第三章-水泥課件

第三章 水泥 Cement 水泥概述 3.1硅酸鹽水泥 3.2摻混合材料的硅酸鹽水泥 3.3高鋁水泥 3.4其它品種水泥1.發(fā)展史1824年英國泥瓦匠JosephAspdin發(fā)明;1889年中國唐山啟新洋灰公司開始生產(chǎn)水泥;現(xiàn)我國水泥年產(chǎn)量達6億噸左右,占世界總量1/2以上.2.重要性1）功能強大——水硬性，可加工性2）不可替代——住宅、辦公樓、道路、橋 梁、機場跑道、海港等3）應用形式的多樣性——混凝土，砂漿4）前景——地球、太空開發(fā)3.今后的發(fā)展1)“建筑業(yè)消耗世界40%的礦產(chǎn)資源和能源”，因此節(jié)約礦產(chǎn)和提高建筑物和構(gòu)筑物的壽命具有特別重大的意義。2)科學利用各種工業(yè)廢渣包括礦渣、粉煤灰和煤矸石等，既是提高水泥產(chǎn)量的重要途徑，也是實現(xiàn)我國水泥工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的重要原則和重要標志。

3)工程壽命由10年提高到50年，那么材料消耗相應地降低五分之一;若能再進一步提高到100年至250年，那么水泥、砂、石、水等材料的消耗將按比例進一步減少，同時還節(jié)約了鋼材。

4.水泥概述1、水泥定義 凡磨細成粉末狀，與水混合后，經(jīng)過物理、化學反應，能由可塑性漿體變成堅硬石狀物，既能在空氣中、又能在水中硬化，保持并增長強度的水硬性膠凝材料。1824年，英國人JosephAspdin發(fā)明。作用通式： 水泥+水

水泥漿

石狀物 水泥石 硬化水泥漿

5.2、品種

硅酸鹽水泥

普通硅酸鹽水泥硅酸鹽系列水泥

礦渣硅酸鹽水泥

火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥

粉煤灰硅酸鹽水泥 復合硅酸鹽水泥高鋁水泥硫鋁酸鹽水泥6.第一節(jié)硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥一、定義 一）硅酸鹽水泥Portlandcement定義:熟料+混合材（0-5%）+石膏 類型：P.I：熟料+0混合材+石膏

P.II：熟料 +5%混合材+石膏二）普通硅酸鹽水泥定義:熟料+5-15%混合材+石膏類型：P.O上述兩種水泥簡稱為硅水與普硅水7.二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)一）原料組成：

SiO2、Al2O3———粘土 CaO——————石灰石 Fe2O3——————鐵礦石二）生產(chǎn)工藝原料————熟料——水泥 條件條件 條件(配料、磨細)(1450C煅燒)(加石膏、磨細)8.三、硅酸鹽水泥熟料 Clinker（一）礦物組成2CaO·SiO2

—————C2S（15%-37%）3CaO·SiO2

—————C3S（36%-60%）3CaO·Al2O3

—————C3A（7%-15%）4CaO·Al2O3.Fe2O3

——C4AF（10%-18%）

其中C3S+C2S=75%-82%。因此稱之為硅酸鹽水泥熟料。（二）化學組成 仍為CaO、SiO2

、Al2O3、Fe2O39.（三）雜質(zhì) 1、游離CaO，f-CaO 類似于過火石灰 2、游離MgO，f-MgO 3、含堿礦物與玻璃體 含Na2O、K2O。這三種雜質(zhì)均對水泥不利。 水泥熟料=四種礦物+三種雜質(zhì) 四種礦物性能的迭加構(gòu)成水泥的性能。10.（四）每一種礦物單獨水化的特征11.12.（五）四種礦物數(shù)量的調(diào)整———水泥性能的調(diào)整 快硬高強水泥——C3S、C3A？ 低熱大壩水泥———C3S、C3A、C2S？*思考題：熟料主要需要C3S、C2S，為何還含 有C3A、C4AF？四、水化與凝結(jié)硬化思路： 加水——復雜過程——產(chǎn)物——機理—影響因素——技術(shù)性質(zhì)——腐蝕與防止13.現(xiàn)象：水泥顆粒+水——塑性漿體——石狀物 化學反應（本質(zhì)）（一）水化 Hydration水化： 主要是熟料4種礦物水化的迭加。1、C3S3CaO.SiO2

+nH2O==xCaO.SiO2.yH2O+ (3-x)Ca(OH)2簡寫：C3S+nH==CxSHy+(3-x)CH C-S-H或CSH14.2、C2S C2S+nH==C-S-H+(2-x)CH3、C3A 多種水化可能性，因此較復雜。（1）單獨水化 C3A+6H==C3AH6（2）在飽和CH溶液中， C3A+12H+CH==C4AH13 實際上水泥中，按（2）進行。然而有一個后果：瞬時凝結(jié)，閃凝 Flashset 原因：迅速增多且使水泥顆粒相互搭接。15.

對閃凝的控制：加石膏CaSO4.2H2O（3）生成高硫型水化硫鋁酸鈣C4AH13+3CSH2+14H==C3A.3CS.H32+CH其中，C3A.3CS.H32：水化硫鋁酸鈣，高硫型 又稱鈣礬石，或AFt（4）石膏耗盡，生成低硫型水化硫鋁酸鈣C3A.3CS.H32+2C4AH13==3C3A.CS.H12+ 2CH+20H其中，C3A.CS.H12：低硫型水化硫鋁酸鈣 AFm16.4、C4AF 反應與C3A類似。 C4AF+22H+4CH==C4AH13+C4FH13 C4AH13+C4FH13+6CSH2+28H ==C3A.3CS.H32+C3A.3CS.H32+2CHC3A.3CS.H32+C3A.3CS.H32+4C4AH13

==3C3A.CS.H12+3C3A.CS.H12+4CH+40H5、綜合水化特征 Cement+H2O——C3A立即反應 C3S、C4AF迅速反應17.

C2S反應較慢 ——————————

開始水化 幾分鐘后即生成 AFt,C-S-H,CH,C4AH136、水化產(chǎn)物形態(tài)

C-S-H：凝膠，針狀、片狀、花瓣狀

AFt：晶體，針狀

C4AH13：晶體，六角板狀 CH：晶體，六角板狀18.（二）凝結(jié)與硬化1、水化產(chǎn)物的特征C-S-H：凝膠，幾乎不溶于水，網(wǎng)狀高強度結(jié)構(gòu)

AFt：晶體，強度較低，

C4AH13：晶體，難溶于水，包裹水泥顆粒 CH：可溶性晶體，強度、耐水性與耐腐蝕性差

2、凝結(jié)硬化1）水化反應的初始反應期5-10min后，水化產(chǎn)物在水泥顆粒表面形成膜，主要為水化硫鋁酸鈣和水化硅酸鈣19.

2）水化反應水化產(chǎn)物在水泥顆粒表面形成膜，水化速度減慢，漿體變干稠，流動性基本不變。3）水化反應凝結(jié)期潛伏期結(jié)束后，水泥漿開始凝結(jié)（初凝），1-6小時內(nèi),重復包裹與破裂，開始失去塑性。4）硬化期水化產(chǎn)物填充顆粒間空隙，毛細孔減少，漿體密實，產(chǎn)生強度。20.五、水泥石的構(gòu)成與強度影響因素一）構(gòu)成水化產(chǎn)物；未水化水泥顆粒；毛細孔與氣孔二）強度影響因素1、水灰比W//C大，硬化慢，毛細孔多，強度低。2、齡期適宜條件下，齡期長，水化程度高，強度高3、養(yǎng)護條件1）溫度高，水化快，強度發(fā)展快，強度低負溫停止水化。2）濕度大，水化充分。21.六、硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥技術(shù)性質(zhì)

執(zhí)行《硅酸鹽、普通硅酸鹽水泥》（GB175-99)（一）細度水泥粒徑在7-200μm，40μm以下有活性。表示方法：比表面積法（cm2/g）篩余百分率（%）(80μm方孔篩）國家標準要求硅酸鹽水泥的比表面積大于3000cm2/g普通硅酸鹽水泥篩余量不得大于10%（二）凝結(jié)時間1、初凝與終凝

初凝時間：水泥加水至水泥漿開始失去塑性的時間22.終凝時間：水泥加水至水泥漿完全失去塑性時間初凝與終凝時間用凝結(jié)時間測定儀進行測定2、工程對初凝與終凝的要求初凝時間不宜過快—攪拌、運輸、澆注、振搗終凝時間不宜過長—澆注、振搗后凝結(jié)硬化3、國標的要求與調(diào)整方法初凝時間≥45min；終凝時間≤硅水6h30min普水10h摻入石膏調(diào)整凝結(jié)時間（過量與過少）23.4、凝結(jié)時間影響因素1）C3A多，石膏少，凝結(jié)快；2）細度大，凝結(jié)快；3）水灰比小，凝結(jié)速度快；4）溫度高，凝結(jié)速度快；5）混合材料摻量高，凝結(jié)速度。（三）體積安定性水泥硬化后，水泥漿發(fā)生不均勻體積變形，即體積安定性不良。這會使水泥石產(chǎn)生膨脹性裂縫，降低結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量，甚至引起嚴重的事故。1、引起體積安定性不良的原因水泥熟料中f–CaO、f–MgO或石膏摻量過高。24.2、評定方法餅法：水泥凈漿試餅沸煮3h后，觀察外觀（裂縫、彎曲、崩裂）。雷氏法：水泥凈漿在雷氏夾沸煮3h后，測量其膨脹值。3、國家標準規(guī)定

f–MgO≤5%(水化極其緩慢，壓蒸法可以檢出）SO3≤3.5%（長期浸水體積膨脹）4、體積穩(wěn)定性不良產(chǎn)品處置方法不合格產(chǎn)品屬廢品，不得使用。有些放置一段時間，吸水水化，變合格。25.（四）強度1、影響因素水泥熟料礦物組成、細度、摻合料種類與摻量、養(yǎng)護條件、齡期、試驗方法。2、評定方法與強度等級劃分1）評定方法水泥、ISO標準砂、水按一定比例制成的砂漿，按規(guī)定的方法成型成40×40×160mm試件，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護（20±1oC水中），測定其3d和28d抗壓強度與抗折強度。2）強度等級劃分根據(jù)上述試驗方法測得的抗壓強度與抗折強度，將硅水分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6個，普硅水分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6個等級。（見表）26.27.28.（五）水化熱1、水化熱：水泥水化過程放出來的熱量。2、水化熱影響因素1）礦物組成：C3A最高，C2S最低；2）細度：顆粒越細，水化熱越高；3）摻合料：摻入粉煤灰、磨細礦渣，水化熱低；4）緩凝劑：摻入緩凝劑，可以降低水化熱低。3、水化熱的在工程中的作用1）大型基礎(chǔ)、水壩、橋墩等大體積混凝土，易引起溫度應力，產(chǎn)生裂縫。2）冬季施工過程中，利用水化熱促進水化速度。29.30.（六）其他物理性能密度：3.0-3.15g/cm3，平均值取3.1g/cm3。堆積密度：1000-1600Kg/m3。31.七、水泥石的腐蝕與防止在通常使用條件下，硅酸鹽水泥的水泥石具有良好的耐久性，但是在某些腐蝕性液體與氣體介質(zhì)中，會逐步受到腐蝕。一）水泥石的腐蝕1、產(chǎn)生腐蝕原因1）內(nèi)因：存在C4AH13、CH等水化產(chǎn)物；水泥石有毛細孔、氣孔等。外因：周圍的水與有害介質(zhì)。2）幾種典型的腐蝕軟水侵蝕、鹽類腐蝕、酸類腐蝕、強堿腐蝕。32.二）幾種腐蝕產(chǎn)生的原因與危害（一）軟水腐蝕水泥石與流動的軟水接觸時，首先溶解CH帶走，PH值降低，引起其他水化產(chǎn)物分解溶出，結(jié)構(gòu)破壞。遇到靜水時，僅在表面發(fā)生；水泥石先在空氣中碳化，形成Ca(OH)2外殼，可起到保護作用。（二）硫酸鹽腐蝕海水、鹽沼澤、地下水、工業(yè)廢水等含有SO42-鹽。SO42-+Ca(OH)2+H2O—CaSO4·2H2OCaSO4·2H2O+C4AH13—AFtAFt體積膨脹1.5倍，結(jié)構(gòu)破壞，因此稱AFt為“水泥桿菌”33.34.（三）鎂鹽腐蝕海水及地下水含有鎂鹽。MgSO4+Ca(OH)2+

H2O—CaSO4·2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2—CaCl2+Mg(OH)2

Mg(OH)2無膠凝性，CaSO4·2H2O產(chǎn)生AFt腐蝕。（四）酸類腐蝕1、碳酸腐蝕地下水、工業(yè)廢水等含有大量CO2，與水泥石反應CO2+Ca(OH)2+

H2O—CaCO3+2H2OCO2濃度大時CO2+CaCO3+2H2O—Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)溶于水，發(fā)生溶出腐蝕。35.2、一般酸腐蝕地下水、工業(yè)廢水、沼澤水等含有大量酸，與水泥石反應如下：2HCl+Ca(OH)2—CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2—CaSO4+H2O(CaSO4還產(chǎn)生AFt腐蝕)（五）強堿腐蝕硅酸鹽水泥中C3A含量高，遇強堿NaOH或KOH，發(fā)生反應，生成溶于水的反應物。三）防止腐蝕的措施（一）根據(jù)侵蝕介質(zhì)的特點，選擇合理的水泥品種；（二）提高水泥石密實度；（三）加做保護層。36.六、硅水與普硅水的性能與應用一）強度等級高，強度發(fā)展速度快。適合制造高強混凝土、預應力混凝土、早期強度要求高的混凝土和冬季施工混凝土。二）抗凍性好。低水灰比，充分養(yǎng)護條件下，適宜用于嚴寒地區(qū)受反復凍融循環(huán)作用的混凝土。三）耐腐蝕性差。不宜使用于軟水流動部位與遭受海水腐蝕的部位。四）水化熱高。不宜用于大型基礎(chǔ)、橋墩、水壩等大體積混凝土。37.五）抗碳化性好適用于CO2濃度高的車間及翻砂鑄造車間。六）耐熱性差。不宜用于耐熱工程混凝土。七）干燥收縮小。適宜用于干燥環(huán)境。八）耐磨性好。適用于道路工程與地面工程。38.七、運輸與存放39.第二章?lián)饺牖旌喜牧系墓杷猁}水泥一、混合材料一）混合材料生產(chǎn)水泥時，為改善水泥性能，調(diào)節(jié)水泥標號，提高水泥產(chǎn)量，而加到水泥中的人工或天然礦物材料。分為有活性混合材料和非活性混合材料。二）幾種水泥混合料1、活性混合材料與石灰或石膏拌合在一起，常溫下與水作用，能生成水硬性膠凝材料的混合材料。40.1）?；郀t礦渣活性SiO2玻璃體、活性Al2O3玻璃體2）火山灰質(zhì)混合材料活性SiO2、活性Al2O3，含有一定含量玻璃體硅藻土、蛋白石、火山灰、凝灰?guī)r、沸石、煅燒煤矸石、燒粘土。3）粉煤灰活性SiO2、活性Al2O32、非活性混合材料常溫下不能與石灰或石膏反應生成水硬性膠凝材料磨細石英砂、石灰石、粘土、慢冷礦渣41.（二）活性混合材料的作用xCa(OH)2+SiO2+mH2O—xCaO?SiO2

?mH2OyCa(OH)2+AlO3+nH2O—yCaO?Al2O3

?nH2Ox、y與PH值溫度、時間有關(guān)二、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥（簡稱、火山灰水泥和粉煤灰水泥）一）定義1、礦渣水泥熟料+20-70%?；郀t礦渣+石膏代號：P?S42.2、火山灰水泥熟料+20-50%火山灰質(zhì)混合材+石膏代號：P?P3、粉煤灰水泥熟料+20-40%粉煤灰+石膏代號：P?F二）技術(shù)要求1、強度等級32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R（見表）2、體積安定性

1）MgO≤5%2)SO3礦渣≤4.0%；火山灰與粉煤灰≤3.5%。43.44.（三）三種水泥性質(zhì)與應用三種水泥組成與活性來源類似，因此其性質(zhì)有許多相似之處。但是活性混合材料的物理性質(zhì)及其礦物組成的差別，使水泥性質(zhì)存在一些差別。1、共同點1）早期強度低，后期強度增進率大。熟料摻量少→C3A、C3S含量少→二次反應慢→早期強度低，后期強度上去。應用：不宜用于早期強度要求高的砼，如現(xiàn)澆砼、冬季施工砼45.46.2）強度發(fā)展受溫度影響大（1）對溫度的敏感性，比普硅水泥或硅酸鹽水泥大。（2）低溫下水化明顯減慢，強度低。（3）采用高溫養(yǎng)護時，加大二次反應速率，可提高早期強度，而且不影響后期常溫下的強度發(fā)展。3）耐腐蝕性好熟料少→Ca(OH)2少，且與SiO2反應→抗腐蝕性好熟料少→C3AH6少，且與SiO2反應→抗腐蝕性好摻入燒粘土等Al2O3含量高的摻合料時，而硫酸鹽腐蝕性差。47.4）水化熱低熟料少→C3A，C3S含量少→水化熱低應用：適宜用于大體積砼工程。5）抗凍性與耐磨性差密實度低→抗凍，耐磨性差應用：不宜用于嚴寒地區(qū)水位上升部位內(nèi)砼工程及有耐磨要求工程6）抗碳化性差水泥石中Ca(OH)2含量少，抗碳化能力差。應用：不宜用于高CO2車間的砼工程

48.2、礦渣水泥的性質(zhì)與應用特點1）泌水性和干縮性較大玻璃體吸水性差，顆粒呈棱角狀，故保水性差。易泌水，干縮大。應用：不適宜用于有抗?jié)B要求的砼工程。凍融干濕交替作用砼工程2）耐熱性好水泥石Ca(OH)2含量少→200℃溫度下，強度不下降。礦渣的耐熱性好→200℃溫度下，強度不顯著下降。應用：適宜用于受熱砼49.3）上述三種混合水泥中礦渣水泥的混合材料摻量最高，因此其耐腐蝕性也最好，最穩(wěn)定。3、火山灰水泥的性質(zhì)與應用特點1）抗摻性好磨細的火山灰材料，泌水量少，在潮濕環(huán)境下，生成的水化產(chǎn)物CSH凝膠，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，具有很高的抗?jié)B性。應用：適宜用于滲砼工程2）干縮大，易起粉（1）火山灰水泥的干縮比礦渣水泥顯著，干燥空氣中易收縮，產(chǎn)生裂縫50.（2）空氣中CO2與C-S-H反應生成CaCO3與SiO2粉狀物，使硬化的水泥石表面易產(chǎn)生“起粉”現(xiàn)象。應用：加強養(yǎng)護，保持潮濕環(huán)境不宜用于干濕變替環(huán)境及有耐磨要求的砼工程4、粉煤灰水泥的物質(zhì)與應用特點1）早期強度低粉煁灰顆粒是致密的球形顆粒，不易水化，其活性發(fā)揮在后期。早期強度發(fā)展比礦渣水泥，火山灰水泥低，但是使其可以趕上。2）干縮小，抗裂性高吸水率小→需水量少→干縮小，抗裂性好51.四、復合水泥（一）定義：凡由硅酸鹽水泥熟料，兩種或兩種以上混合材，適量的石膏磨細而成的水硬性膠凝材料。代號P.C混合材摻量：混合材料15～50%，允許用≤8%的窯灰替代部分混合材料。（二）性質(zhì)：復合水泥摻入了兩種以上的混合材料，改善了上述礦渣水泥等三種水泥的性質(zhì)，其性質(zhì)接近于普硅水，并且水化熱低，耐腐蝕與抗?jié)B性好。52.（三）強度等級強度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等六等級。具體強度等級與水泥的