混凝土原材料介绍(ppt 91页).ppt

1、1,水利水电工程质量检测人员从业资格考核培训,主讲：曹明莉大连理工大学土木水利学院2009年6月，南昌,混凝土工程类,2,课程安排,3,第一节水泥第二节掺合料第三节外加剂第四节细骨料第五节粗骨料第六节拌合用水,6种原材料-27个标准,第二章混凝土原材料,4,一、硅酸盐水泥熟料的化学成分及矿物组成二、硅酸盐水泥的凝结和硬化机理三、水泥矿物组成对水泥性能的影响四、水泥品种和基本组分五、水泥品质指标及检验标准六、水泥品质检验方法,第一节水泥,5,（一）主要化学成分氧化物含量,一、硅酸盐水泥熟料的化学成分及矿物组成,6,（二）硅酸盐水泥熟料矿物组成,硅酸盐水泥熟料矿物特点,8,少量组分作用,MgO含量

2、多时会使水泥安定性不良，发生膨胀性破坏。SO3主要是煤中的硫及由掺人的石膏带来的。掺量合适时能调节水泥凝结时间，提高水泥性能，但过量时不仅会使水泥快硬，也会使水泥性能变差。因此，规定SO3含量不得超过3.5。游离CaO为有害成分，含量超过2时，可能使水泥安定性不良。碱分(K2O，Na20)含量多时会与活性骨料作用引起碱骨料反应，使体积膨胀，导致混凝土产生裂缝。,9,二、硅酸盐水泥的凝结和硬化机理,水泥加水拌和后，最初形成具有塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去塑性，这一过程称为凝结。此后，强度逐渐增加而变成坚固的石状物体水泥石，这一过程称为硬化。,水泥凝结与硬化过程是一系列复杂的化学反应及物理化学反

3、应过程。,10,熟料,掺合料,石膏,组成,矿物组成,水化产物,（一）硅酸盐水泥水化化学过程,11,H2O3CaOSiO2CaO-SiO2-H2O+nCa(OH)2H2O2CaOSiO2CaO-SiO2-H2O+nCa(OH)2,水化硅酸钙(C-S-H凝胶),氢氧化钙(CH),硅酸盐水泥凝结硬化的化学过程,1.硅酸三钙、硅酸二钙的水化,12,2.铝酸三钙（C3A）的水化铝酸三钙与水反应迅速，放热快，其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大。在常温下，C3A在纯水中的水化反应：2(3CaOAl2O3)+27H2O=4CaOAl2O319H2O+2CaOAl2O38H2O简写为：2C3A

4、+27H=C4AH19+C2AH8,13,2C3A+27H=C4AH19+C2AH8,相对湿度低于85,C4AH13,片状晶体，常温下处于介稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。,上述反应随温度升高而加速。在温度高于35，或液相CaO浓度达到饱和时，C3A会直接生成C3AH6。,C4AH13+C2AH8=2C3AH6+9H,晶型的转变，造成孔隙率增加，同时C3AH6本身强度较低，C3A水化后强度很低。,水化铝酸钙,硅酸盐水泥浆体中，C3A实际上是在Ca(OH)2存在的环境中水化的，C3A在Ca(OH)2饱和溶液中的水化反应为：,C3A+CH+12HC4AH13,室温下稳定存在，数量增长很快

5、,水泥粉磨时，需加入适量石膏以调整其凝结时间,水泥浆体碱性介质,水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一,4CaOA12O313H2O+3（CaSO42H2O）+14H2O=3CaOA12O33CaSO432H2OCa(OH)2,C3A+CH+12HC4AH13,石膏消耗完毕，还有未完全水化C3A,3CaOAl2O33CaSO432H2O+2（4CaOA12O313H2O）=3（3CaOAl2O3SO412H2O）+2Ca(OH)220H2O,C4AH13,单硫型水化硫铝酸钙,在石膏、氢氧化钙同时存在的条件下,三硫型水化硫铝酸钙,16,3.铁铝酸四钙（C4AF）的水化,水化铝酸三钙,水化铁酸一钙凝胶

6、（简式CFH）,H2O4CaOAl2O3Fe2O3CaO-Al2O3-H2O+CaO-Fe2O3-H2O,C4AF的水化反应与C3A相似，而水化速率较C3A略慢，水化热、水化产物强度较低，即使单独水化也不会引起快凝。,17,阶段1初始反应期阶段2潜伏期阶段3凝结期阶段4硬化期,（二）水泥凝结硬化的物理过程,水化过程4个阶段,19,可塑性浆体,水泥颗粒表面矿物与水反应生成水化物，析出形成水化物膜层,膜层增厚，自由水分不断减少，水泥颗粒接近,水泥水化过程示意,更多的水化产物生成，凝聚结构更加密实，完全失去可塑性，达到终凝。,水化产物填充空隙并将水泥颗粒连接在一起形成凝聚结构，开始失去可塑性，达到初

7、凝。,凝聚和晶体长大、共生、交错，产生强度。,未水化完的内核,水化产物,孔隙(水、空气),21,归纳四个特点：,水泥的水化反应是由颗粒表面逐渐深入到内层复杂的物理化学过程，这种作用起初进行较快，以后逐渐变慢。硬化的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化的水泥颗粒、游离水分及气孔等组成的不均质结构。水泥石的强度随龄期而发展，一般在28d内较快，以后变慢，因此应加强早期养护。温度越高，凝结硬化速度越快。,22,三、水泥矿物组成对水泥性能的影响,(一)对强度的影响表2-1(二)对水化热的影响表2-2(二)水泥熟料的水化速度表2-3(四)对保水性的影晌(五)对收缩的影响表2-4(六)对水泥脆性系数的影响表2

8、-5(七)水泥品种对砼抗冲耐磨强度的影响表2-6,23,结论,水泥的矿物成分是决定各种水泥性能的决定性因素，根据不同工程建筑物的要求，提出不同水泥矿物成分的要求。为了提高水工混凝土的施工特性，最好采用高铁、高硅、低铝及低饱和比或中饱和比的水泥生料配方，才能生产出具有低热、低脆性、低收缩或无收缩、高抗裂、高抗渗、高抗蚀、高抗冲磨及高耐久性的多功能水泥。,24,四、水泥品种和基本组分,通用水泥,专用水泥,特性水泥,25,通用水泥组成,通式,硅酸盐水泥熟料,混合材料,石膏,+,+,6大品种,26,通用水泥代号：,活性或非活性，其余为活性,P15T2-7,凝结硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要

9、求的工程，（如冬季施工、预制、现浇等工程），高强度混凝土工程（如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土）。抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。,PI、PII性能特点与应用,水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多，故水泥石的碱度不易降低，对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。耐磨性好，适用于高速公路、道路和地面工程。,P.O主要性能特点,早期强度略低，后期强度高。水化热略低。抗渗性好，抗冻性

10、好，抗碳化能力强。抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。耐磨性较好；耐热性能较好。普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。,P.S主要性能特点,（1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。（2）水化热较低，放热速度慢。（3）具有较好的耐热性能。（4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（5）泌水性大，干缩较大。（6）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。,P.P主要性能特点,（1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。（2）水化热较低，放热速度慢。（3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（4）需水性大，干缩率较大。（5）抗渗性好，抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。,P.F主要性能特点,（1）

11、早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。（2）水化热较低，放热速度慢。（3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力（4）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。（5）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。,34,复合硅酸盐水泥PC,凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20，不超过50。水泥中允许用不超过8的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。,35,特性水泥抗硫酸盐侵蚀型,铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥碱矿渣水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥GB7482005,36,

12、抗硫酸盐水泥品种,(1)中抗硫酸盐硅酸盐水泥：以特定矿物组成(C3S含量55，C3A含量5)的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称中抗硫酸盐水泥，代号PMSR。(2)高抗硫酸盐硅酸盐水泥：以特定矿物组成(C3S含量50，C3A含量3)的硅酸盐水泥熟料，加人适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥，简称高抗硫酸盐水泥，代号PHSR。,37,特性水泥低热微膨胀水泥,GB29381997凡以粒化高炉矿渣为主要组分，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，磨细制成具有低热和微膨胀

13、性能的水硬性胶凝材料，称为低热微膨胀性水泥代号LHEC,38,特性水泥中热、低热型水泥,GB200-2003中热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥中热硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有中等水化热的水硬性胶凝材料，称为中热硅酸盐水泥（简称中热水泥），代号PMH。,低热硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热硅酸盐水泥（简称低热水泥），代号PLH低热矿渣硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，称为低热矿渣硅酸盐水泥（简称低热矿渣水泥），代号P

14、SLH。,40,中、低热水泥各龄期水化热要求,41,中热、低热型水泥应用,主要适用于大坝和大体积混凝土工程。低热硅酸盐水泥又称为高贝利特水泥，具有良好的工作性、低水化热、高后期强度、高耐久性、高耐侵蚀性等通用硅酸盐水泥无可比拟的优点。其28d强度相当于42.5中热硅酸盐水泥，后期强度远高于42.5中热硅酸盐水泥，水化热仅相当于32.5低热水泥的水平。并且干缩小，有微膨胀特性。该品种水泥特别适合水工大体积混凝土、高强高性能混凝土工程应用；是大坝混凝土原材料的重大突破和创新，能够显著提高大坝混凝土的耐久性和抗裂性。,42,1密度、堆积密度2细度3需水性4凝结时间5安定性6强度等级7水化热8化学组成

15、,强制性条款,选择性条款,基础性质,国家标准,GB175-2007,五、水泥的品质指标及检验标准,43,表2-8-1通用水泥技术性质,GB175-2007,1细度2凝结时间3安定性4强度等级5化学组成,推荐性条款,强制性条款,(一)水泥品质指标,44,1细度,P.I、P.II、P.O:比表面积不小于300m2/kg；P.S、P.P、P.F、P.C：标准筛筛余百分数表示，要求：80m方孔筛筛余不大于10%45m方孔筛筛余不大于30%。,45,2凝结时间,P.I、P.II初凝不得早于45min，终凝不得迟于390min。P.O、P.S、P.P、P.F、P.C：初凝不得早于45min，终凝不得迟于6

16、00min。,46,3安定性,用沸煮法检验必须合格。,f-CaO,4强度等级,各强度等级、各龄期的强度不得低于标准规定的数值,如有一项指标低于表中的数值，则为不合格品。,PI、PII,49,不溶物烧失量SO3MgOCl-碱含量Na2O+0.658K2O,5化学组成,50,化学组成技术要求,51,PI、PII化学技术指标单位：%,*若水泥经压蒸试验合格，则此指标可放宽至6.0%。,52,表2-8-2特性水泥技术性质,(一)水泥品质指标,53,特性水泥的其他要求,中热硅水泥：6C3S5510.6低热硅水泥：6C2S401.00.6低热矿渣硅水泥8.O1.20.6,C3A,f-CaO,碱含量,CxS

17、,54,特性水泥的其他要求,抗硫酸盐水泥:烧失量3.0，不溶物1.5，水泥比表面积280，碱总量0.6中抗硫酸盐水泥14d线膨胀率0.06高抗硫酸盐水泥J4d线膨胀率0.04低热微膨胀水泥：f-CaO3.0，Mg()6，水泥比表面积300，SO3含量为4-7。水泥净浆试体在水中养护至各龄期的线膨胀率应符合以下要求：1d不得小于0.05，7d不得小于0.10，28d不得大于0.6,55,(一)水泥品质指标,56,(二)水泥品质检验标准,水泥净浆标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB/T13462001水泥胶砂强度检验方法(IS0法)GBT176711999水泥压蒸安定性试验方法GBT750

18、-92水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GBT13462001水泥胶砂流动度测定方法GBT24192005水泥水化热测定方法（溶解热法）GB/T12959-2008水泥比表面积测定方法-勃氏法GB/T8074-2008水泥原料中氯离子的化学分析方法JC/T420-1991水泥化学分析方法GB/T176-1996水泥胶砂流动度测定方法GB/T2419-2005水泥密度测定方法GB/T208-1994水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法GB/T20-1981,57,水泥主要性能和应用范围,表2-10P18,58,六、水泥品质检验方法,取样方法水泥密度测定水泥胶砂强度水泥标准稠度用水量、凝结时间、

19、安定性水泥细度水泥压蒸安定性水泥化学分析,59,取样方法,取样方法按GB12573进行。取样应有代表性，可连续取，亦可从20个以上不同部位取等量样品。总量至少12kg。,60,硅酸盐水泥：3.03.2g/cm3普通水泥、复合水泥略低,普通水泥：3.1g/cm3矿渣水泥：2.83.0g/cm3火山灰、粉煤灰水泥：2.72.9g/cm3,密度,松散堆积密度9001200kg/m3紧密时可达1600kg/m3,堆积密度,水泥密度测定,堆积密度除与组成、细度有关外，主要取决于堆积的紧密程度。堆积密度主要用于计算水泥的贮运量。,密度除与组成有关外，还与存放时间、环境以及熟料的煅烧状况有关。密度主要用于计

20、算混凝土、砂浆的材料配合比。检验方法：水泥密度测定方法(GBT20894),62,水泥胶砂强度,GB/T17671-1999,实验室环境,实验仪器,试体成型,试验步骤,试验结果处理,实验仪器,试体成型,试验步骤,实验仪器,试体成型,63,实验室环境,试体成型试验室的温度应保持在202，相对湿度应不低于50%。试体带模养护的养护箱温度保持在201，相对湿度不低于90%。试体养护池水温度在201范围内。,64,试验结果处理,抗折强度Rf其中：RfN/mm2（MPa）表示，精确至0.1MPa:Ff折断时施加于棱柱体中部的荷载,牛顿(N);L支撑圆柱之间的距离,mm;b棱柱体正方形截面的边长,mm。以

21、一组三个棱柱体抗折结果的平均值，精确至0.1MPa，作为试验结果。当三个强度中有超出平均值10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。,抗压强度Rc,其中:RcN/mm2（MPa）表示，精确至0.1；Fc破坏时的最大荷载，牛顿（N）；A受压部分面积，4040=1600mm2以一组棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值（精确至0.1Mpa）为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的10%，就应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数的10%的，则此组结果作废。,66,水泥获得一定稠度所需水量多少的性质,标准稠度,测定水泥凝结时间、安定性，为使

22、其具有准确的可比性，水泥净浆以标准方法测试所达到的统一规定的浆体可塑性程度.,标准稠度需水量,水泥标准稠度用水量,需水性,67,熟料的矿物组成混合材的品种、数量水泥细度一般来讲，水泥颗粒细有利于提高水泥的水化速度及充分水化，从而有利于强度，特别是早期强度。但水泥颗粒过细，比表面积过大，水泥浆体达到相同流动度的需水量过多，反而影响了水泥的强度。,影响需水性的因素,68,水泥标稠用水量检测,GB1346-2001水泥净浆标准稠度测定仪;净浆搅拌机标准法代用法调整水量/固定水量,69,标准法,（1）用湿布擦过净浆搅拌机的搅拌锅和搅拌叶，将拌和水倒入锅中，然后在510s内将称好的水泥500g小心加入水

23、中。把搅拌锅放入底座，升置搅拌位置，启动搅拌机，开始拌和。先低速搅拌120s，停15s，同时将搅拌叶和锅壁上的水泥浆刮入锅的中间，接着高速搅拌120s，停机。,（2）拌和结束，立即将拌制好的水泥净浆装入已经置于玻璃板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆，抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直到与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1-2s，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距离底板之间的距离，升起试杆后，立即擦净；整个操作应在搅拌后1.5min内完成。,（3）以试杆沉入净浆并距离底板61mm的水泥净浆为标准稠度净

24、浆。其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量（P）,按水泥质量的百分比计。,72,代用法,拌和后，立即将净浆一次装入锥模内，用小刀插捣，并振动数次，刮去多余净浆，抹平后迅速放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面，拧紧螺丝1-2s，然后突然放松，让试锥垂直自由沉入净浆中。试锥停止沉入或释放试杆30s时；记录试锥下沉深度D，整个操作应在搅拌后1.5min内完成。,固定水量法标准稠度用水量按下式计算式中P标准稠度用水量（%）D试锥沉入度（mm）或按照仪器上对应标尺得到标准稠度用水量P（%）。但应注意，当试锥下沉深度D小于13mm时，不得采用此法，应改用调整水量法。,74,用调整水量法测定时，以试锥下沉

25、深度为282mm时的用水量占水泥试样质量的百分率为标准稠度用水量。如果试验结果试锥下沉深度超出范围，须另称试样，重新试验，直至到试锥下沉深度为282mm为止。,75,水泥安定性,雷氏夹膨胀仪JC/T962-2005雷氏夹JC/T954-2005沸煮箱JC/T955-2005湿气养护箱JC/T959-2005,仪器设备,76,水泥安定性,标准法（1）成型：雷氏夹和玻璃板预先涂油，雷氏夹放玻璃板上，立即将已经制备好的标准稠度净浆一次灌满雷氏夹，用10mm小刀插捣数次，抹平，盖上玻璃板，移入湿气养护箱中养护242h。（2）沸煮：调整水位。将试件脱模，测量雷氏夹指针初始距离（A），精确到0.5mm。试

26、件放入沸煮箱中，指针朝上，305min内加热至沸并恒沸1805min。,（3）判别：沸煮结束后，立即放掉箱内热水，打开箱盖，自然冷却至室温，取出试件测定雷氏夹指针距离（C），精确到0.5mm，当两个试件的（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即认为盖水泥安定性合格；当两个试件的（C-A）的平均值大于4.0mm时，应重新做实验。再如此，则判定该水泥安定性不合格。,代用法,成型：以标准稠度净浆，从中取出一部分分成两等份，使成球形，放在预先涂油的玻璃板上，轻轻振动玻璃板，并用湿布擦过的小刀由边缘向饼的中央抹，做成直径70-80mm，中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，接着将试饼放入养护箱内，

27、自成型起，养护242h。沸煮：由玻璃板上取下试饼，观察若无缺陷，置于沸煮箱内水中的篦板上，305min内加热至沸并恒沸1805min。判别：煮毕将水放出，开盖，待箱体冷却至室温，取出检查。目测未发现裂纹，用钢直尺检查也没有弯曲（将钢直尺与试饼底部紧靠，以两者之间不透光为不弯曲），称为体积安定性合格，反之为不合格。,79,水泥熟料煅烧过程中，当水泥中含有的高温下生成的f-CaO、f-MgO的量过多时，在水泥硬化后水泥石会产生体积膨胀。,引起安定性不良的原因,水泥粉磨时所掺石膏超量，过量的石膏在水泥硬化后，会继续与固态的水化铝酸钙（C4AH3）反应生成水化硫铝酸钙（Aft），产生体积膨胀。,这三种物质造成的膨胀均会导致水泥安定性不良。,水泥熟料煅烧过程中，当水泥中含有的高温下生成的f-CaO、f-MgO的量过多时，在水泥硬化后水泥石会产生体积膨胀。,引起安定性不良的原因,80,水泥凝结时间,初凝时间测定：试件养护至30min，进行第一次测定。从湿气养护箱中取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触。拧紧螺丝1-2s，然后突然放松，试针垂直自由落下，沉入净浆。观察试针停止沉入或释放试针30s时指针的读数。当试针沉入净浆中距底板41mm时，为水泥的初凝状态；由水泥全部加入