土木工程材料 第三章水泥（ppt）课件

1,本章提要 本章以硅酸盐水泥为重点，阐述了常用六大品种水泥的组成、特性、质量标准及适用范围；并概要介绍了其它品种水泥。 通过本章学习，应掌握常用水泥的基本技术性质和质量要求，并能根据工程的要求合理的选用；同时应一般了解其它品种水泥的特点。,第三章 水泥,2,本章主要内容,介绍水泥 第一节 硅酸盐水泥 第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第三节 高铝水泥 介绍膨胀水泥、白色和彩色硅酸盐水泥,3,介绍水泥,水泥的概念：是加水拌合成可塑性浆体，能胶结砂石等适当材料，并能在空气中和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料 水硬性：指材料磨成细粉加水拌合成浆后，能在潮湿的空气中和水中硬化，并形成稳定化合物的性能。 分类： 按照标准命名法分：,4,按照标准命名法分,5,第一节 硅酸盐水泥,主要内容 一、硅酸盐水泥介绍 二、硅酸盐水泥的主要矿物成分及矿物特性 三、硅酸盐水泥的凝结和硬化 四、水泥石的结构 五、硅酸盐水泥的主要技术性质 六、水泥石的腐蚀及其防止 七、硅酸盐水泥的特性和应用,6,一、 硅酸盐水泥介绍,概念：由硅酸盐水泥熟料，掺或不掺5%以内的石灰石或粒化高炉矿渣（活性混合材料），加入适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。1 两种类型：型：不掺活性混合材料 型：掺活性混合材料 六个强度等级 42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R R-表示早强型,7,硅酸盐水泥的生产,硅酸盐水泥的生产： 两磨一烧,8,二、硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分及矿物特性,9,水泥熟料熟化时强度增长曲线,10,三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化,1、水化反应： 反应特点 C3SHC3S2H3CH 快，放热量大 C2SHC3S2H3CH 慢，放热量小 C3AHC3AH6 最快，放热量最大 C4AFH C3AH6 CFH 较快，放热量居中 调凝：C3AH6 SH2 H C3AS3H31 水化产物：胶体：水化硅酸钙 水化铁酸钙 70%以上 晶体：氢氧化钙 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 20%,11,三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化,2、硅酸盐水泥的凝结、硬化：,12,水化、凝结和硬化示意图,四个时期：初始反应期、潜伏期、凝结期、硬化期,13,四、水泥石的结构,1未水化的水泥颗粒 2水化硅酸钙等胶体 3 凝胶孔 4 毛细孔 5氢氧化钙等晶体,1,2,3,4,5,14,问题：影响水泥石强度的因素,问题：影响水泥石强度的因素主要有哪些？ （水泥石的结构：水化产物的类型、相对含量、孔结构、孔隙率） 1、水泥的品种、强度等级。 1 2、水化程度： 越大，水化产物越多，孔隙及 未水化的颗粒越少，密实程度越高， 强度越高 影响水化程度的因素有哪些 （1）养护温度和湿度：必须 2 （2）养护时间：越长，越高。特别前四周 3,15,1 3、水灰比：W/C，它决定了孔结构和孔隙率；W/C越小，P 越小，毛细孔越少，强度越高。,16,水化程度及水灰比对强度的影响示意图,体积率,体积率,1.0,1.0,1.0,1.0,0,0,毛细孔 凝胶孔 凝胶体 未水化水泥 水化程度,图1. W/C=0.4,同一W/C， 当水化程度，则P，凝胶体，R ； 当水化程度 ，则P ，凝胶体 ，R ,毛细孔 凝胶孔 凝胶体 未水化水泥 水化程度,图2. W/C=0.7,同一水化程度， W/C ，则P ，凝胶体 ，R ； W/C ，则P ，凝胶体 ，R ,17,五、硅酸盐水泥的技术性质,1、细度：密度-决定于水泥熟料的矿物组成，取3.10g/cm3 堆密度-决定于水泥熟料的矿物组成、细度、堆积紧密程度 1 一般计算时取1300Kg/m3 细度-水泥颗粒的粗细程度 2 规定：比表面积大于300m2/Kg 2、标准稠度及其用水量：3 3、凝结时间：初凝，不得过早，不早于45min； 终凝，不得过迟，不迟于6h30min。,18,影响水泥凝结时间的因素,影响水泥凝结时间的因素： （1）熟料中C3A含量过高，石膏掺量不足， 使水泥快凝 （2）水泥细度越细， 水化越快，凝结越快 （3）W/C比越小，凝结时温度越高， 凝结越快 （4）混合材料掺量越大，水泥过粗， 使凝结缓慢,19,五、硅酸盐水泥的技术性质,4、体积安定性： 指水泥硬化时体积的稳定性（或体积变化的均匀性） 分：体积安定性不良与体积安定性良好 体积安定性不良的原因：水泥中含有过量的游离氧化钙和氧化镁以及石膏，在水泥硬化后开始或继续反应，其反应生成物体积膨胀，使水泥石胀裂。 规定：水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0% MgO SO3不超过3.5%，矿渣水泥是4.0% 石膏 用煮沸法或雷氏法检验必须合格 CaO,20,水化热,5、水化热：水化反应放出的热量 与矿物组成有关：C3A C3S C4AF C2S 与细度有关：颗粒越细，水化热越大。 水化热大的水泥，有利于冬季施工，不利于 大体积混凝土，会产生温度裂缝,21,五、硅酸盐水泥的技术性质,6、水泥胶砂强度：按规定方法测定得到的水泥强度。 硅酸盐水泥-普通水泥- 矿.火.粉.水泥-复合水泥,22,六、水泥石 的腐蚀及其防止,水泥石的腐蚀：水泥石在某些腐蚀性介质作用下，结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂的现象。 主要内容： （一）几种主要的腐蚀作用 （二）水泥石受腐蚀的内在原因 （三）防止腐蚀的措施,23,（一）几种重要的腐蚀作用,1、软水的腐蚀：溶出性化学腐蚀 能溶解水泥石中的氢氧化钙，并促使硬化水泥石中 的其它产物 溶 解-溶析溶出性化学腐蚀 在软水中，Ca（OH）2 Ca2- 2OH-1 1 在含有一定重碳酸盐的硬水中，本身Ca2- 浓度高，另： Ca（HCO3）2 + Ca（OH）2 CaCO3 + H2O 重碳酸盐 2,24,2、硫酸盐的腐蚀：膨胀性化学腐蚀 C3AS3H31（针状晶体） 体积膨胀1.5倍 硫酸盐为-水泥杆菌 提问：这时候的硫酸盐变成了硫酸钙和起调凝作用的石膏有什么不同？ 1,25,（一）几种主要的腐蚀作用,3、溶解性化学腐蚀： 新物质强度低，易溶于水，使水泥石强度降低或破坏,26,（一）几种主要的腐蚀作用,3、溶解性化学腐蚀： （1）镁盐的腐蚀-海水和地下水中大量存在 (溶于水) (松软无胶凝性) (体积膨胀) MgSO4是双重腐蚀 MgCl2 + Ca（OH）2Mg（OH）2 + Ca Cl2 (松软无胶凝性) (溶于水),27,（一）几种主要的腐蚀作用,3、溶解性化学腐蚀 （2）碳酸的腐蚀： 1 Ca（OH）2 + CO2 + H2 O CaCO3 + H2 O CaCO3 +CO2 + H2 O Ca（HCO3 ）2 （3）一般酸的腐蚀： 2 HCl + Ca（OH）2 Ca Cl2 + H2 O H2 SO4 + Ca（OH）2 Ca SO4 2 H2 O,28,4、强碱的腐蚀： 1 C3A（未水化）+ NaOH 3Na O Al2 O3 + 3Ca（OH）2 （易溶 ） 水泥石被氢氧化钠容易浸透后又在空气中干燥，然后吸水： NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O （吸水后体积膨胀）,29,（二）水泥石受腐蚀的内在原因,1、水泥石中存在着易受腐蚀的氢氧化钙和水 化铝酸钙等物质 2、水泥石本身结构不密实，使侵蚀性介质易 于进入其内部，加剧腐蚀。 1,30,（三）防止水泥石腐蚀的措施,1、根据使用环境，合理选择水泥品种 2、提高水泥石的密实程度： （1）合理设计配合比，采用低水灰比 （2）选择良好的施工方法，加强养护 （3）进行表面处理（碳化或硅氟酸处理），提高表面的密实程度，减少侵蚀性介质的侵入 3、加做保护层,31,七、硅酸盐水泥的特性和应用,1、强度较高，重要用于重要结构的高强混凝土和 预应力混凝土工程 2、凝结硬化快，耐冻性好，抗碳化性、耐磨性好， 干缩小，用于要求混凝土凝结硬化快，早期 强度高，冬季施工及严寒地区遭受反复冻融循环 的工程。 3、含有较多的氢氧化钙，耐软水和耐化学腐蚀性差， 不适用于经常与流动的淡水接触及有水压作用的 工程，也不适用于受到海水、矿物水等作用的工程。 4、耐热性差 1,32,5、水化热大，适用于冬季施工，不适用于大体积 混凝土工程 硅酸盐水泥的储存： 1 高度：10袋，1t/m2 一般条件下储存： 2 3个月，强度下降10%20% 6个月，强度下降15%30% 1年，强度下降25%40% 有效储存期：不超过3个月,33,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,主要内容 一、硅酸盐水泥中掺混合材料的目的，有哪些 混 合材料 二、有哪些掺混合材料的硅酸盐水泥，它们的 组成、技术性质、强度 三、五种常用水泥的特性和使用范围,34,一、水泥中掺混合材料的作用及 混合材料的种类,（一）水泥中掺混合材料的作用：改善水泥的特性，增加水泥品种，提高产量，并节约水泥熟料，降低成本，扩大水泥的使用范围。 （二）混合材料： 分为活性混合材料和非活性混合材料 1、活性混合材料： 指具有火山灰性、潜在的水硬性的物质 火山灰性本身不具有水硬性，在常温下与石灰一起 加水后的浆体具有水硬性 （二次反应）,35,活性混合材料主要有三种：粒化高炉矿渣 火山灰 粉煤灰 （1）粒化高炉矿渣：1玻璃态结构，疏松颗粒，具有较高的活性，颗粒直径一般为0.50.55mm 主要化学成分：氧化钙、氧化硅、氧化铝 （2）火山灰：具有火山灰性的天然或人工的矿物材料 天然：火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等 人工：烧粘土、煤矸石灰渣、粉煤灰、硅灰 按化学成分分：含水硅酸质、铝硅玻璃质、烧粘土质 2 （3）粉煤灰：3从煤气中收集起来的灰渣飞灰，粒径0.0010.005mm，呈玻璃态或空心的球状物 主要化学成分：氧化硅、氧化铝、（少）氧化钙,36,2、非活性混合材料：改善砂浆或混凝土的和易性 不具有水硬性或火山灰性，与水泥矿物成分不起化学作用， 其作用：调节水泥强度，增加产量，降低水化热，扩大水 泥的使用范围 常用：磨细石英砂、石灰石粉、粘土、磨细的块状高炉矿 渣或炉灰,37,二、掺混合材料的硅酸盐水泥,掺混合材料的硅酸盐水泥有五种： 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、复合水泥 （一）普通硅酸盐水泥： 简称-普通水泥 PO 组成熟料、混合材料（615%）、石膏磨细 1 强度等级六个，32.5，32.5R，42.5，42.5R， 52.5， 52.5R 2 强度要求：3d和28d的抗压抗折强度,38,火山灰水泥 硅酸盐水泥 普通水泥 粉煤灰水泥 复合水泥 矿渣水泥,39,凝结时间-初凝不早于45min，终凝不迟于10h 细度0.080mm方孔筛筛余量不大于10% 安定性用煮沸法检验必须合格 性能与硅酸盐水泥相似 （二）矿渣硅酸盐水泥： 简称矿渣水泥 PS 组成熟料、混合材料（粒化高炉矿渣2060%）、 石膏磨细 （三）火山灰质硅酸盐水泥 简称火山灰水泥 PP 组成熟料、混合材料（火山灰质2050%）、 石膏磨细,40,（三）粉煤灰硅酸盐水泥 简称粉煤灰水泥 PF 组成熟料、混合材料（粉煤灰2054%）、 石膏磨细 性能和普通水泥相似 三种水泥相比较：矿渣耐腐，火山灰抗渗，粉煤灰抗裂,41,（五）复合水泥： 组成-硅酸盐水泥熟料+两种或两种以上的混合材料+石膏 混合材料的掺量在15%50% 性质-（和普通水泥比较） 水化热，耐腐蚀性，抗冻性，抗渗性,42,常用水泥的特性,43,常用水泥的选用,44,第三节 高铝水泥,组成：以铝酸钙为主，Al2O3含量达50%的熟料，磨细制成 主要化学成分：CA 主要水化产物：200C时，CAH10 20300C时，C2AH8 300C时，C3AH6 转化的不利：1、转化中脱水，固相体积减少形成孔隙 2、 C3AH6缺陷多，使水泥石强度显著下降 转化速度随温度升高而加速 强度：高 标号：425，525，625，725 各龄期强度值见下表：,45,1d、3d抗压抗折强度，以3d抗压值定标号,46,高铝水泥的特性： 1、快凝早强，早期强度增长快，后期强度会有所下降； 2、水化放热量大，且集中在早期 3、抗硫酸盐腐蚀能力强，但抗碱性极差 4、耐高温性能好。 高铝水泥适用： 1、紧急军事工程、抢修工程 2、冬季施工 3、配制耐火混凝土 4、有抗硫酸盐要求的工程,47,48,高铝水泥使用注意事项： 1、不能进行蒸汽养护 2、不能在炎热的夏季施工 3、不能与硅酸盐和石灰相混，不能与尚未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触使用 4、避免骨料中含碱 5、不宜用于长期承载结构,49,第五节 其它水泥,一、膨胀水泥： 在硬化过程中有一定数量的体积膨胀 1 品种：硅酸盐膨胀水泥 铝酸盐膨胀水泥 硫铝酸盐膨胀水泥 铁铝酸盐膨胀水泥 2 膨胀：生成钙矾石 分：膨胀水泥和自应力水泥 3 2.0 2.0 Mpa 应用：膨胀水泥：配制收缩补偿混凝土 自应力水泥：配制自应力钢筋混凝土压力管及配件 3 二、白色和彩色硅酸盐水泥：,50,判断题,1、石灰陈伏是为了消除过火石灰的危害。 2、石膏浆石灰浆水泥浆三种稠度相近的胶凝材料,浆体硬化时收缩最大的是水泥浆。 3、一般建筑石膏适用于室内外。 4、某陈伏一周的石灰配石灰砂浆，后出现突出的放射性裂纹，此是因其所含过火石灰陈伏时间不足所致。 5、同为42.5R强度等级的硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，早期强度相同。 6、影响硅酸盐水泥体积安定性的三重要因素是游