土木工程材料第四章-水泥

1、第四章 水泥,唐山启新水泥厂办公楼，震后只有二楼破坏严重，墙砖塌落，钢筋尤存,唐山启新水泥厂仓库三楼窗柱,水泥分类,性能和用途,第一节 硅酸盐水泥 第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第三节 特种水泥,第四章 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 六、硅酸盐水泥的特性、应用,第一节 硅酸盐水泥,硅酸盐水泥,技术标准,特性应用,生 产,矿物组成和特性,腐蚀与防止,凡由硅酸盐水泥熟料、0 5 %石灰石或粒化高炉矿渣、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

2、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物组成,1、生产工艺,水泥回转窑,水泥生产示意图,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 2CaOSiO2 ，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C4AF，10% 18%,二、硅酸盐水泥

3、的生产工艺及矿物组成,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,各种熟料矿物的强度增长,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,有关概念：,凝结 初凝 终凝 硬化,胶凝材料水,流动性,可塑性,强度,1、水泥的水化反应及水化产物 2C3S + 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2 2C2S + 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 C3A + 6H2O

4、= 3CaOAl2O36H2O C4AF + 7H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,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,2、水泥凝结硬化过程（机理）,（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

5、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,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,硬化后的水泥石包含有凝胶、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。 （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,标准稠度用水量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度用水量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,细度是指水泥的粗细程度，水泥颗粒粒径一般在0.0070.2mm范围内。 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

6、盐水泥（GB2007）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300/kg。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,2、标准稠度用水量,3、凝结时间,4、体积安定性,5、强度,1、细度,标准稠度用水量：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，按国家标准规定，用标准稠度仪测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度用水量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,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：初凝不大于45min，终凝不迟于390min。凝结时间不满足要求者为

7、不合格品。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度用水量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,体积安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。 原因： （1）熟料中f-CaO， f-MgO 过多； （2）石膏过量。 测定方法：沸煮法、雷氏法。 规定: f-MgO 5% SO33.5%,水化热,案 例1,1994年 10月28日11月17日，由南通市建筑总公司开发建设、施工的锦海花园锦普大厦工程，第1114层结构工程出现重大质量事故。事故原因是该结构使用了由上海中山商务实业公司庄木建材分公司供应的安徽濉溪县供电局水泥厂生产的电力牌普通硅酸盐425号水泥。经市建设工程质量监督总站等专业部门检

8、测，这种产品是不合格的水泥。为此，市建委、市建管办决定将其推倒重浇，并追究有关部门、单位对事故造成的经济损失和事故的责任。,案 例2,衡阳“113”火灾中倒塌的衡州大厦残楼日前已全部拆除完毕，火灾坍塌事故原因调查取得进展。联合调查组初步认定，导致大厦坍塌的根本原因是大火燃烧时，大厦西部偏北的5根柱子损毁严重，这5根柱子在重载的压力下倒塌，继而引起衡州大厦3000多平方米建筑的坍塌。记者从联合调查组了解到，坍塌的衡州大厦建筑质量存在问题，在大厦的一些局部地方，钢筋数量比较少，用的钢筋没有按照标准配备那么粗，在浇注大厦西南部位的时候，用了20吨不合格的水泥。,四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度用水

9、量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,GB规定：用水泥胶砂强度测定。 试件标准尺寸:4040160mm 水泥:标准砂:水=1:3:0.5 养护条件：20+1水中 掺标准砂的原因： （1）水泥净浆体积收缩，易产生裂缝，不利于强度的测定 （2）实际中均用砂浆，而很少用净浆。,水化热,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB2007),四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度用水量,凝结时间,体积安定性,强度,细度,13d龄期内水化放热量为总放热量的50%， 7d为75%， 6个月为8391%。,水化热,五、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

10、蚀的防止,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+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O 溶析 自动填实,盐类腐蚀,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 水泥杆菌 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(O

11、H)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,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，加不

12、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。,六、硅酸盐水泥的特性、应用,1.强度等级高、强度发展快； 2.水化热高，抗冻性好； 3.干缩小，耐磨好； 4.抗碳化较好； 5.耐腐蚀性差； 6.耐热性较差，应用温度低于250。,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、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,掺入目的： （1）提高产量，降低成本。 （2）充分利用工业废料 。 （3）调节水泥强度等级。 （4）改善性能，扩大应用范围。,一、水泥混合材料,二、混合材料的类别,活性混合材料,非活性

13、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。 粒化高炉矿渣 ,火山灰质, 粉煤灰,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。,混合材水泥品种,水泥熟料,+,620%活性混合材,普通硅酸盐水泥P.O,2050%矿渣,A型矿渣硅酸盐水泥P.S.A,5070%矿

14、渣,B型矿渣硅酸盐水泥P.S.B,2040%火山灰,火山灰硅酸盐水泥P.P,2040%粉煤灰,粉煤灰硅酸盐水泥P.F,2050%两种以上混合材,复合硅酸盐水泥P.C,混合材水泥的水化特点-二次反应,水化硅酸钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙 氢氧化钙 钙矾石,水泥熟料+水,混合材 SiO2/Al2O3+Ca(OH)2+H2O,水化硅酸钙 水化铝酸钙,第一次反映,第二次反应,三、普通硅酸盐水泥,性能与硅酸盐水泥基本相同。 是用量最大的水泥品种之一。,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,二次水化： 1、水泥熟料水化，水化生成Ca(OH)2。 2、 Ca(OH)2与混合

15、材料中的活性物质SiO 2 、Al 2 O 3发生反应，生成水化硅酸盐钙、水化铝酸钙。,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、适于蒸汽养护 5、抗冻性差 6、抗碳化能力差 7、矿渣水泥耐热性好，干缩大； 火山灰水泥抗渗性强， 粉煤灰水泥收缩性小，抗裂性好。 复合水泥综合性质好。,第三节 特种水泥,一、高铝水泥(high-alumina cement) 二、快硬硅酸盐水泥 三、白水泥与彩色水泥 四、膨胀水泥与自应力水泥,一、高铝水泥,凡以铝酸钙为主、氧化铝含量50%的熟料磨细制成的水硬性胶凝材料，称为高铝水泥 原料为石灰石、

16、铝矾土（Al2O3 50%） 矿物组成:铝酸一钙、二铝酸一钙、铝方柱石、七铝酸十二钙,一、高铝水泥,水化产物： 30C 3CA + 12H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + 2(Al2O3.3H2O),一、高铝水泥,性质: 1、强度发展迅速，24小时内可达到最高强度的80%左右。 2、低温下（5-10C）能很好硬化。 3、耐腐蚀性好。 4、耐浓酸、碱溶液性能不好 5、放热大且集中。 6、耐高温好。 7、长期强度及其他性能有下降的趋势。,一、高铝水泥,一、高铝水泥,使用应注意的问题： 1、最合适的硬化温度15C。 2、强度下降有一个稳定值。 3、不得与其他硅酸盐水泥、石灰等能析出Ca(OH)2的胶凝材料混合使用.,二、快硬硅酸盐水泥,凡是以硅酸盐水泥熟料、适量的石