硅酸盐系列水泥-建筑工程学院.ppt

第三章水泥,水泥的品种：按化学成分：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥按性能用途：通用水泥、专用水泥、特性水泥（硅酸盐系列水泥）,硅酸盐系列水泥：,通用水泥,特性水泥,专门用于某些工程的水泥,专用水泥,某些性能较突出的水泥,硅酸盐水泥混合材料掺量0%5%普通水泥混合材料掺量6%15%矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥,混合材料掺量20%,第一节硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义、类型及代号二、硅酸盐水泥的生产三、硅酸盐水泥熟料矿物组成四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,Exit,第一节硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥,五、硅酸盐水泥与普通水泥的技术性质六、水泥石的腐蚀及防止七、硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用八、硫酸盐水泥和普通水泥的贮运,Exit,一、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义、类型及代号,1、硅酸盐水泥2、普通硅酸盐水泥,1、硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料，再掺入05%石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。型硅酸盐水泥(P)：不掺混合材料。型硅酸盐水泥(P)：粉磨时掺的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料。,返回,2、普通硅酸盐水泥（P0）:粉磨时掺6%15%的混合材料,返回,二、硅酸盐水泥的生产,1、原料2、生产过程（两磨一烧）,原料石灰质原料：（CaO）石灰岩、凝灰岩、贝壳。粘土质原料：（SiO2、Al2O3、Fe2O3）粘土、黄土、页岩、泥岩、粉沙岩、河泥。铁矿粉：（Fe2O3）。,返回,2.生产过程（两磨一烧）（见图3-1-1）,(1)制备生料(2)煅烧熟料(3)粉磨水泥,返回,煅烧熟料：干燥、预热、分解、烧成、冷却100：生料中自由水分蒸发（干燥）300500：生料预热500800：粘土质原料脱水分解Al2O32SiO22H2O-Al2O32SiO2+2H2OAl2O32SiO2-Al2O3+2SiO2,9001000：石灰石分解，此时CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3发生固相反应。11001200：大量生成C3A（3CaOAl2O3）C4AF（4CaOAl2O3Fe2O3）C2S（2CaOSiO2）13001450：生成C3S（3CaOSiO2）,返回,粉磨水泥熟料与石膏共同磨细,返回,三、硅酸盐水泥熟料矿物组成,1、四种主要矿物2、少量成分,1、四种主要矿物硅酸三钙C3S（3CaOSiO2）硅酸二钙C2S（2CaOSiO2）铝酸三钙C3A（3CaOAl2O3铁铝酸四钙C4AF（4CaOAl2O3Fe2O3）,返回,2、少量成分：游离氧化钙、游离氧化镁、含碱矿物以及玻璃体。,返回,四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,1、基本概念2、硅酸盐水泥水化3、硅酸盐水泥凝结硬化过程4、水泥石结构5、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素,1、基本概念,初凝：可塑性浆体逐渐失去流动能力到达“初凝”。终凝：完全失去可塑性而开始产生结构强度，即为终凝。硬化：随着水化、凝结的继续，浆体逐渐转变为具有一定强度的坚硬固体水泥石。,返回,2、硅酸盐水泥水化2（3CaOSiO2）+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca（OH）22（2CaOSiO2）+4H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca（OH）23CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O3CaOAl2O36H2O+3（CaSO42H2O）+19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O,返回,3、硅酸盐水泥凝结硬化过程水化早期：水泥颗粒表面迅速发生化学反应；水化中期：约有30%的水泥已经水化水化后期：水泥水化反应渐趋减慢。硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性见表3-1-1水泥凝结硬化过程示意图见图3-1-2,返回,4、水泥石结构(1)未水化水泥颗粒(2)胶体粒子(3)晶体粒子(4)孔隙（胶凝孔、毛细孔）,返回,5、影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素(1)熟料矿物（见图3-1-4）(2)水泥细度(3)拌合加水量（见图3-1-5）(4)养护温度和湿度(5)养护龄期(6)调凝外加剂(7)水泥受潮与久存。,返回,五、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的技术性质,1、细度2、凝结时间3、体积安定性4、强度等级5、含碱量6、密度与堆积密度,1、细度筛析法，80m方孔筛筛余量不得超过10%(普通水泥)比表面法，比表面法积300m2/kg(硅酸盐水泥),返回,2、凝结时间硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6.5小时。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。,返回,3、体积安定性游离CaO：试饼法、雷氏夹法水泥中游离MgO含量不得超过5.0%，SO3含量不得超过3.5%。,返回,4、强度等级水泥强度是按照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的标准方法制作的水泥胶砂试件测定的。常用硅酸盐水泥的技术性质标准可以参照相应的技术手册和表格。,返回,5、含碱量按Na2O+0.685K2O计算值来表示。低碱水泥碱含量不得大于0.60%,返回,6、密度与堆积密度硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥密度一般在3.1-3.2g/cm3。松堆积密度900-1300Kg/m3,紧堆积密度1400-1700Kg/m3。,返回,六、水泥石的腐蚀及防止,(一)水泥石的几种主要侵蚀作用(二)防止水泥石腐蚀的措施,(一)水泥石的几种主要侵蚀作用,1、软水侵蚀(溶出性侵蚀)2、盐类侵蚀3、酸类侵蚀4、强碱,返回,1、软水侵蚀(溶出性侵蚀)雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含碳酸盐较少的河水与湖水都属软水。当水中含重碳酸盐时有Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O,返回,2、盐类侵蚀,（1）硫酸盐（2）镁盐,返回,（1）硫酸盐:海水、湖水、盐沼水、地下水、工业污水中,常含有钾、钠、氨的硫酸盐。3CaOAl2O36H2O+3（CaSO42H2O）+19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O,返回,（2）镁盐：海水、地下水中常含有大量的镁盐。MgSO4+Ca（OH）2+2H2O=CaSO42H2O+Mg（OH）2MgCl2+Ca（OH）2=CaCl2+Mg（OH）2,返回,3、酸类侵蚀,（1）碳酸（2）一般酸,返回,（1）碳酸：工业污水、地下水中常溶有较多的CO2。Ca（OH）2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,返回,（2）一般酸工业废水、地下水、沼泽水中常含有有机酸和无机酸。2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+H2OH2SO4+Ca（OH）2=CaSO42H2O,返回,4、强碱3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca（OH）2,返回,(二)防止水泥石腐蚀的措施,1、腐蚀产生的原因2、防止措施,返回,1、腐蚀产生的原因:(1)水泥石中存在易被腐蚀的成份(2)水泥石不密实,返回,2、防止措施:(1)根据环境特点，合理选择水泥品种。(2)提高水泥密实度(3)表面加保护层,返回,七、硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用,（一）特性(二)应用,（一）特性,1.凝结硬化快，强度高。2.抗冻性好。硅酸盐水泥硬化水泥石密度高。3.水化热大。4.不耐腐蚀。5.不耐高温。6.碳化性好。,返回,5.不耐高温300C时，水化产物开始脱水，体积收缩，强度下降。700-1000C时，强度降低很多，甚至完全破坏。,返回,(二)应用1.适用于重要结构的高强混凝土及预应力砼工程。2.适用于早期强度要求高的工程及冬季施工工程。3.适用于严寒地区、遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位。4.不能用于海水和有侵蚀性介质存在的工程。5.不能用于大体积砼。6.不能用于高温环境。,返回,八、硫酸盐水泥和普通水泥的贮运,1、水泥在运输和贮存时不得受潮和混入杂物；2、不同品种和标号的水泥应分开存、运，散装水泥要分别存放；3、袋装水泥存放高度一般要求不得高于10袋。4、存放期一般不应超过3个月，超过6个月的水泥须经试验才能使用。,两磨一烧图表,粘土,石膏,铁矿粉,水泥成品,熟料,生料,石灰石,按比例混合磨细,煅烧（1450）,磨细,返回,水泥凝结硬化过程示意图,返回,熟料矿物强度增长情况,返回,不同水化程度水泥石的组成（a）水灰比0.4；（b）水灰比0.7,返回,硅酸盐水泥熟料矿物水化、凝结硬化特性,返回,第二节掺混合材料硅酸盐水泥,一、混合材料二、掺混合材料硅酸盐水泥三、常用硅酸盐系水泥性能特点和适用范围,Exit,一、混合材料,1、定义2、作用3、种类,1、定义:磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料。,返回,2、作用:改善水泥性能；调节水泥标号；增加水泥品种；提高产量，节约熟料，降低成本；扩大水泥占使用范围。,返回,3、种类,（1）、活性混合材料（2）、非活性混合材料,返回,（1）、活性混合材料磨细的混合材料与石灰，石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后能发生化学反应，生成具有一定胶凝性物质，且具有水硬性，这种混合材料称为活性混合材料。a.粒化高炉矿渣b.火山灰质混合材料c.粉煤灰,返回,a.粒化高炉矿渣主要化学成份为：CaO、SiO2、Al2O3及少量MgO、Fe2O3,返回,b.火山灰质混合材料天然:火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土人工:烧粘土、煤矸石渣、煤碴、硅质碴。,返回,c.粉煤灰国家标准GB1596-91规定，用于水泥的粉煤灰分级灰和级灰两种，其质量要求见表3-2-1。,返回,（2）非活性混合材料凡不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿质材料经磨成细粉，掺入水泥中仅起调节水泥性质、增加水泥产量、降低水化热、扩大水泥品种的混合材，称为非活性混合材，又称填充性混合材。如：石英岩、石灰岩、砂岩、粘土等。,返回,二、掺混合材料硅酸盐水泥,(一)矿渣水泥(二)火山灰质硅酸盐水泥(三)粉煤灰硅酸盐水泥,(一)矿渣水泥,1、定义2、代号3、水化4、技术性质5、特点,返回,1、定义:凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。高炉矿渣掺量20%-70%。,返回,2、代号：PS矿渣水泥包装袋侧面印字采用绿色印刷。,返回,3、水化:分两步进行。,返回,4、技术性质：（见表3-1-2）,返回,.5、特点：(1)早期强度低，后期强度增进率大。(2)硬化时对湿热敏感性强(3)水化热低(4)具响较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力(5)抗冻性差，易碳化(6)耐热性较强(7)泌水性较大，抗渗性差(8)干缩性较大,返回,(二)火山灰质硅酸盐水泥,1、定义2、代号3、水化4、技术性质5、特点,返回,1、定义:凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。火山灰质混合材掺量20%-50%。,返回,2、代号：P.P火山灰水泥包装袋侧面印字采用黑色印刷。,返回,3、水化：分两步进行。,返回,4、技术性质：（见表3-1-2）,返回,5、特点:(1)早期强度低，后期强度增进率大。(2)硬化时对湿热敏感性强(3)水化热低(4)具响较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力(5)抗冻性差，易碳化(6)硬化过程中的干缩现象比矿渣水泥明显(7)耐热性较差(8)火山灰混合材料在石灰溶液中会产生膨胀现象，使拌制砼较为密实，故抗渗性较高。,返回,(三)粉煤灰硅酸盐水泥,1、定义2、代号3、水化4、技术性质5、特点,返回,1、定义：凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。粉煤灰掺量20%-40%。,返回,2、代号：P.F粉煤灰水泥包装袋侧面印字采用黑色印刷。,返回,3、水化：分两步进行。,返回,4、技术性质：（见表3-1-2）,返回,5、特点:(1)早期强度低，后期强度增进率大。(2)硬化时对湿热敏感性强(3)水化热低(4)具响较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀的能力(5)抗冻性差，易碳化(6)耐热性较差(7)干缩性较小，甚至比硅酸盐水泥及普通水泥还小，故抗裂性好。,返回,三、常用硅酸盐系水泥性能特点和适用范围见表3-2-2,返回,第三节其它品种水泥,一、快硬水泥二、白色及彩色硅酸盐水泥三、高铝水泥四、膨胀水泥及自应力水泥,Exit,一、快硬水泥,1、定义2、成份3、技术性质4、特点5、用途,1、定义:凡以硅酸钙为主要成份的水混熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料。,返回,2、成份：熟料中C3S含量达50%-60%，C3A含量达8%-14%，两者总量不少于60%-65%，同时适当增加石膏掺量(达8%)，并提高粉磨细度，比表面积达450m2/kg,返回,3、技术性质：a.强度(见表3-3-1)b.细度、凝结时间及体积安定性(见表3-3-1),返回,4、特点:水化热高，早期强度高（以3d强度表示标号），不透水性及抗冻性好。,返回,5、用途：适用于早强、高强砼，特别适合于紧急抢修工程和低温施工工程。快硬水泥的贮存期般不应超过一个月。,返回,快硬水泥细度、凝结时间及体积安定性技术要求表3-3-1,返回,二、白色及彩色硅酸盐水泥,1、白水泥2、彩色水泥3、应用,1、白水泥,（1）定义（2）生产原料（3）技术性质（4）白水泥产品等级,返回,（1）定义：,凡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、氧化铁含量少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料。,返回,（2）生产原料：,生产白水泥用的石灰石及粘土原料中的Fe2O3含量应分别低于0.1%和0.7%。（见表3-3-3）常用粘土质原料：高岭土、瓷石、白泥、石英砂等。石灰石质原料：白垩,返回,（3）技术性质：,a.强度（见表3-3-4）b.细度、凝结时间及体积安定性（见表3-3-5）c.白度（见表3-3-6）,返回,（4）白水泥产品等级（见表3-3-）,返回,2、彩色水泥：,生产彩色水泥的颜料应满足要求：不溶于水、分散性好；耐大气稳定性好；耐碱性强；着色力强、颜色浓；不影响水泥正常凝结硬化及强度。,返回,3、应用：,配制彩色水泥浆，配制装饰砼，配制各种彩色砂浆用于装饰抹灰以及制造各种彩色水刷石、人造大理石及水磨石等制品。,返回,三、高铝水泥,1、定义2、主要矿物成分3、水化产物4、技术性质5、特性6、应用及施工注意事项,1.定义,以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50%的熟料，再磨细制成的水硬性胶凝材料。,返回,2、主要矿物成分,CA、CA、CAS、CA、少量CS,返回,3、水化产物：,CAH、CAH、AlO3HO(铝胶)CA+HOCAH+AlO3HO（温度在20C以下）CA+HOCAH+AlO3HO（温度在20-30C时）CA+HOC3AH6+AlO3HO（温度在30C以上）,返回,4、技术性质：,(1)细度要求80m方孔筛筛余量不得超过10%（）初凝不得早于分钟，终凝不得迟于小时（）以3天强度确定标号（见表）,返回,5、特性：,(1)快凝早强；(2)水化热大且放热量集中；(3)抗硫酸盐性能很强；(4)耐热性好，能耐1300-1400C的高温；(5)长期强度要降低，一般降低40%-50%。,返回,6、应用及施工注意事项,(1)适用于紧急军事工程(筑路、桥)，抢修工程(堵漏等)、临时性工程；(2)配制耐热砼；(3)不能用于长期承重的结构及高温高湿环境的工程；(4)不