第四章 水泥与石灰.ppt

第四章石灰与水泥 本章学习要点 以硅酸盐水泥的矿物组成及其特点 水化速度 放热量 对强度的贡献程度等 技术性质及要求为主要介绍内容 对道路硅酸盐水泥 掺混合材料的硅酸盐水泥做简单介绍 最后介绍石灰的化学组成 消化 硬化机理 第一节硅酸盐水泥 水泥 水硬性胶凝材料 不仅能在空气中硬化 还能更好地在水中硬化 保持并继续增长其强度 主要内容水泥的矿物组成及其技术特性水泥的技术性质 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥熟料 0 5 石灰石或粒化高炉矿渣 石膏硅酸盐水泥类型 型硅酸盐水泥 代号P I 不掺混合材料 型硅酸盐水泥 代号P II 掺加不超过水泥质量5 的混合材料 普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 6 15 的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 称为普通硅酸盐水泥 代号为P O 一 硅酸盐水泥的矿物组成与化学成分1 硅酸盐水泥原料与生料的化学组成原料 生料 主要化学成分 CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3生产工艺 二磨一烧石灰石 磨细1450 粘土 生料 熟料 铁矿粉 石膏 2 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 1 熟料的四种主要矿物硅酸三钙 3CaO SiO2 简写C3S硅酸二钙 2CaO SiO2 简写C2S铝酸三钙 3CaO Al2O3 简写C3A铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 简写C4AF 磨细 水泥 2 四种矿物的技术特性 C3S是无色晶体 含量50 左右 水化速度快 水化热高 且早期强度高 水化物对水泥早期强度和后期强度起主要作用 C2S含量在20 左右 水化速度慢 水化热低 早期强度低 后期强度高 耐化学侵蚀性和干缩性较好 C3A水化速度最快 水化热最高 耐化学侵蚀性差 干缩性大 C4AF水化速度介于C3A和C3S之间 水化热较高 强度低 但对于抗折强度起重要作用 耐化学侵蚀性好 干缩性小 3 四种矿物的技术特性比较水化程度 C3A C3S C4AF C2SP147图4 1几种矿物的水化程度释热量 C3A C3S C4AF C2S图4 2几种矿物的水化释热量强度早期强度 C3S C3A C4AF C2S后期强度 C3S C2S C3A C4AF图4 3几种矿物强度发展特征干缩性C3A C3S C4AF C2S耐化学腐蚀C4AF C3S C2S C3A 图4 1不同龄期时四种矿物的水化速率C3A C3S C4AF C2S24h 大约有65 的C3A水化 C3S水化50 左右 90d 四种矿物的水化程度已经接近 图4 2四种矿物的水化热与龄期的关系C3A C3S C4AF C2S 图4 3四种矿物的强度随龄期的发展 3 石膏 CaSO4 2H2O 掺量 3 5 作用 缓凝 调节凝结速度4 水泥中的有害物质游离氧化钙f CaO 氧化镁f MgO三氧化硫SO3碱含量 碱 集料反应 1 水泥熟料矿物的水化反应及其水化生成物 硅酸三钙 C3S H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2水化硅酸钙 硅酸二钙 C2S H2O 水化硅酸钙 Ca OH 2 铝酸三钙 在纯水中 C3A H2O C4AH13 C4AH19 C3AH6 水泥瞬凝的原因 水化铝酸钙在石膏溶液中 C3A Ca OH 2 H2O C4AH13C4AH13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O三硫型水化铝酸钙 钙矾石 当石膏耗尽后 C4AH13 钙矾石 3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O单硫型水化硫铝酸钙 二 硅酸盐水泥的技术性质1 新拌水泥浆体的凝结硬化过程 铁铝酸四钙 在纯水中 C4AF H2O C4AH13 C4FH13水化铝酸四钙水化铁酸四钙 缩写C4 A F H13在石膏溶液中 C4AF Ca OH 2 H2O C4 A F H13C4 A F H13 CaSO4 2H2O H2O 3CaO Al2O3 Fe2O3 3CaSO4 32H2O三硫型水化铁铝酸钙当石膏耗尽后 同铝酸三钙 生成单硫型水化硫铁铝酸钙 2 水泥的凝结硬化过程 1 初始反应期 水泥熟料颗粒初始水解和水化 约5 10min 放热7J g h 水泥水化过程2 潜伏期 水化物薄膜围绕水泥颗粒成长变厚 约1 2h 放热4J g h 3 凝结期 膜层破裂 水泥颗粒进一步水化 约6h 放热20J g h 4 硬化期 水化物进一步发展 填充毛细孔 约6h 若干年 图2 4水泥的凝结硬化过程示意图 凝结硬化机理小结水泥熟料水化生成紧密 相互交结的水化物体系而凝聚产生强度硬化水泥石由水化物 未水化水泥熟料颗粒 水及孔隙所组成 图4 4水泥的凝结硬化过程示意图 水泥水化小结 2 硬化水泥石的腐蚀 腐蚀原因 水泥石中存在着引起腐蚀的成分Ca OH 2 约20 水化铝酸钙 有侵蚀性介质存在 各种盐类 硫酸盐类及酸类物质 水泥石本身不密实 1 水化物Ca OH 2的溶失与置换 1 溶析性侵蚀 淡水腐蚀 Ca OH 2在动水或有压力水中直接溶失2 盐类腐蚀MgCl2 Ca OH 2 CaCl2 易溶 Mg OH 23 酸类腐蚀碳酸腐蚀 CO2 H2O Ca OH 2 CaCO3 H2OCO2 H2O CaCO3 Ca HCO3 2盐酸腐蚀 HCl Ca OH 2 CaCl2 易溶 H2O 2 硫酸盐腐蚀 在Ca OH 2存在的情况下 水化铝酸钙C4A H13 钙矾石 体积比水化铝酸钙增加2 5倍 Ca OH 2 Na2SO4 CaSO4 2H2O NaOH H2O水中Ca OH 2 MgSO4 CaSO4 2H2O Mg OH 2水中Ca OH 2 H2SO4 CaSO4 2H2O H2O水中CaSO4 2H2O C4A H13 Ca OH 2 3C3A 3CaSO432H2O水泥石中钙矾石 腐蚀的危害 水泥石密度下降 强度降低 混凝土开裂与崩解 3 水泥石腐蚀的防止1 合理选择水泥品种 根据侵蚀环境特点选择 2 提高水泥石的密实程度合理降低水灰比使用减水剂3 加作保护层 三 水泥的技术要求 主要指标 细 凝 安 强 以强为主1 物理力学性质指标 1 细度意义 细度愈大 凝结速度愈快 早期强度愈高 过细 生产成本高 在空气中硬化收缩大 不宜保存图4 5水泥细度与干缩率指标 比表面积法 m2 kg 筛析法 80 m方孔筛上的筛余量百分率 规范规定 硅酸盐水泥比表面积应不小于300 kg 80 m的方孔筛筛余不大于10 图4 5水泥细度与干缩率的关系 负压筛 2 标准稠度 目的 为使水泥凝结时间以及体积安定性等多种性质具有可比性 必须采用标准稠度的水泥净浆 测定方法 试杆法 标准试杆沉至距底板6mm 1mm时的水泥净浆为标准稠度净浆 其拌和用水量为该水泥标准稠度用水量 水泥标准稠度及凝结时间测定仪 水泥标准稠度试验1 水泥标准稠度试验3 水泥标准稠度试验4 水泥标准稠度试验5 3 凝结时间 初凝 水泥加水拌和起至水泥浆开始失去塑性所需时间终凝 水泥加水拌和时起至水泥浆完全失去塑性所需时间测定方法 图4 6水泥凝结时间测试示意图 国家标准规定 初凝不小于45min 终凝不迟于390min 初凝不合格者为废品 终凝不合格者也为不合格品 图4 6水泥凝结时间测试示意图 4 体积安定性 水泥浆在硬化过程中 体积变化的均匀性能 意义 水泥浆在硬化后因体积膨胀不均匀而变形的情况测定方法 沸煮法压蒸法图4 7压蒸法测试示意图 国家标准规定 MgO 5 SO3 3 5 体积安定性不良的水泥为废品 安定性不良的主要原因 1 熟料中游离氧化钙 游离氧化镁过多 游离氧化钙 游离氧化镁过烧 结构致密 熟化慢 硬化后 才熟化 体积膨胀开裂 2 水泥熟料中石膏过量 水泥硬化后 仍有硫酸钙存在 则固态水化铝酸钙与之反应 形成水化硫铝酸钙 体积膨胀开裂 水泥安定性试验1 水泥安定性试验2 水泥安定性试验3 水泥安定性试验4 水泥安定性试验5 30分钟内加热至水沸腾 然后恒沸3h 水泥安定性试验6 b a小于5mm即为安定性合格 试件冷却后测指针尖端的距离 5 强度等级和标号 意义 强度是水泥的重要技术性质之一也是划分水泥强度等级的主要依据强度等级 强度试验条件 水泥 标准砂 1 3 水灰比 0 5 试件4 4 16 标准养护 测定3d与28d抗压强度与抗折强度 型号 早强型R和普通型 根据3d强度 强度等级 硅酸盐水泥 42 5 42 5R 52 5 52 6R 62 5 62 5R普通水泥 32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R表1硅酸盐水泥各龄期强度值影响强度等级因素 熟料矿物C3S C2S 强度 细度大 水化反应快并充分 强度高 硅酸盐水泥各龄期强度值 GB175 1999 3 技术标准 见教材P154页表4 5及相应规定 废品水泥 MgO SO3 初凝 安定性 任意一项不合格 不合格品水泥 细度 终凝 不溶物 烧失量及混合料过多 强度过低 小结 硅酸盐水泥的各项技术性质主要包括 水泥的化学性质 物理性质及力学性质 其中 水泥标准稠度用水量 凝结时间 安定性及强度等级是本次课的重点内容 道路硅酸盐水泥熟料 以适当成分的生料烧至部分熔融 所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐熟料 称为道路硅酸盐熟料 道路水泥 由道路硅酸盐熟料及0 10 活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为道路硅酸盐水泥简称道路水泥 四 道路硅酸盐水泥 1 作用和使用要求 用途 供道路面层和机场道面结构专用 主要技术要求 抗折强度高干缩性小耐磨性好 2 矿物组成对技术性能的影响 抗折强度高 C3S C4AF C3A f CaO 干缩性小 抗渗 抗冻 C3A C4AF 耐磨性好 C4AF C3S C3A 强度高 3 化学品质要求 高铁低铝 C3S 51 60 以提高早期强度 尽早放开交通 C2S 不宜过多 其早期强度过低 C3A 5 考虑到其水化生成物耐腐蚀性较差 C4AF 16 提高水泥的抗折强度 控制碱含量 一 名词解释1 水泥的凝结和硬化2 水泥的体积安定性3 混合材料4 水泥标准稠度用水量5 水泥的初凝时间和终凝时间6 胶凝材料 单项选择题1 有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选择 水泥 A硅酸盐B普通C矿渣D高铝2 有耐热要求的混凝土工程 应优先选择 水泥 A硅酸盐B矿渣C火山灰D粉煤灰3 有抗渗要求的混凝土工程 应优先选择 水泥 A硅酸盐B矿渣C火山灰D粉煤灰4 下列材料中 属于非活性混合材料的是 A石灰石粉B矿渣C火山灰D粉煤灰5 为了延缓水泥的凝结时间 在生产水泥时必须掺入适量 A石灰B石膏C助磨剂D水玻璃6 对于通用水泥 下列性能中 不符合标准规定为废品 A终凝时间B混合材料掺量C体积安定性D包装标志7 通用水泥的储存期不宜过长 一般不超过 A一年B六个月C一个月D三个月8 对于大体积混凝土工程 应选择 水泥 A硅酸盐B普通C矿渣D高铝9 硅酸盐水泥熟料矿物中 水化热最高的是 AC3SBC2SCC3ADC4AF10 有抗冻要求的混凝土工程 在下列水泥中应优先选择 硅酸盐水泥 A矿渣B火山灰C粉煤灰D普通 简述题1 通用水泥的哪些技术性质不符合标准规定为废品 哪些技术性质不符合标准规定为不合格品 2 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥与硅酸盐水泥和普通水泥相比 三种水泥的共同特性是什么