水泥簡介以及與外加劑的適應(yīng)性課件

水泥簡介以及與外加劑的適應(yīng)性1第一章

水

泥2內(nèi)

容3水泥的定義和分類水泥的生產(chǎn)水泥的基本組成水泥的水化硬化水泥的品質(zhì)要求常用水泥的基本特征與用途特種水泥的組成與主要性能第一節(jié)、水泥的定義和分類定義：凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿

體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。硅酸鹽水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料、適量石

膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。按組成分類：常用水泥／硅酸鹽水泥（以硅酸鹽水泥熟料為主要組分）如：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等特種水泥（以非硅酸鹽類水泥熟料為主要組分）如：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等4組分材料：硅酸鹽水泥熟料：適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，

所得以硅酸鈣為主要成分的產(chǎn)物石膏：天然二水石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（工業(yè)生產(chǎn)

中以硫酸鈣為主要成分的副產(chǎn)品），摻量2～５％活性混合材：具有火山灰性或潛在水硬性的混合

材料，如?；郀t礦渣、粉煤灰等非活性混合材：活性指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的潛在水硬性或火山灰性混合材料以及砂巖和石灰石窯灰：從水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣中收集下的粉塵

(6)助磨劑：在水泥粉磨時起助磨作用而不損害水泥性能的一種外加劑，加入量<1%5常用水泥品種67第二節(jié)、水泥的生產(chǎn)原材料：（１）石灰石質(zhì)原料（主要成份為碳酸鈣，提供氧化鈣），如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白堊、貝殼等（２）粘土質(zhì)原料（提供氧化硅和氧化鋁及部分氧化鐵），如黃土、粘土、頁巖、泥巖、粉砂巖及河泥等（３）少量校正原料（鐵質(zhì)校正原料和硅質(zhì)校正原料，提供氧化鐵和氧化硅），鐵質(zhì)校正原料如低品位鐵礦石、煉鐵廠尾礦以及硫酸廠工業(yè)廢渣硫酸渣（硫鐵礦渣）等；硅質(zhì)校正原料如砂巖、河砂、粉砂巖等。8生產(chǎn)工藝：“兩磨一燒”生料制備：石灰質(zhì)原料，粘土質(zhì)原料與少量

校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)，并配合為成分合適，質(zhì)量均勻的生料熟料煅燒：生料在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料水泥粉磨：熟料加適量石膏，有時還加適量

混合材料或外加劑共同磨細(xì)為水泥9用窯外分解窯干法生產(chǎn)的工藝流程10干燥與脫水～100℃，脫去物料中的自由水和粘土礦物的層間水～400～600

℃，脫去粘土礦物的配位水碳酸鹽分解碳酸鈣與碳酸鎂在煅燒過程中分解放出二氧化碳～590℃，MgCO3≒MgO+CO2-1047~1214J/g～890℃，CaCO3≒CaO+CO2-1645J/g11水泥窯系統(tǒng)中發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)過程(3)固相反應(yīng)12~800℃，CaO·Al2O3（CA）、CaO·Fe2O3（CF）與2CaO·SiO2（C2S）開始形成。800~900℃，開始形成12CaO·7Al2O3（C12A7）。900~1100℃，2CaO·Al2O3SiO2（C2AS）形成后又分

解。開始形成3CaO·Al2O3（C3A）和4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）。所有碳酸鈣均分解，游離氧化鈣達(dá)最高值。1100~1200℃，大量形成C3A和C4AF，C2S含量達(dá)最大值。(4)液相和熟料的燒結(jié)到達(dá)最低共熔溫度（1250℃）后，開始出現(xiàn)

液相。硅酸二鈣與游離氧化鈣都逐步溶解于液相中，反應(yīng)生成硅酸鹽水泥的主要礦物硅酸三鈣

３CaO·SiO2（C３S）

。在高溫液相作用下，水泥熟料逐漸燒結(jié)。C2S+CaO

C3S液相13第三節(jié)、水泥的基本組成硅酸鹽水泥熟料氧化物組成CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3

~95%MgO、

SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等

~5%主要氧化物含量波動范圍：14CaO62~67%；SiO220~24%；Al2O34~7%；Fe2O32.5~6.0%。15礦物組成經(jīng)高溫煅燒后，兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)

生成多種礦物集合體，結(jié)晶細(xì)?。?0~60μm）。四種主要礦物：硅酸三鈣

3CaO·SiO2，可簡寫為C3S；硅酸鹽礦物，1675%硅酸二鈣

2CaO·SiO2，可簡寫為C2S；

溶劑礦物，鋁酸三鈣

3CaO·Al2O3，可簡寫為C3A；

22%鐵相固溶體4CaO·Al2O3·Fe2O3作為代表式，可簡寫為C4AF。另外，還含有少量的游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石（結(jié)晶氧化鎂）、含堿礦物以及玻璃體等。熟料礦物的基本特性17（2）混合材18活性混合材混合材磨細(xì)后與石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空氣中硬化的稱為活性混合材。?；郀t礦渣：煉鐵高爐的熔融礦渣經(jīng)水淬急冷形成，物相組成大部分為玻璃體，具有較高的化學(xué)潛能，在激發(fā)劑的作用下具有水硬性?；瘜W(xué)成分：CaO、Al2O3、SiO2

>90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等

質(zhì)量系數(shù)=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性礦渣質(zhì)量系數(shù)>1.2，非活性礦渣質(zhì)量系數(shù)<1.2?；郀t礦渣粉的活性指數(shù)（A）=R/R0×100%

?；郀t礦渣粉級別（28d的A）：S105，S95，S75火山灰質(zhì)混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化鋁為主要成分的礦物質(zhì)原料，磨成細(xì)粉加水后并不硬化，但與石灰混合后再加水拌和，則不但能在空氣中

硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者稱為火山灰質(zhì)混合材。天然：火山灰、火山凝灰?guī)r、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等人工：燒粘土、活性硅質(zhì)渣、粉煤灰、燒頁巖等。19粉煤灰燃煤發(fā)電廠電收塵器收集的細(xì)灰主要化學(xué)成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO

物相組成：玻璃體60~85%；結(jié)晶化合物10~30%；未燃盡碳約5%。20非活性混合材與水泥成分不起化學(xué)作用或化學(xué)作用很小的

稱為非活性混合材。磨細(xì)石英砂、石灰石、慢冷礦渣等作用：提高水泥產(chǎn)量，減少水化熱，降低水泥標(biāo)號。21（3）石膏天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）

作用：調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，提高早期強(qiáng)度，降低干縮變22形，改善耐久性、抗?jié)B性等性能，對混合材起活性激發(fā)作用。最佳摻量：C3A含量，混合材以水泥中SO3含量≤3.5%作為石膏摻量的控制指標(biāo)

過少，不能合適地調(diào)節(jié)水泥正常凝結(jié)時間過多，可能導(dǎo)致水泥體積安定性不良第四節(jié)、水泥的水化硬化定義：水泥與水接觸時，水泥中的各組分與水的反應(yīng)稱為水化。水泥cement水泥漿Cement

paste+水凝結(jié)、硬化23水泥石Hardened

cement

paste硅水酸鹽水泥的水化硬化化過程24Ca-AlC-S-H凝膠主要水化產(chǎn)物：CH水化鋁（鐵）酸鈣水化硫鋁（鐵）酸鈣25硬化漿體結(jié)構(gòu)：未水化的水泥顆粒、水化產(chǎn)物、孔隙影響強(qiáng)度的因素：C-S-H生成量，孔隙（氣孔和毛細(xì)孔）26礦渣硅酸鹽水泥的水化硬化熟料礦物+水 水化產(chǎn)物堿性激發(fā)劑：CH（+SiO2+Al2O3）硫酸鹽激發(fā)劑：石膏（+SiO2+Al2O3

）火山灰水泥的水化硬化熟料礦物+水 水化產(chǎn)物

二次反應(yīng)

CH（+SiO2+Al2O3）水化硅酸鈣水化鋁酸鈣27水化硫鋁（鐵）酸鈣水化硅酸鈣水化鋁酸鈣第五節(jié)、水泥的品質(zhì)要求凝結(jié)時間——工程施工初凝：水泥加水拌和開始至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失

去可塑性所經(jīng)歷的時間。>45min終凝：漿體完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)

歷的時間。硅酸鹽水泥<6.5h其他品種水泥<10h（2008年實施GB175-2007）

測定：維卡儀影響因素：水泥品種、水灰比、環(huán)境溫度28強(qiáng)度——水泥質(zhì)量確定水泥強(qiáng)度等級；設(shè)計混凝土和砂漿配合比的強(qiáng)度依據(jù)膠砂（水泥1+中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂3+水0.5）棱柱體試件（40mm×40mm×160mm）20±1℃濕氣

24h脫模20±1℃水中 預(yù)定齡期（3d、28d）測定抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度29水泥強(qiáng)度等級按照28d抗壓強(qiáng)度值劃分（2008年實施GB175-2007）硅酸鹽水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六個等級普通水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四個等級礦渣硅酸鹽水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥：

32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級30體積安定性體積安定性不良是指已硬化水泥石產(chǎn)

生不均勻的體積變化現(xiàn)象。引起體積安定性不良的原因：（1）f-CaO過量（2）f-MgO過量CaO+H2O=Ca(OH)2MgO+H2O=Mg(OH)2（3）石膏摻量過多

SO3+C-A-H

AFt31細(xì)度影響水泥安定性、需水量、凝結(jié)時間及強(qiáng)度國標(biāo)：硅酸鹽水泥比表面積>300m2/kg透氣式比表面積儀

其他水泥80μm標(biāo)準(zhǔn)篩上篩余量<10%篩析法32水化熱水泥水化放出的熱稱為水泥的水化熱。硅酸鹽水泥的水化放熱曲線33水泥的水化放熱量大部分在3~7d內(nèi)放

出，以后逐漸減少大體積混凝土，冬季混凝土施工水泥水化放熱量與水泥細(xì)度、混合材種類和數(shù)量有關(guān)中熱硅酸鹽水泥和低熱硅酸鹽水泥，適用于水化熱較低的大壩和大體積混凝土工程。34水泥化學(xué)品質(zhì)指標(biāo)不溶物：熟料中未參與礦物形成反應(yīng)的粘土和結(jié)晶SiO2

，是煅燒不均勻，化學(xué)反應(yīng)不完全的標(biāo)志。。燒矢量：反映熟料的燒成質(zhì)量，混合材摻量是否適當(dāng)以及水泥風(fēng)化的情況。氧化鎂：以方鎂石晶體存在的MgO導(dǎo)致水泥長期安定性不良。SO3：造成水泥體積安定性不良，通過控制石膏摻量控制。堿含量（Na2O+0.658K2O）：與活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土不均勻膨脹破壞。35抗蝕性（耐久性）淡水（溶蝕）：流動水，水壓，混凝土

滲透性較大酸與酸性水（溶析和化學(xué)溶解）：碳酸硫酸鹽（侵蝕）：除硫酸鋇以外的硫酸

鹽，“鎂鹽侵蝕”含堿溶液（化學(xué)侵蝕和結(jié)晶侵蝕）36第六節(jié)、常用水泥的基本特征與用

途37硅酸鹽水泥與普通水泥礦渣水泥38火山灰水泥39粉煤灰水泥40第七節(jié)、特種水泥的組成與主要性能鋁酸鹽水泥以釩土和石灰石為原料，按適當(dāng)比例配合進(jìn)

行燒結(jié)或熔融，再經(jīng)粉磨而成，代號CA。按Al2O3百分?jǐn)?shù)分為四類：41CA-50CA-60CA-70CA-8050%≤Al2O3<60%60%

≤Al2O3<68%68%

≤Al2O3<77%77%

≤Al2O3SiO2420.5~8.0%Fe2O3+FeO

0.5~2.5%組成

化學(xué)組成CaO

32~42%Al2O3

≥50%礦物組成鋁酸一鈣（CA）

70%

凝結(jié)緩慢，硬化快

二鋁酸一鈣（CA2）

水化硬化較慢，早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度不斷增高，耐熱性高七鋁酸十二鈣（C12A7）水化速度快，凝結(jié)迅

速，強(qiáng)度不高，含量>10%使水泥快凝鋁方柱石（C2AS）和β-C2S

SiO2

<5%，形

成β-C2S，

SiO2含量較高時形成C2AS

，水化速度慢，影響早強(qiáng)，配料中嚴(yán)格限制SiO2含量第二章外加劑與水泥的適應(yīng)性及其改善43措施LOGO目

錄第一節(jié) 概述第二節(jié) 外加劑與水泥的適應(yīng)性概念

第三節(jié)

外加劑與水泥適應(yīng)性的影響因素第四節(jié) 外加劑與水泥適應(yīng)性的改善措施44第一節(jié) 概述LOGO45目前，混凝土外加劑已成為混凝土的第五組分，外加劑品種日益增多，性能不斷提高，被認(rèn)為是繼預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)之后的又一次技術(shù)大突破。關(guān)于混凝土外加劑，除了自身必須具有良好的性能外，在使用過程中，還存在著一個普遍的、非常重要的問題就是與水泥的適應(yīng)性問題，如：混凝土坍落度經(jīng)時損失快就是外加劑與水泥不適應(yīng)的典型例子。外加劑與水泥的適應(yīng)性不好，不但會降低外加劑的有效作用，增加外加劑的摻量從而增加混凝土成本，而且還可能使混凝土無法施工或引發(fā)工程事故。第二節(jié)

外加劑與水泥的適應(yīng)性概念LOGO46所謂適應(yīng)性是指在混凝土制備時,外加劑按照推薦摻量摻入到水泥—水系統(tǒng)中,能夠產(chǎn)生應(yīng)有效果,則是適應(yīng)的；相反,不能夠產(chǎn)生應(yīng)有效果,則是不適應(yīng)的。

(不包含使用不滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的外加劑、水泥所引起的問題)出現(xiàn)的常見的適應(yīng)性不良問題外加劑在合適摻量的情況下初始流動性差

塌落度達(dá)不到要求塌落度經(jīng)時損失過快無法滿足施工要求泌水嚴(yán)重出現(xiàn)扒底、堵泵

表面泛霜現(xiàn)象急凝、假凝不正常凝結(jié)現(xiàn)象47第三節(jié)外加劑與水泥適應(yīng)性的影響因素1.水泥方面3.環(huán)境條件2.外加劑方面48當(dāng)水泥溫度過高,所摻加二水

石膏會部分脫水變?yōu)榘胨?這就容易導(dǎo)致水泥凈漿發(fā)生快凝而影響與減水劑的適應(yīng)性。石膏摻量過少,當(dāng)水泥中SO3含量較低時,使用減水劑時會產(chǎn)生坍落度損失很

大,甚至急凝現(xiàn)象。二.石膏的種類和摻量水泥孰料的礦物成分C3S,C2S,C3A,C4AF對外加劑的吸附能力是不一樣的，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其中C

3

A對減水劑的吸附量遠(yuǎn)高于其它礦物成分,依次是C

3

A>C

4

AF>C

3

S>C

2

S,其原因主要取決于水泥水化速度及水化產(chǎn)物的比表面積。由于C

3

A水化速度快,它對減水劑的吸附量也最大,因此,從適應(yīng)性上講,水泥熟料礦物中C

3

A的含量應(yīng)量盡低一些,而C

3

S含量高一些較為有利。一.水泥熟料礦物成分49隨著水泥堿含量的增大,高效減水劑對水泥的塑化效果變差。還會導(dǎo)致砼凝結(jié)時間縮短和坍落度損失變大,并存在有堿———骨料反應(yīng)的潛在危險。應(yīng)盡量使用堿含量≤0.6%的低堿水泥。四.堿含量不同種類混合材料對減水劑的吸附產(chǎn)生不同影響,礦渣對萘系減水劑的吸附量小于煤矸石,因此一般情況下?lián)降V渣的水泥對減水劑的適應(yīng)性優(yōu)于摻煤矸石的水泥。摻火山灰的水泥與減水劑的適應(yīng)性較差,主要表現(xiàn)流動性差,經(jīng)過損失也大。而摻不同品種粉煤灰時水泥與減水劑的適應(yīng)性差異較大。使用優(yōu)質(zhì)粉煤灰(含碳量≤5%)時塑化效果好,而使用粗粉煤灰,含碳量>5%的粉煤灰時塑化效果差。三.混合材料的種類50水泥中粗細(xì)顆粒級配恰當(dāng),則可得到良好的流變性能。水泥中3

～30

μm

的顆粒主要起強(qiáng)度增長作用,而大于60

μm

的顆粒則對強(qiáng)度不起作用,因此3

～30

μm

以下的顆粒只起早強(qiáng)作用。但顆粒小于10

μm的需水量大,因此流動性能好的水泥10

μm以下的顆粒應(yīng)當(dāng)少于10%。在我國目前的多數(shù)生產(chǎn)條件