第五讲-水泥

1、1 水硬性胶凝材料，建筑工程中用量最大的水硬性胶凝材料，建筑工程中用量最大的 建筑材料之一。建筑材料之一。 2 第五章第五章 水水 泥泥 5.1 常用水泥常用水泥 5.2 其它品种水泥其它品种水泥 3 5.1常用水泥常用水泥 硅酸盐水泥熟料，硅酸盐水泥熟料， 规定的混合材料规定的混合材料 适量石膏适量石膏 磨细制成通用硅酸盐水泥（波特兰水磨细制成通用硅酸盐水泥（波特兰水 泥）。泥）。 4 l 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 不掺混合材料的称不掺混合材料的称型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号； 熟料粉磨时掺加不超过质量石灰石或粒化高炉矿渣混合材熟料粉磨时掺加不超过质量石灰石或粒化高炉矿渣混合材 料的称料

2、的称型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号。 l普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 l矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥A A和和B B l火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 l粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 l复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥分类通用硅酸盐水泥分类(GB175-2007)： 5 .硅酸盐水泥生产原料硅酸盐水泥生产原料 ）石灰质原料）石灰质原料 主要提供，主要提供， ）粘土质原料）粘土质原料 主要提供主要提供 以及 以及 。 。 3 3）校正原料）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁。补充两种原料中所缺少的铁。 5.1.1常用水泥的生产常用水泥的生产 6 7 8 9 10 1)

3、 原材料按比例配合原材料按比例配合,磨成生料；磨成生料； 2) 生料入窑煅烧，至生料入窑煅烧，至左右生成左右生成 “熟熟 料料”(硅酸钙硅酸钙) ； 3) 加入质量左右的石膏加入质量左右的石膏(调节水泥的凝结速调节水泥的凝结速 度度)共同磨细，即为硅酸盐水泥。共同磨细，即为硅酸盐水泥。 两磨一烧两磨一烧 . 生产工艺概述生产工艺概述 11 硅酸盐水泥的主要矿物组成硅酸盐水泥的主要矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙 ， ， 简式为简式为 ， ， 硅酸二钙硅酸二钙 ， ， 简式为简式为 ， ， 铝酸三钙铝酸三钙 ， ， 简式为简式为 ， ， 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 ， ， ， ， 简式为简式为 ， ， 5.

4、1.25.1.2常用水泥的特性常用水泥的特性 12 ）反应速度）反应速度 最快， 最快， 较快， 较快， 也较快，也较快， 最慢； 最慢； ）释热量）释热量 最大， 最大， 较大， 较大， 居中，居中， 最小； 最小； 2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较硅酸盐水泥各矿物组成性能比较 13 ）耐化学侵蚀性）耐化学侵蚀性 最优，其次为 最优，其次为 、 、 ， ， 最差； 最差； ）干缩性）干缩性 和 和 最小， 最小， 居 居 中，中， 最大。 最大。 ）强度）强度 最高， 最高， 早期低，但后期增长率较大。 早期低，但后期增长率较大。 故故 和 和 为水泥强度主要来源。 为水泥强度主要来源。 强度

5、不高， 强度不高， 含量对抗折强度有利； 含量对抗折强度有利； 14 获得抗折强度较高的水获得抗折强度较高的水 泥，如泥，如道路水泥道路水泥。 矿物组成对水泥性能的影响矿物组成对水泥性能的影响 改变熟料的比例，水泥性质即发生变化。改变熟料的比例，水泥性质即发生变化。 例如：例如： 制的制的高强水泥高强水泥 C2SC3A 和 C3S 制的低热水泥，制的低热水泥， 如如大坝用水泥大坝用水泥; C4AF 15 （）硅酸盐水泥的水化（）硅酸盐水泥的水化 水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水 发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量发生水化反应，生成水化产物并放出一定

6、热量 4硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化 16 2(3Ca0Si02) + 6H20=3Ca02Si023H20 + 3Ca(OH)2 2（2Ca0Si02）+ 4H20=3Ca02Si023H20 + Ca(OH)2 硅酸二钙硅酸二钙 水化硅酸钙不溶于水水化硅酸钙不溶于水 , , 以以胶体胶体微粒析出微粒析出 , , 并逐渐凝聚成并逐渐凝聚成 凝胶体凝胶体 (C-S-H (C-S-H 凝胶凝胶 ); ); 氢氧化钙在溶液中的浓度很快达氢氧化钙在溶液中的浓度很快达 到饱和到饱和 , , 呈六方晶体析出呈六方晶体析出 17 3CaOAl203 + 6H20=3Ca0Al2036H20

7、 铝酸三钙铝酸三钙 水化铝酸三钙水化铝酸三钙 4Ca0Al203Fe203 + 7H20=3Ca0Al2036H20 + CaOFe203 H20 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水化铁酸水化铁酸- -钙钙 水化铝酸钙为立方晶体水化铝酸钙为立方晶体 , , 在氢氧化钙饱和溶液中在氢氧化钙饱和溶液中 , , 与氢氧化钙进一步反应与氢氧化钙进一步反应 , , 生成六方晶体的水化铝生成六方晶体的水化铝 酸四钙。酸四钙。 18 C C3 3A A水化极快，使水泥瞬凝，石膏会与水水化极快，使水泥瞬凝，石膏会与水 化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。 钙矾石难溶于水，形成一层保护膜覆盖在

8、水泥钙矾石难溶于水，形成一层保护膜覆盖在水泥 颗粒的表面，阻碍了颗粒的表面，阻碍了C3A的水化，阻止水泥颗的水化，阻止水泥颗 粒表面水化产物的向外扩散，降低水泥的水化粒表面水化产物的向外扩散，降低水泥的水化 速度，延缓了水泥的初凝时间。速度，延缓了水泥的初凝时间。 4 CaOAl2O313H2O 3（CaSO42 H2O）+ 14 H2O = 3CaOAl2O33CaSO432 H2O + Ca（OH）2 19 石膏消耗完石膏消耗完 , , 部分钙部分钙矾矾石将转变为单硫型石将转变为单硫型 水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙 (3Ca0 (3Ca0 AlAl2 20 03 3 CaS0CaS04 4 1

9、2H12H2 20) 0) 晶体。晶体。 2（3CaOAl2O3） 3CaOAl2O33CaSO432 H2O 4H2O =3(3CaOAl2O3CaSO412 H2O) 钙矾石覆盖层被水化物的积聚物胀破，铝钙矾石覆盖层被水化物的积聚物胀破，铝 酸三钙再次快速水化，水泥颗粒间相互靠酸三钙再次快速水化，水泥颗粒间相互靠 近，连接形成骨架。水泥浆的塑性消失，近，连接形成骨架。水泥浆的塑性消失， 直到终凝。直到终凝。 20 水化物填充和加固水泥浆结构水化物填充和加固水泥浆结构 内部孔隙内部孔隙-凝结凝结 产生强度，逐渐变硬产生强度，逐渐变硬-硬化硬化 钙矾石生成结晶体时体积大大膨胀。因此，钙矾石生成

10、结晶体时体积大大膨胀。因此， 加入石膏数量不可过多，以免产生体积变化加入石膏数量不可过多，以免产生体积变化 不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水 化，其危害更大。化，其危害更大。 21 （）硅酸盐水泥的凝结和硬化（）硅酸盐水泥的凝结和硬化 第第阶段为初始反应期（诱导前期）阶段为初始反应期（诱导前期） 第第阶段为潜伏期（诱导期）阶段为潜伏期（诱导期） 第第阶段为凝结期阶段为凝结期 （凝结期）（凝结期） 第第阶段为硬化期阶段为硬化期 （硬化期）（硬化期） 22 水 泥 水 化 放 热 曲 线 23 5.1.35.1.3影响常用水泥性能的主要因素影响常用水泥性

11、能的主要因素 ）水泥组成成分的影响）水泥组成成分的影响 ）水泥细度的影响）水泥细度的影响 ）温度与湿度的影响）温度与湿度的影响 ）水泥强度与龄期的关系）水泥强度与龄期的关系 5 5）拌和用水量的影响）拌和用水量的影响 6 6）贮存条件的影响）贮存条件的影响 24 5.1.4常用水泥的选用常用水泥的选用 各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施 工要求和使用环境条件等，进行选用。工要求和使用环境条件等，进行选用。 25 5.1.55.1.5常用水泥的技术性质和技术标准常用水泥的技术性质和技术标准 . .技术性质技术性质 ）化学性质）化学性质 控制水泥中

12、有害的化学成分含量，控制水泥中有害的化学成分含量， （）氧化镁含量（）氧化镁含量 （）三氧化硫含量（）三氧化硫含量 （）烧失量（）烧失量 （）不溶物（）不溶物 ( 5 ) ( 5 ) 氯离子氯离子 （ 6 6 ）碱含量（选择性指标）碱含量（选择性指标） 26 ）物理力学性质）物理力学性质 （）细度（选择性指标）（）细度（选择性指标） 细度是指水泥颗粒粗细的程度细度是指水泥颗粒粗细的程度。 水泥越细，反应的面积越大，水化速度越快，反应较水泥越细，反应的面积越大，水化速度越快，反应较 完全。完全。 细度提高，水泥混凝土的强度提高，工作性改善。细度提高，水泥混凝土的强度提高，工作性改善。 细度提高，

13、硬化收缩大，发生裂缝的可能性增加。细度提高，硬化收缩大，发生裂缝的可能性增加。 因此，对水泥细度必须予以合理控制。因此，对水泥细度必须予以合理控制。 27 （）水泥净浆标准稠度（）水泥净浆标准稠度 水泥凝结时间和安定性的测定必须采水泥凝结时间和安定性的测定必须采 用标准稠度的水泥净浆。用标准稠度的水泥净浆。 我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标 准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板 时的稠度为时的稠度为“标准稠度标准稠度”， 此时的用水量为此时的用水量为标准稠度用水量。标准稠度用水量。 水泥净浆试验机水泥净浆试验机 28 （）

14、凝结时间（）凝结时间 初凝时间初凝时间: :水泥加水到开始失去塑性的时间；水泥加水到开始失去塑性的时间； 终凝时间终凝时间: :水泥加水到完全失去塑性并开始产水泥加水到完全失去塑性并开始产 生强度的时间。生强度的时间。 我国现行国标规定，硅酸盐水泥初凝时间不得我国现行国标规定，硅酸盐水泥初凝时间不得 早于；终凝时间不得迟于早于；终凝时间不得迟于 。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于 ，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于。 29 水泥标准稠度及凝结时间测定仪水泥标准稠度及凝结时间测定仪 30 （）体积安定性（煮沸法合格）（）体积安定性（煮沸法合格） 水泥硬化后体积变化

15、的均匀性称为水泥体积安水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安 定性。定性。 凝结硬化过程中体积变化，对建筑物的质量没有影响。凝结硬化过程中体积变化，对建筑物的质量没有影响。 水泥硬化后水泥硬化后-不均匀的体积变化不均匀的体积变化-膨胀裂缝膨胀裂缝- 严重事故。严重事故。( (水泥体积安定性不良水泥体积安定性不良) ) 原因：游离氧化钙、游离氧化镁、石膏过多。原因：游离氧化钙、游离氧化镁、石膏过多。 31 FZ31A型全不锈钢沸煮箱 32 （）强度（）强度 水泥胶砂强度检验方法水泥胶砂强度检验方法（简称法（简称法) )规规 定定: : 的水泥和标准砂的水泥和标准砂 . .的水灰比，的水灰比，

16、制成制成标准试件，标准试件， 在标准养护条件下，达到规定龄期（，在标准养护条件下，达到规定龄期（， ）时，按国家标准规定的最低强度值来时，按国家标准规定的最低强度值来 确定其强度等级。确定其强度等级。 33 水泥胶砂试验水泥胶砂试验 34 合格品：合格品： 化学指标、凝结时间、安定性、强度化学指标、凝结时间、安定性、强度 均符合规定。均符合规定。 不合格品不合格品: :上述任何一项不符合规定上述任何一项不符合规定 35 氢氧化钙溶析氢氧化钙溶析 a) b) 36 4CaOAI20313H20+3CaS04+20H20 =3Ca0 A1203.3CaS04 32H20 + Ca(OH)2 MgS

17、O4+Ca(OH)2 +2H20=CaSO42H20+Mg(OH)2 MgC12+ Ca(OH)2=CaC12+ Mg(OH)2 37 Ca(OH)2+CO2+H2O = CaC03+2H20 CaC03+ CO2 + H2O = Ca(HC03)2 5)5)一般酸的腐蚀一般酸的腐蚀 2HCl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H20 H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O 氢氧化钙氢氧化钙-化学化学作用作用生成的生成的化合物化合物 , , 易溶于水易溶于水 , , 或体积或体积 膨胀膨胀 , , 在水泥石内造成内应力而导致破坏在水泥石内造成内应力而导致破坏 38 6)6)强碱的腐蚀

18、强碱的腐蚀 铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到 强碱强碱 ( ( 如氢氧如氢氧 化化钠钠 ) ) 作用后也会破坏作用后也会破坏 3CaO Al203+6NaOH = 3Na2O Al203 + 3 Ca(OH)2 2NaOH+CO2=Na2C03+H20 a.a.生成易溶的铝酸生成易溶的铝酸钠钠 b.b. 水泥石浸透氢氧化水泥石浸透氢氧化钠钠后在空气中干燥后在空气中干燥 , , 生成结晶生成结晶 沉积沉积的的碳酸碳酸钠，钠，使水泥石胀裂使水泥石胀裂 39 : : 水泥石中存在氢氧化钙和水化铝酸钙水泥石中存在氢氧化钙和水化铝酸钙 ; ; 水泥石有很多毛细孔通道水泥石有很

19、多毛细孔通道 , , 侵蚀性介质易于进入侵蚀性介质易于进入； 腐蚀与通道的相互作腐蚀与通道的相互作用用 40 5.2.15.2.1高铝水泥高铝水泥 凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约的熟料，经磨凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约的熟料，经磨 细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。 工程应用工程应用 特点特点: :早期强度增长快，强度高早期强度增长快，强度高，用于紧急抢修和早期强，用于紧急抢修和早期强 度要求高的工程。度要求高的工程。 缺点缺点: :后期强度倒缩后期强度倒缩，使用年后高铝水泥混凝土，使用年后高铝水泥混凝土 的强度只有早期强度的一半

20、左右。的强度只有早期强度的一半左右。 不宜作结构工程不宜作结构工程, ,使用温度使用温度，蒸养，蒸养 ， 不得与其它水泥混用。不得与其它水泥混用。 5.2 5.2 其它品种水泥其它品种水泥 41 5.2.25.2.2膨胀水泥膨胀水泥 硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能 的水泥。的水泥。 工程应用工程应用 道桥工程道桥工程: :水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补 混凝土。混凝土。 防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。 42 5.2.35.2.3白色和彩色硅酸盐水泥白色和彩色硅酸盐水

21、泥 白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物，只是水泥中着色物 质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。 彩色水泥生产方法：彩色水泥生产方法：（1 1）生料中混入着色物质，烧成彩色生料中混入着色物质，烧成彩色 熟料再粉磨成彩色水泥；熟料再粉磨成彩色水泥；（2 2）白水泥熟料或硅酸盐水泥熟白水泥熟料或硅酸盐水泥熟 料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3 3） 将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。将干燥状态的着色物质掺入白色

22、水泥或硅酸盐水泥中。 装饰工程中，彩色水泥浆、砂浆和混凝土，水磨石、水刷装饰工程中，彩色水泥浆、砂浆和混凝土，水磨石、水刷 石等。石等。 43 补充：道路硅酸盐水泥补充：道路硅酸盐水泥 . .定义定义 以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸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水泥熟钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟 料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟 料，活性混合材料和适量石膏磨细制成料，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（简称道的水硬性胶凝材料，称为

23、道路硅酸盐水泥（简称道 路水泥）。路水泥）。 44 . .技术要求技术要求 ）化学组成）化学组成 在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必 须加以限制：须加以限制： ) )氧化镁含量不得超过氧化镁含量不得超过. .。 ）三氧化硫含量不得超过）三氧化硫含量不得超过. .。 ）烧失量不得大于）烧失量不得大于. .。 ）游离氧化钙含量，旋窑生产不得大）游离氧化钙含量，旋窑生产不得大 于于. .；立窑生产不得大于；立窑生产不得大于. .。 ）碱含量如用户提出要求时，由供需双方）碱含量如用户提出要求时，由供需双方 商定。商定。 45 ）矿物组成）矿物组成 （）铝酸三钙含量道路水泥熟料中铝酸三（）铝酸三钙含量道路水泥熟料中铝酸三 钙的含量不得大于钙的含量不得大于. .。 （）铁铝酸四钙含量道路水泥熟料中铁铝（）铁铝酸四钙含量道路水泥熟料中铁铝 酸四钙的含量不得小于酸四钙的含量不得小于. .。 铝酸三钙（铝酸三钙（ ）和铁铝酸四钙（ ）和铁铝酸四钙（ ）的含 ）的含 量，先按方法求出三氧化二铝（量，先按方法求出三氧化二铝（ ）和 ）和 三氧化二铁（三氧化二铁（ ）的含量，然后按下式求得： ）的含量，然后按下式求得： .