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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 0 5 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PortlandCement 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 C3S37 60 硅酸二钙 2CaO SiO2 C2S15 37 铝酸三钙 3CaO Al2O3 C3A7 15 铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF10 18 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 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca OH 2 2 2CaO SiO2 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2 3CaO Al2O3 6H2O 3CaO Al2O3 6H2O4CaO AlO3 Fe2O3 7H2O 3CaO Al2O3 6H2O CaO Fe2O3 H2O 晶体胶体 水泥水化产物 晶体 氢氧化钙20 25 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 0 100nm 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 L1 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 2 Ca HCO3 2 2CaCO3 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 2 CaSO4 2H2O Mg OH 2MgCl2 Ca OH 2 CaCl2 Mg OH 2 3 酸类腐蚀 碳酸腐蚀 工业污水 地下水Ca OH 2 CO2 H2O CaCO3 2H2OCaCO3 CO2 H2O Ca HCO3 2一般酸的腐蚀 工业建筑HCl Ca OH 2 CaCl2 2H2OH2SO4 Ca OH 2 CaSO4 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 6 20 混合材 石膏矿渣硅酸盐水泥p s 熟料 20 70 矿渣 石膏火山灰水泥 p p熟料 20 40 火山灰 石膏粉煤灰硅酸盐水泥p F熟料 20 40 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 OrdinaryPortlandCement硅酸盐水泥熟料 6 20 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 Portlandblast furnaceslag 代号P S 组成 水泥熟料 20 70 矿渣 石膏A型 20 50 代号P S A B型 50 70 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 80 m方孔筛筛余不大于10 或45 m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 Portlandpozzolancement 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 20 40 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 Portlandfly ashcement 代号P F 熟料 20 40 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 hardeningPortlandCement 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Aluminatecement 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 5050 Al2O3 60 CA 6060 Al2O3 68 CA 7068 Al2O3 77 CA 8077 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 GB201 2000 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 1300 1400 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WhitePortlandCement 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3 4 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 45mint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 300 350m2 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300m2 kg 否则为不合格品 3 6 1水泥细度检验 筛析法 采用45 m和80 m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4000 6000Pa 喷气嘴上口平面与筛网之间距离2 8mm 操作程序 称取试样25g备用 称量精度0 01g 调压4000 6000Pa 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 8 1 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21 28 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20 2 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 2MgO 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 T17671 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40 40 160 mm 的试件 在标准温度 20 1 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50 1 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 是否破损