水泥的分類及使用培訓講義PPT

1、水泥 水泥是建筑工程中最為重要的建筑材料之一，自問世以來對工程建設起了巨大的推動作用，目前世界上水泥品種已達200余種，幾乎任何種類、規(guī)模的工程都離不開水泥 。概 述 什么是水泥(cement)？ 水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。水泥的種類有哪些？根據(jù)水泥的主要礦物成分：水泥中的主要礦物硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥磷酸鹽系水泥硫鋁酸鈣硅酸鈣鋁酸鈣磷酸鈣,鎂3-1 通用硅酸鹽水泥 凡由硅酸鹽水泥熟料、適量石膏、05石灰石或?；郀t礦渣等磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。 一、通用硅酸鹽水泥的一般規(guī)定硅酸鹽水泥熟料 石膏(CaSO42H2O) 活性混合材料 非活性

2、混合料其他二、通用硅酸鹽水泥組成材料主要膠凝物質，能水化硬化；調(diào)節(jié)水泥的凝結時間；調(diào)節(jié)水泥的強度等級；硅酸鹽水泥熟料主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F)少量雜質：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等3-2 硅酸鹽水泥一、硅酸鹽水泥是怎樣制造的？原 料：硅質：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占1/3 鈣質：石灰石、白堊等，(CaO)，占2/3調(diào)節(jié)原料：鐵礦與砂，調(diào)節(jié)與補充Fe2O3 與SiO2制造工藝：原料經(jīng)粉磨混合后得到水泥生料生料經(jīng)窯內(nèi)煅燒得到水泥熟料水泥熟料石膏(或再混合材）一起經(jīng)粉磨混合后得到水泥“兩磨一燒”硅質(粘土)鈣 質(

3、石灰石)1450調(diào)節(jié)原料石膏水 泥生 料熟 料混合材料水泥制造的“兩磨一燒”工藝流程粉 磨煅 燒粉 磨 水泥顆粒宏觀形貌水泥顆粒的結構水泥熟料顆粒細觀形貌水泥熟料礦物微觀結構這是燒成階段，這時的3CaOAl2O3、4CaoAl2O3Fe2O3燒至部分熔融狀態(tài)，出現(xiàn)液相，把剩余的Cao及部分2CaOSiO2溶解于其中，在此液相中2CaOSiO2吸收Cao形成3CaOSiO2（C3S）從1300升至1450，再降到1300有機物被燒盡，黏土分解形成無定型的SiO2、Al2O3500800石灰石進行分解形成Cao，并開始與黏土中SiO2、Al2O3及Fe2O3發(fā)生固相反應。8001000生料自由水分

4、逐漸蒸發(fā)而干燥開始加熱時固相反應加速，并逐漸生成2CaoSiO2（C2S）、3CaoAl2O3（C3A）、4CaoAl2O3Fe2O3（C4AF）隨溫度的升高固相反應結束，這時在物料中仍剩余一部分Cao未與其他氧化物化合。1300 硅酸鹽水泥熟料礦物礦物名稱縮寫礦 物 式硅酸三鈣C3S3CaOSiO2硅酸二鈣C2S2CaOSiO2鋁酸三鈣C3A3CaOAl2O3鐵鋁酸四鈣C4AF4CaOAl2O3Fe2O3含 量(mass%)376015377151018 硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：簡寫：CaOC， SiO2 S， Al2O3 A， Fe2O3 F， H2OH 除上述四種主要熟料礦物外，

5、硅酸鹽水泥中還含有f-CaO、f-MgO和K2O、Na2O等次要成分。硅酸鹽水泥熟料礦物特性礦物種類硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣縮寫C3SC2SC3AC4AF水化速度快慢最快快水化熱多少最多較多強度高早低后高低低耐腐蝕性差好最差中3、硅酸鹽水泥的硬化機理 水泥與適量的水拌合后，最初形成具有可塑性的漿體，隨著水化反應的進行，水泥漿體逐漸變稠失去可塑性，但尚不具有強度，這一過程稱為水泥的“凝結”。 隨后凝結了的水泥漿體開始產(chǎn)生強度，并逐漸發(fā)展成為堅硬的水泥石，這一過程稱為“硬化”。 水泥的水化貫穿凝結、硬化過程的始終。水泥的水化反應2（3CaOSiO2） + 6H2O 3CaO2SiO23H

6、2O + 3Ca(OH)22(2CaOSiO2)+ 4H2O 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)23CaOAl2O3 + 6H2O 3CaOAl2O3 6H2O4CaOAl2O3Fe2O3+ 7H2O 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O水泥的水化硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期）C-S-H鈣礬石C-S-H 氫氧化鈣晶體 石膏調(diào)節(jié)凝結時間的原理 石膏與水化鋁酸鈣反應生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體（鈣礬石）。該晶體難溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保護膜，阻礙水分進入水泥內(nèi)部，使水化反應延緩下來，從而避免了純水泥熟料水化產(chǎn)生閃凝現(xiàn)象。所以，石

7、膏在水泥中起調(diào)節(jié)凝結時間的作用。CaSO42H2O+3CaOAl2O3+H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O高硫型水化硫鋁酸鈣晶體 但如果摻入過多石膏,會造成水泥的體積安定性不良。硅酸鹽水泥的凝結硬化凝結: 水泥加水拌和形成具有一定流動性和可塑性的漿體，經(jīng)過自身的物理化學變化逐漸變稠失去可塑性的過程。硬化: 失去可塑性的漿體隨著時間的增長產(chǎn)生明顯的強度，并逐漸發(fā)展成為堅硬的水泥石的過程。硅酸鹽水泥的凝結硬化 初始的溶解和水化 流動性、可塑性好，凝膠體膜層圍繞水泥顆粒成長。 凝膠膜破裂、長大并連接、水泥顆粒進一步水化。多孔的空間網(wǎng)絡凝聚結構，失去可塑性。 凝膠體填充毛細管，硬化成密實空

8、間網(wǎng)。水泥石結構未水化水泥顆粒水化產(chǎn)物晶體、膠體毛細孔、毛細孔水凝膠孔毛細孔未被水化產(chǎn)物所填充的原充水空間凝膠孔C-S-H內(nèi)部的結構孔水泥石是多相（固、液、氣）多孔體系，水泥石的工程性質取決于水泥石的結構組成，即決定于水化物的類型和相對含量、內(nèi)部孔的大小、形狀和分布狀態(tài)。未水化水泥顆粒水鈣礬石氫氧化鈣(三) 影響水泥水化硬化的因素 熟料礦物組成細度石膏摻量水灰比溫度和濕度養(yǎng)護時間3 7 28 56 齡期 d強度硅酸鹽水泥的技術要求（1）物理指標凝結時間 安定性強度及強度等級細度（2）化學指標燒失量不溶物堿含量初凝：從水泥加水拌和起至標準稠度凈漿開始失去可塑性所需的時間。國標規(guī)定：初凝時間45m

9、in，國產(chǎn)水泥一般為1-3h。工程意義：水泥的初凝時間不宜過早，以便施工時有充分的時間攪拌、運輸、澆搗和砌筑等操作。終凝：從水泥加水拌和起至標準稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強度所需的時間。國標規(guī)定：終凝時間6.5h，國產(chǎn)水泥一般為5-6h。工程意義：終凝時間不宜過遲，以便施工完畢后更快硬化，達到一定的強度，以利于下一步施工工藝的進行。影響水泥凝結時間的因素：熟料的礦物組成、石膏摻量、混合材的品種與摻量、水泥細度、溫度、水灰比等。1、凝結時間2、體積安定性 定義：是指水泥在凝結硬化過程中體積變化的均勻程度。體積安定性不良：水泥在凝結硬化過程中產(chǎn)生不均勻的體積變化。安定性不良的原因： 熟料中含

10、有過多的f-CaO 熟料中含有過多的f-MgO 石膏摻量過多 生成鈣礬石過燒體積安定性不良的水泥應作廢品處理，禁止用于任何工程中。 沸煮法只能檢測f-CaO所造成的體積安定性不良。 對于f-MgO和石膏造成的體積安定性不良則需分別采用壓蒸法、長時間在溫水中浸泡法 。 水泥的強度是評價和選用水泥的重要技術指標，也是劃分水泥強度等級的重要依據(jù)。國家標準規(guī)定采用膠砂法來測定水泥3d和28天抗壓強度和抗折強度，根據(jù)測定結果來確定水泥強度等級。 3、強度及強度等級燒失量不溶物堿含量水泥在一定溫度，一定時間內(nèi)加熱后燒失的數(shù)量。水泥煅燒不佳或受潮后均會導致燒失量增加。不溶物指水泥在濃鹽酸中溶解保留下來的不溶

11、性殘留物。不溶物越多，水泥活性下降。屬于選擇性指標，水泥中堿含量以Na2O+0.658K2O計算值表示。水泥中的堿含量高時，如果配置混凝土的骨料具有堿活性，可能產(chǎn)生堿骨料反應，導致混凝土因不均勻膨脹而破壞。（2）化學指標 水泥在出廠和使用前必須檢驗的技術指標有四項：化學指標、凝結時間、強度和體積安定性（其中細度作為選擇性指標）。這四項指標中，除強度外，其它任何一項指標不合格，則水泥不能使用；反之，若僅強度一項指標不合格，而其它三項指標合格，則水泥可降等級使用。 五、水泥石的腐蝕與防止 (一) 水泥石腐蝕的種類1. 軟水侵蝕(溶出型侵蝕) 當水泥石受到蒸餾水、天然的雨水、雪水以及含重碳酸鹽很少的

12、河水、湖水等軟水作用時，水泥石中的氫氧化鈣不斷溶解流失，特別是處于流水或有壓力的水中時，氫氧化鈣的溶解使得水泥石的密實度下降，強度和耐久性也降低；而且由于氫氧化鈣濃度的下降，還引起了水泥石中的其它水化產(chǎn)物的分解。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2CaCO3 +H2O2. 酸類腐蝕 碳酸水腐蝕 在某些工業(yè)廢水和地下水中，常溶有一定量的CO2及其鹽類，天然水中也溶有CO2，它們會與水泥石中的Ca(OH)2反應： CO2+H2O+Ca(OH)2CaCO3+2H2O CO2+CaCO3+H2OCa(HCO3)2一般酸腐蝕 在一些工業(yè)廢水、地下水和沼澤水中，經(jīng)常含有各種不同濃度的無機酸或有機酸，而水泥石

13、由于含有Ca(OH)2呈堿性，這些酸與堿會發(fā)生反應：H+OH H2O 酸的濃度越高，侵蝕越劇烈。3. 鹽類腐蝕硫酸鹽腐蝕 在海水、湖泊水、地下水及某些工業(yè)廢水中，常含有不同程度的鉀、鈉、氨的硫酸鹽，硫酸鹽侵蝕的特征是某些鹽類的結晶體逐漸在水泥石的毛細管中積累并長大，水泥石由于內(nèi)應力而遭到嚴重破壞。 當硫酸鹽濃度不高時，生成含有大量結晶水的鈣釩石，體積增大1.5倍以上，產(chǎn)生極大的膨脹應力而破壞。當硫酸鹽濃度較高時，產(chǎn)生二水石膏結晶，也會導致水泥石開裂破壞。 Na2SO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O +2NaOH 鎂鹽腐蝕 海水和某些鹽沼水、地下水中常含有大量的鎂鹽，主要是硫酸鎂

14、和氯化鎂，它們與水泥石接觸后，會發(fā)生如下反應： MgSO4+ Ca(OH)2+2H2OCaSO42H2O+Mg(OH)2 MgCl2+ Ca(OH)2+H2OCaCl2+Mg(OH)2+H2O 生成的Mg(OH)2松軟而無膠結能力，CaCl2則易溶于水，會使Ca(OH)2不斷被消耗；二水石膏則會進一步引起硫酸鹽腐蝕。因此，硫酸鎂對水泥石的腐蝕是雙重腐蝕。4. 強堿腐蝕 硅酸鹽水泥基本是耐堿的，堿類溶液濃度不高對水泥石是無害的。但鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿(NaOH、KOH) 時，強堿會與水泥進行如下反應： 3CaOAl2O3 +6NaOH3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 鋁酸鈉是

15、易溶于水的，從而造成水泥石的腐蝕。 當水泥石被NaOH浸透后又在空氣中干燥，與空氣中的CO2作用生成碳酸鈉，碳酸鈉在毛細孔中結晶而使水泥石脹裂。 2NaOH+CO2+9H2O Na2CO310H2O(二) 防止腐蝕的措施 水泥石易受腐蝕的原因水泥石內(nèi)存在容易受腐蝕的成分 水泥石本身存在孔隙 2. 加速腐蝕的因素液態(tài)的腐蝕介質較高的溫度、壓力較快的流速適宜的濕度干濕交替3. 防止腐蝕的措施 根據(jù)侵蝕環(huán)境特點，合理選擇水泥品種提高水泥石的密實度，降低孔隙率 在水泥石表面設置保護層 當水泥石處于多種介質同時侵蝕時，應分清對水泥石侵蝕最嚴重的介質，采取相應的措施，提高水泥石的耐腐蝕性。六、硅酸鹽水泥的

16、性質、應用及存放(一) 性質與應用1. 強度高 適用于高強混凝土和預應力鋼筋混凝土工程。2. 硬化快 適用于要求凝結快、早強高以及冬季施工等工程。3. 抗凍性好 適用于冬季施工及嚴寒地區(qū)遭受反復凍融的工程4. 耐蝕性差 不適用于與淡水及海水等腐蝕性介質接觸的工程。5. 抗碳化性好 對鋼筋的保護作用強，適合CO2濃度高的環(huán)境。6. 水化熱大 不適用于大體積混凝土工程，但有利于冬季施工。7. 耐熱性差 不適用于有耐熱要求的混凝土工程。8. 耐磨性好 適用于公路、地面工程。其他硅酸鹽水泥1、普通硅酸鹽水泥 物理指標 安定性 細度強度凝結時間 初凝時間不小于45min，終凝時間不大于600min用沸煮

17、法檢驗合格42.5,42.5R，52.5,52.5R四個級別 比表面積表示，不少于300m2/kg化學指標普通硅酸鹽水泥的性質與應用 在早強、強度等級、水化熱、抗凍性、抗碳化能力上略有降低，耐熱性和耐腐蝕性略有提高 化學指標（見上表）三種硅酸鹽水泥的性質與應用 共同性質早期強度低后期強度高 抗腐蝕性強抗碳化能力差水化熱低水泥強度發(fā)展較快，后期強度可趕上甚至超過同強度等級的普通硅酸鹽水泥 適宜用于水工、海港工程及受侵蝕性作用的工程不宜用于二氧化碳濃度高的環(huán)境 適用于大體積混凝土工程濕熱敏感性強適用于蒸汽養(yǎng)護生產(chǎn)的預制構件耐磨、抗凍差不適用嚴寒地區(qū)各自性質礦渣水泥 粉煤灰水泥耐熱性好，適用于高溫車

18、間、高爐基礎及熱氣體通道等耐熱工程。拌制混凝土時泌水性大，易形成粗大孔隙，硬化時易產(chǎn)生較大干縮，保水性差、泌水性及干縮性大火山灰水泥 具有良好的保水性，火山灰水泥的水泥石結構密實，具有較高的抗?jié)B性。干縮大、干燥環(huán)境中表面易“起毛”，對于處在干熱環(huán)境中施工的工程，不宜使用火山灰水泥比表面積小，吸附水的能力小，不易水化，干縮性小，抗裂性高，保水性差，易泌水，且活性主要在后期發(fā)揮。因此，粉煤灰水泥早期強度、水化熱比礦渣水泥和火山灰水泥還要低，因此特別適用于大體積混凝土工程包裝標志驗收核對水泥包裝上所注明的水泥品種、代號、凈含量、強度等級，生產(chǎn)許可證標志（QS），出廠編號，執(zhí)行標準號，包裝年月日等。包裝袋兩側應印有水泥名稱和強度等級，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥為紅色，礦渣水泥為綠色，火山灰質硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥