4-2水硬性胶凝材料.ppt

1 第4章水硬性胶凝材料 水泥 既能在水中凝结硬化 又能在空气中凝结硬化的胶凝材料 2 4 1水泥分类 硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥铁铝酸盐水泥 2 按性能和用途分类 通用水泥专用水泥特性水泥 按化学成分 3 4 2硅酸盐水泥 1 硅酸盐水泥的生产工艺概述2 硅酸盐水泥的组成材料3 硅酸盐水泥的水化和硬化4 硅酸盐水泥的技术性质5 硅酸盐水泥的技术标准6 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 4 1 硅酸盐水泥的生产工艺概述 1 生产工艺两磨一烧 生料制备 熟料煅烧和水泥粉磨三个过程 2 生产原料 石灰石质原料 石灰石 白垩等粘土质原料 粘土 页岩等 校正原料 少量 铁粉 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 Fe2O3 5 2 硅酸盐水泥的组成材料 1 硅酸盐水泥熟料 2 石膏 3 混合材料 6 1 硅酸盐水泥熟料 简称为熟料 1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸三钙 主要矿物组成 分子式 分子简式 3CaO SiO2 C3SC2SC3AC4AF 2CaO SiO2 3CaO Al2O3 4CaO Al2O3 Fe2O3 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 名称 7 注意 水泥中的其它成分 原因 煅烧水泥中反应 危害 影响水泥体积安定性 石灰石质原料富含 潜在危害非常严重 8 2 硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性 9 实例快硬水泥 3d抗压强度高 熟料中C3A C3S含量高 适用于紧急抢修工程 军事工程 冬季施工工程 道路水泥 抗折强度高 耐磨 抗冲击 抗冻和抗硫酸性好 干缩性小 C4AF C2S含量高 适用于道路路面 机场道面 城市广场等工程 大坝水泥 简称中热水泥低热矿渣水泥 加入矿渣 适用于大坝工程 大型构筑物 大型房屋的基础等大体积工程 水化放热较低 C2S含量高 C3A含量低 10 2 石膏 作用 缓凝剂水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结 无法施工 加入适量的石膏会延缓凝结时间 同时还有利于提高水泥早期强度 降低干缩变形等性能 石膏品种 主要采用天然石膏 工业副产石膏 11 3 混合材料 1 活性混合材料2 非活性混合材料 12 1 活性混合材料 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料 炼钢厂冶炼生铁时的副产品 主要成分 CaO Al2O3 SiO2 具有较高的化学潜能 但稳定性差 粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰 火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣 主要成分 较多的SiO2 Al2O3和少量的CaO具有较高的活性 天然的人工的 主要成分 Al2O3 SiO2 本身不硬化 石灰 水起胶凝作用 13 2 非活性混合材料 定义 在水泥中主要起填充作用 本身不具有 或具有微弱的 潜在的水硬性或火山灰性 目的 调节水泥强度 增加水泥产量 降低水化热 常用种类 磨细的石灰石 石英岩 粘土 慢冷矿渣 高硅质炉灰等 14 五大品种硅酸盐水泥 硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 不掺混合材 少量混合材 水泥量5 硅酸盐水泥熟料 适量石膏 多量混合材 P P 少量混合材 水泥量6 15 P O 粒化高炉矿渣 P P P F P S 火山灰 粉煤灰 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 15 1 水化 水化速度快 长纤维状 短纤维状 六方板结晶 缓凝机理 同上 针状结晶 立方板状结晶 3 硅酸盐水泥的水化硬化 16 第一阶段 大约在水泥拌水起至初凝时止 C3S迅速反应生成Ca OH 2 石膏和C3A反应生成钙矾石晶体 水泥浆呈塑性状态 第二阶段 大约从初凝起至24h止 水泥水化加速 生成较多的Ca OH 2 钙矾石晶体 水化硅酸钙凝胶 水化产物大量生成 水泥凝结 第三阶段 指24h以后直到水化结束 所有水化产物生成 数量不断增加 结构更加致密 强度不断提高 2 水泥的硬化 17 水泥硬化研究理论水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理 不同的矿物在不同的阶段 水化机理也会不完全相同 18 1 化学性质 不溶物 主要指煅烧过程中存留的残渣 不溶物的含量会影响水泥的粘结质量 烧失量 水泥煅烧不理想或者受潮后 会导致烧失量增加因此 烧失量是检验水泥质量的一项指标 氧化镁 水化慢 体积膨胀 影响安定性 三氧化硫 碱 限制发生碱 集料反应 按 Na2O 0 658K2O 值计 4 硅酸盐水泥的技术性质 19 2 物理力学性质 细度 0 08mm方孔筛筛余量 负压筛法 适用于其它水泥 比表面积 m2 kg cm2 g 勃氏法 适用于硅酸盐水泥 a 指标 20 b 试验方法 1 筛析试验前 调节负压至4000 6000Pa范围内 2 称取试样25g 置于负压筛 筛析2min 3 筛毕 称量筛余物ms 4 结果计算 1 水泥试样筛余百分数 筛余结果的修正 C 修正系数 0 80 1 20 21 a 定义 水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间 称为凝结时间 初凝状态 水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性所需的时间 初凝时间 终凝状态 水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间 终凝时间 c 凝结时间的测定 b 两种状态 1 采用凝结时间测定仪 维卡仪 2 采用水泥标准稠度净浆 凝结时间 22 d 水泥标准稠度净浆 1 目的 试验结果具有可比性 用于测定凝结时间和安定性 2 测定 试验仪器 维卡仪试验方法 标准法 调整水量法 3 标准稠度净浆标准 试杆距底板距离为6mm 1mm 4 标准稠度用水量 达到标准稠度净浆时的用水量 23 初凝时间 试杆距底板距离为4mm 1mm 终凝时间 当试针沉入试体0 5mm时 即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时 e 凝结时间测定 24 安定性a 定义 指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 b 安全性不良的因素 1 MgO过量 2 石膏掺量过多 3 水泥中游离过多CaO c 试验方法 试饼法 雷氏法 发生争议以雷氏法为主 25 d 雷氏法 1 雷氏夹试件的成型 标准稠度水泥净浆 2 测量A取下试件 测量雷氏夹指针尖端间的距离A 3 沸煮 4 测量C沸煮后 冷却 取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C 5 结果判定当两个试件煮后增加距离C A平均值 5 0mm时 安定性合格 当两个试件C A值相差超过4 0mm时 应重做一次试验 再如此 则认为该水泥安定性不合格 雷氏夹 26 强度a 检验方法 ISO法 水泥 标准砂 水 1 3 0 5 制成40mm 40mm 160mm棱柱体试件 标准养护3d 28d 分别测定抗折强度 抗压强度 b 强度等级fce k 1 以水泥28d抗压强度确定 2 为强度范围的下限 3 水泥实际强度fce c fce k c 水泥富裕系数 1 0 1 5 c 分类 普通型 早强型 27 5 硅酸盐水泥的技术标准 1 技术标准 28 2 废品水泥和不合格水泥GB175 1999 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标准规定时 均为废品 凡细度 终凝时间中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 水泥包装标志中水泥品种 强度等级 生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品 29 6 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止 1 腐蚀1 软水侵蚀溶出Ca OH 2降低碱度2 硫酸盐腐蚀 3 镁盐腐蚀 4 一般的腐蚀中和反应5 碳酸腐蚀 6 强碱腐蚀 30 2 防止1 根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种2 提高水泥石的密实度3 敷设耐蚀保护层当腐蚀作用较强时 可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀不透水的保护层 通常可采用耐酸石料 耐酸陶瓷 玻璃 塑料或沥青等 31 第4章水硬性胶凝材料 4 3其他通用水泥 1 技术性质物理力学性质同硅酸盐水泥 技术指标基本相同 但细度试验方法不同 采用负压筛析法 32 2 技术标准 1 普通水泥的技术标准 33 2 矿查水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥的技术标准 34 3 五大品种硅酸盐水泥的特性及应用 35 4 4特性水泥和专用水泥 特性水泥 铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥道路硅酸盐水泥白色和彩色水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥 专用水泥 砌筑水泥膨胀和自应力水泥中热水泥和低热矿渣水泥 36 例4 1硅酸盐水泥熟料由那些矿物成分所组成 这些矿物成分对水泥的性质有何影响 硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有硅酸三钙 3S 硅酸二钙C2S 铝酸三钙C3 和铁铝酸四钙 4AF 这些矿物成分对水泥性质产生的影响见左表 37 例4 2何谓水泥的体积安定性 水泥的体积安定性不良的原因是什么 安定性不良的水泥应如何处理 解 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性 即水泥硬化浆体能保持一定形状 不开裂 不变形 不溃散的性质 导致水泥安定性不良的主要原因是 1 由于熟料中含有的的游离氧化钙 游离氧化镁过多 2 掺入石膏过多 体积安定性不良的水泥 会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂 造成结构破坏 因此体积安定性不良的水泥 应判为废品 不得在工程中使用 38 例4 3现有四种白色粉末 已知其为建筑石膏 生石灰粉 白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥 请加以鉴别 化学分析除外 解 取相同质量的四种粉末 分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体 放热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉 在 分钟内凝结硬化并具有一定强度的为建筑石膏 在 分钟到 小时内凝结硬化的为白色水泥 加水后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉 39 鉴别这四种白色粉末的方法有很多 主要是根据四者的特性来区分 生石灰加水 发生消解成为消石灰 氢氧化钙 这个过程称为石灰的 消化 又称 熟化 同时放出大量的热 建筑石膏与适量水拌合后 能形成可塑性良好的浆体 随着石膏与水的反应 浆体的可塑性很快消失而发生凝结 此后进一步产生和发展强度而硬化 一般石膏的初凝时间仅为10min左右 终凝时间不超过30min 白