水泥技术性质教学课件.pdf

15:17 1 15:17第3章 水泥胶凝材料 1 一、硅酸盐水泥的生产和组成一、硅酸盐水泥的生产和组成 二、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化机理二、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化机理 三、硅酸盐水泥的技术性质三、硅酸盐水泥的技术性质 四、硅酸盐水泥的使用四、硅酸盐水泥的使用 五、硅酸盐水泥的特性与应用（并第二节）五、硅酸盐水泥的特性与应用（并第二节） 第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 15:17 2 15:17第3章 水泥胶凝材料 2 三、硅酸盐水泥技术性质三、硅酸盐水泥技术性质 1 密度、堆积密度密度、堆积密度 2 细度细度 3 需水性需水性 4 凝结时间凝结时间 5 安定性安定性 6 强度等级强度等级 7 水化热水化热 8 化学组成化学组成 强制性条款强制性条款 推荐性条款推荐性条款 基础性质基础性质 国 家 标 准 国 家 标 准 15:17 3 15:17第3章 水泥胶凝材料 3 1 密度、堆积密度密度、堆积密度 硅酸盐水泥（硅酸盐水泥（pi、pii）：）：3.03.2g/cm3 普通水泥（普通水泥（po） 、复合水泥（、复合水泥（pc）略低）略低 矿渣水泥（矿渣水泥（ps） 2.83.0g/cm3 火山灰（火山灰（pp） 、粉煤灰水泥（、粉煤灰水泥（pf） 2.72.9g/cm3 影响因素：影响因素：组成组成、存放时间、环境以及熟料的煅烧状况、存放时间、环境以及熟料的煅烧状况 意义：主要用于混凝土、砂浆配合比计算意义：主要用于混凝土、砂浆配合比计算 检验方法：排油法检验方法：排油法 15:17 4 15:17第3章 水泥胶凝材料 4 松散堆积密度松散堆积密度 9001200kg/m3 紧密时可达紧密时可达 1600kg/m3 堆积密度堆积密度 除与组成、细度有关外，主要取决于除与组成、细度有关外，主要取决于 堆积的紧密程度。堆积的紧密程度。 主要用于计算水泥的贮运量。主要用于计算水泥的贮运量。 15:17 5 15:17第3章 水泥胶凝材料 2 细度细度 粉状物料的粗细程度。粉状物料的粗细程度。 标准筛标准筛的筛余、的筛余、比表面积比表面积、粒度分布表示。、粒度分布表示。 80um或或 45um cm2/g或或m2/kg 单位质量表面积单位质量表面积 15:17 6 细度对水泥的性质影响细度对水泥的性质影响同样矿物组成的水泥，细同样矿物组成的水泥，细 度越细，与水反应的表面积越大，水化、凝结硬化越度越细，与水反应的表面积越大，水化、凝结硬化越 快，水泥强度越高；快，水泥强度越高； 一般认为，水泥颗粒小于一般认为，水泥颗粒小于40um才具有较高的活性，才具有较高的活性， 大于大于100um活性就很小了。活性就很小了。 细度大，粉磨成本高，需水量大，硬化收缩大，且易细度大，粉磨成本高，需水量大，硬化收缩大，且易 产生裂纹。产生裂纹。 细度的意义细度的意义 gb175规定规定 : 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 300m2/kg 15:17 7 15:17第3章 水泥胶凝材料 7 3 需水性需水性 水泥获得水泥获得一定稠度一定稠度所需水量的性质。所需水量的性质。 gbt1346水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法 标准稠度标准稠度 为测定水泥的为测定水泥的凝结时间、凝结时间、 安定性安定性等性能，使其具有等性能，使其具有 准确的可比性，准确的可比性，水泥净浆水泥净浆 以标准方法测试所达到统以标准方法测试所达到统 一规定的一规定的浆体可塑性程度浆体可塑性程度 标准稠度需水量标准稠度需水量 2430% 15:17 8 15:17第3章 水泥胶凝材料 8 影响水泥需水性的主要因素影响水泥需水性的主要因素 熟料矿物的组成熟料矿物的组成 混合材的品种和数量混合材的品种和数量 水泥的细度水泥的细度 硅酸盐水泥：一般在硅酸盐水泥：一般在2424一一3030之间之间 15:17 9 15:17第3章 水泥胶凝材料 9 4 凝结时间凝结时间 凝结时间凝结时间水泥从水泥从和水和水开始到失去流动开始到失去流动 性，即从可塑状态发展到固体状态所需要性，即从可塑状态发展到固体状态所需要 的时间，分为初凝和终凝。的时间，分为初凝和终凝。 初凝时间初凝时间从水泥和水到水泥浆从水泥和水到水泥浆开始开始失失 去塑性的时间；去塑性的时间； 终凝时间终凝时间从水泥和水到水泥浆从水泥和水到水泥浆完全完全失失 去塑性的时间。去塑性的时间。 15:17 10 15:17第3章 水泥胶凝材料 10 初凝和终凝初凝和终凝 加水拌和加水拌和t0开始开始失去可塑性失去可塑性 t1完全完全失去可塑性失去可塑性 t2 初凝初凝 终凝终凝 可塑性浆体可塑性浆体固体，并逐渐具有强度固体，并逐渐具有强度 水泥的水泥的初凝不宜过早初凝不宜过早，以便施工时有足够的时，以便施工时有足够的时 间来完成混凝土、砂浆的搅拌、运输、密实成间来完成混凝土、砂浆的搅拌、运输、密实成 型或砌筑等操作；型或砌筑等操作； 水泥的水泥的终凝不宜过迟终凝不宜过迟，以便使混凝土能尽快的，以便使混凝土能尽快的 硬化、达到一定的强度，以利于下一道工序的硬化、达到一定的强度，以利于下一道工序的 进行。进行。 gb175中规定硅酸盐水泥初凝不得早于中规定硅酸盐水泥初凝不得早于 45min，终凝不得迟于，终凝不得迟于390min（6.5h）。）。 初凝时间不符合上述规定的水泥为不合格品。初凝时间不符合上述规定的水泥为不合格品。 对凝结时间的要求：对凝结时间的要求： 15:17 12 15:17第3章 水泥胶凝材料 12 影响凝结时间的主要因素：影响凝结时间的主要因素： 水泥中水泥中c a的含量 的含量 石膏的掺量：适量石膏的掺量：适量1.3-2.5%（so3%） 水泥的细度水泥的细度 水灰比水灰比 混合材的掺量混合材的掺量 环境条件环境条件 15:17 13 15:17第3章 水泥胶凝材料 13 5 安定性安定性 水泥浆体在水泥浆体在硬化后硬化后体积变化的稳定性。体积变化的稳定性。 若水泥硬化后体积变化不稳定，产生不均匀的体若水泥硬化后体积变化不稳定，产生不均匀的体 积变化，即所谓积变化，即所谓安定性不良安定性不良。 会使硬化水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏；会使硬化水泥石产生弯曲、裂缝甚至粉碎性破坏； 导致混凝土产生膨胀性裂纹，降低工程质量。导致混凝土产生膨胀性裂纹，降低工程质量。 gb175规定：规定：安定性不良的水泥不合格品安定性不良的水泥不合格品，不，不 得用于工程中。得用于工程中。 15:17 14 15:17第3章 水泥胶凝材料 14 引起安定性不良的原因：引起安定性不良的原因： 水泥熟料煅烧过程中，当水泥中含有的高温下水泥熟料煅烧过程中，当水泥中含有的高温下 生成的生成的f-cao、f-mgo的量过多时，在水泥硬的量过多时，在水泥硬 化后水泥石会产生体积膨胀；化后水泥石会产生体积膨胀； 过多的石膏（过多的石膏（so ） ）在水泥硬化后，还会继续在水泥硬化后，还会继续 与固态的与固态的c-a-h反应生成反应生成aft/afm，产生体积，产生体积 膨胀。膨胀。 三种物质三种物质 15:17 15 15:17第3章 水泥胶凝材料 15 检验和控制：检验和控制： f-cao：沸煮法沸煮法 f-mgo：限量限量 f-mgo 的水化比的水化比f-cao更缓慢，沸煮法已更缓慢，沸煮法已不能检验不能检验， gb175规定硅酸盐水泥规定硅酸盐水泥mgo含量不得超过含量不得超过5.0%，若，若 经水泥经水泥压蒸压蒸检验合格，则检验合格，则mgo含量可放宽到含量可放宽到6.0%； so 含量 含量：限量限量 由石膏造成的安定性不良，需经长期浸在常温水中才由石膏造成的安定性不良，需经长期浸在常温水中才 能发现，能发现，不便于检验不便于检验，所以，所以gb175规定硅酸盐水泥中规定硅酸盐水泥中 的的so3含量不得超过含量不得超过3.5%。 15:17 16 15:17第3章 水泥胶凝材料 16 6 强度等级强度等级 划分划分:不同龄期不同龄期的的抗压抗压和和抗折抗折强度。强度。 按早期强度按早期强度(3d)的大小分为的大小分为早强型早强型(r)和和普通型普通型。 pi、pii 强度等级强度等级 抗抗 压压 强强 度度,mpa抗抗 折折 强强 度度,mpa 3d28d3d28d 42.517.0 42.5 3.5 6.5 42.5r2222.04 4.0 52.523.0 52.5 4.0 7.0 52.5r27.05.0 62.528.0 6 62.5 5.0 8.0 62.5r32.05.5 各强度等级、各龄期各强度等级、各龄期的强度不得低于标准规定的数的强度不得低于标准规定的数 值值, ,如有一项指标低于表中的数值，则为不合格品。如有一项指标低于表中的数值，则为不合格品。 15:17 18 15:17第3章 水泥胶凝材料 18 水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法 gb/t17671 水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法规规 定以定以标准胶砂试件标准胶砂试件强度来表示水泥的强度。强度来表示水泥的强度。 40mm40mm160mm棱柱试体棱柱试体 水泥：标准砂：水水泥：标准砂：水=1：3：0.5 行星搅拌机搅拌、振实台上成型行星搅拌机搅拌、振实台上成型 带模湿汽养护带模湿汽养护24h后，脱模后水中后，脱模后水中标准养护标准养护 至试验至试验龄期龄期3d、28d，进行，进行抗折抗折、抗压抗压 强度强度试验。试验。 15:17 19 15:17第3章 水泥胶凝材料 19 水泥的强度和下列因素有关：水泥的强度和下列因素有关： 水泥的熟料组成水泥的熟料组成c3s、 、c2s 混合材料的种类和数量混合材料的种类和数量 细度细度 水灰比水灰比 龄期龄期 养护制度养护制度温度、湿度温度、湿度 试验条件试验条件(加载速度加载速度) 15:17 20 20 construction materialsmaterials 养护对水泥强度发展的影响养护对水泥强度发展的影响 15:17 21 15:17第3章 水泥胶凝材料 21 7 水化热水化热 水泥和水之间化学反应放出的热量，以水泥和水之间化学反应放出的热量，以kj/kg表示。表示。 大部分大部分水化热伴随着强度的增长在水化水化热伴随着强度的增长在水化初期初期放出的。放出的。 有利有利冬季施工，利于水泥的正常凝结硬化，防冬季施工，利于水泥的正常凝结硬化，防 止冻害。止冻害。 有害有害大体积混凝土工程如大型基础、桥墩等，大体积混凝土工程如大型基础、桥墩等， 由于水泥水化热不能尽早散发出去，因而高水化热由于水泥水化热不能尽早散发出去，因而高水化热 可能使混凝土造成温度裂缝。可能使混凝土造成温度裂缝。 15:17 22 15:17第3章 水泥胶凝材料 22 水化热的大小和释放速率主要取决于：水化热的大小和释放速率主要取决于： 水泥熟料的矿物水泥熟料的矿物c3a、 c3s 混合材的品种和数量混合材的品种和数量 水泥的细度和养护条件水泥的细度和养护条件 15:17 23 15:17第3章 水泥胶凝材料 23 8 化学指标化学指标 不溶物不溶物 烧失量烧失量 so3 mgo cl- 碱含量碱含量 na2o+0.658k2o 砼耐久性砼耐久性 水泥安定性水泥安定性 hcl-naoh处理处理-高温灼高温灼 烧后所剩的物质。含量烧后所剩的物质。含量 高影响水泥质量。高影响水泥质量。 水泥经高温灼烧物质量水泥经高温灼烧物质量 的损失百分数。水分、的损失百分数。水分、 有机杂质排出、碳酸盐有机杂质排出、碳酸盐 分解出分解出co2，硫酸盐分，硫酸盐分 解出解出so2。限制。限制石膏和石膏和 混合材混合材中杂质含量。中杂质含量。 15:17 24 15:17第3章 水泥胶凝材料 24 硅酸盐水泥化学技术指标硅酸盐水泥化学技术指标单位：单位：% 水泥水泥 代号代号 不溶物不溶物烧失量烧失量 碱含量碱含量cl-so3mgo p i0.750.753.03.0 0.600.063.53.55.05.0* * p ii1.501.503.53.5 *若水泥经压蒸试验合格，则此指标可放宽至若水泥经压蒸试验合格，则此指标可放宽至6.0%。 15:17 25 15:17第3章 水泥胶凝材料 25 四、水泥石的侵蚀与防止四、水泥石的侵蚀与防止 硬化后的水泥本身具有硬化后的水泥本身具有孔结构孔结构 硬化后的水泥中具有硬化后的水泥中具有可溶性水化产物可溶性水化产物 环境环境水中具有酸、碱、盐等水中具有酸、碱、盐等 内 因 内 因 外 因 外 因 15:17 26 15:17第3章 水泥胶凝材料 26 水泥石的结构特点水泥石的结构特点 多相多组分多相多组分 凝胶体（凝胶体（c c- -s s- -h h、 c c- -a a- -h h ） 晶体（晶体（chch、aft/afmaft/afm） 孔隙孔隙（毛细孔毛细孔、凝胶孔、气孔等）、凝胶孔、气孔等） 未水化的水泥颗粒未水化的水泥颗粒 较易发生反应较易发生反应 100nm，通道，通道 溶解度最大溶解度最大(25时约时约1.2gcao/l) 15:17 27 15:17第3章 水泥胶凝材料 27 水泥化学腐蚀的类型：水泥化学腐蚀的类型： 破破 坏坏 15:17 28 15:17第3章 水泥胶凝材料 28 水泥化学腐蚀的类型：水泥化学腐蚀的类型： 溶出型腐蚀溶出型腐蚀 溶解溶解- -离子交换离子交换 形成膨胀性产物形成膨胀性产物 15:17 29 15:17第3章 水泥胶凝材料 29 溶出型腐蚀溶出型腐蚀 承压水、流动水、或软水承压水、流动水、或软水直接与其作用。直接与其作用。 在水化产物中，在水化产物中，ca(oh)2首先被溶解，这样不首先被溶解，这样不 仅增加了仅增加了孔隙率孔隙率，使水更容易渗透，而且由于，使水更容易渗透，而且由于 液相中液相中ca(oh)2浓度降低，还会使浓度降低，还会使其他水化物其他水化物 发生分解发生分解。 高碱性高碱性的水化硅酸盐、水化铝酸盐等分解而成的水化硅酸盐、水化铝酸盐等分解而成 为为低碱性低碱性的水化产物，若持续侵析，最后会变的水化产物，若持续侵析，最后会变 成硅酸凝胶、氢氧化铝等成硅酸凝胶、氢氧化铝等无胶结能力无胶结能力的物质。的物质。 15:17 30 15:17第3章 水泥胶凝材料 溶解型腐蚀溶解型腐蚀 形成可溶性钙盐形成可溶性钙盐 酸性溶液中形成酸性溶液中形成cacl2、ca(hco3)2等，随水带走等，随水带走 形成不溶性钙盐形成不溶性钙盐 caco3 无胶结能力，被流水冲刷、渗漏滤出或车辆磨损无胶结能力，被流水冲刷、渗漏滤出或车辆磨损 镁盐侵蚀镁盐侵蚀mg2+、 、so42-双重腐蚀 双重腐蚀 mgso4+ca(oh)2+2h2ocaso4+mg(oh)2 强碱的侵蚀强碱的侵蚀 3cao al2o3 nh2o+6naohna2o al2o3+3ca(oh)2+nh2o 复分解反应复分解反应 15:17 31 15:17第3章 水泥胶凝材料 31 膨胀型腐蚀膨胀型腐蚀 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀 so42-+ca(oh)2caso4 +c-a-h 钙矾石钙矾石（aft） 盐类结晶膨胀盐类结晶膨胀：各类不溶性盐：各类不溶性盐 碱碱-集料反应集料反应 生成生成硅胶硅胶；继而在；继而在so42-作用下，生成作用下，生成钙