土木工程材料第四章水泥講訴

1、唐山啟新水泥廠辦公樓，震后只有二樓破壞嚴重，墻磚塌落，鋼筋尤存唐山啟新水泥廠倉庫三樓窗柱水泥分類鋁酸鹽系列水泥、硫鋁酸鹽系列水泥、鐵鋁酸鹽系列水泥 硅酸鹽系列水泥通用水泥 專用水泥 特性水泥 用于用于般土木工程的水泥般土木工程的水泥, ,如普通硅酸鹽水泥如普通硅酸鹽水泥專門用途的水泥，如砌筑水泥專門用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥道路水泥某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥某種性能比較突出的水泥，如快硬硅酸鹽水泥 第一節(jié)第一節(jié) 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥第二節(jié)第二節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水泥摻混合材料的硅酸鹽水泥第三節(jié)第三節(jié) 特種水泥特種水泥 一、硅酸鹽水泥的概念一、硅酸鹽水泥的概念 二、硅酸鹽水

2、泥的生產工藝二、硅酸鹽水泥的生產工藝 及礦物組成及礦物組成 三、硅酸鹽水泥的凝結硬化三、硅酸鹽水泥的凝結硬化 四、硅酸鹽水泥的技術性質四、硅酸鹽水泥的技術性質 五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治 六、硅酸鹽水泥的特性、應用六、硅酸鹽水泥的特性、應用 凡由硅酸鹽水泥熟料、凡由硅酸鹽水泥熟料、0 0 5 %5 %石灰石石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為凝材料，稱為硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）（波特蘭水泥） 硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱的稱 型硅酸鹽水泥型硅

3、酸鹽水泥，其代號為，其代號為P P 。在硅酸鹽水在硅酸鹽水泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質量泥熟料粉磨時摻加不超過水泥質量 5% 5% 石灰石或石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱?；郀t礦渣混合材料的稱 型硅酸鹽水泥型硅酸鹽水泥，其，其代號為代號為P P 。1、生產工藝、生產工藝熟熟 料料石灰質原料石灰質原料粘土質原料粘土質原料鐵質原料鐵質原料水泥成品水泥成品石石 膏膏生生 料料煅燒煅燒1450C磨細磨細磨細磨細按比例按比例混合混合水泥回轉窯水泥生產示意圖水泥生產示意圖2 2、礦物組成、礦物組成硅酸鹽水泥的主要熟料礦物的名稱和含量范圍如下：硅酸鹽水泥的主要熟料礦物的名稱和含量范圍如下：硅酸三鈣硅酸三

4、鈣 3 3CaOCaO SiOSiO2 2 ，簡寫為簡寫為C C3 3S S， 含量含量37%37% 60%60%硅酸二鈣硅酸二鈣 2 2CaOCaO SiOSiO2 2 ，簡寫為簡寫為C C2 2S S, , 含量含量15%15% 37%37%鋁酸三鈣鋁酸三鈣 3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 ，簡寫為簡寫為C C3 3A A， 含量含量7%7% 15%15%鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣4 4CaOCaO AlAl2 2O O3 3 FeFe2 2O O3 3 ，簡寫，簡寫C C4 4AFAF，10% 10% 18%18% 各種熟料礦物單獨與水作用時表現(xiàn)出的特征各種熟料礦物單獨與水作用

5、時表現(xiàn)出的特征名名稱稱硅硅酸酸三三鈣鈣硅硅酸酸二二鈣鈣鋁鋁酸酸三三鈣鈣鐵鐵鋁鋁酸酸四四鈣鈣凝結硬化速度快慢最快快28d水化放熱量多少最多中強度高早期低、后期高低低各種熟料礦物的強度增長各種熟料礦物的強度增長凝結凝結：水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，水泥加水拌和后，成為可塑的漿體，逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強度的過逐漸變稠，失去塑性，但尚不具有強度的過程。程。硬化硬化：隨后產生明顯的強度，并逐漸發(fā)展而隨后產生明顯的強度，并逐漸發(fā)展而成為堅硬的人造石。成為堅硬的人造石。有關概念：有關概念：l凝結凝結l初凝初凝l終凝終凝l硬化硬化膠凝材料水膠凝材料水流動性流動性可塑性可塑性強度強度1 1、水泥的

6、水化反應及水化產物、水泥的水化反應及水化產物 2 2C C3 3S S + 6H + 6H2 2O = O = 3 3CaOCaO 2 2SiOSiO2 2 3 3H H2 2O O + + 3Ca(OH)3Ca(OH)2 2 2 2C C2 2S S + 4H + 4H2 2O = O = 3 3CaOCaO 2 2SiOSiO2 2 3 3H H2 2O + Ca(OH)O + Ca(OH)2 2 C C3 3A A + 6H+ 6H2 2O = O = 3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O O C C4 4AFAF + 7H + 7H2 2O = O =

7、3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 6 6H H2 2O + O + CaOCaO FeFe2 2O O3 3 H H2 2O O 4 4CaOCaO AlAl2 2O O3 3 1313H H2 2O + 3(CaSOO + 3(CaSO4 4 2 2H H2 2O)O) + 14H+ 14H2 2O =O = 3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 3 3CaSOCaSO4 4 32 32H H2 2O O + Ca(OH) + Ca(OH)2 2 2C2C3 3A + A + 3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 3 3CaSOCaSO4 4 3232H H

8、2 2O + 4HO + 4H2 2O = 3(O = 3(3 3CaOCaO AlAl2 2O O3 3 CaSOCaSO4 4 1212H H2 2O )O )2、水泥凝結硬化過程（機理）、水泥凝結硬化過程（機理）（a）分散在水中未水化的分散在水中未水化的水泥顆粒水泥顆粒（b）在水泥顆粒表面形成在水泥顆粒表面形成水化物膜層水化物膜層（c）膜層長大并互相連接膜層長大并互相連接（凝結）（凝結）（d）水化物進一步發(fā)展，水化物進一步發(fā)展，填充毛細孔填充毛細孔(硬化硬化) 1水泥顆粒水泥顆粒 2水分水分 3凝膠凝膠 4晶體晶體 5水泥顆粒的未水化內核水泥顆粒的未水化內核 6毛細孔毛細孔水泥凝結硬化的

9、幾個劃分階段凝結硬化階段一般的放熱反應速度一般的持續(xù)時間主要的物理化學變化初始反應期潛伏期凝結期硬化期168J8h42J8h在6h內逐漸增加到21Jgh在24h內逐漸降低到4.2Jg h5-10min1h6h6h至若干年初始溶解和水化凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長膜層增厚，水泥顆粒進一步水化凝膠體填充毛細孔注：初始反應期和潛伏期也可合稱為誘導期。 硬化后的硬化后的水泥石水泥石包含有包含有凝膠凝膠、晶體晶體、未水未水化的水泥內核化的水泥內核、水水和和孔隙孔隙。 硅酸鹽水泥凝結硬化的特點硅酸鹽水泥凝結硬化的特點： （1）是由表及里進行的。）是由表及里進行的。 （2）水分和溫度是硅酸鹽水泥的凝結硬）水分

10、和溫度是硅酸鹽水泥的凝結硬化的必要條件。化的必要條件。標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度水化熱水化熱標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度 細度是指水泥的粗細程度，水泥顆粒粒徑一般在0.0070.2mm范圍內。 測定: 比表面積法（單位質量的粉 末所具有的總表面積） 通用硅酸鹽水泥（GB2007）規(guī)定：硅酸鹽水泥比表面積應大于300/kg。水化熱水化熱2 2、標準稠度用水量、標準稠度用水量3 3、凝結時間、凝結時間4 4、體積安定性、體積安定性5 5、強度、強度1 1、細度、細度 標準稠度用水量：為了使水泥

11、凝結時間、體積安定性等的測定具有準確的可比性，按國家標準規(guī)定，用標準稠度儀測定水泥凈漿達到標準稠度時的用水量。水化熱水化熱標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度 初凝：自初凝：自加水拌和起，到標稠凈漿加水拌和起，到標稠凈漿開始失去可塑性所需的時間。開始失去可塑性所需的時間。 終凝終凝：自加水拌和起，到標稠凈漿：自加水拌和起，到標稠凈漿完全失去可塑性，并產生強度所需的完全失去可塑性，并產生強度所需的時間。時間。 GB規(guī)定：初凝不大于規(guī)定：初凝不大于45min，終凝終凝不遲于不遲于390min。凝結時間不滿足要求凝結時間不滿足要求者為不合格品。者為不合格品

12、。水化熱水化熱標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度 體積安定性：水泥漿在硬化過程體積安定性：水泥漿在硬化過程中，體積變化的均勻性能。中，體積變化的均勻性能。原因：原因：（1）熟料中）熟料中f-CaO， f-MgO 過多；過多； （2）石膏過量。）石膏過量。 測定方法：沸煮法、雷氏法。測定方法：沸煮法、雷氏法。 規(guī)定規(guī)定: f-MgO 5% SO3 3.5% 水化熱水化熱案 例1 1994年 10月28日11月17日，由南通市建筑總公司開發(fā)建設、施工的錦?；▓@錦普大廈工程，第1114層結構工程出現(xiàn)重大質量事故。事故原因是該結構使用了由上海中山商務實業(yè)公

13、司莊木建材分公司供應的安徽濉溪縣供電局水泥廠生產的電力牌普通硅酸鹽425號水泥。經市建設工程質量監(jiān)督總站等專業(yè)部門檢測，這種產品是不合格的水泥。為此，市建委、市建管辦決定將其推倒重澆，并追究有關部門、單位對事故造成的經濟損失和事故的責任。 案 例2 衡陽“113”火災中倒塌的衡州大廈殘樓日前已全部拆除完畢，火災坍塌事故原因調查取得進展。聯(lián)合調查組初步認定，導致大廈坍塌的根本原因是大火燃燒時，大廈西部偏北的5根柱子損毀嚴重，這5根柱子在重載的壓力下倒塌，繼而引起衡州大廈3000多平方米建筑的坍塌。記者從聯(lián)合調查組了解到，坍塌的衡州大廈建筑質量存在問題，在大廈的一些局部地方，鋼筋數(shù)量比較少，用的鋼

14、筋沒有按照標準配備那么粗，在澆注大廈西南部位的時候，用了20噸不合格的水泥。標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度 GB規(guī)定：用水泥膠砂強度測規(guī)定：用水泥膠砂強度測定。定。 試件標準尺寸試件標準尺寸:40 40 160mm 水泥水泥:標準砂標準砂:水水=1:3:0.5 養(yǎng)護條件：養(yǎng)護條件：20+1水中水中 摻標準砂的原因：摻標準砂的原因：（1）水泥凈漿體積收縮，易產生）水泥凈漿體積收縮，易產生裂縫，不利于強度的測定裂縫，不利于強度的測定（2）實際中均用砂漿，而很少用）實際中均用砂漿，而很少用凈漿。凈漿。水化熱水化熱強度等級強度等級抗壓強度抗壓強度com

15、pressive strength抗折強度抗折強度bending strength3d28d3d28d 42.517.042.53.56.5 42.5R22.042.54.06.5 52.523.052.54.07.0 52.5R27.052.55.07.0 62.528.062.55.08.0 62.5R32.062.55.58.0標準稠度用水量標準稠度用水量凝結時間凝結時間體積安定性體積安定性強度強度細度細度 13d齡期內水化放熱齡期內水化放熱量為總放熱量的量為總放熱量的50%， 7d為為75%， 6個月為個月為8391%。水化熱水化熱五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防治五、硅酸鹽水泥石的腐蝕與防

16、治（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止軟水腐蝕軟水腐蝕（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型（一）硅酸鹽水泥石腐蝕的類型亦稱溶出性侵蝕，雨水、雪水、蒸餾水、工廠冷凝水及含重碳酸鹽甚少的河水與湖水等都屬于軟水Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O鹽類腐蝕鹽類腐蝕酸類腐蝕酸類腐蝕強堿腐蝕強堿腐蝕1、硫酸鹽的腐蝕4CaOAl2O3 12H2O+3CaSO4+20H2O=3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+Ca(OH)2 水泥桿菌水泥桿菌2、鎂鹽的腐

17、蝕MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4 2H2O + Mg(OH)2MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)21、碳酸腐蝕、碳酸腐蝕Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2OCaCO3 + CO2 + H2O = CaH(CO3)22、一般酸的腐蝕、一般酸的腐蝕2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O3CaOAl2O3 + 6NaOH = 3NaO Al2O3 + 3Ca(OH)22NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O（二）硅酸鹽水泥石腐蝕的原因1 1

18、、水泥石內含有易引起腐蝕的成分、水泥石內含有易引起腐蝕的成分2 2、水泥石本身不密實、水泥石本身不密實3 3、外界有腐蝕的介質存在、外界有腐蝕的介質存在（三）硅酸鹽水泥石腐蝕的防止1、根據環(huán)境，合理選擇水泥品種。、根據環(huán)境，合理選擇水泥品種。2、提高水泥石的密實度。、提高水泥石的密實度。3、加做保護層，加不透水的瀝青層。、加做保護層，加不透水的瀝青層。4、對具有特殊要求的抗侵蝕混凝土，采、對具有特殊要求的抗侵蝕混凝土，采 用聚合物混凝土。用聚合物混凝土。 1.1.強度等級高、強度發(fā)展快；強度等級高、強度發(fā)展快；2.2.水化熱高，抗凍性好；水化熱高，抗凍性好；3.3.干縮小，耐磨好；干縮小，耐磨

19、好；4.4.抗碳化較好；抗碳化較好；5.5.耐腐蝕性差；耐腐蝕性差；6.6.耐熱性較差，應用溫度低于耐熱性較差，應用溫度低于250250。 l一、水泥混合材料一、水泥混合材料l二、混合材料的類別二、混合材料的類別l三、普通硅酸鹽水泥三、普通硅酸鹽水泥l(xiāng)四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥摻入目的：摻入目的：（1 1）提高產量，降低成本。）提高產量，降低成本。（2 2）充分利用工業(yè)廢料）充分利用工業(yè)廢料 。（3 3）調節(jié)水泥強度等級。）調節(jié)水泥強度等級。（4 4）改善性能，擴大應用范圍。）

20、改善性能，擴大應用范圍。 混合材料磨成細粉，與石灰混合材料磨成細粉，與石灰或與石灰和石膏拌合在一起，并或與石灰和石膏拌合在一起，并加水后，在常溫下，能生成具有加水后，在常溫下，能生成具有膠凝性的水化產物，既能在水中，膠凝性的水化產物，既能在水中，又能在空氣中硬化的，稱為活性又能在空氣中硬化的，稱為活性混合材料?；旌喜牧稀Ａ；郀t礦渣 ,火山灰質, 粉煤灰 非活性混合材料是指不與非活性混合材料是指不與水泥成分起化學作用或作用很水泥成分起化學作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填小的混合材料。主要起惰性填充作用，摻入的目的主要是為充作用，摻入的目的主要是為了提高水泥的產量，調整水泥了提高水泥的產量

21、，調整水泥的標號，減少水化熱，故又被的標號，減少水化熱，故又被稱為填充性混合材料。稱為填充性混合材料?；旌喜乃嗥贩N混合材水泥品種水泥熟料水泥熟料+620%活性混合材活性混合材普通普通硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.O2050%礦渣礦渣A型礦渣型礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.S.A5070%礦渣礦渣B型礦渣型礦渣硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.S.B2040%火山灰火山灰火山灰火山灰硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.P2040%粉煤灰粉煤灰粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.F2050%兩種兩種以上混合材以上混合材復合復合硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥P.C混合材水泥的水化特點混合材水泥的水化特點-二次反應二次反應水化硅酸鈣水化硅

22、酸鈣水化鋁酸鈣水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣水化鐵酸鈣氫氧化鈣氫氧化鈣鈣礬石鈣礬石l水泥熟料水泥熟料+水水 混合材混合材SiOSiO2 2/Al/Al2 2O O3 3+Ca(OH)+Ca(OH)2 2+H+H2 2O O水化硅酸鈣水化硅酸鈣水化鋁酸鈣水化鋁酸鈣第一次反映第二次反應三、普通硅酸鹽水泥三、普通硅酸鹽水泥l(xiāng)性能與硅酸鹽水泥基本相同。性能與硅酸鹽水泥基本相同。l是用量最大的水泥品種之一。是用量最大的水泥品種之一。 四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥二次水化： 1、水泥熟料水化，水化生成C

23、a(OH)2。 2、 Ca(OH)2與混合材料中的活性物質SiO 2 、Al 2 O 3發(fā)生反應，生成水化硅酸鹽鈣、水化鋁酸鈣。性質：1、強度發(fā)展：凝結硬化速度較慢，早期強度發(fā)展慢， 后期發(fā)展較快。2、耐腐蝕性較強3、水化熱低4、適于蒸汽養(yǎng)護5、抗凍性差6、抗碳化能力差7、礦渣水泥耐熱性好，干縮大； 火山灰水泥抗?jié)B性強， 粉煤灰水泥收縮性小，抗裂性好。 復合水泥綜合性質好。 一、高鋁水泥一、高鋁水泥( (high-alumina cement)high-alumina cement) 二、快硬硅酸鹽水泥二、快硬硅酸鹽水泥 三、白水泥與彩色水泥三、白水泥與彩色水泥 四、膨脹水泥與自應力水泥四、膨

24、脹水泥與自應力水泥一、高鋁水泥 凡以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量凡以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量50%50%的熟料磨的熟料磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為細制成的水硬性膠凝材料，稱為 原料為石灰石、鋁礬土（原料為石灰石、鋁礬土（AlAl2 2O O3 3 50% 50%） 礦物組成礦物組成: :鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣、鋁方柱鋁酸一鈣、二鋁酸一鈣、鋁方柱石、七鋁酸十二鈣石、七鋁酸十二鈣一、高鋁水泥水化產物：水化產物： 203030 C C 3CA + 12H3CA + 12H2 2O = 3CaO.O = 3CaO.AlAl2 2O O3 3.6H.6H2 2O + 2(AlO + 2(Al2 2O O3 3.

25、3H.3H2 2O)O)一、高鋁水泥性質性質: 1 1、強度發(fā)展迅速，、強度發(fā)展迅速，2424小時內可達到最高強度的小時內可達到最高強度的80%80%左右。左右。 2 2、低溫下（、低溫下（5-105-10 C C）能很好硬化。能很好硬化。 3 3、耐腐蝕性好。、耐腐蝕性好。 4 4、耐濃酸、堿溶液性能不好、耐濃酸、堿溶液性能不好 5 5、放熱大且集中。、放熱大且集中。 6 6、耐高溫好。、耐高溫好。 7 7、長期強度及其他性能有下降的趨勢。、長期強度及其他性能有下降的趨勢。一、高鋁水泥一、高鋁水泥水泥類型水泥類型Kinds of cement抗壓強度抗壓強度(MPa)compressive strength抗折強度抗折強度(MPa)bending strength6h1d3d28d6h1d3d28dCA-5020 4050-3.05.56.5-CA-60-204585-2.55.010.0CA-70-3040-5.06.0-CA-80-2530-4.05.0-一、高鋁水泥使用應注意的問題：使用應注意的問題： 1 1、最合適的硬化溫度、最合適的硬化溫度1515 C C。 2 2、強度下降有一個穩(wěn)定值。強度下降有一個穩(wěn)定值。 3 3、不得與其他硅酸鹽水泥、石灰等能析出、不得與其他硅酸鹽