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1、,水泥是一种良好的矿物胶凝材料，它与石灰、石膏、水玻璃等气硬性胶凝材料不同，不仅能在空气中硬化，而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度，因此，水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥是制造各种形式的混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构筑物的最基本组成材料，广泛用于建筑、道路、水利和国防工程中，素有“建筑业的粮食”之称。水泥的品种很多，按化学成分可分为：硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐等多种系列水泥，其中应用最广的是硅酸盐系列水泥。硅酸盐系列水泥按其性能和用途，可作如下分类：,硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥,通用水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰硅酸盐水泥硅酸盐系列水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥 特种水泥 通
2、用水泥是指大量用于一般土木建筑工程中的水泥，特种水泥是指具有独特的性能，用于各类有特殊要求的工程中的水泥。,水 泥,石灰石粘土辅料,生料,石膏,熟料,3-1硅酸盐水泥,1.生产,“两磨一烧”,硅酸盐水泥的主要生产工艺,水泥熟料,3-1硅酸盐水泥,2.水泥基本组成1）熟料矿物及其特性,3-1硅酸盐水泥,矿物组成 水泥性能 应用C3S 高强 结构工程C3A、C3S,C2S 水化热低 大体积砼C3S、C3A 快硬高强 抢修工程,3-1硅酸盐水泥,1）熟料矿物及其特性,3-1硅酸盐水泥,混合材(1)作用改善水泥性能 调节水泥强度等级 综合利用工业废渣及地方资源 增加水泥产量，降低生产成本(2)种类非活
3、性混合材料 不具活性或活性甚低的人工或天然矿物质，如磨细石英砂、磨细石灰石、慢冷矿渣等，掺入水泥中仅起调节水泥性质、降低水化热、降低强度等级、增加产量的作用。活性混合材料 单独与水调和后，不会硬化或硬化极为缓慢，强度很低；但与石灰、石膏一起，加水拌合后具有较好水硬性的混合材，如水淬矿渣、火山灰、粉煤灰，其主要活性成分是玻璃体结构的SiO2和Al2O3。能激发混合材潜在活性的物质称为激发剂，氢氧化钙为碱性激发剂，石膏为硫酸盐激发剂。3)石膏作用：调节水泥凝结时间，提高早强，降低干缩变形，对混合材起激发剂的作用一般是二水石膏或无水石膏，掺量与C3A的含量有关，一般以水泥中的SO3含量为控制指标。,
4、3.水化硬化,1）铝酸盐水化 石膏存在时:C3A+CSH2+H C3A3(CS)H31(钙矾石AFt,三硫型)石膏用完时:C3A+C3A3(CS)H32C3ACSH12(AFm,单硫型)水化硫铝酸钙晶体 C3A+6H C3AH6 水化铝酸三钙晶体 C4AF+7H C3AH6+CFH 水化铁酸钙凝胶2）硅酸盐水化2C3S+6H C3S2H3+3CH 水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙晶体 2C2S+4H C3S2H3+CH,3-1硅酸盐水泥,加入的石膏，在凝结硬化的初期与水化铝酸三钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙晶体，又称钙矾石。在凝结硬化的后期，因石膏的浓度减少，生成的产物为低硫型水化硫铝酸钙晶体，二者合
5、称水化硫铝酸钙晶体。因此，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：水化硅酸钙、水化铁酸钙凝胶；氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70，CH约占20，水化硫铝酸钙约占7。,3)掺混合材水泥的水化过程 熟料矿物水化生成Ca(OH)2等水化产物,3-1硅酸盐水泥,4)水泥石 a.水泥石组成水化产物未水化熟料颗粒孔隙b.水化产物组成(充分水化时)C-S-H凝胶Ca(OH)2晶体水化(硫)铝酸钙 70%20%7 c.孔隙组成凝胶孔毛细孔气孔孔隙率决定因素：水灰比、水化程度,3-2通用硅酸盐水泥的分类,硅酸盐水泥(Portland cement)：由硅酸盐水泥熟料
6、，05%石灰石或粒化高炉矿渣及适量石膏组成。分成两种类型，不掺混合材料的为型（P），掺不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的为型（P）普通硅酸盐水泥(Ordinary portland cement)（P.O)：由硅酸盐水泥熟料，5%且 20%混合材料（活性混合材料的最大掺量不得超过20%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量8%的非活性混合材料），及适量石膏组成。矿渣硅酸盐水泥(Portland blast-furnace slag cement)(P.S.A和P.S.B)：由硅酸盐水泥熟料，20%70%粒化的高炉矿渣和适量石膏组成；P.S.A的矿渣量为 20%且 5
7、0%;P.S.B的矿渣量为 50%且 70%，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰或其它混合材料代替。火山灰质硅酸盐水泥(Portland pozzolan cement)(P.P)：由硅酸盐水水泥熟料，20%40%火山灰质混合材料和适量的石膏组成；粉煤灰硅酸盐水泥(Portland fly ash cement)(P.F)，由硅酸盐水泥熟料，20%40%粉煤灰和适量石膏组成；复合硅酸盐水泥(Combined portland cement)(P.C)，由硅酸盐水泥熟料，20%50%两种或两种以上混合材料和适量石膏组成。不允许掺加除矿渣、粉煤灰和火山灰质混合材料外的任何工业废渣。,1）凝结时间分
8、类：初凝、终凝影响因素：矿物组成、细度、加水量、环境温湿度不正常凝结：假凝、闪凝,3-3通用水泥品质要求,初凝时间为水泥加水拌和开始至水泥浆开始失去塑性所经历的时间；终凝时间为水泥加水拌和开始至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所经历的时间。硅酸盐水泥的初凝时间45min，终凝时间6.5h（其它通用水泥的终凝时间10h）。为保证在初凝之前完成混凝土各工序的操作（运输、浇注、捣实），初凝时间不宜过短；为使混凝土浇捣完成后尽早凝结硬化，以利于下道工序及早进行，终凝时间不宜过长。凝结时间取决于矿物组成、细度、加水量、环境温湿度。因此，测量凝结时间是在标准温湿度的实验室内进行，采用水泥标准稠度用水量。,
9、3-3通用水泥品质要求,试验方法：以0.5水灰比将一份水泥、三份标准砂拌和均匀，装入40mm40mm 160mm的试件，振动成型，在20湿气中带模养护24h后，脱模放入20的水中养护，分别测定3d和28d抗压强度和抗折强度。水泥强度主要取决于水泥熟料矿物成分的相对含量和水泥的细度。数据处理要求：抗折强度：以一组三个试件测定值的算术平均值为测定结果，计算至0.1MPa，当有超过平均值10时，应剔除后再取平均值。抗压强度：以一组六个试件测定值的算术平均值为测定结果，计算至0.1MPa，当有超过平均值10时，应剔除后再取五个测定值的平均值。再有超过时此组结果作废,2）强度水泥胶结能力的体现影响因素矿
10、物组成、细度、温湿度、龄期强度检验固定的胶砂比和水灰比，规定的试件尺寸、水养护温度 强度等级：以28d抗压强度进行划分，以3d、28d抗压强度和抗折强度进行评定。硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级。根据3天强度的大小，硅酸盐水泥分为普通型和早强型两种，早强型用R表示。,3）体积安定性水泥硬化后体积变化的均匀性,体积不安定的原因：f-CaO过量：水泥煅烧温度为1450，大大高于石灰的烧制温度，所以未化合（游离free）CaO的必定呈过烧（烧结）状态，过烧f-CaO的水化活性低，在水泥硬化后期逐步水化产生膨胀，致使已硬化的水泥石开裂；f-Mg
11、O过量：f-MgO晶体结构致密，水化比f-CaO更为缓慢，形成氢氧化镁时体积膨胀。石膏掺量过多时，在水泥硬化后，继续与水化铝酸钙反应生产高硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍。,3-3通用水泥品质要求,4）细度作用：细度水化快、充分 强度水泥颗粒愈细，水化凝结硬化速度愈快，早期后期强度愈高，但硬化时干缩大，粉磨能耗高，水泥应有合理的细度。检测方法：硅酸盐水泥细度用透气式比表面积仪检验，要求其比表面积 300m2kg；其它常用水泥细度用筛析法检验，要求在80m标准筛上筛余量10。,3-3通用水泥品质要求,5）水化热利：冬季施工 弊：大体积砼开裂硅酸盐水泥的水化放热主要集中在37天内，以后逐渐减少。
12、水化放热量及放热速率与水泥的矿物组成、细度等有关。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6）碱含量定义：水泥中Na2O和K2O的含量。水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值来表示，碱含量0.60的水泥称为低碱水泥。危害：碱骨料反应，混凝土开裂。,3-3通用水泥品质要求,3-5通用水泥的应用,1)硅酸盐水泥硅酸盐水泥凝结硬化快、强度高，尤其早期强度高，适宜配制高强混凝土、预应力混凝土、要求早期强度高的混凝土、冬季施工。硅酸盐水泥硬化水泥石较致密，抗冻性好、干缩也较小，适用于严寒地区遭受反复冻融的混凝土工程。硅酸盐水泥硬化水泥石中含有较多的CH，碱度高，
13、抗碳化能力强，适用于CO2浓度高的区域。硅酸盐水泥耐磨性好，适合于道路、地面工程。硅酸盐水泥的水化热大、耐热性差、耐蚀性差，不宜用于大体积混凝土、长期受高温作用的环境（如工业窑炉）、有腐蚀性介质的环境。,3-5通用水泥的应用,2)掺混合材硅酸盐水泥(1)共性及应用常温下水化硬化较慢，低温时更慢，应加强养护，混凝土制品厂可采用湿热处理。早期强度低，后期强度增长较大，不宜低温施工，不适用于有早强要求的工程。水化热较低，适用于大体积混凝土抗软水、硫酸盐侵蚀能力强，适用于水工、海港工程抗冻性差、抗碳化能力差，不宜用于干湿交替、受冻建筑，应注意钢筋防锈注：普通水泥因混合材掺量较少，其性能较为接近于硅酸盐
14、水泥。(2)个性及应用矿渣水泥：保水性较差，因此干缩性较大，养护不当易开裂，抗渗性较差。不宜用于抗渗工程。矿渣水泥耐热（300400）性较好，可用于耐热工程。火山灰水泥：火山灰颗粒细，泌水性小，故抗渗性较高，宜用于抗渗工程。需水量较大，干缩较大，易干缩开裂，不宜用于干燥地区。抗冻性较差，不宜用于受冻部位。粉煤灰水泥：粉煤灰性能与天然火山灰有相似之处。但粉煤灰为球形致密颗粒，所以需水量小，配制成的混凝土流动性较好。粉煤灰水泥的干缩性较小，因而抗裂性较好复合水泥：复合水泥中含有两种或两种以上的混合材，因此复合水泥的特性与其所掺混合材的种类，掺量及相对比例有密切关系。,3-6 其它品种水泥,一、铝酸
15、盐水泥铝酸盐水泥是以矾土和石灰石作为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，再经粉磨而成。其主要熟料矿物是铝酸一钙(CA)和二铝酸一钙(CA2),还有七铝酸十二钙(C12A7)、铝方柱石（C2AS）等。铝酸盐水泥的主要特性如下：早期强度高，1天强度可达最高强度的80%以上，适用于紧急抢修工程。水化热大，且放热速率特别快，不宜用于大体积混凝土工程。抗硫酸盐性能很强，适合抗硫酸盐工程；抗碱性极差，不得用于碱性溶液环境。耐热可达1300，适用于配制耐热混凝土如高温窑炉炉衬等。30以上的潮湿环境导致水化产物晶型转变，强度显著降低，因此不宜蒸汽养护、高温季节施工，不宜用于温湿环境。适宜的硬化温度为15。长期
16、强度有降低的趋势，不宜用于长期承载结构。与硅酸盐水泥或石灰相混会产生闪凝现象，且产生膨胀开裂，施工时应避免相混二、硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥是将铝质原料(如矾土)、石灰质原料(如石灰石)和石膏适当配合，煅烧成以无水硫铝酸钙矿物为主的熟料，该熟料掺适量石膏共同磨细而制成。其主要特性如下：凝结速度较快；早期强度高，后期强度发展缓慢，但不倒缩。空气中收缩小，抗冻和抗渗性能良好，抗硫酸盐性能很强。,3-6 其它品种水泥,硫铝酸盐水泥可用于抢修工程、冬季施工工程、地下工程、配制膨胀水泥和自应力水泥。因水泥液相碱度小，可用于配制玻璃纤维砂浆，同时适用于堵漏工程和预制件拼装接头等。,三、氟铝酸盐水泥 氟铝酸盐
17、水泥是以铝质原料、石灰质原料、萤石（或再加石膏）经适当配合，煅烧成以氟铝酸钙（C11A7CaF2）起主导作用的熟料，再与石膏一起磨细而成。氟铝酸盐水泥水化、凝结硬化极快，水泥石结构致密，不仅早强高，而且后强稳定。氟铝酸盐水泥可制成锚喷用的喷射水泥。在用作抢修工程时，可根据使用要求及气温条件，采用缓凝剂调节。该水泥还具有良好的抗化学侵蚀性。,四、膨胀水泥 膨胀水泥在凝结硬化过程中生成具有膨胀性的水化物（钙矾石），故在凝结硬化时体积不但不收缩反而有所膨胀。膨胀水泥的基本要求是：有适当的膨胀值，有高的强度及增长率。常用品种有硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥等、硫铝酸盐膨胀水泥。膨胀水泥主要用于配制收缩补偿混凝土，以防止混凝土收缩裂缝以及混凝土构件尺寸的变化。主要用于构件的接缝及管道接头，混凝土结构的加固和修补，防渗堵漏工程，机器底座及地脚螺丝的固定等。,水泥膨胀时，如受到钢筋等的约束，会使水泥混凝土自身受到压应力，即所谓的自应力。自应力值2.0MPa的，称为自应力水泥；自应力值2.0MPa（通常约0.5MPa），则称为膨胀水泥。自应力水泥适用于制造低预应力值的自应力钢筋混凝土构件，如压力管、楼板等。膨胀原理：膨胀水泥配制：,硅酸盐水泥+高铝水泥+石膏 高铝水泥+石膏 硅酸盐水泥+明矾石+石膏+矿渣五、白色硅酸盐水泥六、彩色硅酸盐水泥,3-6 其它品种水泥,
