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试验员培训课件 水泥 Cement,内容提要： 重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、影响水化因素；硅酸盐水泥主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其它掺混合材的水泥、高铝水泥；以及水泥细度，标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性、强度的检验方法，达到正确的选择和使用水泥的目的。,3.1概述,水泥属于水硬性无机胶凝材料。 水泥品种很多。 依矿物组成： 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 依用途： 通用水泥六大品种 专用水泥油井水泥、大坝水泥 特种水泥膨胀水泥、快硬水泥 水泥具有很多优点。 不怕水、可塑、来源广价格低、工艺简单、品种丰富、耐久性好、与钢筋有良好的黏结力等,3.2 硅酸盐水泥,定义由硅酸盐水泥熟料、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，称为Portland Cement。 分类： 型硅酸盐水泥(P.)不掺混合材 型硅酸盐水泥(P. )掺小于5的混合材 依GB175: 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个标号 硅酸盐水泥初凝时间不小于45min，终凝时间不大于390min；细度以比表面积表示，其比表面积不小于300m2/kg。,3.2.1、硅酸盐水泥的生产,3.2.2 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及矿物成分的水化反应,硅酸盐水泥的熟料成分 硅酸三钙（3CaO.SiO2）C3S 3760 硅酸二钙（2CaO.SiO2）C2S 1537 铝酸三钙（3CaO.Al2O3）C3A 715 铁铝酸四钙（4CaO.Al2O3.Fe2O3）C4AF 1018 除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离CaO、MgO、SO3、及碱（K2O、Na2O）这些均为有害成分，国家标准中有严格限止,熟料矿物对水泥性质的影响,水泥的水化、凝结、硬化,水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 硬化此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。 水泥水（流体）可塑性浆体（塑性体）固体,水泥水化反应,2(3CaO.SiO2)+6H2O3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2,2(2CaO.SiO2)+4H2O3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2,3CaO.Al2O3+6H2O3CaO. Al2O3.6H2O 4CaO.AlO3.Fe2O3+7H2O3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O,晶体 胶体,水泥水化产物,晶体氢氧化钙 2025 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙（石膏作用下生成） 胶体水化硅酸钙（C-S-H） 70 水化铁酸钙 C-S-H尺度为1.0100nm,1nm=10-6,硅酸盐水泥的凝结硬化过程 水化膜层长厚连接（初凝）失去可塑性产生强度（终凝）水化加深具有强度（硬化）。为了控制水泥水化速度掺入适量石膏。,影响水泥凝结硬化的因素,矿物组成 石膏 细度 环境温度、湿度 时间（龄期）,养护对水泥强度发展的影响,3.2.5水泥石腐蚀的原因,内因水泥石存在不稳定的Ca(OH)2和介稳的水化硫铝酸钙； 外因环境中有害介质（软水、酸、盐等）的存在； 联系水泥石中的孔缝系统，产生有害介质的侵蚀、交换作用。 长期性、后期加剧性,1、软水的腐蚀,软水重碳酸盐含量比较低的水（如雨水、雪水、内陆河水、湖水） 腐蚀机理： 1.3g/L 1、长期饱水水泥石中Ca(OH)2晶体逐渐溶出； 2、在静水、无水压下溶液饱和溶解作用停止； 3、在有压、流动的软水下 Ca(OH)2不断溶出并带走并引起在一定碱度下稳定的C-S-H的分解溶出水泥石崩溃； 4、在硬水下重碳酸盐与 Ca(OH)2反应生成不溶的碳酸钙堵塞毛细孔阻止腐蚀的进行。 Ca(OH)2Ca(HCO3)22CaCO3+2H2O,2、盐类的腐蚀,硫酸盐腐蚀膨胀腐蚀 镁盐腐蚀双重腐蚀 MgSO4+Ca(OH)2CaSO4.2H2O+Mg(OH)2 MgCl2+ Ca(OH)2CaCl2+Mg(OH)2,3、酸类腐蚀,碳酸腐蚀工业污水、地下水 Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2 一般酸的腐蚀工业建筑 HCl+ Ca(OH)2CaCl2+2H2O H2SO4+ Ca(OH)2CaSO4.2H2O,水泥石腐蚀的防止,措施： 根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种； 提高水泥石的密实度； 加作保护层石材、陶瓷、沥青,3.3 掺混合材的硅酸盐水泥,定义凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。 掺入目的： 改善水泥的性能 增加品种 提高产量 节约熟料，降低成本,掺混合材硅酸盐水泥的品种,普通硅酸盐水泥：p.o 熟料(620)%混合材石膏 矿渣硅酸盐水泥p.s： 熟料 (2070)%矿渣石膏 火山灰水泥：p.p 熟料 (2040)%火山灰石膏 粉煤灰硅酸盐水泥 p.F 熟料 (2040)%粉煤灰石膏,一、混合材料,定义在水泥生产过程中，为改善水泥性能，调节水泥标号，扩大使用范围而掺入的天然或人工的矿质原料称为混合材。 分类： 活性混合材具有火山灰性或潜在水硬性的材料，如矿渣、粉煤灰等。 非活性混合材不具有潜在水硬性的材料，如石灰石粉、慢冷矿渣等,潜在水硬性,熟料水C-S-H等水化产物（水硬性） 火山灰水无水化产物 但 火山灰水石灰（碱性激发剂） 石膏（硫酸盐激发剂） C-S-H等水化产物（潜在水硬性）,非活性混合材,这类材料本身不具有潜在的水硬性或火山灰性，与水泥矿物组成不起化学作用。 掺入目的：扩展水泥标号、降低水化热 常用的有： 磨细的石英砂、石灰石粉 磨细的高炉矿渣、尾矿粉,3.3.2 掺混合材的硅酸盐水泥,1、普通硅酸盐水泥代号P.O Ordinary Portland Cement 硅酸盐水泥熟料(620)%混合材石膏 标号 42.5、42.5R、52.5、52.5R 凝结时间：初凝不小于45min，终凝不大于600min 性质：与硅酸盐水泥相近,2、矿渣硅酸盐水泥,Portland blast-furnace slag（代号P.S） 组成： 水泥熟料 (2070)%矿渣石膏 A型（ (2050)% ）代号P.S . A 、B型（ (5070)% ）代号P.S . B 标号 32.5、 32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个 细度：以筛余表示，80m方孔筛筛余不大于10或45m方孔筛筛余不大于30 凝结时间：初凝不小于45min，终凝不大于600min,2、矿渣硅酸盐水泥,性质： 具有较强的抗软水、抗硫酸盐腐蚀的能力 早期强度低，后期强度增进率大 水化放热量少，放热速度慢 具有较好的耐热性 抗渗性、抗冻性差，干缩大,3、火山灰质硅酸盐水泥,Portland pozzolan cement（代号P.P） 由硅酸盐水泥熟料，火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 熟料 (2040)%火山灰石膏 标号： 32.5、 32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R性质：,3、火山灰质硅酸盐水泥,性质： 抗软水腐蚀能力强 早期强度低后期强度增进率大 水化放热少 干缩大易裂，不宜用于干燥环境 抗渗性好,4、粉煤灰硅酸盐水泥,Portland fly-ash cement（代号P.F） 熟料 (2040)%粉煤灰石膏 性质 结构致密水化慢 吸水性小，干缩小，抗裂性好,掺混合材水泥的技术特点,凝结硬化速度慢，早期强度低，后期强度高； 水化放热速度慢，放热量低； 对温度敏感性高，温度低时影响强度发展； 抗软水、SO42-的腐蚀性好；矿渣水泥耐热性好 适于水下、大体积混凝土结构和蒸养的混凝土构件； 不适于抗冻、干燥地区的混凝土工程。,五种常用水泥的主要性能,3.5其他水泥品种 快硬硅酸盐水泥* Rapid-hardening Portland Cement,定义凡以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料称为 快硬水泥各标号强度指标（GB199-90）,快硬硅酸盐水泥*,特点： 凝结硬化快，早期强度增进较快通过增加熟料中C3S、C3A的含量。 适于： 要求早期强度高的工程、紧急抢修工程、冬季施工的工程等。 注意： 快硬水泥易受潮变质，运输和储存中特别注意防潮。从出厂起应在一个月内使用。,3.2.1、铝酸盐水泥 Aluminate cement,定义凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨制的水硬性胶凝材料，称为铝酸盐水泥。代号CA。 分类（铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数分为四类）： CA-50 50% Al2O3 60% CA-60 60% Al2O3 68% CA-70 68% Al2O3 77% CA-80 77% Al2O3,高铝水泥的技术性能,细度：0.080mm方孔筛筛余不超过10 凝结时间：初凝时间不早于40min，终凝时间不得超过10h 标号425、525、625、725四个 性能 （1）凝结硬化快，强度高； （2）水化放热大； （3）较好的抗硫酸盐腐蚀能力 （4）耐高温,高铝水泥各龄期的强度,依据国家标准铝酸盐水泥（GB2012000）规定,高铝水泥的应用,适于： 紧急抢修的工程，临时军事工事； 冬季施工的工程水化放热量大且集中； 有抗硫酸盐腐蚀要求的工程f-CaO极少 耐高温（13001400）的工程高温时，烧结结合代替了水化结合。 不适于于： 长期承重的结构工程晶体转变引起的强度倒缩； 大体积工程温度过高引起强度倒缩。 与硅酸盐水泥混用,白色硅酸盐水泥 White Portland Cement,白色硅酸盐水泥由白色硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料称为 水泥颜色的来源： Fe2O3、MnO、CrO2、TiO2 如当水泥中Fe2O3的含量从34降低为0.35-0.4%时，硅酸盐水泥的颜色将从灰色变为白色或淡绿色,白水泥的技术标准,依据GB2015-91： t初45min t终12h 筛余10 32.5、 42.5 、52.5 、62.5四个标号 白水泥白度等级,白水泥的应用,主要用作装饰材料 配制彩色灰浆或白色和彩色混凝土 人造大理石、花岗岩 水磨石、水刷石、斩假石饰面 雕塑品,3.6水泥细度检验,细度指水泥颗粒的粗细程度，用筛余或比表面积表示（300350 m2/kg），影响水泥的水化速度、收缩等性质 粒径： 90 m 接近惰性 硅酸盐水泥的比表面积应大于300 m2/kg，否则为不合格品。,3.6.1水泥细度检验筛析法,采用45m和80m方孔筛对水泥试样进行筛析试验。 方法：负压筛析法、水筛法、手工筛析法 仪器：试验筛每使用100次后需要重新检定；负压筛析仪负压可调范围40006000Pa；喷气嘴上口平面与筛网之间距离28mm。 操作程序：称取试样25g备用，称量精度0.01g；调压40006000Pa；连续筛析2min（可轻敲筛盖使试样落到筛网上）；称量筛余物。 结果处理：筛余百分数（修正）；若两次筛余结果绝对误差大于0.5应再做一次试验。结果发生争议时，以负压筛析法为准。 试验筛标定：修正系数C 在0.81.2范围内，试验筛可继续使用。,3.7标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性检验（GB/T1346）,（1）标准稠度 水泥净浆，贯入法测定 硅酸盐水泥标准稠度用水量2128 影响因素：矿物成分、细度、混合材料等 仪器设备：水泥净浆搅拌机、标准法维卡仪、量水器（最小刻度0.1ml精度1）、天平 材料：洁净饮用水 试验条件：温度202，相对湿度不低于50 检验方法,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,（2）凝结时间,定义 硅酸盐水泥初凝不小于45分钟，终凝不大于390分钟 凝结时间的工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和砌筑等工作；水泥的终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期。 影响因素：矿物成分；细度；水灰比；混合材料掺量 测定：贯入法确定水泥标准稠度净浆的凝结状态 仪器设备：水泥净浆搅拌机、标准法维卡仪、量水器、天平、湿气养护箱 检验方法：,标准养护箱,（3）体积安定性,定义是水泥硬化后因体积膨胀而产生不均匀变形的性质。原因： 熟料中含游离氧化钙（f-CaO）过多 熟料中含游离氧化钙（f-mgO）过多 掺入石膏过多 国家标准规定： 雷氏夹、试饼沸煮法 f-CaO 压蒸法 f-CaO引起的 长期浸水法石膏引起的 检验方法： 结果判定：两个试件煮后增加距离的平均值不大于5.0mm，即认为该水泥安定性合格，当两个试件的（C-A）值相差超过4.0mm时，应用同一样品立即重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。,游离氧化钙、镁膨胀原因：熟料中f-CaO、f-MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢；水泥硬化后才吸收孔隙中水分熟化： CaO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 体积膨胀97以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。 石膏掺量过多，水泥硬化后，过多的石膏和铝酸三钙反应生成硫铝酸钙晶体，体积膨胀1.5倍，致使水泥石开裂。,水泥沸煮箱,雷氏夹,3.8水泥强度检验,3.8.1概述 水泥强度是表征水泥力学性能的重要指标。影响强度的因素主要有水泥的矿物组成、水泥细度、水灰比、龄期、环境温度等。 按国家标准规定，水泥强度采用水泥胶砂强度检验方法 （GB/T 17671）进行检验。该法将水泥标准砂水（1：3：0.5）制成水泥胶砂，并制成4040160（mm）的试件，在标准温度（201）的水中养护一定龄期（3d、28d）后测得其强度。 试验方法： 实验结果处理,水泥胶砂搅拌机,水泥胶砂振实台,水泥胶砂试模,水泥胶砂抗折机,水泥抗压夹具,例3-11. 建筑材料试验室对一普通硅酸盐水泥试样进行了检测，试验结果如下表，试确定其强度等级。,评注 计算水泥试样的抗折强度时， 以个试件的强度平均值作为测定结果（精确至0.1MPa）。当3个试件的强度值中有超过平均值时，应删除后再取平均值作为抗折强度的测定结果。 计算水泥试样的抗压强度时，以个半截试件的平均值作为测定结果（精确至0.1MPa）。如个测定值中有个超出平均值的10，应删除，以其余个测定值的平均值作为测定结果。如果个测定值中仍有再超过它们平均值的数据，则该试验结果作废。,3.9 水泥在工程中的应用*,内容： 水泥品种的选择 水泥的现场验收 水泥的运输和储存 水泥质量的仲裁,3.9.1水泥品种的选择原则,1、依据工程所处环境条件： 环境条件主要包括环境的温度以及所含侵蚀性介质的种类、数量等。如软水、SO42+等腐蚀的环境，优先选择矿渣、粉煤灰水泥。 2、依据工程特点： 如大坝、大型设备基础等大体积混凝土，应选择水化热小、放热速度 慢的掺混合材水泥； 有早强要求的紧急工程、有抗冻要求的工程应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；,水泥品种的选择原则*,承受高温作用的混凝土工程（工业窑炉及基础）应选用矿渣或高铝水泥； 快速施工、紧急抢修等特殊工程应选用快硬硅酸盐水泥； 修补、堵漏、防水及自应力钢筋混凝土（压力管）工程应选用膨胀水泥或自应力水泥。,水泥品种的选择原则,3、按混凝土所处部位选择水泥品种 经常遭受水冲刷的混凝土、水位变化区的外部混凝土、构筑物的溢流面部位混凝土等，应优先选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，避免采用火山灰水泥。 位于水中和地下部位的混凝土、采用蒸气养护等湿热处理的混凝土应优先采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥。,3.9.2、水泥的验收,水泥出厂前按同品种、同编号为一取样单位，总量不少于12kg，所取水泥样充分拌匀后分为两等份，一份由水泥厂按国家标准测定其品质指标并填写水泥品质报告；另一份从水泥出厂日起密封保存3个月，以备水泥质量检验机关仲裁时使用。 水泥供货分散装和袋装两种，散装水泥用专用车辆运输，以“吨”为计量单位；袋装水泥以“吨”或“袋”为计量单位，每袋水泥质量应为501.0kg。,3.9.2验收项目,品种验收 依据订货单和质量合格证，分别核对水泥包装上所注明的工厂名称、水泥品种、名称、代号和标号、“立窑”或“旋窑”生产、包装日期、产品编号等是否相符； 外观验收 是否受潮、是否雨淋、