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1、第五章 水泥,1,5.1 概述,凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。,2,性能 和用途,硅酸盐系列水泥 铝酸盐系列水泥 硫铝酸盐系列水泥 铁铝酸盐系列水泥,水泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,化学成分,用于般土木工程的水泥，如普通硅酸盐水泥,专门用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥,某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥,5.1 概述,3,5.1 概述,常用水泥品种,4,5.1 概述,常用水泥品种（续表）,5,5.2 硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石

2、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。,6,5.2 硅酸盐水泥,熟 料,石灰质原料,黏土质原料,辅助原料,水 泥,石 膏,煅烧,1450,磨细,磨细,配料,生 料,生产工艺流程（简称为“两磨一烧”）： 制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥,7,5.2 硅酸盐水泥,8,5.2 硅酸盐水泥,9,5.2 硅酸盐水泥,10,5.2 硅酸盐水泥,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 C3

3、S 含量 37%60% 硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 含量 15%37% 铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 含量 7%15% 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 含量 10% 18%,11,5.2 硅酸盐水泥,各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特征,12,5.2 硅酸盐水泥,水泥孰料矿物的强度增长曲线,13,5.2 硅酸盐水泥,硅酸盐水泥的水化反应,14,5.2 硅酸盐水泥,凝结：水泥加水拌成水泥浆，逐渐变稠失去塑性，但无强度，这一进程叫水泥凝结。 硬化：强度逐渐提高，变成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥硬化。 碳化：在空气中表面，Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO

4、3被称为碳化。,硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,15,5.2 硅酸盐水泥,水泥凝结硬化过程,（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,16,注：初始反应期和潜伏期也可合称为诱导期。,5.2 硅酸盐水泥,水泥凝结硬化阶段,17,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,细度是指水泥颗粒的粗细程度。 测定: 比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积） 通用硅酸盐水泥（GB

5、2007）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300/kg。,18,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,水泥净浆达到标准稠度时，所需的拌和水量（以占水泥质量的百分比表示），称为标准稠度用水量（也称需水量）。 硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24%30%。当其他条件相同时，水泥的标准稠度用水量越小越好。,19,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,初凝：自加水拌和起，到标稠净浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝：自加水拌和起，到标稠净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。 GB规定：

6、初凝不早于45min，终凝不迟于390min。,20,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。 主要是由于熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏量过多所造成的。熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁都是过烧的，水化速度很慢，一般都在水泥硬化后才开始水化。,21,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,水泥的强度等级按规定龄期水泥胶砂的抗压强度和抗折强度来划分，反映了水泥胶结能力的大小。 硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.

7、5R、62.5、62.5R,共6个等级。,22,5.2 硅酸盐水泥,水泥主要技术性质,细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 水化热,水泥在水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热。 水泥水化热的大部分是在水化初期（7d）放出的，后期放热逐渐减少。,23,5.2 硅酸盐水泥,环境水对水泥石的侵蚀,水泥混凝土或砂浆经常会受到环境水的物理和化学作用，使已硬化的水泥石结构遭到破坏，强度降低，最终造成建筑物的破坏的现象。,24,软水腐蚀,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+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O,盐

8、类腐蚀,酸类腐蚀,强碱腐蚀,1、硫酸盐的腐蚀 4CaOAl2O3 12H2O+3CaSO4+20H2O =3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+Ca(OH)2 2、镁盐的腐蚀 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4 2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2,1、碳酸腐蚀 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 = CaSO

9、42H2O,3CaOAl2O3 + 6NaOH = 3NaO Al2O3 + 3Ca(OH)2 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,5.2 硅酸盐水泥,环境水对水泥石的侵蚀,25,1、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，加不透水的沥青层。 4、对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用聚合物混凝土。,5.2 硅酸盐水泥,水泥石侵蚀的防止措施,26,在水泥生产过程中，为节约水泥熟料，提高水泥产量和增加水泥品种，同时也为改善水泥性能，调节水泥强度等级而在水泥中掺入的矿物质材料，称为水泥混合材料。,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,水泥混合材料

10、的定义,27,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,水泥混合材料的分类,混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌合在一起，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。,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，提高水泥的产量，调整水泥的标号，减少水化热。,活性混合材料 （水硬性混合材料）,非活性混合材料 （填充性混合材料）,28,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,粒化高炉矿渣,高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物，经淬冷粒化后的产品称为粒化高炉矿渣。,29,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸

11、盐水泥,火山灰质混合材料,具有火山灰性的天然或人工的矿物质材料。 所谓火山灰性，是指一种材料磨成细粉后，单独加水拌和不具有水硬性，但在常温下与少量石灰等一起遇水后能形成具有水硬性化合物的性质。,火山灰质混合材料中含有较多的活性SiO2、Al2O3，它们分别能与Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，因而具有水硬性。,30,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,火山灰质混合材料,天然的有火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石等；人工的有煅烧的煤矸石、烧页岩、烧黏土、煤渣、硅质渣等。,31,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,粉煤灰,粉煤灰是火力发电厂的工

12、业废渣，是从煤粉炉烟道气体中收集的粉末。 粉煤灰的主要化学成分为SiO2、Al2O3，并含一定CaO，其水硬性原理与火山灰质混合材料相似。,32,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,非活性混合材料,非活性混合材料在水泥中起调节水泥强度等级、节约水泥熟料的作用，因此，又称填充性混合材料。 质地较坚实的有石英岩、石灰岩、砂岩等磨成的细粉；质地较松软的有黏土、黄土等。,33,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,掺有混合材料的硅酸盐水泥,34,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,掺有混合材料的硅酸盐水泥,35,5.3 混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥,掺有混合材料的硅酸盐水泥,36,5.4 其他品种水泥,中热、低热硅酸盐水泥及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。 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。 以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入粒化高炉矿渣、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：PSLH。,37,5.4 其他品种水泥,中热、低热硅酸盐水