矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥.ppt

1、第二节 水硬性胶凝材料,第一部分 硅酸盐水泥 第二部分 掺混合材料的硅酸盐水泥 第三部分 特种水泥,一、硅酸盐水泥的概念 二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成 三、硅酸盐水泥的凝结硬化 四、硅酸盐水泥的技术性质 五、硅酸盐水泥石的腐蚀与防治,第一部分 硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、0 5 %石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥） 硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量 5% 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P。,一、硅酸盐水泥的概念,二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿

2、物组成,1、生产工艺,主要原料： （1）石灰质原料：提供CaO，有石灰石、贝壳、石灰质凝灰岩。 （2）粘土质原料：提供SiO2Al2O3，少量Fe2O3，有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等、 （3）铁矿粉：提高Fe2O3的含量，有黄铁矿渣。 另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。,二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成,石灰质材料,粘土质材料,铁质材料,水泥成品,熟 料,石 膏,生 料,煅烧,1450C,磨细,磨细,按比例混合,1、生产工艺,2、矿物组成 硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下： 硅酸三钙 3CaOSiO2 ，简写为C3S，含量37% 60% 硅酸二钙 2CaOS

3、iO2 ，简写为C2S，含量15% 37% 铝酸三钙 3CaOAl2O3，简写为C3A，含量7% 15% 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 ，简写为C4AF， 含量10% 18%,二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成,各种熟料矿物的强度增长图,各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特征,二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成,凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。 硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,1、水泥的水化反应及水化产物 2C3S + 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2

4、2C2S + 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 C3A + 6H2O = 3CaOAl2O36H2O C3A + Ca(OH)2 + 12H2O = 4CaOAl2O313H2O 2C4AF + 7H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O 4CaOAl2O313H2O + 3(CaSO42H2O) + 14H2O = 3CaOAl2O33CaSO4 32H2O + Ca(OH)2 2C3A + 3CaOAl2O33CaSO432H2O + 4H2O = 3(3CaOAl2O3CaSO412H2O ),三、硅酸盐水泥的凝结硬化,1、水泥的水

5、化反应及水化产物 水化产物：,胶体,晶体,水化硅酸钙凝胶 70%,水化铁酸钙,Ca(OH)2 六方片状晶体 水化铝酸钙 六方晶体 钙钒石 针状晶体,2、凝结硬化过程,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,水泥凝结硬化过程示意,（a）分散在水中未水化的水泥颗粒 （b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层 （c）膜层长大并互相连接（凝结） （d）水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化) 1水泥颗粒 2水分 3凝胶 4晶体 5水泥颗粒的未水化内核 6毛细孔,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,硬化后的水泥石包含有凝胶体、结晶体、未水化的水泥内核、水和孔隙。 硅酸盐水泥凝结硬化的特点： （1）是由表及里进行的

6、。 （2）水分和温度是硅酸盐水泥的凝结硬化的必要条件。,四、硅酸盐水泥的技术性质,1密度与堆积密度,硅酸盐水泥的密度，一般为31003200kgm3。 松散堆积密度，一般为9001300kgm3， 紧密堆积密度可达14001700kgm3。,1、细度,细度:水泥的粗细程度，水泥颗粒粒径一般在0.0070.2mm范围内。 测定方法：筛析法（0.08mm的方孔筛）和比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积） 硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB1571999）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300/kg；硅酸盐系其他五类水泥细度用筛分法检验，要求在80um标准筛上筛余量不得超过10%。筛分析法有水筛、干筛

7、和负压筛法，有争议时以负压筛法为准。,3、标准稠度需水量,标准稠度需水量：为了使水泥凝结时间、体积安定性等的测定具有准确的可比性,所以必须在规定的稠度下进行测定，这个规定的稠度称为标准稠度。水泥净浆达到标准稠度时，所需的用水量占水泥质量的百分数，即标准稠度用水量。 硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在2430之间。,3、凝结时间,分为初凝时间和终凝时间 初凝：加水拌和到标稠，净浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝：加水拌和到标稠，净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。 国家标准规定：初凝不小于45min，终凝不迟于390min。 初凝不合格者为废品，终凝不合格者为不合格品。,4、体积安定性,体积

8、安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。 原因： （1）熟料中游离氧化钙，游离氧化镁过多，游离氧化钙，游离氧化镁过烧，结构致密，熟化慢，硬化后，才熟化，体积膨胀开裂。 （2）水泥熟料中石膏过量，水泥硬化后，仍有硫酸钙存在，则固态水化铝酸钙与之反应，形成水化硫铝酸钙，体积膨胀开裂。 测定方法：试饼法、雷氏法。 国家标准规定: MgO 5% SO33.5% 体积安定性不良的水泥为废品,6、强度,国家标准规定：用水泥胶砂强度测定。 试件标准尺寸：4040160mm 水泥 : 中国ISO标准砂 : 水=1:3:0.5 养护条件：201 水中 原因： （1）水泥净浆体积收缩，易产生裂缝，不利于强

9、度的测定 （2）实际中均用砂浆，而很少用净浆。 （3）可测多方面的强度。 硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 6个强度等级,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB1751999),水泥强度计算： 抗折强度：取三个测值的平均计算抗折强度；若三 个测值中有一个与平均值的相对误差大 于10%时，则取剩余二个测值的平均计 算抗折强度,公式： 或 f 2.34F 其中FKN 抗压强度：取六个测值的平均计算抗压强度；若六 个测值中有一个与平均值的相对误差大 于10%时，则取剩余五个测值的平均计 算抗折强度；若五个测值中仍有一个与 平均值的相对误差大于10%时，

10、则结果 无效。 公式：f F/1600 其中FN,例:某硅酸盐水泥经28天测强,得: 受折破坏荷载分别为:3700N、2900N、3600N；受压破坏荷载分别为:82KN、92KN、80KN、 79KN、80KN、78KN 试根据28天强度评定该水泥强度等级。,水化热： 13d龄期内水化放热量为总放热量的50%， 7d为75%， 6个月为8391%。 碱含量：按Na2O+0.658K2O计算值表示，对活性骨料，碱含量不得大于0.6%,7、水化热及碱含量,8碱含量、氧化镁、三氧化硫、不溶物、烧失量 碱含量 Na2O+K2O 不大于 0.6 % 氧化镁 不大于 5.0 % 三氧化硫 不大于 3.5

11、 % 不溶物 不大于 0.75 %、1.5 % 烧失量 不大于 3 %、 3.5 %,42,Construction Materials,桥梁的热裂缝,洞庭湖大桥,大体积的桥梁,洞庭湖大桥,桥梁的热裂缝,大坝,四、硅酸盐水泥石的腐蚀与防治,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,（二）硅酸盐水泥石腐蚀的原因,（三）硅酸盐水泥石腐蚀的防止,1、软水腐蚀,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,2、酸类腐蚀,3、盐类腐蚀,4、强碱腐蚀,1、软水腐蚀,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,亦称溶出性侵蚀，雨水、雪水、 蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳 酸盐甚少的河水与湖水等都属 于软水。 Ca(OH)2 溶解于软水。 硬水：Ca(O

12、H)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O 溶析 自动填实,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,2、酸类腐蚀,1）碳酸腐蚀： CO2含量高时 Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = CaH(CO3)2 2）一般酸的腐蚀 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,3、盐类腐蚀,（1）硫酸盐的腐蚀 3CaOAl2O3 6H2O+3(CaSO4 2H2O )+19H2O =3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 水泥杆菌 （2）镁盐的

13、腐蚀 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4 2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2,（一）硅酸盐水泥石腐蚀的类型,4、强碱腐蚀,3CaOAl2O3 + 6NaOH = 3NaO Al2O3 + 3Ca(OH)2 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,（二）硅酸盐水泥石腐蚀的原因,1、水泥石内含有易引起腐蚀的成分 2、水泥石本身不密实 3、外界有腐蚀的介质存在,（三）硅酸盐水泥石腐蚀的防止,1、根据环境，合理选择水泥品种 2、提高水泥石的密实度 3、加做保护层，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料 4、对

14、具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用浸渍混凝土,(五) 硅酸盐水泥的应用及质量评定,1硅酸盐水泥的特点及应用 硅酸盐水泥强度高，主要用于高强混凝土和预 应力混凝土结构。 硅酸盐水泥凝结硬化速度较快，抗冻性好，可 用于要求凝结快、早强、冬季及严寒地区的工程。 硅酸盐水泥抗软水及化学腐蚀性差，故硅酸盐 水泥不适用于与流动的淡水接触及有压力水作用的 工程，也不适用于受海水、矿化水作用的工程。 耐热性较差，不能用于温度较高的环境。 水化热大，不宜用于大体积混凝土工程。,2硅酸盐水泥的质量评定,国家标准规定，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时 间、安定性中任一项不符合标准规定时，均为废 品。 凡细度、终凝时间、不溶

15、物和烧失量中的任一 项不符合标准规定或混合材料掺加量超过最大限量 和强度低于商品强度等级的指标时，均为不合格 品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者 名称和出厂编号不全的也属于不合格品。,一、水泥混合材料 二、混合材料的类别 三、普通硅酸盐水泥 四、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,第二部分 掺混合材料的硅酸盐水泥,在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥的标号，而加到水泥中去的天然的和人工的矿物材料。,一、水泥混合材料,二、混合材料的类别,活性混合材料,非活性混合材料,二、混合材料的类别,活性混合材料,非活性混合材料,混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石

16、膏拌合在一起，并加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的，称为活性混合材料。,二、混合材料的类别,活性混合材料,非活性混合材料,非活性混合材料是指不与水泥成分起化学作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填充作用，掺入的目的主要是为了提高水泥的产量，调整水泥的标号，减少水化热，故又被称为填充性混合材料。,凡是由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料（简称普通水泥），代号P.O。 掺非活性混合材料时，不得超过15%，其中允许用不超过5%的窑灰或不超过10%的非活性混合材料来代替。 按照国家标准普通硅酸盐水泥各龄强度数值（GB17519

17、99）,三、普通硅酸盐水泥,三、普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥，性质与硅酸盐水泥接近，但，早期(3 d)强度稍低；抗冻、耐磨性稍 差；抗渗性较好。 普通硅酸盐水泥的细度，用筛析法测定，80m方孔筛筛余不得超过10.0。初凝时间不得早于45 min，终凝时间不得迟于10 h。安定性要求沸煮法合格。,四、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,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,四、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,凡是由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水

18、泥，代号P.S。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20% 70%。 允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%。,1矿渣水泥的凝结硬化 2矿渣水泥的技术标准及特性 矿渣水泥的细度、凝结时间及体积安定性要求 与普通硅酸盐水泥相同。 矿渣水泥的强度等级分为：32.5、32.5R、 42.5、42.5R、52.5、52.5R。各强度等级水泥各龄 期的强度指标见表37。,矿渣水泥与硅酸盐水泥相比，有以下特点： 抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀能力较强适用 于水下、地下工程及海港工程。 (2)水化热低适用于大体积混

19、凝土工程。 (3)早期强度低，后期增长率高 28 d以后的强度增长率要高于同强度等级的 硅酸盐水泥。 (4)环境温度对凝结硬化影响较大适用于蒸汽养护 的混凝土构件。 (5)保水性差，易泌水不宜用于抗渗砼、道路路面,(6) 干缩较大 使用时要特别注意早期养护。 (7) 抗冻、耐磨性较差 矿渣水泥的抗冻性及耐磨性均较硅酸盐水泥 差，故不宜用于承受冻融交替作用的部位及经常受 磨的工程或部位。如道路路面、楼地面等。 (8) 碳化速度快，深度深影响结构的耐久性。 (9) 耐热性较高用于承受较高温度的工程。,四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥,凡是由硅酸盐水泥熟料、

20、火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，代号P.P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20% 50%。 按照国家标准矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥（GB13441999）规定：对于火山灰水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。,火山灰水泥对细度、凝结时间和体积安定性的 要求与矿渣硅酸盐水泥相同。 火山灰水泥的强度等级划分及对各强度等级水泥的强度要求与矿渣硅酸盐水泥相同。 火山灰水泥的抗淡水侵蚀及抗硫酸盐侵蚀能 力、水

21、化热、强度及其增长速度、环境温度对凝结硬化的影响、碳化等性能与矿渣水泥基本相同。,火山灰水泥的抗冻、耐磨性比矿渣水泥更差， 干缩比矿渣水泥更大，故更应加强养护。 火山灰水泥标准稠度用水量较大，一般不泌 水。另外，在潮湿的环境中或水中养护时，混合材料吸收石灰而产生膨胀，并生成较多的水化硅酸钙凝胶，水泥石结构致密，抗渗性、耐水性均较好。,四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥,凡是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥，代号P.F。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计为20% 40%。 按照国家标准矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸

22、盐水泥与粉煤灰硅酸盐水泥（GB134492）规定：对于火山灰水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。,粉煤灰水泥干缩小，甚至比硅酸盐水泥还小， 抗裂性较好。同时由于粉煤灰的颗粒多为圆球形的玻璃体，较致密，吸附水的能力小，在混凝土中能起润滑作用，故拌制的混凝土和易性较好。 由于粉煤灰水泥具有水化热低、抗侵蚀性好、 干缩小、抗裂性好等特点，所以特别适用于大体积混凝土。,四、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,凡是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混

23、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15%，不超过 50%。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。 按照国家标准复合硅酸盐水泥（GB1295891）规定：对于复合硅酸盐水泥熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。火山灰水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。,四、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,四、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

24、,四、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,共同性质： 1、强度发展：凝结硬化速度较慢，早期强度发展慢， 后期发展较快。,2、耐腐蚀性较强 3、水化热低 4、抗冻性 5、抗碳化能力差,个性 矿：1、干缩性大2、耐热性好3、泌水性大（保水性差）4、对温度敏感性大（适于蒸汽养护） 火： 1、干缩性大2、耐热性差3、抗渗性好 粉： 1、干缩性小2、耐热性差,(二) 水泥品种的选择 使用水泥时，应根据建筑物的特点及所处部 位、建筑物周围的环境条件选择合适的品种， 以满足不同的需要。 (三) 水泥的储运 水泥在运输与贮存时不得受潮和混入杂物，不得混杂。 水泥在存储运中还要防止受潮。一般情况下，储存三个月，强度降低1525；储存六个月，强度降低2540