水泥的分类及使用培训讲义PPT

1、水泥 水泥是建筑工程中最为重要的建筑材料之一，自问世以来对工程建设起了巨大的推动作用，目前世界上水泥品种已达200余种，几乎任何种类、规模的工程都离不开水泥 。概 述 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？根据水泥的主要矿物成分：水泥中的主要矿物硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥磷酸盐系水泥硫铝酸钙硅酸钙铝酸钙磷酸钙,镁3-1 通用硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、适量石膏、05石灰石或粒化高炉矿渣等磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。 一、通用硅酸盐水泥的一般规定硅酸盐水泥熟料 石膏(CaSO42H2O) 活性混合材料 非活性

2、混合料其他二、通用硅酸盐水泥组成材料主要胶凝物质，能水化硬化；调节水泥的凝结时间；调节水泥的强度等级；硅酸盐水泥熟料主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等3-2 硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥是怎样制造的？原 料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3 与SiO2制造工艺：原料经粉磨混合后得到水泥生料生料经窑内煅烧得到水泥熟料水泥熟料石膏(或再混合材）一起经粉磨混合后得到水泥“两磨一烧”硅质(粘土)钙 质(

3、石灰石)1450调节原料石膏水 泥生 料熟 料混合材料水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉 磨煅 烧粉 磨 水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构这是烧成阶段，这时的3CaOAl2O3、4CaoAl2O3Fe2O3烧至部分熔融状态，出现液相，把剩余的Cao及部分2CaOSiO2溶解于其中，在此液相中2CaOSiO2吸收Cao形成3CaOSiO2（C3S）从1300升至1450，再降到1300有机物被烧尽，黏土分解形成无定型的SiO2、Al2O3500800石灰石进行分解形成Cao，并开始与黏土中SiO2、Al2O3及Fe2O3发生固相反应。8001000生料自由水分

4、逐渐蒸发而干燥开始加热时固相反应加速，并逐渐生成2CaoSiO2（C2S）、3CaoAl2O3（C3A）、4CaoAl2O3Fe2O3（C4AF）随温度的升高固相反应结束，这时在物料中仍剩余一部分Cao未与其他氧化物化合。1300 硅酸盐水泥熟料矿物矿物名称缩写矿 物 式硅酸三钙C3S3CaOSiO2硅酸二钙C2S2CaOSiO2铝酸三钙C3A3CaOAl2O3铁铝酸四钙C4AF4CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)376015377151018 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：简写：CaOC， SiO2 S， Al2O3 A， Fe2O3 F， H2OH 除上述四种主要熟料矿物外，

5、硅酸盐水泥中还含有f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。硅酸盐水泥熟料矿物特性矿物种类硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙缩写C3SC2SC3AC4AF水化速度快慢最快快水化热多少最多较多强度高早低后高低低耐腐蚀性差好最差中3、硅酸盐水泥的硬化机理 水泥与适量的水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，随着水化反应的进行，水泥浆体逐渐变稠失去可塑性，但尚不具有强度，这一过程称为水泥的“凝结”。 随后凝结了的水泥浆体开始产生强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石，这一过程称为“硬化”。 水泥的水化贯穿凝结、硬化过程的始终。水泥的水化反应2（3CaOSiO2） + 6H2O 3CaO2SiO23H

6、2O + 3Ca(OH)22(2CaOSiO2)+ 4H2O 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)23CaOAl2O3 + 6H2O 3CaOAl2O3 6H2O4CaOAl2O3Fe2O3+ 7H2O 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O水泥的水化硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）C-S-H钙矾石C-S-H 氢氧化钙晶体 石膏调节凝结时间的原理 石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石

7、膏在水泥中起调节凝结时间的作用。CaSO42H2O+3CaOAl2O3+H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O高硫型水化硫铝酸钙晶体 但如果掺入过多石膏,会造成水泥的体积安定性不良。硅酸盐水泥的凝结硬化凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。硅酸盐水泥的凝结硬化 初始的溶解和水化 流动性、可塑性好，凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长。 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化。多孔的空间网络凝聚结构，失去可塑性。 凝胶体填充毛细管，硬化成密实空

8、间网。水泥石结构未水化水泥颗粒水化产物晶体、胶体毛细孔、毛细孔水凝胶孔毛细孔未被水化产物所填充的原充水空间凝胶孔C-S-H内部的结构孔水泥石是多相（固、液、气）多孔体系，水泥石的工程性质取决于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型和相对含量、内部孔的大小、形状和分布状态。未水化水泥颗粒水钙矾石氢氧化钙(三) 影响水泥水化硬化的因素 熟料矿物组成细度石膏掺量水灰比温度和湿度养护时间3 7 28 56 龄期 d强度硅酸盐水泥的技术要求（1）物理指标凝结时间 安定性强度及强度等级细度（2）化学指标烧失量不溶物碱含量初凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。国标规定：初凝时间45m

9、in，国产水泥一般为1-3h。工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。终凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。国标规定：终凝时间6.5h，国产水泥一般为5-6h。工程意义：终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。影响水泥凝结时间的因素：熟料的矿物组成、石膏掺量、混合材的品种与掺量、水泥细度、温度、水灰比等。1、凝结时间2、体积安定性 定义：是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。体积安定性不良：水泥在凝结硬化过程中产生不均匀的体积变化。安定性不良的原因： 熟料中含

10、有过多的f-CaO 熟料中含有过多的f-MgO 石膏掺量过多 生成钙矾石过烧体积安定性不良的水泥应作废品处理，禁止用于任何工程中。 沸煮法只能检测f-CaO所造成的体积安定性不良。 对于f-MgO和石膏造成的体积安定性不良则需分别采用压蒸法、长时间在温水中浸泡法 。 水泥的强度是评价和选用水泥的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的重要依据。国家标准规定采用胶砂法来测定水泥3d和28天抗压强度和抗折强度，根据测定结果来确定水泥强度等级。 3、强度及强度等级烧失量不溶物碱含量水泥在一定温度，一定时间内加热后烧失的数量。水泥煅烧不佳或受潮后均会导致烧失量增加。不溶物指水泥在浓盐酸中溶解保留下来的不溶

11、性残留物。不溶物越多，水泥活性下降。属于选择性指标，水泥中碱含量以Na2O+0.658K2O计算值表示。水泥中的碱含量高时，如果配置混凝土的骨料具有碱活性，可能产生碱骨料反应，导致混凝土因不均匀膨胀而破坏。（2）化学指标 水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：化学指标、凝结时间、强度和体积安定性（其中细度作为选择性指标）。这四项指标中，除强度外，其它任何一项指标不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥可降等级使用。 五、水泥石的腐蚀与防止 (一) 水泥石腐蚀的种类1. 软水侵蚀(溶出型侵蚀) 当水泥石受到蒸馏水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸盐很少的

12、河水、湖水等软水作用时，水泥石中的氢氧化钙不断溶解流失，特别是处于流水或有压力的水中时，氢氧化钙的溶解使得水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3 +H2O2. 酸类腐蚀 碳酸水腐蚀 在某些工业废水和地下水中，常溶有一定量的CO2及其盐类，天然水中也溶有CO2，它们会与水泥石中的Ca(OH)2反应： CO2+H2O+Ca(OH)2CaCO3+2H2O CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2一般酸腐蚀 在一些工业废水、地下水和沼泽水中，经常含有各种不同浓度的无机酸或有机酸，而水泥石

13、由于含有Ca(OH)2呈碱性，这些酸与碱会发生反应：H+OH H2O 酸的浓度越高，侵蚀越剧烈。3. 盐类腐蚀硫酸盐腐蚀 在海水、湖泊水、地下水及某些工业废水中，常含有不同程度的钾、钠、氨的硫酸盐，硫酸盐侵蚀的特征是某些盐类的结晶体逐渐在水泥石的毛细管中积累并长大，水泥石由于内应力而遭到严重破坏。 当硫酸盐浓度不高时，生成含有大量结晶水的钙钒石，体积增大1.5倍以上，产生极大的膨胀应力而破坏。当硫酸盐浓度较高时，产生二水石膏结晶，也会导致水泥石开裂破坏。 Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O +2NaOH 镁盐腐蚀 海水和某些盐沼水、地下水中常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁

14、和氯化镁，它们与水泥石接触后，会发生如下反应： MgSO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O+Mg(OH)2 MgCl2+ Ca(OH)2+H2OCaCl2+Mg(OH)2+H2O 生成的Mg(OH)2松软而无胶结能力，CaCl2则易溶于水，会使Ca(OH)2不断被消耗；二水石膏则会进一步引起硫酸盐腐蚀。因此，硫酸镁对水泥石的腐蚀是双重腐蚀。4. 强碱腐蚀 硅酸盐水泥基本是耐碱的，碱类溶液浓度不高对水泥石是无害的。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(NaOH、KOH) 时，强碱会与水泥进行如下反应： 3CaOAl2O3 +6NaOH3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 铝酸钠是

15、易溶于水的，从而造成水泥石的腐蚀。 当水泥石被NaOH浸透后又在空气中干燥，与空气中的CO2作用生成碳酸钠，碳酸钠在毛细孔中结晶而使水泥石胀裂。 2NaOH+CO2+9H2O Na2CO310H2O(二) 防止腐蚀的措施 水泥石易受腐蚀的原因水泥石内存在容易受腐蚀的成分 水泥石本身存在孔隙 2. 加速腐蚀的因素液态的腐蚀介质较高的温度、压力较快的流速适宜的湿度干湿交替3. 防止腐蚀的措施 根据侵蚀环境特点，合理选择水泥品种提高水泥石的密实度，降低孔隙率 在水泥石表面设置保护层 当水泥石处于多种介质同时侵蚀时，应分清对水泥石侵蚀最严重的介质，采取相应的措施，提高水泥石的耐腐蚀性。六、硅酸盐水泥的

16、性质、应用及存放(一) 性质与应用1. 强度高 适用于高强混凝土和预应力钢筋混凝土工程。2. 硬化快 适用于要求凝结快、早强高以及冬季施工等工程。3. 抗冻性好 适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程4. 耐蚀性差 不适用于与淡水及海水等腐蚀性介质接触的工程。5. 抗碳化性好 对钢筋的保护作用强，适合CO2浓度高的环境。6. 水化热大 不适用于大体积混凝土工程，但有利于冬季施工。7. 耐热性差 不适用于有耐热要求的混凝土工程。8. 耐磨性好 适用于公路、地面工程。其他硅酸盐水泥1、普通硅酸盐水泥 物理指标 安定性 细度强度凝结时间 初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min用沸煮

17、法检验合格42.5,42.5R，52.5,52.5R四个级别 比表面积表示，不少于300m2/kg化学指标普通硅酸盐水泥的性质与应用 在早强、强度等级、水化热、抗冻性、抗碳化能力上略有降低，耐热性和耐腐蚀性略有提高 化学指标（见上表）三种硅酸盐水泥的性质与应用 共同性质早期强度低后期强度高 抗腐蚀性强抗碳化能力差水化热低水泥强度发展较快，后期强度可赶上甚至超过同强度等级的普通硅酸盐水泥 适宜用于水工、海港工程及受侵蚀性作用的工程不宜用于二氧化碳浓度高的环境 适用于大体积混凝土工程湿热敏感性强适用于蒸汽养护生产的预制构件耐磨、抗冻差不适用严寒地区各自性质矿渣水泥 粉煤灰水泥耐热性好，适用于高温车

18、间、高炉基础及热气体通道等耐热工程。拌制混凝土时泌水性大，易形成粗大孔隙，硬化时易产生较大干缩，保水性差、泌水性及干缩性大火山灰水泥 具有良好的保水性，火山灰水泥的水泥石结构密实，具有较高的抗渗性。干缩大、干燥环境中表面易“起毛”，对于处在干热环境中施工的工程，不宜使用火山灰水泥比表面积小，吸附水的能力小，不易水化，干缩性小，抗裂性高，保水性差，易泌水，且活性主要在后期发挥。因此，粉煤灰水泥早期强度、水化热比矿渣水泥和火山灰水泥还要低，因此特别适用于大体积混凝土工程包装标志验收核对水泥包装上所注明的水泥品种、代号、净含量、强度等级，生产许可证标志（QS），出厂编号，执行标准号，包装年月日等。包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥为红色，矿渣水泥为绿色，火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥