名 称硅酸 三钙 硅酸 二钙 铝酸 三钙 铁铝酸 四钙 水化速度 放热量 强度 快 大 高 慢 小 早低晚高 最快 最大 低 快 中 低 硅酸盐水泥的矿物硅酸盐水泥的矿物组成组成 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 溶解期 凝结期 硬化期 凝结硬化的阶段 水泥的凝结硬化过程及水泥石结构 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 硅酸盐水泥的主要水化产物: 水化硅酸钙 水化铁酸钙 氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 凝胶体凝胶体 晶体晶体 硅酸盐水泥 水泥水泥的水化的水化 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 电镜电镜 下的水泥水化产产物图图 CH Crystal 氢氧化钙晶体 C-S-H 水化硅酸钙凝胶 水化水化硫铝酸钙 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 主要因素 细 度 养 护 时 间 用 水 量 温度和湿度 影响水泥凝结硬化的主要因素 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 石膏石膏的作用的作用 硅酸盐水泥 p为了调节水泥的凝结时间，在熟料磨细时，掺有适 量（3%左右的）石膏石膏 p起缓凝剂的作用，减缓水泥凝结速度，便于施工操 作 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥硅酸盐水泥的的技术性质技术性质 国家标准GB175-2007规定，硅酸盐水泥有九项技术要求: 不溶物、烧失量 氧化镁、三氧化硫含量 细度 凝结时间 体积安定性 强度 碱含量等 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定义：水泥的细度表示水泥颗粒的粗细程度 通常用比表面积法或筛析法来测定。国家标准规定，硅酸盐水 泥比表面积大于300m2/kg 水泥细度对水泥的性能影响很大，水泥颗粒越细，与水接触面 积越大，水化反应越快 对强度的发展，尤其是早期强度非常 有利。 但也不宜过细，because 一方面在储存期间易吸潮而降低强度一方面在储存期间易吸潮而降低强度 早期放热、硬化收缩较大早期放热、硬化收缩较大 另一方面也会大大增加粉磨的能耗，成本提高另一方面也会大大增加粉磨的能耗，成本提高 细 度 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 结论1：水泥的 初凝时间不能过 短，否则在施工 前即已失去流动 性和可塑性而无 法施工。 初凝时间不得 早于45min 结论2：水泥的 终凝时间不能过 长，否则将延长 施工进度和模板 周转期。 终凝时间不得 迟于6.5h。 初凝时间不符合规定者为废品， 终凝时间不符合规定者为不合格品。 GB规定 凝结时间 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 目的：统一凝结时间测定目的：统一凝结时间测定 标准稠度用水量的判定 以试杆沉入净浆距底板（61）mm 的水泥净浆为标准稠度净浆。 水泥净浆标准稠度 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 凝结时间 水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。 水泥全部 加入水中 开始失去 可塑性 完全失去 可塑性 初凝 终凝 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 初凝结时间判定 当试针沉于距底板（41）mm时，为水泥 初凝状态，水泥全部加入水中至初凝状态的时 间为初凝时间，单位为min。 凝结时间 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 终凝结时间判定 当试针沉入试体05 mm时，即环形试件开始不能 在试体上留下痕迹时，水泥达到终凝越态，水泥全 部加入水中至终凝状态的时间为终凝状态的时间为 终凝时间， 单位为min. 凝结时间 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定义: 水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积变化 的均匀性的均匀性 原因: 引起水泥体积安定性不良的原因有熟料中游离氧化钙过多 或游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。 检测方法：测试方法有煮沸法和雷氏法。 只能检验氧化钙所引起的水泥体积安定性. n保证施工质量的一项重要技术指标 体积安定性 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 体积安定性不良 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention n n 水泥的强度是表明水泥质量的重要指标。水泥的强度是表明水泥质量的重要指标。 n n 根据国家标准根据国家标准水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法规定，水泥、标准规定，水泥、标准 砂和水按砂和水按1:3:0.51:3:0.5混合，按规定的方法制成试件，在标准温度混合，按规定的方法制成试件，在标准温度 （201201）的水中养护，测定其规定龄期的强度。）的水中养护，测定其规定龄期的强度。 n n 国家标准国家标准GB175-2007GB175-2007中规定，水泥强度等级按规定龄期的抗中规定，水泥强度等级按规定龄期的抗 压强度和抗折强度来划分压强度和抗折强度来划分 强度与强度等级 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 强度等级 抗 压 强 度/MPa抗 折 强 度/MPa 3d28d3d28d 32.5 32.5R 11.0 16.0 32.5 2.5 3.5 5.5 42.5 42.5R 16.0 21.0 42.5 3.5 4.0 6.5 52.5 52.5R 22.0 26.0 52.5 4.0 5.0 7.0 普通水泥各龄期的强度要求（MPa） 强度与强度等级 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 废品与不合格品规定 国家标准规定：国家标准规定： 凡氧化镁含量、三氧化硫含量、沸煮安定性、初凝时间中的任一项不 符合标准规定时，均为废品。 废品水泥在工程中严禁使用废品水泥在工程中严禁使用 凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任一项不符合标准规定或混 合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品标号规定的指标时称为 不合格品。 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 水泥石的侵蚀与防止 种 类 溶出性侵蚀 酸类侵蚀 盐类侵蚀 软水侵蚀 一般酸性侵蚀 碳 酸 侵 蚀 镁盐侵蚀 硫酸盐侵蚀 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 水泥石发生腐蚀原因 外因外因侵蚀性介质 内因内因 l 水化产物 Ca(OH)2 水化铝酸钙3CaOAl2O36H2O l 水泥石不密实（毛细管、孔隙） 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention (1)合理选择水泥品种 (2)提高水泥石的密实度 (3)设置保护层 防止侵蚀的措施 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 特性: l 快硬早强 l 水化热较高 l 抗冻性较好 l 耐热性较差 l 耐腐蚀性较差 应用: l 快硬早强的工程 l 冬期施工 l 配制高强度混凝土 l 预应力混凝土工程 l 不宜于大体积混凝土工程 硅酸盐水泥的特性及应用 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention l 应特别注意防水，防潮 l 不同品种不同标号的水泥要分别存放 l 尽量做到先到先用 l 一般水泥的储存期为3个月 l 存放3个月以上的水泥，必须重新检 验其强度，否则不得使用。 水泥的运输与贮存 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 掺混合材料的硅酸盐水泥 一、混合材料 定义 分类 活性混合材料 非活性混合材料 为了改善硅酸盐水泥的某些性能 或调节水泥强度等级，生产水泥 时,在水泥熟料中掺入人工或天然 矿物材料 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 分 类 粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料 粉 煤 灰 活性混合材 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定义 不具有活性或活性甚低的 人工或天然矿物质材料 常用的非活性混合材料，主要有磨细的石 灰岩、砂岩以及活性指标低于国家标准规 定的活性混合材料 非活性混合材 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention n形成：高炉冶炼生铁时所得以硅酸钙为主要成 分的熔融物，经淬冷粒化后的产品。 n组成： 化学成分 ： CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 硫化物 90% 其中Al2O3 12% CaO 40% 的活性较好 粒化高炉矿渣 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 影响矿渣活性的因素 化学成分：活性组分主要指： 玻璃体的含量：越高越好 CaO Al2O3 MgO 常用的 激发剂 碱性激发剂：主要有： 硫酸盐激发剂：主要有： 石灰 熟料 石膏 工业副产石膏 能产生Ca(OH)2 CaSO4 矿渣的活性 矿渣的活性激发剂矿渣的活性激发剂 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 火山灰质混合材 定义：定义：是具有火山灰性的天然的或人工的矿质物料 包括：包括： 天然的火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土； 人工的烧粘土、烧矸石。 主要化学成分：主要化学成分：SiO2、Al2O3 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention l 产出：从煤粉炉烟道气体中收集的粉尘（1亿T） l 成分：以SiO2,Al2O3为主，另有少量 Fe2O3、CaO等 l 活性： 取决于 化学成分 玻璃体含量 烧失量 细度 粉煤灰 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定义 国家标准GB175-1999规定，凡由硅酸 盐水泥熟料、6-15的混合材料、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 。 指 标 烧 失 量 细 度 强 度 凝结时间 普通硅酸盐水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定义 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， 称为矿渣硅酸盐水泥 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 ，称为火山灰质硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥 定义 凝结硬化慢 水化热低 抗侵蚀能力强 抗冻耐磨性较差 抗碳化能力差 特性 粉煤灰硅酸盐水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 定 义 由硅酸盐水泥熟料、两种或两种 以上规定的混合材料、适量石膏 磨细制成的水硬性胶凝材料 注意事项：（1）选择性能优势可互补的复合材料 并确定适宜掺量；（2）控制合适的粉磨细度；（3 ）当混合材料掺量较高时可掺入一定量的外加剂。 复合硅酸盐水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 水 泥 名 称代 号 硅酸盐水泥P、P 普通硅酸盐水泥PO 矿渣硅酸盐水泥PS 粉煤灰硅酸盐水泥PF 火山灰质硅酸盐水泥PP 复合硅酸盐水泥PC 石灰石硅酸盐水泥PL 各种水泥代号 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention n普通硅酸盐水泥： 熟料(615)%混合材石膏 n矿渣硅酸盐水泥： 熟料 (2070)%矿渣石膏 n火山灰水泥： 熟料 (2050)%火山灰石膏 n粉煤灰硅酸盐水泥 熟料 (2040)%粉煤灰石膏 n复合硅酸盐水泥 熟料 (1550)%混合材料石膏 n石灰石硅酸盐水泥 熟料 10%25%石灰石石膏 掺混合材硅酸盐水泥品种 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 五种常用水泥的主要性能五种常用水泥的主要性能 特性 品种P.P. P.OP.SP.PP.F 水化热高低 凝结时间快较快较慢，低温下尤甚 强度发展早期强度高早期强度较 高 早期强度低，但后期强度可等于同标 号硅酸盐水泥 抗硫酸腐蚀较差较强当SiO2多时，抗硫酸盐 腐蚀性好，当AlO3多时 ，抗硫酸盐腐蚀性差 抗冻性好较差 干缩性小较大大较小 保水性较好差好差 蒸养适应性不宜高于6080好 五种常见硅酸盐水泥性能及应用 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 一、快硬硅酸盐水泥 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨 细制成的，以3天抗压强度表示标 号的水硬性胶凝材料，称为快硬 硅酸盐水泥 定义 特种水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 氧化镁 三氧化硫 细度 安定性 强度 凝结时间 不得超过. 初凝不得早于min 终凝不得迟于10h 不得超过. 不得超过 合格 以3d抗压强度为准 快硬硅酸盐水泥水泥技术要求 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disaster prevention 适当成分的生料，烧至部分熔融，所得 以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量少的白色 硅酸盐水泥熟料，加人适量石膏，磨细制成 的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥 32.5 42.5 52.5 62.5 定义 标号 白色水泥 上海交通大学安全与防灾工程研究所 Institute of engineering safety and disas