《建筑材料与检测》课件-2.2 水泥主要技术性质检测

建筑材料与检测水泥的定义、发展趋势及分类案例导入水泥在国民经济中的地位、作用及可持续发展的问题水泥工业及水泥产品是建材工业的支柱产业及支柱产品未来相当长时期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料，已渗透到各个角落，水泥需求保持增长态势，已成为人类社会文明的重要材料。水泥生产消耗大量能源、资源，排放大量粉尘和废气。《关于提升水泥产品质量规范水泥市场秩序的意见》（简称《意见》）已正式发布。《意见》提出，鼓励企业采用先进的节能减排和综合利用技术，提高水泥行业能源资源利用效率，确保2030年前水泥行业碳排放实现达峰，为实现碳中和奠定基础。《意见》鼓励企业开展碳排放信息披露，建立并有效实施环境管理体系及能源管理体系，鼓励开展水泥低碳产品认证与标识，持续开展绿色工厂、绿色供应链创建，实现水泥行业绿色发展。能够通过自身的物理、化学作用，由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒状材料、块状材料或片状材料胶结成为一个整体的材料，亦称为胶结材料。胶粘材料胶粘材料的定义胶凝材料的分类胶凝材料按化学成分分按硬化条件分有机无机气硬水硬有机高分子化合物组成。如：沥青、合成树脂等无机化合物组成。如：石灰、石膏、水泥只能在空气中凝结硬化、发展和保持其强度。如：石灰、石膏。在空气中可凝结硬化，在水中能更好地硬化，并发展和保持其强度。如：水泥。水泥的定义水泥是一种水硬性的胶凝材料，呈粉末状，加水拌和后成浆体后，能胶结砂、石等散粒材料，并能在空气和水中硬化并保持、发展其强度。水泥广泛应用于各领域，如水利、建筑、交通、国防等工程都离不开水泥。水泥的分类（占我国水泥产量的90％）1）按其主要水硬性矿物名称分类硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥磷酸盐水泥2）用途不同分类通用水泥：即一般工程用水泥专用水泥：如道路水泥特种水泥：如快硬硅酸盐水泥硅酸盐水泥水泥及水泥行业的发展趋势在水泥品种方面，将加速发展快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥；大力发展水泥外加剂；大力发展高标号水泥；绿色化；智能化。水泥发展趋势水泥及水泥行业的发展趋势水泥行业发展趋势品牌化绿色化智能化国际化中国水泥企业顺应“一带一路”经济发展大势，加快走出去发展步伐，应用最新技术和装备建设低碳环保水泥工厂、发展生态新材料项目，服务“一带一路”沿线国家基础设施建设，以质优价廉的建材产品助力当地民众生活改善，受到了投资国政府和人民的青睐。于水泥行业而言，绿色升级和智能制造时代已悄然到来，在传统产业升级的道路上，企业当在站高望远、政策谋划、落细落实、督促见效上狠下功夫，持之以恒、锲而不舍、久久为功，以钉钉子的精神促进水泥行业向绿色可持续的高质量方向发展，让世界水泥看中国。课程小结通过本次课认识了水泥着种胶凝材料，定义、发展趋势及水泥的类型。水泥是生活中不可缺少的建筑材料。课程思考根据日常生活，水泥在建筑工程中常见吗？都用在了什么地方？建筑材料与检测水泥的水化特性及凝结硬化因素案例导入某立窑水泥厂生产的硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，加水拌合后初凝时间仅35min，本属于废品。但放置一个月后，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。水泥的水化反应及其特性硅酸盐水泥的水化：各种熟料与水发生化学反应，形成水化物并放出一定的热量，这种反应称为水化反应。C3S的水化。在水泥矿物中，硅酸三钙含量最高，它与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙及氢氧化钙。2（3CaO·SiO2）+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O（胶体）+3Ca(OH)2（晶体）C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢，水化放热量低。2（2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2（晶体）水泥的水化反应及其特性C3A的水化反应在水泥矿物中，铝酸三钙与水作用时，反应最快，水化放热量最多，生成水化铝酸钙及氢氧化钙。水化铝酸三钙为晶体，易溶于水，它在石灰饱和溶液中能与氢氧化钙进一步反应，生成水化铝酸四钙。C4AF的水化反应铁铝酸四钙与水作用时，反应快，水化放热量中等，生成水化铝酸三钙及水化铁酸钙凝胶。4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（晶体）+CaO·Fe2O3·H2O（胶体）。凝结硬化水泥凝结硬化从水泥加入适量的水调成水泥浆，经过一段时间，由于其本身发生了物理化学变化而逐渐变稠失去塑性，到开始具有强度的过程称为水泥的凝结。随后，変稠变硬的水泥浆产生明显强度，并逐渐发展成坚硬的石—水泥石，这一过程称为水泥的硬化。水泥的凝结和硬化是一个连续复杂的物理化学变化过程，不能截然分开。凝结硬化根据水化反应速度的不同和主要物理化学变化的不同，可将水泥的凝结硬化大致分为四个阶段：初反应期：水泥加水拌和后，初始溶解和水化，水化反应首先从水泥颗粒表面开始，水化生成物迅速溶解于周围水体。潜伏期：凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长。凝结期：膜层破裂，水泥颗粒继续水化，水化的产物逐渐增多并发展成为网状凝胶体。硬化期：随着水化反应继续缓慢地进行，水化产物不断生成并填充在浆体的毛细孔中，随着毛细孔的减少，浆体逐渐硬化。凝结硬化影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的因素，除水泥熟料矿物成分及其含量外，还与下列因素有关。细度：细度指水泥颗粒的粗细程度。细度越大，水泥颗粒越细，比表面积越大，水化反应越容易进行，水泥的凝结硬化越快。石膏掺量：石膏掺量过多，水泥石硬化后，扔有一部分石膏与水化铝酸钙继续反应生成水化硫铝酸钙针状晶体，体积膨胀，水泥石强度降低，严重时会导致水泥体积安定性不良。凝结硬化用水灰比：拌合水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比大，水泥颗粒越分散与水反应的速度越快，但水泥石中毛细孔越多，水泥石的强度越低。水泥水化反应理论用水量约占水泥质量的23%。温度和湿度：水泥的水化反应随温度升高，反应加快。水泥水化反应必须在潮湿的环境中才能进行，潮湿的环境能保证水泥浆体中的水分不蒸发，水化反应得以维持。养护时间（龄期）：水泥凝结硬化过程的实质是水泥水化反应不断进行的过程。水化反应时间越长，水泥石的强度越高。水泥石强度增长在早期较快，后期逐渐减缓，28d以后显著变慢。解释案例：立窑水泥厂生产的硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，加水拌合后初凝时间仅35min，本属于废品。但放置一个月后，凝结时间又恢复正常，而强度下降，请分析原因。解析：该立窑水泥厂的普通硅酸盐水泥游离氧化钙含量较高，该氧化钙相当部分的煅烧温度较低。加水拌合后，水与氧化钙迅速反应生成氢氧化钙，并放出水化热，使浆体的温度升高，加速了其他熟料矿物的水化速度。从而产生了较多的水化产物，形成了凝聚结晶网结构，所以短时间凝结。水泥放置一段时间后，吸收了空气中的水汽，大部分氧化钙生成氢氧化钙，或进一步与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙。故此时加入拌合水后，不会再出现原来的水泥浆体温度升高、水化速度过快、凝结时间过短的现象。但其他水泥熟料矿物也会和空气中的水汽反应，部分产生结团、结块，使强度下降。课程小结了解硅酸盐水泥的水化反应及其特性了解水泥的凝结、硬化的特性。课程思考硅酸盐水泥能放到潮湿的环境中吗？建筑材料与检测硅酸盐水泥的生产、水泥熟料组成及特性水泥生产对大气所产生影响的主要污染源是粉尘和废气青山绿水就是金山银山案例导入现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？硅酸盐水泥的生产根据《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、0-5%石灰石或粒化化高炉矿渣制成的水硬性胶凝材料。加入石膏的目的是调节水泥的凝结时间，使之不发生急凝现象。硅酸盐水泥的生产生产原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质原料：如石灰石、白垩等，主要提供CaO，粘土质原料：如粘土、粘土质页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3。有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料(如铁矿粉等)调整。硅酸盐水泥的生产生产工艺概述硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段：生料配制、磨细：以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料，将其按一定比例配制、磨细，制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。熟料煅烧：将生料在水泥窑内经1450℃高温煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。水泥制成：将熟料加适量石膏和0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的生产水泥的“两磨一烧”工艺流程加入石膏是为了延缓水泥的凝结时间，满足使用要求；加入混合材料是为了改善其品种和性能，扩大使用范围。水泥熟料组成水泥熟料主要矿物硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙3CaO•SiO2，简写C3S含量37%－60%2CaO•SiO2，简写C2S含量15%－37%3CaO•Al2O3，简写C3A含量7%－15%4CaO•Al2O3•Fe2O3简写C4AF含量10%-18%除了以上主要化合物，还有少量的游离氧化钙和游离氧化镁、三氧化硫和碱等，其总含量一般不超过水泥质量的10%，它们对水泥的性能都会产生不利的影响。水泥熟料特性硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及含量，各种熟料矿物单独与水作用的性质矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙矿物组成3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O34CaO.Al2O3Fe2O3简写式C3SC2SC3AC4AF矿物含量37%－60%15%－37%7%－15%10%－18%矿物特性硬化速度快慢最快快早期强度高低低中后期强度高高低低水化热大小最大中耐腐蚀性差好最差中改变水泥熟料中矿物成份间的比例，可以制得不同性质的水泥品种，如提高硅酸三钙含量，可以制得高强水泥和早强水泥，提高硅酸二钙含量并降低硅酸三钙与铝酸三钙的含量，可制得低热水泥或大坝水泥。水泥熟料特性解读导入案例：现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？解：由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、２８d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥，但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。课程小结通过本次课：了解生产水泥的原料、生产过程；掌握硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及含量，各种熟料矿物单独与水作用的性质。课程思考硅酸盐水泥熟料的矿物成分有哪些？它们单独与水作用是有哪些特性？建筑材料与检测硅酸盐水泥胶砂强度案例导入某强度等级为42．5的普通硅酸盐水泥样品，判断3天、28天龄期水泥胶砂强度是否符合技术要求?水泥的强度定义强度是水泥的重要技术指标，是划分水泥强度等级的依据，是水泥重要的物理力学性能之一。它直接反应了水泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高，其胶结能力越强。在配合比相同的条件下，水泥的强度等级越高，其粘结能力越强，配置出来的混凝土强度越高。水泥强度影响因素熟料的矿物组成水灰比水泥细度试验方法试验条件养护龄期水泥胶砂强度测定

1、检测目的检测水泥3天、28天抗折强度、抗压强度，确定水泥强度等级；或已知水泥强度等级，检测其强度是否满足国家变准中规定的3天、28天龄期强度数值。水泥胶砂强度测定2、水泥胶砂制作设备水泥胶砂振实台水泥胶砂三联模行星式胶砂搅拌机水泥胶砂强度测定3、成型（1）配料：一份水泥（450g)、三份ISO标准砂(1350g)，0.5的水灰比(水225ml)（2）搅拌：先将量好的水加入锅内，再加入称好的水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀加入标准砂。当各级标准砂是分装的，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂量加完。把机器转至高速再拌30s。停拌90s，在第1个15s内用胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂，刮至拌和锅中间。在高速下继续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。水泥胶砂强度测定（3）成型：40mm*40mm*160mm的试件，分别测定试件3d和28d的抗压强度及抗折强度，根据测定结果，确定水泥的强度等级。水泥胶砂强度测定4、水泥胶砂试块养护试件编号后，放入养护箱养护（温度20±2度，相对湿度大于90%）；测定龄期为：3、28天；养护后水泥胶砂标准块成型水泥胶砂强度测定5、水泥胶砂强度检测（1）抗折试验：取三条试件做抗折试验。结果：三块平均，如有一块超过平均值10%，应剔除后再平均。导入例题：测出：3天抗折强度：4.1MPa、4.2MPa、4.1MPa28天抗折强度：7.0MPa、7.5MPa、8.5MPa水泥胶砂强度测定计算：3天抗折强度：R3=（4.1+4.2+4.1）/3=4.1MPa三个抗折强度都不超过平均值的正负10%，故3天的抗折强度取平均值，即4.1MPa。28天抗折强度：R=（7.0+7.5+8.5）/3=7.7MPa（7.0-7.7）/7.7=-9%>-10%(8.5-7.7)/7.7=10.4%>10%剔除，R28=（7.5+7.0）/2=7.3MPa28天的抗折强度取平均值，即7.3MPa。水泥胶砂强度测定（2）抗压试验：受压面积为40*40mm，加荷速度为2400±200N/s，在接近破坏时应严格控制，计算精确至0.1N/mm2。

结果：六块平均。如有一块超过平均值10%，应剔除后再平均；而在五块中，如有一块超过平均值10%，则此组试验作废。导入案例：测出：3天抗压强度：25.6MPa、26.6MPa、28.8MPa、28.4MPa、26.9MPa、27.3MPa28天抗压强度：70.0MPa、71.9MPa、71.3MPa、70.6MPa、67.5MPa、68.1MPa。行星式胶砂搅拌机水泥胶砂强度测定计算：3天抗压强度：R3=（25.6+26.6+28.8+28.4+26.9+27.3）/6=27.3MPa六个抗压强度都不超过平均值的正负10%，故3天的抗压强度取平均值，即27.3MPa。28天抗压强度：R28=（70.0+71.9+71.3+70.6+67.5+68.1）/6=69.9MPa六个抗压强度都不超过平均值的正负10%，故28天的抗压强度取平均值，即69.9MPa。根据《通用水泥的强度指标》（GB175—2007），检测水泥3天、28天抗折强度、抗压强度，确定水泥强度等级；或已知水泥强度等级，检测其强度是否满足国家变准中规定的3天、28天龄期强度数值。水泥胶砂强度测定导入案例：某强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥样品，3天、28天龄期水泥胶砂强度符合技术要求。行星式胶砂搅拌机水泥胶砂强度测定通用水泥的强度指标（GB175—2007）（单位：MPa）品种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d硅酸盐水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥52.5≥5.0≥7.062.5≥28.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥62.5≥5.5≥8.0普通硅酸盐水泥42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥52.5≥5.0≥7.0矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5.532.5R≥15.0≥32.5≥3.5≥5.542.5≥15.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥19.0≥42.5≥4.0≥6.552.5≥21.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥23.0≥52.5≥4.5≥7.0课程小结强度不满足要求者为不合格品课程思考强度不符合规定水泥还能使用吗？建筑材料与检测标准稠度用水量、凝结时间、体积安定性案例导入建筑材料在建筑工程中起着重要作用。材料的质量是各类建筑物质量优劣的关键，是工程质量得以保证的前提。水泥是重要的建筑材料，水泥质量会直接想象到水泥制品及水泥工程的质量。硅酸盐水泥主要技术性质有哪些？标准稠度用水量凝结时间体积安定性细度强度一、水泥标准用水量水泥标准稠度：根据国家标准规定的水泥净浆的稀稠程度。标准稠度用水量：水泥净浆达到标准稠度时用水量与水泥质量之比即为拌制水泥净浆时为达到标准稠度所用的用水量。水泥净浆稠度的测定使用稠度测定仪。试杆沉入净浆并距底板6±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆,其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量(P),硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为24%～28%。用水与水泥质量之比的百分率表示：

为后续测定水泥的凝结时间、体积安定性等提供标准净浆。二、凝结时间定义：水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间是指标准稠度的水泥自加水时至水泥浆开始失去塑性所经历的时间；终凝时间是指自加水时起至水泥浆完全失去塑性所经历的时间。水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝终凝维卡仪试针沉至距底板（4±1）mm时，为水泥达到初凝状态，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥初凝时间，用“min”来表示。在终凝针上安装了一个环形附件，当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥终凝时间，用“min”来表示。二、凝结时间国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB175