第三章.水泥(cement)

1、 (2)按化学成分化学成分分类硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、 铁铝酸盐系水泥等第三章第三章 水泥(cement) 1.水泥的定义 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（Portland Cement） 1824年10月21日，英国利兹(Leeds)城的泥水匠阿斯谱丁(J. Aspdin)获得英国第5022号的“波特兰水泥（Portland Cement）”专利证书 1892年，唐山启新有限洋灰洋灰公司生产出我国第一袋水泥 2.水泥的分类 (1) 按用途和性能用途和性能分类 分分 类类 品品 种种通用水泥硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥专用水泥道路水泥、砌筑

2、水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水泥特性水泥高铝水泥、膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥 建筑三大材钢材、水泥、木材第一节.通用硅酸盐水泥B. 生产方式C. 生产过程 两磨一烧硅酸盐水泥熟料混合材料石膏磨细为成品+ + +A. 技术标准 2008年6月1日国家实施通用硅酸盐水泥GB1752007新国标。 我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的旋窑（回转窑）工艺。水泥厂全景水泥旋窑示意图水泥立窑 示意图D. 通用硅酸盐水泥定义、组分、代号定义 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料分类 硅酸盐 水 泥普通水泥 矿渣水泥 火山灰 水

3、 泥 粉煤灰 水 泥复合水泥 I I 型混合材料 0% 5 % 且20%混合材料 A 型20%且50%粒化高炉矿渣 20% 且40% 火山灰质 混合材料 20% 且40% 粉煤灰 20% 且40%两种或两种以上规定的混合材料 IIII 型混合材料 5% B 型50%且70%粒化高炉矿渣 PI PO( ordinary portland cement ) PS( portland bl- astfurnace slag cement ) PP( portland pozzolane cement ) PF ( portland flyash cement ) PC( composite port

4、land cement ) PII混合材料含量代号一.硅酸盐水泥熟料 硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量 硅酸盐水泥熟料的特性 矿 物 名 称 化 学 式 代 号 含 量硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO C3S 37% 60%硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiOC2S 15% 37%铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 7% 15%铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 10% 18%游离氧化钙、氧化镁fCaO、 fMgO 少量碱Na2O +0.658K2O 少量 名 称 硅酸三钙硅酸三钙 硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙 凝结硬化速度凝结

5、硬化速度 快 慢 最 快 快 28d 28d水化热水化热 多 少 最 多 中 强强 度度早期高,后期增长慢早期低,后期高 低 低 耐化学腐蚀耐化学腐蚀 中 良 差 优二.混合材料 1.定义 在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料 2.掺入目的 降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级 3.分类活性活性混合材料混合材料与石灰和水拌合后,常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料非活性非活性混合材料混合材料与石灰和水拌合后,常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等活性SiOSiO2 2、活性AlAl2 2O O3 3玻璃体

6、结构三.石膏 调凝剂,即调节水泥的凝结硬化速度4.火山灰反应(活性、效应、作用)、二次反应SiOSiO2 2C-S-H 凝胶(水化硅酸钙)AlAl2 2O O3 3C-A-H C-A-H 晶体(水化铝酸钙)H H2 2O OCa(OH)Ca(OH)2 2+ + +CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O+ +Aft Aft 晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HC-A-HH H2 2O OCa(OH)Ca(OH)2 2+ + +碱性激发剂硫酸盐激发剂粉煤灰颗粒粉煤灰颗粒矿渣颗粒矿渣颗粒四.通用硅酸盐水泥的水化 1.硅酸盐、普通水泥的水化 混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化熟料矿物石膏C

7、3SC2SC3AC4AFH2O+ +C-S-H C-S-H 凝胶( (水化硅酸钙) C-A-H C-A-H 晶体( (水化铝酸钙)CH 晶体(氢氧化钙)C-F-H C-F-H 凝胶( (水化铁酸钙) + +C-A-H C-A-H 晶体( (水化铝酸钙)+ + +H2OH2O+ +CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O+ +Aft Aft 晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HC-A-HAfm Afm 晶体(单硫型水化硫铝酸钙)石膏耗尽时2.矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化 混合材料多,熟料矿物少 水化分两次（步）进行熟料矿物水化熟料矿物水化一次水化一次水化CH 晶体混合材料水化混合材料水化

8、二次水化二次水化火山灰反应火山灰反应激发剂激发剂3.综上所述,忽略次要成分,通用硅酸盐水泥的水化反应(产)物水化（产）物水化（产）物凝胶凝胶晶晶体C-S-H C-S-H 凝胶C-F-H C-F-H 凝胶CH 晶体C-A-HC-A-H 晶体AftAft 晶体、 AfmAfm 晶体孔隙五.水泥石 1.水泥石水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石 水化(产)物 C-S-HC-S-H凝胶(70%), CH晶体(20%), AFtAFt晶体(7%) 未水化水泥颗粒(内核) 孔隙 毛细孔毛细孔水泥颗粒间未被水化物填充(原来充水)的空间 凝胶孔凝胶孔水化(产)物中凝胶体内部的孔隙 水 结晶水、自由水结晶水

9、、自由水 由于水泥石含有大量CH CH ,或者说其它水化(产)物是在CHCH的 饱和溶液中生长发育并能稳定存在,则水泥石是一种碱性物 质, 其PH值 12.5 因砂石为惰性物质,而水泥石呈碱性,则砼(砂浆)是碱性物质 碱性的砼(砂浆)容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀 碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护,使钢筋不易锈蚀水泥石组成综上所述水泥石是由固、液、气等三相组成的复杂的混合物2.2.水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀 软水侵蚀软水侵蚀（溶出性腐蚀） 雨(雪)水,蒸镏(冷凝)水及含重碳酸盐甚少的水为软水 水泥石长期与软水(静止或流动)接触,CH会被溶出,导致水泥石 碱度降低导致其，它水化物分解溶失，使

10、水泥石结构破坏。 硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐 Na2SO4+ Ca(OH) 2 CaSO42H2O + NaOH CaSO42H2O + C-A-H AFtAFt( (高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌水泥杆菌) 硫酸盐浓度高时, CaSO42H2O 直接在孔隙中结晶,体积膨胀. 镁盐腐蚀镁盐腐蚀海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁 MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O + Mg (OH) 2 松软无胶结力 MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg (OH) 2 CaCl2易溶于水, CaSO42H2O引起硫酸盐腐蚀 故硫酸镁对水泥石有双重

11、腐蚀 酸的腐蚀酸的腐蚀 强碱强碱的腐蚀的腐蚀腐腐蚀蚀类类型型3 .水泥石腐蚀的原因 基本原因 水泥石(水化物)中存在CH晶体和C-A-H晶体 腐蚀原因 水泥石本身不密实 外在因素 介质的温度、流速、压力等 水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互 相影响，共同作用。 合理选择水泥品种 提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度 做保护层石料、玻璃、陶瓷、沥青等六.通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管 1.一般储存条件下,水泥的保质期为_个月. 2.即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中_和_,使颗粒表面水化甚至碳化,丧失_,

12、 _大为降低. 3.过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位.七.通用硅酸盐水泥的特性硅酸盐水 泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥1.凝结硬化快2.早期强度高3.水化热大4.抗冻性好5.干缩小6.耐腐蚀性差7.耐热性差8.不适合湿热 处理9.抗碳化性好1.凝结硬化较快2.早期强度较高3.水化热较大4.抗冻性较好5.干缩较小6.耐腐蚀性 较差7.耐热性较差8.抗渗性较好9.不适合湿热 处理10.抗碳化性 较好 共 性 1.凝结硬化慢 2.早期强度低，后期强度增长较快 3.水化热小 4.抗冻性差 5.耐腐蚀性较好 6.抗碳化性差 7.适合于湿热处理即:蒸气养护、蒸压

13、养护 个(特) 性1.耐热性高2.干缩大3.泌水性大1.抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差3d强度高于矿渣水泥 根据工程特点及使用环境分：优先选用、可以选用和不宜选用三种情况，详P69 表3-10八.通用硅酸盐水泥的应用 六种通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥中：1. 属于“快硬早强快硬早强”的水泥有_、_ “快硬早强快硬早强”的水泥可用于高强混凝土、预应力混凝土及现浇混凝土2. 属于“水化热小水化热小”的水泥有_、_ 、_ 、_ “水化热小水化热小”的水泥可用于大体积混凝土3.属于“耐腐蚀性好耐腐蚀性好”的水泥有_、_ 、_ 、_ “耐腐蚀性好耐腐蚀性好”的水泥可用于

14、有腐蚀介质作用的环境中，如海港码头、污水管道等工程中 4. 属于“干缩小干缩小”的水泥有_、_ “干缩小干缩小”的水泥可用于干燥环境中，如相对湿度小、风速大等工程中5. 属于“抗碳化性好抗碳化性好”的水泥有_、_ “抗碳化性好抗碳化性好”的水泥可用于CO2浓度高环境中 九.通用硅酸盐水泥的技术要求 1.细度水泥颗粒的粗细程度 细度大，总表面积大，水化反应快，凝结硬化快，强度高。 硅酸盐、普通水泥细度用 比表面积法 检验， 其余水泥细度用 筛（分）析 法检验， 国标要求详下表；比表面仪比表面仪比表面仪比表面仪水泥标准筛水泥标准筛(80m方孔筛方孔筛) 2.标准稠度需水量 水泥净浆达到标准稠度(2

15、82mm)时所加水量，用水与水泥质量的比来表示。 水泥达到标准稠度是为了检验 凝结时间 和 体积安定性 水泥的标准稠度需水量试验有 调整水量法 和 不变水量法 两种方法先加水：120-150ml;再加水泥：500g（5-10s内）搅拌：低速120s； 停：15s 高速: 120s释放试杆30s时读数：试杆离底板57mm的水泥浆为标准稠度水泥浆释放试杆30s时读数：调整水量法：2630mm固定水量法：P33.4 0.185S3.凝结时间分初凝和终凝 初凝水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间 终凝水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始 具有强度所需的时间初凝时间不宜早； 终凝时间不宜晚

16、。初、终凝时间的规定详下表水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定4.体积安定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的稳定性 体积安定性不良原因 熟料矿物中含有过量的游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO) 生产水泥时加入了过量的石膏(SO3) 体积安定性检验方法 f-CaO引起的安定性不良用沸煮法试饼法或雷氏法 f-MgO和石膏(SO3)引起的安定性不良不便于快速检验限制其含量试饼法雷氏法5.强度等级采用水泥胶砂法测定 水泥胶砂配合比水泥胶砂配合比：水泥:标准砂:水= = 1:3:0.5 标准试件标准试件： 4040160mm,一组3块 振动成型：振动成型： 在频率28003000次/min，

17、振幅0.75mm振实台上成型， 振动时间120s 试件养护：试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h， 然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期； 强度测量：强度测量： 先测定抗折强度，折断后每截再测定抗压强度。根据3d、28d抗 压、抗折强度测定结果划分强度等级 通用水泥的强度等级详下表。试件成型试件成型先加拌和水：225ml;加水泥：450g搅拌：低速30s，在第二个30s 开始时同时均匀加砂， 高速搅拌30s； 停：90s 高速搅拌: 60s 项 目 硅酸盐水泥普通水泥PO 矿渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF复合水泥PC PP 细 度比表面

18、积300m2/kg 0.08mm方孔筛筛余量10%凝结时间初凝45min终凝 6.5h 10h体积安定性安定性 沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)MgO 5% 6%; SO SO3 3 3.5%PS 4% ;其余 3.5 % 不溶物 0.75% 1.5% 烧失量 3% 3.5% 5% 氯离子 0.06%碱含量 (按Na2O + 0.658K2O计算)使用活性骨料时 0.6%；或由供需双方商定 强度等级42.5、 52.5 、 62.542.5R、52.5R 、62.5R42.5 、 52.5 42.5R 、52.5R32.5、 42.5 、 52.5 32.5R、42.5

19、R 、52.5R通用硅酸盐水泥的技术要求 强度 等级龄期硅酸盐水泥 普通水泥矿渣、火山灰、 粉煤灰水泥 复合水泥抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa 32.53d28d 10.032.52.55.511.032.52.55.5 32.5 R3d28d 15.032.53.55.516.032.53.55.5 42.53d28d17.042.53.56.516.042.53.56.515.042.53.56.516.042.53.56.5 42.5 R3d28d22.042.54.06.521.042.5

20、4.06.519.042.54.06.521.042.54.06.5 52.53d28d23.052.54.07.022.052.54.07.021.052.54.07.022.052.54.07.0 52.5 R3d28d27.052.55.07.026.052.55.07.023.052.55.07.026.052.55.07.0 62.53d28d28.062.55.08.0 62.5 R3d28d32.062.55.58.0 通用水泥的强度等级十.通用硅酸盐水泥的合格品、不合格品判定 1.合格品通用硅酸盐水泥的技术要求中： 不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强度

21、等级等技术指标均符合规范规定者为合格品 2.不合格品通用硅酸盐水泥的技术要求中： 不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强度等级等技术指标任何一项不符合标准规定者 不合格品水泥可以根据不合格的项目具体分析，也可以按复 试结果使用或降级使用。 水泥可以袋装或散装。 袋装水泥每袋净重50kg。 第二节.其它品种水泥一.高铝水泥(铝酸盐水泥)（代号CA ） 1.定义属快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥,以3d抗压强度表示强度等级 2.熟料矿物 铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)及少量硅酸二钙(C2S) 3.水化产物 主要为水化铝酸钙(C-A-H)和铝胶(AH3) 4.分类 按GH201-2000规定，高铝水泥根据Al2O3含量百分数分