第4章--水泥概况.ppt

1、土木工程系，1，讲师郭，建筑材料系，土木工程系，2，第4章水泥，本章内容4.1硅酸盐水泥4.2硅酸盐水泥混合材4.3其他种类水泥4.4水泥的应用、储存和运输、土木工程系，3，第4章水泥，水泥水硬性矿物胶凝材料，粉末水泥和水混合成塑性水泥浆，经过一系列的物理和化学作用，它是一种既能在水中又能在空气中凝结的胶凝材料。土木工程系，第4章，水泥，水泥的应用：水泥是国民经济建设的重要材料之一，与钢和木材一起被称为三大建筑材料。水泥主要用于建筑工程、道路、桥梁、水利和国防工程。它是制造混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土和砂浆的最基本材料。土木工程系，5，第4章水泥分类，硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥铁铝酸盐

2、水泥，(2)按性能和用途分类，普通水泥专用水泥，按化学成分，土木工程系，6，第4章水泥4.1硅酸盐水泥，4.1.1硅酸盐水泥的生产技术4.1.2硅酸盐水泥的组成材料4.1.3硅酸盐水泥的水化和硬化4.1.4硅酸盐水泥的技术性能4.1.5硅酸盐水泥石的腐蚀和预防， 土木工程系，7，第4章水泥，波特兰水泥定义：波特兰水泥由波特兰水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉组成，土木工程系，8，4.1.1波特兰水泥的生产技术，石灰石原料如石灰石、白垩和其他粘土原料如粘土和页岩，校准原料(少量)铁粉、氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、三氧化二铁、1。 硅酸盐水泥的原材料和化学成分，第4章水泥，土木工程系，

3、9，表4.1硅酸盐水泥生产用原材料的化学成分氧化名称化学配方常用缩写含量(%)氧化钙氧化钙氧化钙氧化钙C 6267氧化硅二氧化硅S 1924氧化铝Al2O 3 A47氧化铁Fe2O3 F 25，土木工程系，10，2。生产技术二磨一烧，第4章水泥，土木工程系，11，第4章水泥4.1.2硅酸盐水泥熟料的矿物组成，1。硅酸盐水泥熟料的矿物组成，硅酸三钙，主要矿物组成，分子式，分子式，3caosio2，c3sc 2 C3 C4 af，2caosio2，3caoal2o3，4caoal2o3fe2o3，硅酸二钙，铝酸三钙，名称：土木工程系，12，第4章水泥，2。硅酸盐水泥熟料的矿物特性，土木工程系，13

4、，第4章水泥，水泥矿物的强度增长图，土木工程系，14，真正的快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A和C3S含量高。适用于抢修工程、军事工程和冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨性、抗冲击性、抗冻性、耐硫酸性好，干燥收缩率小。C4AF和C2S含量高。适用于道路铺装、机场铺装、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥和低热矿渣水泥：掺矿渣，适用于大坝工程、大型建筑物和大型房屋基础等大体积工程。水化热释放低，C2S含量高，C3A含量低，第4章水泥，土木工程系，15，注：水泥中的其他成分：原因：煅烧水泥中的反应：危害：影响水泥的体积稳定性，石灰石原料丰富，潜在危害非常严重。第4章水泥，土木工程系，第

5、16章，第4章添加适量的石膏可以延缓凝结时间，同时，有利于提高水泥的早期强度和减少收缩变形。石膏品种：主要使用天然石膏和工业副产品石膏。土木工程系，17，4.1.3波特兰水泥的水合和硬化1。水化、快速水化、长纤维、短纤维、六方片状结晶、缓凝机理同上、针状晶体、立方片状晶体、第4章水泥、土木工程系、18、一级石膏与C3A反应形成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：从初凝到24h，水泥水化加速，生成更多的氢氧化钙、钙矾石晶体和水化硅酸钙凝胶。大量产生水化产物，水泥凝结。第三阶段：24小时后，直到水合作用完成。所有的水化产物都产生了，数量在增加，结构更加致密，强度也在增加。第四章水泥2。水泥凝结

6、硬化，土木工程系，19。水泥硬化研究理论水化过程在不同情况下会有不同的水化机理；不同的矿物质在不同的阶段有不同的水合机制。第4章水泥，土木工程系，20。水泥的凝结硬化过程分为四个阶段：初始反应期、潜伏期、凝结期和硬化期。1.在初始反应阶段，波特兰水泥与水混合后，水泥颗粒分散在水中形成水泥浆。水泥颗粒表面的熟料，特别是C3A，迅速水合，在石膏条件下形成钙矾石，伴随放热现象。这是水合反应的初始阶段，时间只有510分钟。第4章，水泥，土木工程系，21，2，水泥颗粒的水化在潜在阶段持续进行，这使得水泥颗粒表面的水化膜逐渐增厚。膜的存在减缓了外界水分渗透和水化产物扩散的速度，从而减缓了水泥的水化、水化反

7、应和放热。水渗透入膜的速度大于水化产物通过膜向外扩散的速度，导致膜内外的浓度差，形成渗透压，最终导致膜破裂，水化反应加速，培养期结束。一般持续3060分钟。第四章水泥，土木工程系，22，3，凝结期：水泥凝胶膜的向外增厚及随后的破裂和膨胀使原本被水占据的水泥颗粒之间的间隙逐渐减小，使它们在某些点接触并通过分子键连接，形成一个相对松散的空间网状内聚结构。特点：触变凝聚结构的形成使水泥失去塑性，而塑性是水泥的初凝。一般13小时。随着水合作用的进展和凝聚结构的发展，水合物之间的接触点数量增加，形成晶体和凝胶相互渗透的凝聚晶体结构。水泥完全失去塑性，同时，它是强度发展的起点，也是水泥的最终凝固。一般36

8、小时。第4章水泥，土木工程系，23，4，在硬化期间，随着不断的水化，水泥颗粒之间的空隙逐渐减少为毛细孔隙。随着水泥芯的水化，水化产物的数量逐渐增加，凝聚晶体结构进一步发展，水泥的强度继续发展。在适当的温度和湿度条件下，水泥的强度可以持续增加(从6小时到几年)。特点：完全失去可塑性，具有强度和坚固性。力量发展的规律是：力量在37天内增长最快，在28天内增长更快，在28天后继续发展，但速度非常慢。第4章水泥，土木工程系，24，第4章水泥，3。影响水泥凝结和硬化的主要因素()不同的矿物成分在与水反应时有不同的特点，如C3A水化速度最快，放热最大，强度不高；C2S的水化速度最慢，热量释放最少，早期强度

9、低，后期强度增长迅速。因此，如果水泥的矿物成分发生变化，其凝结和硬化将发生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结和硬化的最重要因素。土木工程系，25，第4章水泥，(2)水泥浆的水灰比(水泥浆的稠度)当水泥浆中加入更多的水时，水灰比更大，水泥的初始水化反应可以充分进行；然而，水泥颗粒被水长期分离，并且骨架结构所需的凝结时间长，因此水泥浆凝结慢。当水泥浆的水灰比较大时，多余的水分蒸发后会形成更多的孔隙，导致水泥浆强度降低。因此，当水泥浆的水灰比过大时，水泥浆的强度会明显降低。土木工程系，26，第4章水泥，(3)石膏含量的延迟机理可以解释如下：当水泥水合时，石膏可以迅速与铝酸三钙反应形成水合硫铝酸钙

10、(钙矾石)，其难以溶于水并沉淀在水泥颗粒表面形成保护膜，从而阻碍铝酸三钙的水合反应，控制水泥的水合反应速度并延迟它。土木工程系，27，第4章水泥，(4)水泥的细度在相同矿物组成的条件下，水泥研磨得越细，水泥的平均粒径越小，比表面积越大，水化过程中与水的接触面越大，水化速度越快，水泥的凝结硬化速度越快，早期强度越高。土木工程系，28，第4章水泥，(5)环境温度和湿度(即养护条件)在适当的温度条件下，水泥的水化、凝固和硬化更快。反应产物生长迅速，凝结硬化加快，水化热增加。相反，当温度降低时，水合反应减慢，强度增长减慢。然而，高温养护往往导致水泥后期增长缓慢甚至强度下降。水的存在是水泥水化反应的必要

11、条件。当环境湿度非常干燥时，水泥中的水分会迅速蒸发，使水泥不能充分水化，硬化会停止；相反，水泥的水化将完全进行。土木工程系，29，第4章水泥，(6)水泥的凝结和硬化(时间)是一个随时间延长的渐进过程。只要温度和湿度合适，水泥强度的提高可以持续几年。土木工程系，30，第4章水泥，(7)混合硅酸盐水泥的水化和凝结硬化受C3S和C3A的限制。任何影响C3S和C3A水化能的外加剂都会改变硅酸盐水泥的水化和凝结硬化性能。例如，加入适量的凝结剂(氯化钙、硫酸钠等)。)能促进水泥的水化和凝结硬化，提高其早期强度。相反，添加缓凝剂(如木材钙、糖蜜等。)会延缓水泥的水化、凝结和硬化，并影响水泥强度的发展。土木工

12、程系，31，第4章水泥，(8)储存条件如果水泥储存不当，会使水泥受潮，颗粒表面会水合和结块，这将严重降低强度。即使在良好的储存条件下，在空气中的水分和CO2的作用下，也会发生缓慢的水合和碳化。储存3个月后，强度下降10%左右，储存6个月后，强度下降200%左右，储存1年后，强度下降25%。因此，水泥的有效储存期一般为3个月。32、4.1.4硅酸盐水泥的技术性能化学指标不溶物主要指煅烧过程中留下的残渣，不溶物的含量会影响水泥的粘结质量。烧失量当水泥煅烧不良或潮湿时，烧失量会增加。因此，烧失量是检验水泥质量的一个指标。氧化镁，第4章水泥，缓慢水化，体积膨胀，影响稳定性，三氧化硫，碱限制碱-集料反应

13、，根据(Na2O 0.658 K2O)值。氯离子，土木工程系，33，第4章水泥和普通硅酸盐水泥化学指标规定(GB1752007)(%)，土木工程系，34，第4章水泥，80um或45um方孔筛，33，360%负压筛法(适用于其他水泥)，比表面积：m2/kg布氏法(适用于2)称取25g样品4)结果计算水泥样品筛余百分比：筛余修正值为：C修正系数为0.801.20，负压筛，第4章，水泥，土木工程系，36，2。标准稠度用水量(1)目的：在测定水泥的凝结时间和稳定性时，为了使测定结果具有可比性，有必要使用清洁的标准稠度水泥浆进行测定。水泥浆搅拌机，第4章，水泥，土木工程系，37，(2)测定：试验仪器：维

14、卡试验方法：标准方法/水调整方法(3)标准稠度水泥浆标准：试验杆和底板之间的距离为6毫米1毫米。(4)标准稠度用水量为：即达到标准稠度净浆时的用水量。标准法维卡特仪器，第4章水泥，土木工程系，38，第4章水泥3。凝结时间(1)定义：从水泥与水混合到水泥浆失去塑性所需的时间称为凝结时间。初凝状态：从水泥加水到水泥浆刚失去塑性的时间。终凝状态：从水泥加水到水泥浆完全失去塑性的时间。(3)设定时间的确定，(2)两种状态，(1)设定时间测试仪(维卡计)；(2)采用标准稠度的水泥。土木工程系，39岁，初凝时间：测试杆与底板之间的距离为41毫米。最终设置时间：当测试针沉入测试体0.5毫米时，即环形附件最初

15、不能在测试体上留下痕迹时。(4)凝固时间的确定，土木工程系，40，第4章水泥4。稳定性(1)定义3360指水泥在凝固和硬化过程中体积变化的均匀性。(2)安全性差的因素：1)过量的1)氧化镁；2)石膏过多；3)水泥中不含过量氧化钙。(3)试验方法，蛋糕试验方法，雷克雅达法，争议主要是雷克雅达法，土木工程系，41，1)雷克雅达法，(1)形成雷克雅达夹样：标准稠度水泥浆。(2)测量a，取出样品，并测量rayleigh夹钳指端之间的距离a。(3)沸腾(4)测量C沸腾，冷却，取出试件，测量Reyes夹具指针尖端的距离C。(5)结果表明，沸腾后，当距碳-铝距离增加5.0毫米时，稳定性合格。当两个样品的C-

16、A值之差超过4.0毫米时，试验应重复一次。如果这种情况再次发生，则认为水泥的稳定性不合格。利氏夹钳，土木工程系，42，第4章水泥5。强度和强度等级(1)检验方法(国际标准化组织方法)制备水泥：标准砂：水=1:0.5、40毫米、40毫米和160毫米棱柱体样品，并在标准养护3天和28天后测量弯曲强度和压缩强度。(2)强度等级fce，k 1)由水泥28d抗压强度确定，2)强度范围下限，3)水泥实际强度fce=cfce，k c水泥富裕系数，1.01.5，(3)分类：普通类型，早期强度类型，土木工程系，43，第4章水泥和硅酸盐水泥技术标准(GB 175-)水泥的大部分水化热在凝结和硬化的早期阶段释放。例如，波特兰水泥，其水化热在第13个月占总热的50%，第7个月占75%，第6个月占83%。因素：水化