第三章水泥要点课件.ppt

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1、第三章水泥Cement水泥概述3.1 硅酸盐水泥3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥3.3 高铝水泥3.4 其它品种水泥,水 泥 概 述1、水泥定义凡磨细成粉末状，与水混合后，经过物理、化学反应，能由可塑性浆体变成坚硬石状物，既能在空气中、又能在水中硬化，保持并增长强度的水硬性胶凝材料。作用通式：水泥+水 水泥浆 石状物 水泥石 硬化水泥浆,1824年，英国人Joseph Aspdin发明。2、重要性（1）功能强大水硬性，可加工性（2） 不可替代住宅、办公楼、道路、桥 梁、机场跑道、海港等等（3）应用形式的多样性混凝土，砂浆（4）前景地球、太空开发,3、品种硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥硅酸盐系列水泥

2、矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥高铝水泥硫铝酸盐水泥,第一节 硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥一、定义 一）硅酸盐水泥 Portland cement 定义: 熟料 + 混合材（0-5%）+ 石膏类型：P.I：熟料 + 0 混合材+ 石膏 P.II：熟料 + 5% 混合材+ 石膏 二）普通硅酸盐水泥 定义: 熟料 + 5 - 15 % 混合材+ 石膏 类型： P.O 上述两种水泥简称为硅水与普硅水,二、硅酸盐水泥的生产一）原料组成：SiO2、Al2O3 粘土CaO 石灰石Fe2O3 铁矿石二）生产工艺 原料 熟料 水泥 条件 条件 条件 (配料、磨细)(1450C

3、煅烧) (加石膏、磨细),三、硅酸盐水泥熟料Clinker（一）矿物组成 2CaOSiO2 C2S（ 15%-37%） 3CaOSiO2 C3S（ 36%-60 %） 3CaOAl2O3 C3A（7%-15%） 4CaOAl2O3.Fe2O3 C4AF（10%-18%） 其中C3S+C2S = 75%-82%。因此称之为硅酸盐水泥熟料。（二）化学组成仍为CaO、 SiO2 、 Al2O3 、 Fe2O3,（三）杂质 1、游离CaO，f - CaO类似于过火石灰2 、 游离MgO，f - MgO3 、 含碱矿物与玻璃体含Na2O、K2O。这三种杂质均对水泥不利。水泥熟料= 四种矿物 + 三种杂质

4、四种矿物性能的迭加构成水泥的性能。,（四）每一种矿物单独水化的特征,（五）四种矿物数量的调整水泥性能的调整快硬高强水泥C3S、C3A？低热大坝水泥C3S、C3A、C2S？*思考题：熟料主要需要C3S、C2S，为何还含有C3A、C4AF？四、水化与凝结硬化 思路： 加水 复杂过程 产物 机理 影响因素 技术性质 腐蚀与防止,现象： 水泥颗粒 + 水 塑性浆体 石状物 化学反应（本质）（一）水化 Hydration 水化： 主要是熟料4种矿物水化的迭加。1、C3S3CaO.SiO2 + nH2O = xCaO.SiO2.yH2O + (3-x) Ca(OH)2简写： C3S + nH = CxSH

5、y + (3-x) CH C-S-H或 CSH,2、C2SC2S + nH = C-S-H + (2-x) CH3、 C3A多种水化可能性，因此较复杂。（1）单独水化C3A + 6H = C3AH6（2）在饱和CH溶液中， C3A + 12H + CH= C4AH13实际上水泥中，按（2）进行。然而有一个后果：瞬时凝结，闪凝Flash set原因：迅速增多且使水泥颗粒相互搭接。,对闪凝的控制：加石膏 CaSO4. 2H2O （3）生成高硫型水化硫铝酸钙 C4AH13 + 3CSH2 + 14H = C3A. 3CS. H32 + CH其中， C3A. 3CS. H32 ：水化硫铝酸钙，高硫型又

6、称钙矾石，或AFt（4）石膏耗尽，生成低硫型水化硫铝酸钙C3A. 3CS. H32 + 2 C4AH13 = 3 C3A. CS. H12 + 2CH + 20H其中， C3A. CS. H12 ：低硫型水化硫铝酸钙 AFm,4、C4AF反应与C3A类似。C4AF +22 H + 4CH= C4AH13 + C4FH13C4AH13 + C4FH13 + 6CSH2 + 28H = C3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 2CHC3A. 3CS. H32 + C3A. 3CS. H32 + 4 C4AH13 = 3 C3A. CS. H12 + 3C3A. CS. H1

7、2 + 4CH + 40H5、综合水化特征Cement + H2O C3A立即反应C3S、C4AF迅速反应,C2S反应较慢 开始水化几分钟后即生成AFt, C-S-H, CH, C4AH136、水化产物形态C-S-H：凝胶，针状、片状、花瓣状 AFt ：晶体，针状 C4AH13 ：晶体，六角板状CH：晶体，六角板状,（二）凝结与硬化 1、水化产物的特征 C-S-H：凝胶，几乎不溶于水，网状高强度结构 AFt ：晶体，强度较低， C4AH13 ：晶体，难溶于水，包裹水泥颗粒 CH：可溶性晶体，强度、耐水性与耐腐蚀性差 2、凝结硬化 1）水化反应的初始反应期 5-10min后，水化产物在水泥颗粒表

8、面形成膜，主要为水化硫铝酸钙和水化硅酸钙,2）水化反应 水化产物在水泥颗粒表面形成膜，水化速度减慢，浆体变干稠，流动性基本不变。 3）水化反应凝结期 潜伏期结束后，水泥浆开始凝结（初凝）， 1-6小时内,重复包裹与破裂，开始失去塑性。 4）硬化期 水化产物填充颗粒间空隙，毛细孔减少，浆体密实，产生强度。,五、水泥石的构成与强度影响因素 一）构成 水化产物；未水化水泥颗粒；毛细孔与气孔 二）强度影响因素 1、水灰比 W/C大，硬化慢，毛细孔多，强度低。 2、龄期 适宜条件下，龄期长，水化程度高，强度高 3、养护条件 1）温度高，水化快，强度发展快，强度低 负温停止水化。 2）湿度大，水化充分。,

9、六、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥技术性质 执行硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB175 - 99) （一）细度 水泥粒径在7-200m，40 m以下有活性。 表示方法：比表面积法（cm2/g） 筛余百分率（%） (80 m方孔筛） 国家标准要求硅酸盐水泥的比表面积大于3000c m2/g 普通硅酸盐水泥筛余量不得大于10% （二）凝结时间 1、初凝与终凝 初凝时间：水泥加水至水泥浆开始失去塑性的时间,终凝时间：水泥加水至水泥浆完全失去塑性时间 初凝与终凝时间用凝结时间测定仪进行测定2、工程对初凝与终凝的要求 初凝时间不宜过快搅拌、运输、浇注、振捣 终凝时间不宜过长浇注、振捣后凝结硬化3、国标的要求与调

10、整方法 初凝时间45min；终凝时间 硅水 6h 30min 普水 10h 掺入石膏调整凝结时间（过量与过少）,4、凝结时间影响因素 1）C3A多，石膏少，凝结快； 2）细度大，凝结快； 3）水灰比小，凝结速度快； 4）温度高，凝结速度快； 5）混合材料掺量高，凝结速度。（三）体积安定性 水泥硬化后，水泥浆发生不均匀体积变形，即体积安定性不良。这会使水泥石产生膨胀性裂缝，降低结构物的质量，甚至引起严重的事故。 1、引起体积安定性不良的原因 水泥熟料中f CaO、 f MgO或石膏掺量过高。,2、评定方法 饼 法：水泥净浆试饼沸煮3h后，观察外观（裂缝、弯 曲、崩裂）。 雷氏法：水泥净浆在雷氏夹

11、沸煮3h后，测量其膨胀值。3、国家标准规定 f MgO 5% (水化极其缓慢，压蒸法可以检出） SO3 3.5% （长期浸水体积膨胀）4、体积稳定性不良产品处置方法 不合格产品属废品，不得使用。有些放置一段时间，吸水水化，变合格。,（四）强度 1、影响因素 水泥熟料矿物组成、细度、掺合料种类与掺量、养护条件、龄期、试验方法。 2、评定方法与强度等级划分 1）评定方法 水泥、ISO标准砂、水按一定比例制成的砂浆，按规定的方法成型成4040160mm试件，在标准养护条件下养护（201C水中），测定其3d和28d抗压强度与抗折强度。 2）强度等级划分 根据上述试验方法测得的抗压强度与抗折强度，将硅水

12、分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个，普硅水分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个等级。（见表）,（五）水化热 1、水化热：水泥水化过程放出来的热量。 2、水化热影响因素 1）矿物组成：C3A最高，C2S最低； 2）细度：颗粒越细，水化热越高； 3）掺合料：掺入粉煤灰、磨细矿渣，水化热低； 4）缓凝剂：掺入缓凝剂，可以降低水化热低。 3、水化热的在工程中的作用 1）大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土，易引起 温度应力，产生裂缝。 2）冬季施工过程中，利用水化热促进水化速度。,（六）其他物理性能 密度：3.0-3.15g/

13、cm3，平均值取3.1g/cm3。 堆积密度：1000-1600Kg/m3 。,七、水泥石的腐蚀与防止 在通常使用条件下，硅酸盐水泥的水泥石具有良好的耐久性，但是在某些腐蚀性液体与气体介质中，会逐步受到腐蚀。 一）水泥石的腐蚀 1、产生腐蚀原因 1）内因：存在C4AH13、CH等水化产物； 水泥石有毛细孔、气孔等。 外因：周围的水与有害介质。 2）几种典型的腐蚀 软水侵蚀、盐类腐蚀、酸类腐蚀、强碱腐蚀。,二）几种腐蚀产生的原因与危害 （一）软水腐蚀 水泥石与流动的软水接触时，首先溶解CH带走，PH值降低，引起其他水化产物分解溶出，结构破坏。 遇到静水时，仅在表面发生；水泥石先在空气中碳化，形成

14、Ca(OH)2外壳，可起到保护作用。 （二）硫酸盐腐蚀 海水、盐沼泽、地下水、工业废水等含有SO42- 盐。 SO42-+ Ca(OH)2 + H2OCaSO42H2O CaSO42H2O + C4AH13AFt AFt体积膨胀1.5倍，结构破坏，因此称AFt为“水泥杆菌”,（三）镁盐腐蚀 海水及地下水含有镁盐。 MgSO4+ Ca(OH)2 + H2OCaSO42H2O+ Mg(OH)2 MgCl2+ Ca(OH)2 CaCl2+ Mg(OH)2 Mg(OH)2无胶凝性，CaSO42H2O产生AFt腐蚀。（四）酸类腐蚀 1、碳酸腐蚀 地下水、工业废水等含有大量CO2，与水泥石反应 CO2+

15、Ca(OH)2 + H2OCaCO3+ 2H2O CO2 浓度大时 CO2+ CaCO3+ 2H2OCa(HCO3)2 Ca(HCO3)溶于水，发生溶出腐蚀。,2、一般酸腐蚀 地下水、工业废水、沼泽水等含有大量酸，与水泥石反应如下： 2HCl+ Ca(OH)2 CaCl2+ 2H2O H2SO4+ Ca(OH)2CaSO4+ H2O(CaSO4还产生AFt腐蚀)（五）强碱腐蚀 硅酸盐水泥中C3A含量高，遇强碱NaOH或KOH，发生反应，生成溶于水的反应物。三）防止腐蚀的措施 （一）根据侵蚀介质的特点，选择合理的水泥品种； （二）提高水泥石密实度； （三）加做保护层。,六、硅水与普硅水的性能与应

16、用 一）强度等级高，强度发展速度快。 适合制造高强混凝土、预应力混凝土、早期强度要求高的混凝土和冬季施工混凝土 。 二）抗冻性好。 低水灰比，充分养护条件下，适宜用于严寒地区受反复冻融循环作用的混凝土。 三）耐腐蚀性差。 不宜使用于软水流动部位与遭受海水腐蚀的部位。 四）水化热高。 不宜用于大型基础、桥墩、水坝等大体积混凝土。,五）抗碳化性好 适用于CO2浓度高的车间及翻砂铸造车间。 六）耐热性差。 不宜用于耐热工程混凝土。 七）干燥收缩小。 适宜用于干燥环境。 八）耐磨性好。 适用于道路工程与地面工程。七、运输与存放,第二章 掺入混合材料的硅酸盐水泥,一、混合材料 一）混合材料 生产水泥时，

17、为改善水泥性能，调节水泥标号，提高水泥产量，而加到水泥中的人工或天然矿物材料。分为有活性混合材料和非活性混合材料。 二）几种水泥混合料 1、活性混合材料 与石灰或石膏拌合在一起，常温下与水作用，能生成水硬性胶凝材料的混合材料。,1）粒化高炉矿渣 活性SiO2玻璃体、活性Al2O3玻璃体 2）火山灰质混合材料 活性SiO2、活性Al2O3，含有一定含量玻璃体 硅藻土、蛋白石、火山灰、凝灰岩、沸石、煅烧煤矸石、烧粘土。 3）粉煤灰 活性SiO2、活性Al2O32、非活性混合材料 常温下不能与石灰或石膏反应生成水硬性胶凝材料 磨细石英砂、石灰石、粘土、慢冷矿渣,（二）活性混合材料的作用 xCa(OH

18、)2+SiO2+mH2O x CaO SiO2 mH2O yCa(OH)2+AlO3+nH2O y CaO Al2O3 nH2O x、y与PH值温度、时间有关二、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸 盐水泥（简称、火山灰水泥和粉煤灰水泥） 一）定义 1、矿渣水泥 熟料 + 20 - 70 % 粒化高炉矿渣+ 石膏 代号：PS,2、火山灰水泥 熟料 + 20 - 50 % 火山灰质混合材+ 石膏 代号：P P 3、粉煤灰水泥 熟料 + 20 - 40 % 粉煤灰+ 石膏 代号：PF二）技术要求 1、强度等级 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R（见表） 2、

19、体积安定性 1）MgO 5% 2)SO3 矿渣 4.0%；火山灰与粉煤灰 3.5%。,（三）三种水泥性质与应用 三种水泥组成与活性来源类似，因此其性质有许多相似之处。但是活性混合材料的物理性质及其矿物组成的差别，使水泥性质存在一些差别 。 1、共同点 1） 早期强度低，后期强度增进率大。 熟料掺量少C3A、C3S含量少二次反应慢早期强度低，后期强度上去。 应用：不宜用于早期强度要求高的砼，如现浇砼、冬季施工砼,2）强度发展受温度影响大（1）对温度的敏感性，比普硅水泥或硅酸盐水泥大。（2）低温下水化明显减慢，强度低。（3）采用高温养护时，加大二次反应速率，可提高早 期强度，而且不影响后期常温下的

20、强度发展。3）耐腐蚀性好 熟料少Ca(OH)2少，且与SiO2反应抗腐蚀性好 熟料少C3AH6少，且与SiO2反应抗腐蚀性好 掺入烧粘土等Al2O3 含量高的掺合料时，而硫酸盐腐蚀性差。,4）水化热低 熟料少 C3A，C3S含量少 水化热低 应用： 适宜用于大体积砼工程。5）抗冻性与耐磨性差 密实度低抗冻，耐磨性差 应用：不宜用于严寒地区水位上升部位内砼工程及有 耐磨要求工程6）抗碳化性差 水泥石中Ca(OH)2含量少，抗碳化能力差。 应用：不宜用于高CO2车间的砼工程,2、矿渣水泥的性质与应用特点 1）泌水性和干缩性较大 玻璃体吸水性差，颗粒呈棱角状，故保水性差。易泌水，干缩大。 应用：不适

21、宜用于有抗渗要求的砼工程。冻融干 湿交 替作用砼工程 2）耐热性好 水泥石Ca(OH)2含量少 200温度下，强度不下降。 矿渣的耐热性好 200温度下，强度不显著下降。 应用：适宜用于受热砼,3）上述三种混合水泥中矿渣水泥的混合材料掺量最高，因此其耐腐蚀性也最好，最稳定。3、火山灰水泥的性质与应用特点 1）抗掺性好 磨细的火山灰材料，泌水量少，在潮湿环境下，生成的水化产物CSH凝胶，使水泥石结构致密，具有很高的抗渗性。 应用：适宜用于渗砼工程2）干缩大，易起粉（1）火山灰水泥的干缩比矿渣水泥显著，干燥空气中 易收缩，产生裂缝,（2）空气中CO2与C-S-H反应生成CaCO3与SiO2粉状 物

22、，使硬化的水泥石表面易产生“起粉”现象。 应用：加强养护，保持潮湿环境 不宜用于干湿变替环境及有耐磨要求的砼工程4、粉煤灰水泥的物质与应用特点1）早期强度低 粉煁灰颗粒是致密的球形颗粒，不易水化，其活性发挥在后期。早期强度发展比矿渣水泥，火山灰水泥低，但是使其可以赶上。2）干缩小，抗裂性高 吸水率小需水量少干缩小，抗裂性好,四、复合水泥（一）定义：凡由硅酸盐水泥熟料，两种或两种以上混 合材，适量的石膏磨细而成的水硬性胶凝材料。 代号P.C 混合材掺量：混合材料1550%，允许用8%的 窑灰替代部分混合材料。（二）性质：复合水泥掺入了两种以上的混合材料，改 善了上述矿渣水泥等三种水泥的性质，其

23、性质接近于普硅水，并且水化热低，耐腐 蚀与抗渗性好。,（三）强度等级 强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等六等级。具体强度等级与水泥的特性见表,第三章 高铝水泥高铝水泥：以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧得到以铝 酸钙为主，氧比铝含量约50%的熟料，磨制 的水硬性胶凝材料。又称矾土水泥。高铝水泥具有快硬，早强，耐腐蚀，耐热等特点。一、水泥的矿物组成及水化 1、主要矿物组成CaOAl2O3,其它仍为铝酸盐矿物。 CA活性高，凝结正常，但是硬化迅速，是水泥主要强度来源 2、CA的水化 低于20， CaO Al2O3 10H20（水化铝酸一钙）,2030，2 C

24、aO Al2O3 8H20（水化铝酸二钙） 高于30， 3 CaO Al2O3 6H20 （水化铝酸三钙） 水化铝酸钙，水化铝酸二钙为高强度片状或针状结晶连生，属亚稳定的晶体，随时间的推移转化为稳定的铝酸三钙。晶型转化后，孔隙率增大，强度降低，耐腐蚀性差。 一般5年后强度仅为早期的一半。,二、强度等级与技术性质 1、强度等级 标号有425、525、625、725等，具体见表 2、细度 0.08mm 方孔筛筛余不得超过10% 3、凝结时间 初凝不得早于40min，终凝不得迟于10h三、高铝水泥的性质与应用 1、早期强度增长快，改性硬性水泥。 1d可达3 d强度的80%以上。 适用于紧急拖修工程和早期强度要求高的特殊工程。但必需考虑后期强度的降低。使用时还需要严格控制养护温度，不超过25C最宜15C。,2、水化热大，而且放热集中。 1d可达总数热量的7080%。不适宜用在大体积砼工程 3、抗硫酸腐蚀性强 无Ca(OH)2，而且结构致密，（结合水量0.5左右，而标准需水量同于硅水），故抗硫酸盐腐蚀与抗镁盐腐蚀性强。 4、抗碱腐蚀能力差。 不得用于与碱渗液接触的工程。 5、耐热性好，在高温下保持较高的强度。 1300时仍可达早期强度的50% 6、不得与硅酸盐水泥或石灰混合。,