第四章--水泥

1、第四章 水 泥,1,2,水泥：水硬性胶凝材料 分类： 通用水泥： （硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥，复合硅酸盐水泥） 专用水泥：砌筑、道路、油井水泥- 特性水泥：快硬、彩色、膨胀、低热、 低碱-,一、生产过程,3,第一节 通用硅酸盐水泥概述,两磨（磨细生料，磨细熟料）一烧（生料煅烧成熟料）。,4,阿斯鲁丁（现代水泥发明人）,中国近代唐山启新水泥公司旧址,1878年巴黎世博会,启新马牌水泥 获巴黎世博会金奖,现代水泥生产线,5,二、通用硅酸盐水泥的组成 1硅酸盐水泥熟料,C3S 高强 结构工程 C3A、C3S,C2S 水化热低 大体积砼 C3S、

2、C3A 快硬高强 抢修工程,6,矿物组成 水泥性能 应用,2石膏 石膏是通用硅酸盐水泥中的重要组成部分，其主要作用是调节水泥的凝结时间。 3混合材料 混合材料也是通用硅酸盐水泥中经常采用的组成材料，主要是指为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加入到水泥中的矿物质材料。根据其性能分为活性混合材料与非活性混合材料。 4助磨剂,7,1.密度、堆积密度和各成分含量,8,三、通用硅酸盐水泥的技术要求,注：表中百分数均为质量百分数。,9,2、碱含量 定义：水泥中Na2O和K2O的含量， 以（Na2O + 0.685K2O）计算值计算 危害：碱与活性骨料反应，使混凝土开裂。 低碱水泥： 碱含量0.6%,混凝土

3、碱骨料反应电子显微镜照片,10,2、物理指标,（1）细度,细度指水泥颗粒的粗细程度。,讨论与分析,缺点:,水泥越细,优点：,？,硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg,GB规定：,与水发生水化反应的 速度越快，水泥石的早期强度越高。,总表面积越大，,硬化收缩越大；易受潮而降低活性； 成本越高。,11,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。,（2）硅酸盐水泥的凝结时间,12,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。 例如：混凝土的施工。,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,13,4、硅酸

4、盐水泥的标准稠度用水量,为什么在测定水泥的凝结时间、体积安定性时，要将 水泥净浆拌到标准稠度，也就是一个规定的稠度呢？,？,为了使试验结果 具有可比性,14,定义,不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在24%33%之间。,(3) 体积安定性,15,水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀， 导致水泥石开裂、翘曲等现象。,否则，为良好。,不良：,良好：,16,水泥安定性检验：试饼法（代用法）,养护24h后，沸煮3h后,17,安定性评定：CA5.0mm 合格 CA 5.0mm 不合格,18,引起安定性不良的原因,熟料中含有过多的游离MgO,熟料中含

5、有过多的游离CaO,石膏掺量过多,用沸煮法检验必须合格,熟料中MgO含量5%,熟料中SO3含量3.5%,19,(4)强度与强度等级 测定方法：软练法 （1）水泥、标准砂 和水按1:3：0.5比例,按标准方法制作试件。 （2）试件：4040160mm3试件,3条一组 （3）养护：温度201，湿度90%(1d)和水中养护(1d后)。 （4）强度：测3d、28d龄期的抗压和抗折强度值。 f压PA0.04P(MPa) f折3PL2bh20.234(MPa) 强度等级：由所测出的3d和28d的f压和f折按国标 GB1752007 规定确定强度等级 如硅酸盐水泥有42.5(R); 52.5(R); 62.

6、5(R)三个强度等级（R：早强型）,20,(5)水化热 定义:水泥水化反应产生的热量 利弊:有利于冬季施工 易造成大体积砼开裂 影响因素:矿物组成、细度 改善水化热的水泥品种: 中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥,包装标志(包装有袋装和散装两种) 袋装水泥在包装袋上应清楚地标明产品名称、代号、净含量、强度等级、生产许可证标志(QS)和编号、生产者名称和地址、出厂编号、执行标准号、包装日期等主要包装标志。 掺火山灰质混合材料的普通硅酸盐水泥，必须在包装上标上“掺火山灰”字样。 包装袋两侧应印有水泥名称和强度等级。 印刷字体颜色： 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥红色； 矿渣硅酸盐水泥绿色； 火山灰水泥、粉

7、煤灰水泥和复合水泥黑色或蓝色。 散装水泥供应时须提交与袋装水泥标志内容相同的卡片。,21,四、水泥的储运与包装,质量评定 国家标准（GB175-2007）规定：通用硅酸盐水泥性能中，凡化学指标中任一项及凝结时间、强度、安定性中的任一项不符合标准规定的指标时称为不合格品。 水泥有效期 一般不应超过三个月。,22,散装水泥车,散装水泥流动罐,五、水泥的验收与复验 数量的验收 袋装水泥每袋净含量为50kg，且不得少于标志质量的99； 随机抽取20袋总质量不得少于1000kg。 质量的验收 检查出厂合格证和试验报告 ； 复验 ；水泥进场后应立即复验(复验周期一般需一个月) 仲裁检验: 90天内,买卖双

8、方对水泥质量有争议时,则双方应将共同认可的试样(发货前或交货时买方在同编号水泥中取样)送省级或以上国家认可的水泥质量监督检验机构进行仲裁检验。,23,24,第二节 硅酸盐水泥,1、水化反应,一 、 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化,25,水泥水化的五种主要产物 晶体：水化铝酸钙，水化硫铝酸钙，氢氧化钙 胶体：水化硅酸钙，水化铁酸钙。,26,2、水化反应的物理、化学变化： 溶解水化凝结结晶碳化 1溶解：水泥颗粒表面溶解、饱合 2水化：水泥熟料矿物与水发生水化，结晶析出 3凝结：颗粒总表面积增加浆体变稠初凝 4结晶：Ca(OH)2和3CaOAl2O36H2O晶体结合长强度 5碳化（表层Ca(OH)2C

9、O2H2OCaCO3H2O 以上过程：7d：强度硬化速度，28d：水化基本结束强度稳定,3、硅酸盐水泥的凝结和硬化,A凝胶体（CSH凝胶，水化硅酸钙凝胶）； B晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）； C孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）； D未水化的水泥颗粒,水泥石的结构 水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。因此硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。 水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。,27,28,（1）水泥的矿物组成和水泥石中各结构成分的比例： 晶体；胶体；未水化颗粒；孔隙 （2）水泥细度：细度值颗粒粗细程度

10、越细强度 （3）温度，湿度： 水份水化愈充分干燥，则水化停止 0以下，水化停止，冬季施工须采取措施 （4）石膏掺量：35% （5）龄期： 龄期强度（可延续几年几十年） （6）外加剂,4、影响水泥凝结硬化的因素,29,C3S C2S C3A C4AF,矿物组成、龄期对水泥（混凝土）强度的影响,水泥石由于成分和构造的原因，在一定介质的作用下，发生结构性破坏，强度逐渐降低的过程。 水泥石腐蚀的类型 （1）软水侵蚀（溶出性侵蚀） （2）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀） 一般酸的腐蚀 碳酸水的腐蚀 （3）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀） （4）强碱腐蚀,30,三、水泥石的腐蚀及防止,海工混凝土的腐蚀,31,（一）

11、水泥石腐蚀的类型 1软水腐蚀 原理：（1）压力水Ca(OH)2溶出流失孔隙率强度 （2）Ca(OH)2溶出流失碱性水化产物分解,2一般酸腐蚀 原理： （1）水泥石中Ca(OH)2与外界酸介质作用易溶性盐流失孔隙率强度 （2）Ca(OH)2 H2SO4+H2OCaSO42H2O破坏 或CaSO42H2O进一步与水化铝酸钙反应破坏,32,3硫酸盐腐蚀（海水、地下盐碱水） 原理：同一般酸腐蚀中的原理（2） “水泥杆菌”： 水泥石中的Ca(OH)2与硫酸盐反应生成二水石膏进一步与水泥石中的水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙的针状晶体，体积膨胀1.5倍，造成水泥石的破坏 。,遭受硫酸盐腐蚀的混凝土,33,（

12、二）水泥石腐蚀的防止措施 1选择合适的水泥品种； 2提高水泥石（混凝土）的密实度； 3设置隔离层或保护层。,杭州湾洋山跨海大桥,34,35,第三节 掺混合材料的硅酸盐水泥 混合材料：掺入水泥或混凝土中的人工或天然矿物材料称为混合材料。 硅酸盐水泥渗入混合材料的目的： 改善水泥性质； 调节强度等级； 提高产量，降低成本； 增加品种，扩大使用范围； 综合利用工业废料，节约能耗。,一、混合材料 1、种类 活性 水淬矿渣、火山灰、粉煤灰等 对水泥强度有贡献 非活性粘土、磨细石英砂等 仅起降低水化热、降低强度、提高产量 2、活性混合材作用原理 活性成分：SiO2、Al2O3 潜在活性： 本身水化活性极小

13、 在激发剂作用下，具有较好的水化活性。 激发剂种类： 氢氧化钙、石膏,36,37,3、掺活性混合材的硅酸盐水泥水化的特点 “二次水化反应” 第一步水化：硅酸盐水泥水化Ca(OH)2 第二步水化： Ca(OH)2 激发活性混合材发生水化 “二次水化”对水泥性质的影响 （1）早期强度降低 （2）水化热减少（C3S，C3A较少，延长了放热时间） （3）抗腐蚀性能提高（水化消耗了Ca(OH)2，抗腐蚀性）,38,二、普通硅酸盐水泥 组成：水泥中熟料石膏的掺量应85%且95%，允许符合标准要求的活性混合材料的掺量为5%且20%，其中允许用不超过水泥质量5的符合标准要求的窑灰或不超过水泥质量8的非活性混合

14、材料来代替。 性质特点：与硅酸盐水泥性质基本相同，有所改善。,39,三、矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥 1、组成 硅酸盐水泥熟料20%70%粒化高炉矿渣（20 % 50%的火山灰质混合材或20%40%粉煤灰）适量石膏磨细 2、技术要求,40,四、复合硅酸盐水泥 组成： 硅酸盐水泥熟料两种或两种以上的混合材料适量石膏磨细而成 性质特点： 各种混合材料取长补短，优势互补。,3、性能与使用,41,（1）掺混合材料硅酸盐水泥的共性及其应用 1）早期强度低，后期强度增长较大 宜蒸汽养护，不宜低温施工 2）水化热较低 适用于大体积混凝土 3）抗软水、硫酸盐侵蚀能力强 适用于水工、海港

15、工程 4）抗冻性差、抗碳化能力差 不宜用于受冻部位，应注意钢筋防锈 普通水泥因混合材掺量较少，其性能较为接近于硅酸盐水泥,（2）掺混合材硅酸盐水泥的个性及其应用 1）矿渣水泥 泌水性、干缩性较大，养护不当易开裂。 耐热性较好可用于耐热混凝土 2）火山灰水泥 干缩大易开裂 不宜用于干燥环境； 抗渗性好 适用于抗渗混凝土 3）粉煤灰水泥 干缩性小，抗裂性好 4）复合水泥 与所产混合材种类及掺量有关,42,大体积混凝土浇筑,1、高铝水泥的矿物组成 铝酸一钙（CaOAl2O3简写 CA）凝结正常，硬化迅速，为铝酸盐水泥强度的主要来源。 二铝酸一钙（CaO2Al2O3简写 CA2），其特点是凝结硬化慢，

16、早期强度较低，后期强度高。 此外还有少量水化极快、凝结迅速而强度不高的七铝酸十二钙（127）以及胶凝性极差的铝方柱石（C2AS）、六铝酸一钙（CA6）等矿物。,43,第四节 高铝水泥,2水化产物 30：水化铝酸三钙（3 CaOAl2O36H2O ） （C3AH6） 氢氧化铝（Al2O33H2O）,44,3、高铝水泥的技术性质 细度: 比表面积不小于300 m2/kg或0.045mm方孔筛筛余不大于20%。 凝结时间: 凝结时间应符合如下要求：CA-50、CA-70、CA-80铝酸盐水泥的初凝时间不早于30min，终凝时间应不迟于6；CA-60铝酸盐水泥的初凝时间不早于60min，终凝时间应不迟

17、于18。 强度: 铝酸盐水泥按照Al2O3含量分为四类。各类型铝酸盐水泥的不同龄期强度值不得低于GB201-2000的规定。 铝酸盐水泥受到高温作用时，由于产生了固相反应，烧结结合代替了水化结合，因而具有良好的耐高温性能。,45,4、高铝水泥的特性与应用 早期强度很高，故适用于工期紧急的工程。 抗渗性、抗冻性好。 抗硫酸盐腐蚀性好。 水化放热极快且放热量大，不得应用于大体积混凝土工程。 耐热性好。高温下产生烧结作用，具有良好的耐高温性能，较高的强度，故适合耐热工程。 长期强度降低较大，不适合长期承载结构。 5、高铝水泥的应用注意事项 不得与硅酸盐水泥、石灰混用 不得用于湿热环境 不能用于结构工程 不宜用于大体积混凝土,46,47,第五节 其它品种水泥 一、白色硅酸盐水泥 （一）硅酸盐水泥带色的原因： 含较多的氧化铁(1118%)氧化锰 白色硅酸盐水泥：严格控制着色金属氧化物（0.6%） （二）主要矿物成分：硅酸钙,48,（三）技术性质 1细度：0.08方孔筛筛余10% 2凝结时间：初凝45min，终凝12h 3强度：3d，28d抗折强度、抗压强度