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1、 第第2 2章章 无无 机机 胶胶 凝凝 材材 料料海螺安徽宁国水泥厂海螺安徽宁国水泥厂 2.2 2.2 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥v水水 泥泥 概概 述：述：v1. 1.水泥是水硬性胶凝材料。水泥是水硬性胶凝材料。 v2.2.水泥是三大建筑主材之一，应用十分广泛。水泥是三大建筑主材之一，应用十分广泛。 v 水泥素有水泥素有“建筑工业的粮食建筑工业的粮食”之称。之称。v水泥的特点：水泥的特点：v1 1）水泥砼是一种）水泥砼是一种低能耗型建筑材料低能耗型建筑材料。v2 2）水泥）水泥具有许多优异性能：具有许多优异性能：v 水泥具有较好的可塑性；水泥具有较好的可塑性； v 水泥的适应性较强；水泥
2、的适应性较强；v 水泥可制成各种用途的水泥基复合材料；水泥可制成各种用途的水泥基复合材料；v 水泥耐久性较好。水泥耐久性较好。民用建筑民用建筑公路工程公路工程铁路工程铁路工程水利工程水利工程港口工程港口工程桥梁工程桥梁工程核电工程核电工程v3.3.水泥品种及分类水泥品种及分类v水泥品种水泥品种: :通常按组成成分命名通常按组成成分命名，如，如 v 硅酸盐水泥硅酸盐水泥（波特兰水泥）波特兰水泥） v 铝酸盐水泥铝酸盐水泥 v 硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥 v 氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥v工程上应用最多的是工程上应用最多的是6种种硅酸盐类水泥硅酸盐类水泥即即通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥：v 硅酸盐水泥硅
3、酸盐水泥v 普普 通通硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 矿矿 渣渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 火山灰质火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 粉粉 煤煤 灰灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 复复 合合硅酸盐水泥硅酸盐水泥 v v水泥水泥按性能及用途按性能及用途分分三大类三大类：v通用水泥通用水泥一般用途的水泥，一般用途的水泥，如如 6种主要水泥种主要水泥 v专用水泥专用水泥具有专门用途的水泥具有专门用途的水泥 v特性水泥特性水泥具有特殊性能的水泥具有特殊性能的水泥 大坝水泥大坝水泥 油井水泥油井水泥 砌筑水泥砌筑水泥 快硬水泥快硬水泥膨胀水泥膨胀水泥彩色水泥彩色水泥 v 4 4、水泥简史、水泥简史 v 石石 灰灰 罗马砂浆
4、罗马砂浆 水硬性石灰水硬性石灰 罗马水泥（天然水泥）罗马水泥（天然水泥） v 英国水泥英国水泥 波特兰水泥波特兰水泥( (硅酸盐水泥）硅酸盐水泥） v水硬性石灰：水硬性石灰：17561756年，史密顿用含年，史密顿用含黏土、石灰石黏土、石灰石制成的石灰制成的石灰称称水硬性石灰。水硬性石灰。 v罗马水泥（天然水泥）：罗马水泥（天然水泥）：17961796年，英国人派克用年，英国人派克用泥灰岩泥灰岩烧制烧制成水泥。称成水泥。称 “罗马水泥罗马水泥”（Roman CementRoman Cement），），亦称亦称天然水天然水泥泥。 v英国水泥：英国水泥： 18221822年，英国人福斯特将年，英国
5、人福斯特将白垩和黏土按白垩和黏土按2:12:1混合混合后加水湿磨成泥浆，泥浆沉淀、干燥后，入窑煅烧，冷却磨后加水湿磨成泥浆，泥浆沉淀、干燥后，入窑煅烧，冷却磨细成水泥，称细成水泥，称“英国水泥英国水泥”（British CementBritish Cement）。）。v波特兰水泥（硅酸盐水泥）：波特兰水泥（硅酸盐水泥）：18241824年，英国人阿斯谱丁（年，英国人阿斯谱丁（J. J. AspdinAspdin）获）获“波特兰水泥波特兰水泥”专利，成为专利，成为 水泥发明人水泥发明人。v该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料建筑用石料的的颜色
6、，所以被称为颜色，所以被称为“波特兰水泥波特兰水泥”。v v18891889年，年，河北河北唐山细绵土厂唐山细绵土厂建成投产（立窑）。建成投产（立窑）。v19061906年，年，建立建立启新洋灰公司启新洋灰公司，年产水泥，年产水泥4 4万吨。万吨。v v19521952年，年，我国制订了第一个我国制订了第一个水泥国家标准水泥国家标准：v将将波特兰水泥波特兰水泥按主要矿物组成改称为按主要矿物组成改称为矽酸盐水泥矽酸盐水泥，后又改称为后又改称为硅酸盐水泥硅酸盐水泥至今。至今。一、通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产概况一、通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产概况v（一）定义：（一）定义：v 通用硅酸盐水泥
7、通用硅酸盐水泥 Common Portland Cement v以硅酸盐以硅酸盐水泥熟料水泥熟料和适量和适量石膏石膏，及规定的，及规定的混混合材料合材料制成的水硬性胶凝材料，称为制成的水硬性胶凝材料，称为通用硅通用硅酸盐水泥酸盐水泥（波特兰水泥波特兰水泥）。）。v（二）分类（二）分类 ：v通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥按按混合材料混合材料的的品种品种和和掺量掺量的的不同分为：不同分为：v 硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 普普 通通硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 矿矿 渣渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 火山灰质火山灰质硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 粉粉 煤煤 灰灰硅酸盐水泥硅酸盐水泥v 复复 合合硅酸盐水泥硅酸盐水泥 品品
8、种种代号代号组组 分（质量百分数）分（质量百分数） (%)熟料熟料石膏石膏粒粒 化化高炉矿渣高炉矿渣火山灰质火山灰质混合材料混合材料粉煤灰粉煤灰石灰石石灰石硅酸盐水泥硅酸盐水泥P.100P.955955普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥P.O 80且且5且且20矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥P.S.A 50且且20且且50P.S.B 30且且50且且70火山灰质硅酸盐水火山灰质硅酸盐水泥泥P.P 60且且20且且40粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥P.F 60且且20且且40复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥P.C 50且且20且且50表表2-5 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥的组分和代号的组分和代号v（三）
9、生产概况（三）生产概况 v1.1.生产原料：生产原料： v石灰质原料石灰质原料：提供：提供CaO v粘土质原料粘土质原料：提供：提供SiO2、Al2O3、Fe2O3 v校校 正正 原料原料：调节某些氧化物之不足：调节某些氧化物之不足。v矿矿 化化 剂剂： 改善煅烧条件。改善煅烧条件。 石灰质原料石灰质原料 粘土质原料粘土质原料 v2.2.生产工艺生产工艺v通用硅酸盐水泥的通用硅酸盐水泥的生产工艺生产工艺可归纳为可归纳为两磨一烧：两磨一烧：v磨细磨细生料生料：生料配制与磨细。生料配制与磨细。 v煅烧煅烧生料生料：将生料入窑煅烧至部分熔融形成将生料入窑煅烧至部分熔融形成熟料熟料。v磨细磨细熟料熟料
10、：将：将熟料熟料与适量与适量石膏石膏及及混合材料混合材料共同磨共同磨v 细，即得细，即得水泥成品水泥成品。 硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的生产工艺流程生产工艺流程 硅酸盐水泥生产的硅酸盐水泥生产的主要工艺主要工艺流程流程煅烧：煅烧：v 在水泥生产的三阶段中，煅烧是水泥生产的关在水泥生产的三阶段中，煅烧是水泥生产的关键环节，虽方法各异键环节，虽方法各异（旋窑、立窑、干法、湿法）（旋窑、立窑、干法、湿法）但都但都要经历以下几个阶段：要经历以下几个阶段：v干燥干燥 预热预热 分解分解 熟料烧成熟料烧成 冷却冷却 v 其中其中熟料烧成熟料烧成是水泥生产的关键是水泥生产的关键v必须有必须有足够的温度、足够的时
11、间足够的温度、足够的时间，以保证水泥熟料，以保证水泥熟料的质量。的质量。v水泥熟料水泥熟料磨细时加入石膏的目的磨细时加入石膏的目的：v 调节水泥的凝结时间，使水泥不致发生调节水泥的凝结时间，使水泥不致发生急凝现象，故亦称急凝现象，故亦称石膏石膏为水泥缓凝剂为水泥缓凝剂。球磨机工作原理球磨机工作原理：本机为卧式筒形旋：本机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料装置经入料中型球磨机。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入球磨机第一仓，空轴螺旋均匀地进入球磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢
12、球，筒体转动产生离心力不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓产生重击和研磨作用。物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。箅板排出，完成粉磨作业。 水泥磨水泥磨/ /原料磨原料磨华润水泥华润水泥( (南宁南宁) )有限公有限公司司4000t/d4000t/d水泥熟料水泥熟料回回 转转 窑窑 2800t/d2800t/d水泥
13、熟料水泥熟料回回 转转 窑窑水泥冷却塔水泥冷却塔水泥冷却塔：水泥冷却塔： 主要由筒体部分、转子、冷却装主要由筒体部分、转子、冷却装置、传动装置、防护栏等组成。置、传动装置、防护栏等组成。 矿山水泥厂球磨机矿山水泥厂球磨机耐磨钢球耐磨钢球 水泥熟料块水泥熟料块水泥熟料塔水泥熟料塔水泥成品库水泥成品库v二、通用硅酸盐水泥的组成材料二、通用硅酸盐水泥的组成材料v 熟料、石膏、混合材料、助磨剂熟料、石膏、混合材料、助磨剂 。v（一）硅酸盐（一）硅酸盐水泥熟料水泥熟料v1.四种主要矿物成分：四种主要矿物成分：总含量总含量95%左右。左右。名名 称称矿物成分矿物成分（分子式）（分子式） 简简 称称含含 量
14、量(%)硅酸三钙硅酸三钙3CaO.SiO2C3S3760 硅酸二钙硅酸二钙2CaO.SiO2C2S15 37铝酸三钙铝酸三钙3CaO.Al2O3C3A715铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF1018v2.四种微量成分四种微量成分（有害成分）：（有害成分）：总含量总含量10% 10% v游离氧化钙游离氧化钙 v游离氧化镁游离氧化镁 v三三 氧氧 化硫化硫 v碱分（碱分（K K2 2O O、NaNa2 2O O）：）：v含量太高，可能导致砼结构发生含量太高，可能导致砼结构发生碱骨料破坏碱骨料破坏。含量过多，均导致水泥体积安定性不良。v（二）石（二）石 膏膏v 主要采用天然
15、石膏，也可采用工业副产石膏。主要采用天然石膏，也可采用工业副产石膏。v（三）混合材料（三）混合材料v【定义【定义】v在生产水泥时，掺入的天然或人工的矿物质材料，在生产水泥时，掺入的天然或人工的矿物质材料，称为水泥称为水泥混合材料混合材料。分。分活性活性混合材料混合材料和和非活性非活性混合混合材料材料两大类。两大类。v【掺混合材料的目的【掺混合材料的目的】v改善水泥的某些性能、调节水泥强度等级、节约水改善水泥的某些性能、调节水泥强度等级、节约水泥熟料、提高水泥产量、降低水泥成本、利用工业泥熟料、提高水泥产量、降低水泥成本、利用工业废渣等。废渣等。v1.1.活性混合材料活性混合材料v所谓所谓活性混
16、合材料活性混合材料是指这类材料磨成粉末后，与是指这类材料磨成粉末后，与石石灰、石膏或硅酸盐水泥灰、石膏或硅酸盐水泥加水拌和后能发生水化反应，加水拌和后能发生水化反应，在常温下能生成具有水硬性的胶凝物质。在常温下能生成具有水硬性的胶凝物质。v常用的活性混合材料常用的活性混合材料有：有：v 粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣 v 粉粉 煤煤 灰灰 v 火山灰质混合材料火山灰质混合材料 v粒化高炉矿渣：粒化高炉矿渣：v是炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒，粒径是炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒，粒径一般为一般为0.50.55mm5mm。急冷一般用水淬方法进行，故又称急冷一般用水淬方法进行
17、，故又称水淬高水淬高炉矿渣炉矿渣。 v主要成分：主要成分：活性活性SiOSiO2 2 、AlAl2 2O O3 3。具有较高的活性。具有较高的活性。v粉煤灰：粉煤灰：v是是火力火力发电厂锅炉以煤粉做燃料，由收尘器从其烟气中收集发电厂锅炉以煤粉做燃料，由收尘器从其烟气中收集下来的灰粉，又称下来的灰粉，又称飞灰飞灰。呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，。呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，粒径一般为粒径一般为0.0010.0010.05mm 0.05mm 。v主要成分：主要成分：活性活性SiOSiO2 2、 AlAl2 2O O3 3。具有较高的活性。具有较高的活性。v火山灰质混合材料：火山灰质混合材料：v凡
18、天然或人工的以凡天然或人工的以氧化硅、氧化铝氧化硅、氧化铝为主要成分的物质，本身为主要成分的物质，本身磨细加水并不硬化，但与气硬性的磨细加水并不硬化，但与气硬性的石灰石灰混合后，再加水拌和，混合后，再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，统称为则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，统称为火火山灰质混合材料。山灰质混合材料。v天然的天然的火山灰质混合材料：火山灰质混合材料：火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等。火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等。 v人工的人工的火山灰质混合材料：火山灰质混合材料：烧粘土、煤矸石、粉煤灰、煤渣等。烧粘土、煤矸石、粉煤灰、煤渣等。v2.非活性混合材料非活
19、性混合材料v凡不具有活性或活性很低的人工或天然的矿物质材凡不具有活性或活性很低的人工或天然的矿物质材料，磨成细粉后与料，磨成细粉后与石灰、石膏或硅酸盐水泥石灰、石膏或硅酸盐水泥加水拌加水拌和后，不能或很少生成水硬性的胶凝物质的材料，和后，不能或很少生成水硬性的胶凝物质的材料，称为称为非活性混合材料非活性混合材料。v掺加非活性混合材料的掺加非活性混合材料的目的目的：v起填充作用、增加水泥产量、降低水泥强度等级、起填充作用、增加水泥产量、降低水泥强度等级、降低水泥成本、减少水化热、调节水泥的某些性质降低水泥成本、减少水化热、调节水泥的某些性质等。等。v常用的非活性混合材料常用的非活性混合材料：v活
20、性指标低于标准要求的活性指标低于标准要求的粒化矿渣、火山灰、粉煤灰；粒化矿渣、火山灰、粉煤灰；v磨细的磨细的砂岩、石灰石、慢冷矿渣及各种废渣砂岩、石灰石、慢冷矿渣及各种废渣等。等。 v3. 窑窑 灰灰v窑灰窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘，应符是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘，应符合标准规定。合标准规定。v窑灰窑灰的的性能：性能：v介于介于活性混合材料活性混合材料与与非活性混合材料非活性混合材料之间。之间。v窑灰窑灰的的主要组成：主要组成：v碳酸钙、脱水粘土、玻璃态物质、氧化钙，另外还有少量的碳酸钙、脱水粘土、玻璃态物质、氧化钙，另外还有少量的熟料矿物、碱金属硫酸盐、石膏等。熟料矿物、
21、碱金属硫酸盐、石膏等。v（四）助（四）助 磨磨 剂剂v水泥熟料粉磨时，加入助磨剂，可以提高水泥熟料粉磨时，加入助磨剂，可以提高磨机磨机台时台时产量，降低粉磨电耗，减少熟料用量，增加混合料产量，降低粉磨电耗，减少熟料用量，增加混合料掺量，节约水泥生产成本。掺量，节约水泥生产成本。v国标规定：国标规定：v水泥熟料粉磨时允许加入助磨剂，水泥熟料粉磨时允许加入助磨剂，v但但加入量应不超过水泥质量的加入量应不超过水泥质量的0.5%。v且且助磨剂助磨剂质量符合质量符合JC/T667-2004水泥助磨剂水泥助磨剂标标准规定准规定。 v助磨剂作用机理：助磨剂作用机理：v降低降低颗粒表面能，颗粒表面能，减小减小
22、颗粒硬度及颗粒之间的黏附颗粒硬度及颗粒之间的黏附性，性，提高提高易磨性。易磨性。 三、通用硅酸盐水泥的技术要求三、通用硅酸盐水泥的技术要求v通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥技术要求技术要求有三方面：有三方面：v（一）化学指标（一）化学指标：v不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子含量含量。 v（二）碱（二）碱 含含 量：量：（选择性指标（选择性指标 ）v（三）物理指标（三）物理指标：v凝结时间、安定性、强度、细度凝结时间、安定性、强度、细度。 v（一）（一）化学指标化学指标：应符合标准规定。应符合标准规定。 v包括包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离
23、子不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子含量含量。v【不不 溶溶 物物】是指酸不溶、碱不溶的物质。是指酸不溶、碱不溶的物质。 v 不溶物不溶物对水泥质量有不良影响。对水泥质量有不良影响。v【烧【烧 失失 量量】是用来限制石膏和混合材料中的是用来限制石膏和混合材料中的杂杂v 质质，以保证水泥质量。，以保证水泥质量。v【三氧化硫【三氧化硫】水泥中三氧化硫过量，水泥中三氧化硫过量，危害安定性。危害安定性。v【氧【氧 化化 镁镁】水泥中氧化镁过量，水泥中氧化镁过量，危害安定性。危害安定性。 v【氯【氯 离离 子子】氯离子腐蚀钢筋，氯离子腐蚀钢筋，故需加以限制。故需加以限制。v（二）（二）碱含量碱含量
24、（选择性指标）：（选择性指标）：v碱含量碱含量是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量。是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量。v以以Na2O+0.658K2O计算值表示。计算值表示。v高碱水泥：高碱水泥：通常通常将碱含量将碱含量0.6%的水泥称为的水泥称为高碱水高碱水泥泥。v若使用若使用活性骨料、高碱水泥活性骨料、高碱水泥就有可能引起就有可能引起碱骨料反碱骨料反应应，影响工程质量。，影响工程质量。v国家标准中，对碱含量没有明确的质量指标要求，国家标准中，对碱含量没有明确的质量指标要求，但用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不得但用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不得大于大于0.6%0.6%，或由供需双方
25、商定。，或由供需双方商定。v（三）物理指标（三）物理指标：凝结时间、安定性、强度、细度。凝结时间、安定性、强度、细度。v1.1.凝结时间凝结时间 v1）定）定 义：义：v【凝结时间【凝结时间】是水泥从加水开始，到水泥浆失去可是水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。分塑性所需的时间。分初凝时间初凝时间和和终凝时间终凝时间。v【初凝时间【初凝时间】 从水泥加水拌和起，至从水泥加水拌和起，至标准稠度标准稠度的净的净浆浆开始失去可塑性开始失去可塑性所需的时间；所需的时间；v【终凝时间【终凝时间】 从水泥加水拌和起，至从水泥加水拌和起，至标准稠度标准稠度的净的净浆浆完全失去可塑性完全失去可塑性所
26、需的时间。所需的时间。v所谓所谓标准稠度标准稠度，是人为规定的水泥浆达到的某一稀稠程度。，是人为规定的水泥浆达到的某一稀稠程度。因为水泥浆的稀稠对水泥的技术性质影响较大，为了使水泥因为水泥浆的稀稠对水泥的技术性质影响较大，为了使水泥的技术性质具有准确的可比性，必须规定统一的稀稠程度作的技术性质具有准确的可比性，必须规定统一的稀稠程度作为试验的标准条件。为试验的标准条件。v2）检验方法：维卡仪法）检验方法：维卡仪法 v试验设备：试验设备：水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪（维卡仪）（维卡仪） v分两步试验：分两步试验：v测定水泥净浆的测定水泥净浆的“标准稠度标准稠度
27、”：v采用采用维卡仪维卡仪（试杆法），以试杆沉入净浆距底板（试杆法），以试杆沉入净浆距底板61mm时的稠度为时的稠度为“标准稠度标准稠度”。 v用标准稠度的水泥净浆，测定凝结时间：用标准稠度的水泥净浆，测定凝结时间：v在规定实验温度及湿度环境条件下，测定凝结时间。在规定实验温度及湿度环境条件下，测定凝结时间。v横截面积横截面积1mm2的标准试针，沉入标准稠度的水泥的标准试针，沉入标准稠度的水泥净浆中净浆中v 距底板距底板4mm，称，称初凝初凝。v 距表面距表面 0.5mm，称，称终凝终凝。水泥净浆搅拌机水泥净浆搅拌机维卡仪维卡仪v3）GB规定：规定：通用水泥通用水泥的凝结时间的凝结时间v 初凝
28、时间初凝时间 45min 终凝时间终凝时间 390min普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥初凝时间初凝时间 45min终凝时间终凝时间 600min硅硅 酸酸 盐盐 水水 泥泥水泥凝结时间的水泥凝结时间的工程意义工程意义：水泥初凝时间不能过短。水泥初凝时间不能过短。以保证施工时有足够的时间在水泥以保证施工时有足够的时间在水泥初凝之前完成砼各施工工序的操作。初凝之前完成砼各施工工序的操作。终凝时间不能太长。终凝时间不能太长。是为了使砼在浇筑完毕后能尽早完成凝是为了使砼在浇
29、筑完毕后能尽早完成凝结硬化，以利于下道工序的及早进行。结硬化，以利于下道工序的及早进行。v4）影响因素：）影响因素：水泥凝结时间的影响因素很多，如水泥凝结时间的影响因素很多，如v矿物成分矿物成分v熟料中熟料中C3A含量高，石膏掺量不足，使水泥快凝；含量高，石膏掺量不足，使水泥快凝；v细度细度v水泥的细度愈细，水化作用愈快，凝结愈快；水泥的细度愈细，水化作用愈快，凝结愈快；v水灰比水灰比v水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；v混合材料掺量混合材料掺量v混合材料掺量大，水泥过粗等都会使水泥凝结缓慢。混合材料掺量大，水泥过粗等都会使水泥凝结缓慢。 v2 2
30、安定性安定性v1 1）定）定 义义：v【安定性【安定性】水泥的水泥的安定性安定性是指是指水泥在凝结硬化过程水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。中体积变化的均匀性。v【安定性合格【安定性合格】水泥在凝结硬化过程中，产生均匀水泥在凝结硬化过程中，产生均匀的体积变化，则其的体积变化，则其安定性合格安定性合格。v【安定性不良【安定性不良】水泥在凝结硬化过程中，产生不均水泥在凝结硬化过程中，产生不均匀的体积变化，即所谓匀的体积变化，即所谓安定性不良安定性不良。v水泥水泥安定性不良，安定性不良，会使水泥制品、砼构件产生膨胀性裂缝，会使水泥制品、砼构件产生膨胀性裂缝，影响工程质量，甚至引起严重的工程事故。
31、影响工程质量，甚至引起严重的工程事故。vGBGB规定：规定：体积安定性不良体积安定性不良的水泥应作废品处理，不的水泥应作废品处理，不能应用于工程。能应用于工程。v2)2)v熟料中熟料中游离氧化钙游离氧化钙过多过多：v水泥熟料中含有水泥熟料中含有游离氧化钙游离氧化钙（呈过烧状态组织致密（呈过烧状态组织致密 ），熟），熟化速度很慢，当水泥已经硬化后才进行熟化，体积膨胀，使化速度很慢，当水泥已经硬化后才进行熟化，体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。水泥石发生不均匀体积变化。 v熟料中熟料中游离氧化镁游离氧化镁过多过多：v游离氧化镁游离氧化镁熟化速度比游离氧化钙还慢，当水泥已经硬化后熟化速度比游离氧
32、化钙还慢，当水泥已经硬化后才进行熟化，体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。才进行熟化，体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。 v熟料中熟料中石膏掺量石膏掺量过多：过多：v当石膏掺量过多，水泥硬化后，在有水存在的情况下，石膏当石膏掺量过多，水泥硬化后，在有水存在的情况下，石膏会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大，使水泥石开裂。体积增大，使水泥石开裂。引起水泥引起水泥安定安定性不良性不良的原因的原因熟料中熟料中游离氧化钙游离氧化钙过多过多熟料中熟料中游离氧化镁游离氧化镁过多过多熟料中熟料中石膏掺量石膏掺量过多过多v3）检
33、验方法）检验方法沸煮法沸煮法vGBGB规定：用规定：用沸煮法沸煮法检验水泥的体积安定性且检验水泥的体积安定性且必须合格必须合格。v具体方法有具体方法有试饼法（代用法）、雷氏夹法（标准法）试饼法（代用法）、雷氏夹法（标准法）。 v试试 饼饼 法法：用肉眼观察无裂纹、用直尺检查无弯曲，则称为：用肉眼观察无裂纹、用直尺检查无弯曲，则称为安定性合格。安定性合格。v雷氏夹法雷氏夹法：指针膨胀值：指针膨胀值5mm5mm，称为安定性合格。反之，为，称为安定性合格。反之，为不合格。不合格。v试饼法、雷氏法二者检验结果不一致时，以雷氏法为准。试饼法、雷氏法二者检验结果不一致时，以雷氏法为准。v. .沸沸 煮煮
34、法法： 检验检验游离氧化钙游离氧化钙的危害。的危害。 v 压压 蒸蒸 法：法： 检验检验游离氧化镁游离氧化镁的危害。的危害。 v 长期水浸法：长期水浸法： 检验检验多余多余石石 膏膏的危害。的危害。v由于由于游离氧化镁、石膏游离氧化镁、石膏对水泥体积安定性的影响均不便于快对水泥体积安定性的影响均不便于快速检验。所以，国家标准对水泥中速检验。所以，国家标准对水泥中游离氧化镁、三氧化硫游离氧化镁、三氧化硫作作定量限制，以此控制水泥的体积安定性。故生产应用一般不定量限制，以此控制水泥的体积安定性。故生产应用一般不做此两项试验。做此两项试验。 水泥安定性试验用水泥安定性试验用压蒸釜压蒸釜水泥安定性试验
35、用水泥安定性试验用沸煮箱沸煮箱v3 3强强 度度 v1 1）【水泥强度）【水泥强度】v水泥强度水泥强度是指水泥胶结能力的大小。是是指水泥胶结能力的大小。是用用标准试验标准试验方法制作的，硬化至一定龄期的方法制作的，硬化至一定龄期的水泥胶砂试件的强水泥胶砂试件的强度度表示。表示。v2 2）【水泥胶砂试件的强度）【水泥胶砂试件的强度】v根据国家标准的规定，根据国家标准的规定，水泥水泥和和标准砂标准砂按按1:31:3混合，混合，用用0.50.5的的水灰比水灰比，按规定的方法制成，按规定的方法制成4040* *4040* *160mm160mm标标准试件准试件, ,在标准温度（在标准温度（202011
36、）的水中养护，测定）的水中养护，测定3d3d和和28d28d的强度的强度, ,即为即为水泥胶砂试件的强度水泥胶砂试件的强度。JJ-5JJ-5型型水泥胶砂搅拌机水泥胶砂搅拌机 ZS15型水泥胶砂振实台型水泥胶砂振实台 水泥胶砂强度试模水泥胶砂强度试模 水泥胶砂抗折试验机水泥胶砂抗折试验机压力试验机压力试验机水泥胶砂抗压夹具水泥胶砂抗压夹具v3）【强度等级）【强度等级】v根据水泥胶砂试件的强度，将水泥分为若干等级，根据水泥胶砂试件的强度，将水泥分为若干等级，各强度等级、各龄期的强度值不得低于各强度等级、各龄期的强度值不得低于国标规定数国标规定数值（标准值）。值（标准值）。 v硅酸盐水泥分硅酸盐水泥
37、分6个强度等级：个强度等级：v42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。v其中代号其中代号R表示早强型水泥。表示早强型水泥。v普通硅酸盐水泥分普通硅酸盐水泥分4个强度等级：个强度等级：v42.5、42.5R、52.5、52.5R。v矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥分矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥分6个强度等级：个强度等级：v32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。 v由表由表2-82-8分析知：分析知：v表中强度标准值为下限值，水泥产品表中强度标准值为下限值，水泥产品实测强度值实测强度值均应均应标准值标准值方为合格。方为合
38、格。 v硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥强度等级强度等级相同，对相同，对应龄期的应龄期的强度强度标准值标准值相等。相等。v混合材料掺量较多的四种通用水泥各龄期混合材料掺量较多的四种通用水泥各龄期强度强度标标准值准值要求相同。要求相同。v同品种水泥，同品种水泥，强度等级强度等级越高，越高，早期强度早期强度及及后期强后期强度度越高。越高。v强度等级强度等级相同时，混合材料掺量较少的水泥，相同时，混合材料掺量较少的水泥，早早期强度期强度较高；但较高；但28d28d强度强度标准值标准值相同。相同。 v4. 4. 细细 度度（选择性指标）（选择性指标）v1）定义：）定义：水泥细度是指
39、水泥颗粒的粗细程度。水泥细度是指水泥颗粒的粗细程度。 v水泥细度对水泥性质有很大影响：水泥细度对水泥性质有很大影响：v颗粒愈细，颗粒愈细，与水接触面积愈大，水化愈充分，水化与水接触面积愈大，水化愈充分，水化速度愈快。因而早期强度和后期强度都较高。速度愈快。因而早期强度和后期强度都较高。 v颗粒过细，颗粒过细，在空气中易吸收水分及在空气中易吸收水分及CO2而变质，且而变质，且在空气中硬化时，收缩性较大，砼发生裂缝的可能在空气中硬化时，收缩性较大，砼发生裂缝的可能性增加。且性增加。且成本也较高。成本也较高。v颗粒过粗颗粒过粗则不利于水泥活性的发挥。则不利于水泥活性的发挥。 v从技术、经济两方面综合
40、考虑，水泥细度要适当，从技术、经济两方面综合考虑，水泥细度要适当，既不能过粗，亦不宜过细。既不能过粗，亦不宜过细。v2 2）细度指标）细度指标：vGBGB规定，通用水泥的细度用规定，通用水泥的细度用比表面积比表面积或或筛余筛余表示。表示。v【比表面积【比表面积】硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的细度的细度以以比表面积比表面积表示。表示。v要求要求比表面积比表面积300m300m2 2/Kg/Kg。v【筛【筛 余余】矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的细度以的细度以筛余筛余表
41、示。表示。v要求要求80um80um方孔筛筛余方孔筛筛余10%10%v 或或45um45um方孔筛筛余方孔筛筛余30% 30% 数显勃氏透气比表面积测定仪数显勃氏透气比表面积测定仪 电动勃氏透气比表面积测定仪电动勃氏透气比表面积测定仪3) 3) 检验方法检验方法比表面积法比表面积法和和筛析法筛析法比表面积法比表面积法：是根据一定量空气通过一是根据一定量空气通过一定空隙率和厚度的水泥层定空隙率和厚度的水泥层时，所受阻力不同而引起时，所受阻力不同而引起流速的变化来测定水泥的流速的变化来测定水泥的比表面积比表面积（单位质量的粉末（单位质量的粉末所具有的总表面积），所具有的总表面积），以以m m2 2
42、/Kg/Kg表示。表示。水泥负压筛析仪水泥负压筛析仪 筛析法筛析法： 采用边长采用边长为为80um80um或或45um45um的方孔筛对水的方孔筛对水泥试样进行筛泥试样进行筛析试验，析试验，用筛用筛余百分数表示水余百分数表示水泥的细度。泥的细度。 以负压法以负压法作为标准方法。作为标准方法。 水泥水筛仪水泥水筛仪v5 5水水 化化 热热v【水化热【水化热】水泥与水接触发生水化反应时所放出的水泥与水接触发生水化反应时所放出的热量，称为水泥的热量，称为水泥的水化热。水化热。 v影响水化热大小及放热速度的因素有影响水化热大小及放热速度的因素有: :v矿物成分：矿物成分：C3A、C3S含量高，水化热大
43、。含量高，水化热大。v细度：细度：水泥颗粒愈细，水化速度愈快，水化放热量愈大。水泥颗粒愈细，水化速度愈快，水化放热量愈大。v混合材料品种及掺量：混合材料品种及掺量： v混合材料能降低水泥水化热，掺量多，水化热小。混合材料能降低水泥水化热，掺量多，水化热小。v外加剂品种及掺量：外加剂品种及掺量：v促凝剂促凝剂能增大水化热及放热速度；能增大水化热及放热速度；v缓凝剂缓凝剂能减小水化热及放热速度。能减小水化热及放热速度。v养护条件：养护条件：v砼环境温度高、湿度大，水化速度快，水化放热量大。砼环境温度高、湿度大，水化速度快，水化放热量大。 水化热大，水化热大，对一般建筑物的冬季施工有利，对一般建筑物
44、的冬季施工有利，防止砼产防止砼产生冻害；生冻害；水化热大，水化热大，对于大体积砼工程有害，对于大体积砼工程有害，可能导致砼产生可能导致砼产生温度裂缝温度裂缝 。硅酸盐水泥的水化热较大，硅酸盐水泥的水化热较大，对于大体积砼工程，不宜采用硅对于大体积砼工程，不宜采用硅酸盐水泥酸盐水泥，而，而应采用水化热低的水泥如矿渣水泥应采用水化热低的水泥如矿渣水泥等。等。水泥水化热试验装置水泥水化热试验装置 v6 6密度、堆积密度密度、堆积密度v水泥水泥密度、堆积密度密度、堆积密度在实际工程中亦经常用到。在实际工程中亦经常用到。v硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的密度密度为为3.13.13.2g/cm3.2g/cm3 3
45、。v堆积密度堆积密度按松紧程度在按松紧程度在9009001600Kg/m1600Kg/m3 3之间。之间。四、通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能四、通用硅酸盐水泥的水化硬化与性能v水泥与水发生反应（水化、水解）称为水泥与水发生反应（水化、水解）称为水泥的水化。水泥的水化。v水泥水化水泥水化，生成水化产物，并放出一定热量。，生成水化产物，并放出一定热量。v（一）（一）硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化v四种熟料矿物水化速度：四种熟料矿物水化速度：v C C3 3A A 水化速度水化速度最快最快；v C C3 3S S 和和C C4 4AFAF的水化速度的水化速度较快较快；v C C2 2S S水化速度
46、水化速度最慢最慢。 vC3S水化：水化： v vC2S水化：水化： v v vC3A水化：水化： v v v v v v 22222)(3336)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO22222)(33234)2( 2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374 铁铝酸四钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙水化铁酸钙C4AF水化：水化： 铝酸三钙 水化铝酸钙水化铝酸钙硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙v硅酸三钙 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙v纯纯C C3 3A
47、 A与水反应很强烈，导致水泥速凝与水反应很强烈，导致水泥速凝，为避免水泥，为避免水泥速凝，水泥中常加入适量石膏，以调节水泥的凝结速凝，水泥中常加入适量石膏，以调节水泥的凝结时间，故石膏亦称为时间，故石膏亦称为水泥缓凝剂水泥缓凝剂。v机理如下：机理如下：v在有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应，生成在有石膏存在时，水化铝酸钙与石膏反应，生成难难溶于水的溶于水的高硫型水化硫铝酸钙高硫型水化硫铝酸钙针状晶体，也称针状晶体，也称钙矾钙矾石。石。v钙矾石钙矾石沉积在水泥颗粒表面，阻碍水泥颗粒与水接沉积在水泥颗粒表面，阻碍水泥颗粒与水接触，使水泥水化延缓，达到调节水泥凝结时间的目触，使水泥水化延缓，达到调节
48、水泥凝结时间的目的。的。v如不掺入石膏或石膏掺量不足时，水泥会发生瞬凝。如不掺入石膏或石膏掺量不足时，水泥会发生瞬凝。 v水化后期，石膏耗尽后，部分钙矾石又与水化后期，石膏耗尽后，部分钙矾石又与C C3 3A A反应，反应，转化为转化为单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙晶体。晶体。v硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性 表表2 29 9 矿物名称矿物名称性性 能能C3SC2SC3AC4AF水化硬化水化硬化速速 度度快快慢慢最快最快快快28d水化热水化热多多少少最多最多中中强强 度度高高早期低早期低 后期高后期高低低低低耐耐 化化 学学侵侵 蚀蚀 性性中中良良差差优优干干
49、缩缩 性性中中小小大大小小v v水泥是几种熟料矿物的混合物，且各种矿物成分各水泥是几种熟料矿物的混合物，且各种矿物成分各具特性，故改变熟料矿物组成的相对含量，水泥性具特性，故改变熟料矿物组成的相对含量，水泥性质即发生变化。质即发生变化。v例如：例如：v提高提高C C3 3S S含量，可以制得高强水泥；含量，可以制得高强水泥；v降低降低C C3 3A A和和C C3 3S S含量，提高含量，提高C C2 2S S 含量，可制得低热水泥，如大含量，可制得低热水泥，如大坝水泥。坝水泥。v不同品种的水泥正是通过改变水泥熟料矿物组成的不同品种的水泥正是通过改变水泥熟料矿物组成的相对含量而制成的。相对含量
50、而制成的。 硅酸盐水泥充分水化后的主要水化产物硅酸盐水泥充分水化后的主要水化产物名名 称称水水 化化硅酸钙硅酸钙 水水 化化铁酸钙铁酸钙氢氧化钙氢氧化钙水水 化化铝酸钙铝酸钙水水 化化硫铝酸钙硫铝酸钙C3S2.3H2O CF.H2OCa(OH)2C3A.6H2O高硫型高硫型 单硫型单硫型存存 在在状状 态态 凝凝 胶胶 体体晶晶 体体含含 量量（）（）70207（二）（二）硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的凝结硬化凝结硬化过程过程v【凝结【凝结】水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性的浆体，随水泥加水拌和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的延长，水泥浆逐渐变稠失去塑性，但尚不具有强度着时间的延长，水泥浆