第四章 水泥.ppt

水泥Cement 03 35 23 教学提示与要求 教学提示本章重点学习硅酸盐类水泥 学习的基础是硅酸盐水泥 可按 原材料 熟料矿物及其特性 水化硬化 水化产物 水泥石结构 技术性质 水泥石腐蚀与防止 这一主线来学习 硅酸盐类水泥根据特性相近性可分为两大部分 第一部分是硅酸盐水泥和普通水泥 第二部分是矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥和复合水泥 水泥的特性决定了其适用条件与范围 教学要求熟练掌握硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸水泥的性质 技术性质及选用原则 掌握硅酸盐水泥和掺混合材料硅酸水泥的矿物组成 水化产物 检测方法 水泥石的腐蚀与防止等 了解硅酸盐水泥的硬化机理 其他水泥品种及其性质和使用特点 03 35 23 水泥的特性及应用 最为重要的建筑材料之一基本建设的三大材料 水泥 钢材 木材广泛应用于工业与民用建筑 道路 水利和国防建设等工程属无机水硬性胶凝材料作为胶凝材料与骨料及增强材料制成混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土构件砌筑砂浆 装饰 抹面 防水砂浆等 03 35 23 水泥的分类 按其主要成分分为硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥等以硅酸盐系列水泥生产量最大 应用最为广泛 按水泥的性能和用途不同 又可分为通用水泥 用于一般工程专用水泥 具有专门用途特性水泥 具有某种特殊性能 03 35 23 主要内容 硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥其他品种水泥 03 35 23 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 由以硅酸钙为主要成分的水泥熟料 一定量的混合材料和适量石膏 共同磨细制成的水硬性胶凝材料 国外通称为波特兰水泥 PortlandCement 硅酸盐水泥分两种型号 不掺混合材料的称 型硅酸盐水泥 代号P I 在硅酸盐水泥熟料粉磨时 掺加不超过水泥质量5 的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称 型硅酸盐水泥 代号P 03 35 23 硅酸盐水泥 主要内容 生产工艺熟料矿物组成及特性凝结硬化技术性质腐蚀与防止 03 35 23 硅酸盐水泥 生产过程 硅酸盐水泥的生产过程是 两磨一烧 1 将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料 2 将生料煅烧使之部分熔融形成熟料 3 将熟料与适量石膏共同磨细成为硅酸盐水泥 其主要生产过程如图 03 35 23 硅酸盐水泥 工艺流程示意图 03 35 23 硅酸盐水泥 水泥厂 风光 03 35 23 硅酸盐水泥 矿物组成 在煅烧过程中配成生料的各种原料首先分解 然后在更高的温度下形成各种新的矿物 硅酸盐水泥熟料的四大主要组成矿物有硅酸三钙 3CaO SiO2 简式C3S 硅酸二钙 2CaO SiO2 简式C2S 铝酸三钙 3CaO Al2O3 简式C3A 铁铝酸四钙 4CaO Al2O3 Fe2O3 简式C4AF 03 35 23 硅酸盐水泥 熟料矿物的特性 03 35 23 硅酸盐水泥 凝结硬化 连续 复杂的物理化学变化过程 水泥浆 水泥石 可塑性 03 35 23 硅酸盐水泥 凝结硬化 1 水泥水化后的主要水化产物 水化硅酸钙水化铁酸钙氢氧化钙水化铝酸钙水化硫铝酸钙2 石膏的作用为了调节水泥的凝结时间 在熟料磨细时 掺有适量 3 左右的 石膏起缓凝剂的作用 减缓水泥凝结速度 便于施工操作 凝胶体 晶体 03 35 23 硅酸盐水泥 凝结硬化 水泥的凝结 由化学反应生成的胶体状水化产物不断增多并构成疏松的网状结构 从而使水泥浆失去流动性和可塑性水泥的硬化 由于生成的水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙和水化硫铝酸钙晶体等水化产物的不断增多 建立起紧密的网状结晶结构 使水泥强度不断提高 最后形成具有较高强度的水泥石硬化后的水泥石由水化产物 未水化完的水泥熟料颗粒 水及大小不等的孔隙所组成 03 35 23 硅酸盐水泥 凝结硬化 硬化后的水泥石组成水化产物未水化的水泥熟料颗粒水大小不等的孔隙 03 35 23 硅酸盐水泥 技术性质 国家标准GB175 1999规定 硅酸盐水泥有九项技术要求 不溶物烧失量氧化镁三氧化硫含量细度凝结时间体积安定性强度碱含量等 03 35 23 1 细度 水泥的细度表示水泥颗粒的粗细程度通常用比表面积法或筛析法来测定 国家标准规定 硅酸盐水泥比表面积大于300m2 kg水泥细度对水泥的性能影响很大 水泥颗粒越细 与水接触面积越大 水化反应越快 对强度的发展 尤其是早期强度非常有利 但也不宜过细 因为 一方面在储存期间易吸潮而降低强度早期放热 硬化收缩较大另一方面也会大大增加粉磨的能耗 成本提高 03 35 23 2 凝结时间 初凝时间 由加水搅拌到水泥浆开始失去可塑性的时间终凝时间 由加水拌合到水泥浆完全失去可塑性 并开始产生强度的时间水泥的初凝时间不能过短 以便施工时有足够的时间来完成混凝土或砂浆的搅拌 运输 浇捣和砌筑操作水泥的终凝时间不能过长 以便使混凝土等能尽快硬化达到一定的强度 以利于下道工序的进行 03 35 23 2 凝结时间相关规定及分析 国家标准规定 硅酸盐水泥初凝不得早于45min 终凝不得迟于390min 6 5h 影响水泥凝结的因素 如熟料的矿物组成 水泥的细度 环境的温度和湿度 拌合水量等 使用时可加入调凝剂 速凝剂或缓凝剂 来调整水泥的凝结速度 03 35 23 3 体积安定性 体积安定性 指水泥在凝结硬化过程中体积均匀变化的性质 水泥保证施工质量的一项重要技术指标体积安定性不良 翘曲开裂等 03 35 23 体积安定性不良 03 35 23 3 体积安定性不良的原因 一般由于熟料中游离氧化钙或游离氧化镁过多 也可能是掺入石膏量过多而造成的 过烧的游离氧化钙或游离氧化镁 水化很慢 往往在水泥硬化后才开始水化 并且在水化时体积剧烈膨胀使水泥石开裂 当石膏掺量过多时 在水泥硬化后 石膏与水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙 使体积膨胀 也会引起水泥石开裂 03 35 23 3 体积安定性检验 国家标准规定 水泥的安定性用沸煮法检验必须合格 试饼法雷氏法 03 35 23 4 强度与强度等级 水泥的强度是表明水泥质量的重要指标 根据国家标准 水泥胶砂强度检验方法 规定 水泥和标准砂按1 3混合 加入规定数量的水 按规定的方法制成试件 在标准温度 20 1 的水中养护 测定其规定龄期的强度 国家标准GB175 1999中规定 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分水泥的各龄期强度不得低于表2 5的数值 03 35 23 硅酸盐水泥各龄期的强度要求 MPa 03 35 23 5 水化热 水泥水化过程中放出的热量称为水化热 冬期施工加以利用大体积混凝土防止温差应力 产生裂缝大体积混凝土工程所使用的水泥C3A和C3S含量高 导致该水泥的水化热高 且在浇注混凝土中 混凝土的整体温度高 后混凝土温度随环境温度下降 产生冷缩 造成贯穿型的纵向裂缝 03 35 23 6 碱含量 水泥中含碱是引起混凝土产生碱 骨料反应的条件 导致混凝土膨胀开裂 为避免碱 骨料反应的发生 国标规定若使用活性骨料 要求提供低碱水泥时 水泥中碱含量按 Na2O 0 658K2O 计算应小于0 60 03 35 23 硅酸盐水泥 废品与不合格品水泥 国家标准规定凡氧化镁含量 三氧化硫含量 沸煮安定性 初凝时间中的任一项不符合标准规定时 均为废品 废品水泥在工程中严禁使用 凡细度 终凝时间 不溶物和烧失量中的任一项不符合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标号规定的指标时称为不合格品 03 35 23 硅酸盐水泥 水泥石腐蚀及防止 已经硬化的水泥制品在一般条件下具有良好的耐久性但在某些腐蚀性液体和气体 统称侵蚀介质 的作用下 有时也会逐渐遭到破坏 引起强度降低 甚至造成建筑物结构破坏 这种现象叫做侵蚀介质对水泥石的腐蚀 03 35 23 硅酸盐水泥 水泥石腐蚀原因 1 软水侵蚀 溶出性侵蚀 2 酸类腐蚀 溶解性侵蚀 3 盐类腐蚀硫酸盐腐蚀 膨胀性腐蚀 镁盐腐蚀 双重腐蚀 4 强碱腐蚀 03 35 23 DetailedExplanations 1 软水侵蚀 溶出性侵蚀 流动水的作用会加速Ca OH 2溶解 致使水泥石的孔隙增大 强度降低 逐渐被破坏 2 酸类腐蚀 溶解性侵蚀 酸与水泥石中的Ca OH 2作用 生成的化合物有的易溶于水 如CaCl2有的体积膨胀 如CaSO4 2H2O使水泥石受到腐蚀以致破坏 03 35 23 DetailedExplanations 3 盐类腐蚀硫酸盐腐蚀 膨胀性腐蚀 硫酸盐水泥石中的Ca OH 2在水泥石的孔隙中形成石膏 CaSO4 2H2O进一步与水泥石中的水化铝酸钙起作用 生成针状结晶的高硫型水化硫铝酸钙 体积增大1 5倍以上 被称为 水泥杆菌 对水泥石产生巨大的破坏作用镁盐腐蚀 双重腐蚀 Mg OH 2疏松无胶凝作用 硫酸盐腐蚀 03 35 23 高硫型水化硫铝酸钙 水泥杆菌 大肠杆菌 03 35 23 引起水泥石腐蚀的原因小结 外因 侵蚀性介质内因 水化产物 Ca OH 2水化铝酸钙3CaO Al2O3 6H2O水泥石不密实 毛细管 孔隙 03 35 23 硅酸盐水泥 防止腐蚀措施 1 根据工程所处的环境 选用适当品种的水泥 2 提高水泥石本身的密实度 减少侵蚀介质的渗透 降低水灰比 改进施工技术 3 当侵蚀作用很强时 在水泥结构物的表面加做保护层 如涂刷沥青 粘贴瓷砖等 03 35 23 硅酸盐水泥 特性及应用 特性 1 快硬早强2 水化热较高3 抗冻性较好4 耐热性较差5 耐腐蚀性较差 应用 快硬早强的工程冬期施工配制高强度混凝土预应力混凝土工程 03 35 23 硅酸盐水泥 运输及贮存 应特别注意防水 防潮不同品种不同标号的水泥要分别存放尽量做到先到先用一般水泥的储存期为3个月存放3个月以上的水泥 必须重新检验其强度 否则不得使用 03 35 23 掺混合材料的硅酸盐水泥 定义在硅酸盐熟料中掺入一定数量的混合材料和适量石膏 经共同磨细而制成的硅酸盐水泥加入混合料的意义改善水泥的性能提高产量 降低成本扩大水泥的使用范围综合利用工业废料和地方材料 03 35 23 掺混合材料的硅酸盐水泥 分类 根据掺入混合材料的数量和品种不同有 普通硅酸盐水泥 P O 矿渣硅酸盐水泥 P S 火山灰质硅酸盐水泥 P P 粉煤灰硅酸盐水泥 P F 复合硅酸盐水泥 P C 03 35 23 掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料 混合材料一般为天然矿物材料或工业废料根据其性能分为1 活性混合材料能起化学反应 凝结硬化后具有强度常用活性混合材 粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料和粉煤灰2 非活性混合材料 又称为填充材料 不能与水泥起化学反应或化学作用很小 仅能起调节水泥强度 增加产量 降低水化热等作用常用非活性混合材料 细石英砂 石灰石 粘土等 03 35 23 飞灰 FlyAsh 03 35 23 普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 6 15 混合材料 适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 都称为普通硅酸盐水泥 简称普通水泥 代号为P O普通水泥的强度等级分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 各龄期的强度见表2 6 国标GB175 1999中规定 普通硅酸盐水泥细度用80 m方孔筛筛余量不得超过10 0 初凝时间不得早于45min 终凝时间不得迟于10h 其余技术要求与硅酸盐水泥相同 03 35 23 普通水泥各龄期的强度要求 MPa 03 35 23 矿渣硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为矿渣硅酸盐水泥 简称矿渣水泥 代号为P S粒化高炉矿渣的掺加量按质量的百分比计为20 70 它比普通硅酸盐水泥中混合材料的掺加量要大得多 03 35 23 火山灰质硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为火山灰质硅酸盐水泥 简称火山灰水泥 代号为P P火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20 50 03 35 23 粉煤灰硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥 简称粉煤灰水泥 代号为P F粉煤灰掺加量按质量百分比计为20 40 03 35 23 复合硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料 两种或两种以上规定的混合材料 适量石膏磨细而制成的水硬性胶凝材料 称为复合硅酸盐水泥 简称复合水泥 代号为P C水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计应大于15 不超过50 03 35 23 六大通用水泥的特性及应用 除硅酸盐水泥外 普通水泥 矿渣水泥 火山灰质水泥 粉煤灰水泥 复合水泥的强度等级分为32 5 32 5R 42 5 42 5R 52 5 52 5R 六大水泥的主要特性 适用范围详见表3 9 03 35 23 其他品种水泥 应用在实际建筑施工中有特殊要求的工程 紧急抢修工程具有鲜艳色彩的工程耐热耐酸工程新旧混凝土搭接工程等六大水泥外的其它品种水泥 快硬硅酸盐水泥白色硅酸盐水泥 彩色硅酸盐水泥高铝水泥 03 35 23 其他品种水泥 快硬硅酸盐水泥 凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的 以3d抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥 简称快硬水泥 特点 凝结硬化快根