硅酸盐水泥的性能分析工作论.docx

兰州交通大学工程检测有限公司工作论文 题 目： 硅酸盐水泥的性能分析姓 名： 杜淀泽 科 室： 实验室 指导教师： 硅酸盐水泥的性能分析目录摘要1关键词1硅酸盐水泥的生产工艺概述1酸盐水泥的技术要求3硅酸盐水泥的性能及应用5硅酸盐水泥的耐久性9总结11参考文献122摘要：硅酸盐水泥是一种水硬性胶凝材料，也是建筑工程中用量最大的建筑材料之一。它是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙等四种矿物组分所组成。水泥的技术性质，主要是细度、凝结时间、安定性和强度。强度是评价水泥强度等级的依据。硅酸盐水泥在现代建筑工程中主要用以配制砂浆、混凝土和生产水泥制品，随着国民经济的不断发展，水泥作为大量应用的工程材料，研究和改善其性能，对于发展水泥品种、提高建筑效率、改善工程质量都具有十分重要的意义。关键词：生产工艺，细度，凝结时间，安定性，强度1.硅酸盐水泥的生产砌筑水泥：由活性混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成主要用于砌筑砂浆的低标号水泥。油井水泥：有适当矿物组成的硅酸盐水泥熟料、适量石膏和混合材料等磨细制成的适用于一定井温条件下油、气井固井工程用的水泥。石膏矿渣水泥：以粒化高炉矿渣为主要组分材料，加入适量石膏、硅酸盐水泥熟料或石灰磨细制成的水泥。硅酸盐水泥的生产：硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为PI；在硅酸盐水泥熟料粉磨时加不超过5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称II型硅酸盐水泥，其代号为PII。可分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级。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，得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，再与适当的石膏共同磨细，即可得到PI型硅酸盐水泥。一般生产过程通常概括为“二磨一烧”，可分为三个步骤：1、是生料制备：即将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比例配合、磨细并调配为成份合适、量质均匀的生料，其主要工序是生料粉磨。2、是熟料煅烧：即将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。3、是水泥粉磨：即将熟料加入适量石膏、混合材或添加剂共同磨细为水泥，其主要工序是水泥粉磨。其生产工艺流程示意图如下：石灰质原料水 泥孰 料生 料黏土质原料按比例 1450 配合 煅烧校正原料石 膏 磨 细矿物主要成分是：硅酸三钙（3CaoSiO2，简写为C3S）；硅酸二钙（2CaoSiO2，简写为C2S）；铝酸三钙（3CaoAl2O3，简写为C3A），铁铝酸四钙（4CaoAl2O3Fe2O3，简写为C4AF）。硅酸盐水泥的生产方法按照生料制备方法不同可分为三种：1、湿法：即将原料加水进行粉磨和混合成生料浆后喂入窑内煅烧。2、干法：即原料烘干与粉磨同时进行或先烘干后粉磨成生料粉，然后喂入窑内煅烧，如窑外分解窑。3、半干法。即将干法制得的生料粉调配均匀加适量的水，制成料球再入窑煅烧。如立窑、立波尔窑。按生产设备不同可分为以下三类：1、立窑生产特点：投资小，见效快；可就地取材、就地生产、就地使用；能源消耗较低；生产规模小；自动化程度低。2、湿法回转窑生产特点：熟料质量较好且均匀；粉尘飞扬少；熟料单位热耗高。3、新型干法回转窑生产特点：熟料质量好；熟料单位热耗低；生产效率高；单机生产能力大；环境污染小；自动化水平高。2.酸盐水泥的技术要求1 不溶物：指经盐酸处理后的残渣，再以氢氧化钠溶液处理，经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥质量有不良影响。I型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75；II型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50。2 氧化镁：水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则水中氧化镁的含量允许放宽到6.0，因氧化镁水化生成氢氧化镁，体积膨胀而其水化速度慢，须以压蒸法的方法加快其水化，方可判断其安定性。3 三氧化硫：水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5，过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石，体积膨胀，危害安定性。4 烧失量：I型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0，II型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5，烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的，以保证水泥质量。5 细度：硅酸盐水泥比表面积大于3002m/kg，水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥，又影响了其保水成浆的性能。6 凝结时间：初凝不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。水泥浆体的凝结时间对于建筑工程施工具有十分重要的意义，可以分为初凝和终凝。初凝表示浆体失去流动性和部分塑性开始凝结；终凝表示浆体逐渐硬化，完全失去可塑性，并具有一定的机械强度，能抵抗一定的外来压力。初凝时间是从加水搅拌到水泥初凝；到终凝所经历的时间是终凝时间。初凝时间对水泥使用具有更重要的实际意义，如过初凝时间太短，来不及施工浆体就变硬，因此要有足够的时间来满足施工过程的进行。当施工完成后则要求尽快硬化，具有强度，故终凝时间不能太长。7 安定性：安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性，当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开裂、翘曲，即安定性不良，安定性不良的水泥会降低建筑质量，甚至导致严重的事故。常用沸煮法或雷氏法检验必须合格。引起水泥安定性不良的原因有三个：熟料中游离氧化镁过多。水泥中的氧化镁在水泥凝结硬化后，会与水生成Mg(OH)2，该反应会在水泥硬化后几个月后导致水泥石开裂。石膏参量过多；熟料中游离氧化钙过多。8碱：国标硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本规定的均为废品。凡细度、终凝时间中的任一项不符合本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强度等级的指标时为不合格品。9标号及强度：按规定龄期的抗压强度和抗折强度主要取决于水泥熟料矿物的比例和水泥细度。根据3天和28天的抗折强度和抗压强度将硅酸盐水泥分为425、525、625、725等四个号。 3.硅酸盐水泥的性能及应用硅酸盐水泥的性能主要是物理性能和建筑性能。其中物理性能包括密度、容积密度、细度等。建筑性能包括凝结时间、泌水性、强度、体积变化、水化热、耐久性等。凝结时间凝结速度凝结速度的快慢决定了水泥的凝结时间。凡是影响水化的因素基本上也同样影响水泥的凝结速度，如熟料矿物的组成、水泥细度、水灰比、温度和外加剂等。在工程上常用掺加石膏的方法来控制凝结速度。强度水泥的强度是评价水泥质量的重要指标，是划分强度等级的依据，在工程上具有极其重要的意义。通常按龄期将28天以前的强度成为早期强度，28天以后的强度称为后期强度。水泥的强度在具体施工中的影响因素很多，主要有：熟料矿物的组成、水泥细度、水灰比、养护温度、石膏掺量以及外加剂等。耐久性硅酸盐水泥硬化后，在通常的适用条件下有较好的耐久性，有些100年以前建造的水泥混凝土建筑至今仍无丝毫损坏的迹象。部分长龄期实验的结果表明，3050年后的抗压强度比28天时会提高30左右，有的达到一倍以上，但是也有不少失败的工程实践指出，早在3-5年就会有早期损坏甚至彻底破坏的危险。耐久性的影响因素虽然很多，但抗渗性、抗冻性以及对环境介质的抗蚀性是衡量硅酸盐水泥耐久性的三个重要方面。另外在某些特定场合碱集料反应也可能是工程过早失效的一个重要因素。分述个水泥的成分、特性及应用 1硅酸盐水泥PI、PI成分：水泥熟料及少量石膏（I型），水泥熟料、5以下混合材料、适量石膏（II型）主要特征是早期强度高、水化热高、耐冻性好、耐热性差、耐腐蚀性差、干缩性小。适用范围：制造地上地下及水中的混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，包括受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程；可用于配制建筑砂浆。不适于大体积混凝土工程和受化学及海水侵蚀的工程。2普通水泥成分：在硅酸盐水泥中掺活性混合材料6-15或非活性混合材料10以下。主要特征：早强、水化热较高、耐冻性较好、耐热性较差、耐腐蚀性差、干缩性较小。适用范围与不适用处均与硅酸盐水泥基本相同。3矿渣水泥成分：在硅酸盐水泥中掺入20-70的粒化高炉矿渣。主要特征：早期强度低，后期强度增长较快；水化热低；耐热性好；抗硫酸盐类侵蚀和抗水性较好；抗冻性差；干缩性大；抗渗性差；抗碳化能力差。主要适用范围有：大体积工程；高温车间和有耐火耐热要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；对硫酸盐类侵蚀要求高的工程；一般地上地下和水中的混凝土及钢筋混凝土结构、工程、配制建筑砂浆；不能用于对早期强度要求较高和对抗冻要求高的混凝土工程。4火山灰水泥成分：在硅酸盐水泥中掺入20-50火山灰质的混合材料。主要特征：早期强度低，后期轻度增长快；水化热低；耐热性差；抗硫酸盐类侵蚀和抗水性较好；抗冻性差；干缩性大；抗渗性好。主要适用于：地下、水中大体积混凝土结构；有抗渗要求的工程；蒸汽养护的工程；对硫酸盐类侵蚀要求高的工程；一般混凝土及钢筋混凝土工程；配置建筑砂浆等。3.1强度水泥的强度是评价水泥质量的重要指标，是划分强度等级的依据，在工程上具有极其重要的意义。通常按龄期将28天以前的强度成为早期强度，28天以后的强度称为后期强度。水泥的强度在具体施工中的影响因素很多，主要有：熟料矿物的组成、水泥细度、水灰比、养护温度、石膏掺量以及外加剂等。3.1.1强度的产生与发展有关硬化水泥强度的产生，存在这不同的说法。一种说法认为，水泥加水拌合后熟料矿物迅速水化，随着水化的进一步进行，水化产物数量不断增加，晶体尺寸不断长大，从而使硬化浆体结构更为致密，强度逐渐提高。另一种看法认为，硬化水泥浆体强度的产生，是由于水化产物尤其是C-S-H凝胶素具有的巨大表面能，导致克里产生范德华力或化学键力，吸引其他离子形成空间网络结构，从而具有强度。3.1.2水泥细度水泥细度对强度和强度增长速度也有着十分重要的影响。水泥越细，颗粒分布范围越窄越均匀，其水化速度越快，而且水化更为完全，水泥的强度尤其是早期强度越高。适当增大水泥细度，还能改善浆体泌水性、和易性和黏结力等。而且颗粒水泥只能在表面水化，未水化部分只起填充作用。不同细度的水泥水化活性不同，但是水泥越细标准稠度需水量越大，增大了硬化浆体结构的孔隙率，从而引起强度下降。因此，水泥细度只有在一定范围内强度才能最高。3.1.3施工条件水泥石结构的强度预期施工过程密切相关在施工过程中，水灰比、颗粒级配、搅拌振捣的程度、养护温度及是否采用外加剂等对强度都有很大影响。水灰比及密实程度水泥的水化越高，单位体积内水化产物就越多，水泥浆体内毛细孔被水化产物填充的程度就高，水泥浆体的密实程度也就高些。事实上，水灰比是孔隙率的一个量度，在水泥组成和细度相同的情况下，水灰比与强度之间的关系，和孔隙率与强度之间的关系相类似养护温度在水泥水化过程中，提高养护温度（即水化的温度），可以使早期强度得到较快发展，但后期强度特别是抗折强度反而会降低。应该注意的是，在提高养护温度的同时，必须使浆体保持湿润，否则水化将可能停止。为防止强度下降，一般在浆体蒸压时掺假适量硅质材料，如细石英砂或粉煤灰等。外加剂在现代建筑工程中，几乎绝大部分混凝土及其制品中都采用外加剂。根据需要采用适当的外加剂对水泥石结构的强度也会有一定的影响。如采用掺入量适当品种与掺量的减水剂，可使水灰比大幅度减小到0.25，稳定的促进强度的增长；采用早强剂可大幅度调高早期强度；而采用另外一些外加剂如引气剂、膨胀剂、速凝剂等则会引起后期强度的降低，固在使用时应严格控制其掺加量。 4.硅酸盐水泥的耐久性硅酸盐水泥硬化后，在通常的适用条件下一般可以有较好的耐久性。影响耐久性的因素虽然很多，但抗渗性、抗冻性以及对环境介质的抗蚀性事衡量硅酸盐水泥耐久性的三个主要方面4.1抗渗性因为绝大多数的有害流动水、溶液、气体等介质，无不是从水泥浆体或混凝土中德孔隙渗入的，而抗渗性就是抵抗各种有害介质进入内部的能力，所以提高抗渗性是改善耐久性的一个有效途径。另外，水泥构建筑物以及储油罐、压力管、蓄水塔等工程对抗渗性更有一定的使用要求。值得注意的是，在实验室条件下虽然能够制得抗渗性很好的硬化浆体，但实际使用的砂浆、混凝土，其渗透系数要大得多。这是因为砂、石等集料界面上存在着过渡的多孔区。集料越粗影响越大。如果浆体先经干燥后受湿，渗透系数要增加。特别是集料界面上的开裂对混凝土的影响更为明显。所以，混凝土的抗渗性仍然是一个值得重视的问题。4.2抗冻性抗冻性也是硬化水泥浆体的一项重要使用性能。硅酸盐水泥在寒冷的地区使用时，其耐久性主要取决于抵抗冻融循环的能力。硬化水泥浆体中水的存在形式有：化合水、吸附水、自由水三种，其中化合水不会结冰，吸附水只能在极低温度下（如-78）下才能结冰，只有自由水才会结冰但就一般混凝土而言在-30时毛细孔谁就能完全结冰所以在寒冷地区，混凝土常会受冻而开裂另外，在地温下施工时，采用适当的养护保温措施，防止过早受冻，或在混凝土中掺加引气剂，使水泥石内形成大量分散极细的气孔，也是提高抗冻性的重要途径。4.3环境介质的侵蚀硬化的水泥浆体与环境接触时，通常会受到环境介质的影响。对于水泥耐久性有害的环境介质主要有淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等。在环境介质的侵蚀作用下，硬化的水泥石结构会会发生一系列物理化学变化，降低温度，甚至匮竭破坏。淡水侵蚀又称溶出寝室，它是指硬化水泥浆体受淡水侵析时，其组成逐渐被水溶解并在水流动时被带走，最终导致水泥石结构破坏的现象；酸和酸性水侵蚀又称荣析和化学溶解双重侵蚀，这是指硬化水泥浆体与酸性溶液接触