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1、第三章 硅酸盐水泥（cement）,1.发展：1824年，Joseph Aspdin，英国人，利用石灰石和粘土烧制而成。硬化后呈浅黄色，与英国波特兰的小镇一种岩石的性状相近。命名为波特兰水泥。2.我国水泥发展 1889年 唐山细棉土厂 1903年 改名“启新洋灰公司”马牌洋灰 1908年 19.5万吨/年 1949年 314.6万吨/年 1978年 4000万吨/年 1990年 1.8亿吨/年 1994年 4亿吨/年 世界第一 2000年 5.96亿吨/年 15亿吨 2004年 9.34亿吨/年 32亿吨 2006年 12.4亿吨/年 2007年 13.8亿吨/年,1亿吨水泥1亿吨CO260万
2、吨SO220万吨NOx80万吨粉尘,1亿吨石灰石1800万吨粘土300万吨标媒,3.分类(1)按性质用途分：（2）按水泥组分分：（3）通用水泥：,通 用 水 泥专 用 水 泥特 种 水 泥,硅 酸 盐 水 泥铝 酸 盐 水 泥硫 铝 酸 盐 水 泥铁 铝 酸 盐 水 泥,硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水复合硅酸盐水泥,31 硅酸盐水泥,一、水泥的生产及矿物组成二、水泥的凝结与硬化三、水泥的技术性质四、水泥的腐蚀五、水泥的保管与应用,31 硅酸盐水泥,一、水泥的生产及矿物组成,（一）水泥的生产,石灰石,粘土,铁矿石,按比例混合磨细,生 料,1450煅烧,硅酸
3、盐水泥熟料,05的石灰石或粒化高炉矿渣,适量的石膏,混合磨细,硅酸盐水泥,1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、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。2.分类：不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为P.I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，其代号为II。,两磨一烧,3.水泥窑,（1）立窑缺点：质量不稳定，立窑水泥又称“小水泥”,不能连续生产。优点：占地少，投资小，资金回收快。,（2）旋窑（回转窑）优点：质量稳定，国家免检；能连续生产。缺点：占地大，投资大，资金回收慢。,（二）矿物组成及单矿物水化特性1.矿物
4、组成,2.单矿物水化特性,（1）早强水泥：C3S（2）低热水泥：C2S（3）速凝水泥：C3A、C3S,二、水泥的凝结与硬化,（一）定义 1.凝结：水泥加水后最初成为可塑性浆体，逐渐变稠失去塑性，并开始 产生强度的过程。2.硬化：凝结后产生明显强度，并变成坚硬的人造石。,（二）水泥水化 C3S+H2OC-S-H3CH C2S+H2OC-S-HCH C3A+H2OC3AH6 C4AF+H2OC3AH6 C-F-H C3AH6+CaSO4AFt,水化硅酸钙，凝胶体,氢氧化钙，晶体,水化铝酸钙，晶体,水化铁酸钙，凝胶体,钙矾石，晶体,（三）硬化,（四）水泥石的结构,水泥石,实体,孔隙,水化产物：C-S
5、-H、CH、C3AH6、C-F-H、AFt等未水化的水泥颗粒,气泡毛细孔凝胶孔,（五）影响水泥水化硬化的因素,1矿物组成：C3Sf,C3A硬化速度2细度：细度比表面积硬化f3温、湿度：（1）温度t（）适宜t（）：1520 t反应f早、f后，但温度过高混凝土失水过快易产生干缩裂缝等缺陷 t0硬化停止冬季不宜施工，否则要保温，或掺混凝土防冻剂（2）湿度：适宜湿度：90%（相对空气湿度）湿度早期水化、硬化好f早f后影响小，如果不能及时养护会出现“烧水泥”现象 4养护龄期：龄期f5水灰比W/C：W/C毛细孔，水泥浆变稀，颗粒间距 相互作用力硬化f W/C又不足以水化，故以适宜为佳 理论需水量W/C=0
6、.227，实际为0.45左右6石膏掺量：适量（35）3，速凝；5，假凝。表面看水泥失去塑性而凝结，实际为石膏的凝结。,三、水泥的技术性质,（一）密度1密度：3.053.2g/cm32.堆积密度0 松散状态下的堆积密度 0L=1000 1500kg/m3 紧密状态下的堆积密度 0t=1600kg/m3,（二）细度1.定义：指水泥颗粒平均粗细程度。是影响水泥性能的重要指标。2.评定标准：国际规定：水泥细度为0.080mm的方孔筛，筛余不得超过10%，即筛余量10%。Why？细度A比水化f早 过细：硬化收缩易受潮降低活性能量成本 过粗，则不利于水泥活性的发挥。一般认为：水泥颗粒40m时，才具有较高的
7、活性。3.试验方法：国标中规定水泥的细度用筛析法检验。（负压筛析仪）取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，称取水泥m=50g 细度筛称取筛余物计 算筛余量Mi,（三）标准稠度及其用水量1.定义（1）标准稠度：水泥加水后达到规定的水泥净浆时所需稠度。为什么测标稠？加水的多少直接影响水泥凝结时间与安定性的测量结果，这样对于加多少水就要有所规定。（2）标准稠度用水量；达到标稠所需的加水量。2.评定标准：用P(%)=W/C表示，一般在2331%之间。3.试验方法：用标准稠度测定仪测定（1）固定水量法 取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500g W=142.5ml水泥净浆标准稠度测定仪锥体下沉深度S
8、（mm）代入公式 P=33.40.185S(%)（S13mm）,例：S=38mmP33.40.1853826.4W/CP%26.4标稠用水量26.4500=132ml142.5ml,3.试验方法：用标准稠度测定仪测定（2）调整水量法 取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500g W=？水泥净浆标准稠度测定仪测定锥体下沉深度S282mmW,S,26，加水重做，WW1,2630，WW1,30，减水重做，W W1,（四）凝结时间1.定义：初凝时间：自加水时起，至水泥浆开始失去可塑性的时间。终凝时间：自加水时起，至完全失塑的时间。2.试验：仪器凝结时间测定仪。取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C
9、=500g W=W标水泥净浆凝结时间测定仪 初凝时间：此时试针沉入净浆中距底板 41 mm 终凝时间：此时试针沉入净浆中的深度 0.5 mm3.注意：（1）圆模内壁刷机油处理（2）每次测定不得让试针落入原针孔内；（3）每次测定完毕，须将园模放回养护箱内，并将试针擦净，测定过程中，园模不宜受振动。3.影响因素：（1）C3A，石膏（%）凝结快（2）细度水化凝结快，颗粒过粗凝结慢（3）W/C及t（）凝结快（4）掺混合材料（%）凝结慢,（五）体积安定性1.定义：指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。如果在水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化，就会使构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。2.
10、体积安定性不良的原因：（1）熟料中，含有过量的fCaO。为过烧的过火灰，上面包釉质，其水化，在水泥硬化后才开始水化体积膨胀。（2）熟料中，含有过量的fMgO。为过烧的过火灰，上面包釉质，其水化，在水泥硬化后才开始水化体积膨胀。（3）水泥中，石膏掺量过多（SO3过多），在水泥硬化后，还地继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙（AFt），体积约增大1.5倍水泥石开裂。,3.评定方法：沸煮法（1）饼法：取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500g W=W标水泥净浆中间厚四周薄；表面光滑，试饼8020mm，标准养护24h沸煮箱煮沸3小时观察试饼是否有裂纹、弯曲.有不合格无合格,（2）雷氏
11、夹法：使用雷氏夹测定仪，它能精确测定体积膨胀值。,取烘干水泥试样，过0.9mm方孔筛，C=500g W=W标净浆成型2个雷氏夹标养24h 测定雷氏夹针尖距离A1、A2煮沸3小时测定针距C1、C2 代入公式。,4.注意：（1）安定性不合格水泥为废品；（2）两方法出现矛盾时，以雷氏夹法为准；（3）沸煮法只能检测fCaO的危害。fMgO：采用蒸压体现出膨胀。GB fMgO 5 石膏：采用长期浸水才能体现出膨胀。GB SO33.5,（六）水化热1.水化热：指水泥和水之间发生化学反应时放出的热量。放热反应主要发生在早期：Q1天=50%Q总，Q7天=70%Q总。2.影响因素水泥水化时热量Q和速度V，主要决
12、定于水泥的矿物组成和细度，且水化热量越大，Q，V，C3AC3SC4AFC2S3.水化热利弊：（1）有利于冬季施工，因为能加快水化硬化速度。（2）不利于大体积砼工程，因为内部热量不易散发，内外温度差温度应力裂缝,50年代初苏联学者伊万诺夫，用活性最佳的水泥制成边长为2米的大水泥块，48h后，其中温度达到100，致使放置其中心的一壶水沸腾了。,（七）强度1.水泥胶砂强度是水泥性能的重要指标，是评定水泥标号的依据。（1）测定方法：水泥：标准砂：水450g：1350g：225ml水泥砂浆（水泥胶砂搅拌机）振动成型（水泥胶砂振动台）为标准尺寸的试件2组（4040160mm）标准养护（201，95%）测定
13、了3d、28d的f折、f压,2.计算（以28d为例）（1）抗折强度f折：校核：,有一个10%，去掉，,有二个10%，作废，重测,均10%，,2.计算（2）抗压强度f压：3条6块。校核：,有一个10%，去掉，,有二个10%，作废，重测,均10%，,3.强度等级（标号）：硅酸盐水泥分为R，52.552.5R，62.562.5R六个等级。（1）以3d、28d天2个龄期的抗压、抗折强度值不低于国标要求来确定。（2）早强型：R，（Rapid）。4.影响因素：硅酸盐水泥的强度主要决定于熟料的矿物成分和细度。（1）在前面的学习中，我们知道四种主要熟料矿物的强度各不相同，故它们的相对含量改变时，水泥的强度及其
14、增长速度也随之改变。（2）从前面学习的水泥凝结硬化中我们不难理解，粉磨较细的水泥，水化较快，较完全，早期强度增长快，最终强度也较高。注：其它影响强度的因素见“影响水化、硬化的因素”。,1.废品：禁止使用 初凝时间、体积安定性、f-MgO、SO32.不合格品 细度、终凝时间、强度,小 结,四、水泥的腐蚀,（一）软水腐蚀（溶出性腐蚀）1定义：水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物(C-S-H、C3AH6、AFt等）也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。2.种类,软水腐蚀,静水、无压水,动水、压力水
15、,CH不断溶出,暂时性,（二）盐类腐蚀1硫酸盐腐蚀（NaSO4）：当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。2.镁盐腐蚀（MgSO4）：,（三）酸类腐蚀1碳化：雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙（早期碳化）；碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构（后期碳化）。其腐蚀反应过程为：2.
16、一般酸类腐蚀：盐酸、硫酸、硝酸等。,（四）强碱腐蚀 一般的碱对水泥无害，但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱也会产生破坏。（五）防止：1.根据环境特点合理选择水泥品种；2.提高水泥石密实度：合理设计混凝土配合比，降低水灰比，仔细选择砂石料，掺外加剂，机械施工；3.加保护层。,五、水泥的保管与应用,（一）水泥的保管1.仓库：（1）地面防潮处理，高出室外30cm以上；与墙壁保持30cm以上；（2）10袋/垛；（3）先进先出的原则。2.露天：下垫上盖，先进先出。3.散装水泥储罐（二）四种异常水泥1.小水泥立窑水泥 先检验，合格后方能使用。2.热水泥：刚从水泥球磨机出来的水泥。安定性可能不合格，水泥不凝，没有强度等问题。,3.受潮水泥4.过期水泥：超过水泥贮存期的水泥。,
