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1、第五章水泥第一页，本课件共有79页内容提要o水泥生产o水泥分类o水泥的水化、凝结和硬化的过程o硅酸盐水泥的性质第二页，本课件共有79页4.1 水泥的定义和分类定义 水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。第三页，本课件共有79页一、应用范围o干燥环境工程部位o潮湿环境工程部位o水工构筑物第四页，本课件共有79页二、水泥的分类o按用途分类具有某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥,膨胀水泥等具有专门用途水泥，如 大坝水泥，道路水泥,油井水泥等用于一般土木建筑工程中的水
2、泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等第五页，本课件共有79页二、水泥的分类（续）o按化学成分分类第六页，本课件共有79页三、我国水泥工业的发展我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。第七页，本课件共有79页4.2 4.2 硅酸盐水泥硅酸盐水泥p硅酸盐水泥硅酸盐水泥定义定义 GB175-2007定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。第八页，本课件共有79页一、硅酸盐水泥生产一、硅酸盐水泥生产 p生产原料生产原料石灰质原料：如石灰石、白垩等，主要提供CaO粘土质原料：如粘土、粘土质页岩等，
3、主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3 有时两种原料化学组成不能满足要求，还要加入少量校正原料(如铁矿粉等)调整。第九页，本课件共有79页一、硅酸盐水泥生产一、硅酸盐水泥生产(续续)p生产工艺生产工艺 两两磨磨一一烧烧生生料料制制备备、熟熟料料煅煅烧烧和和水水泥泥粉粉磨磨三个过程三个过程第十页，本课件共有79页一、硅酸盐水泥生产一、硅酸盐水泥生产(续续)o生产方法生产方法o干法立窑生产o湿法回转窑生产第十一页，本课件共有79页一、硅酸盐水泥生产一、硅酸盐水泥生产(续续)第十二页，本课件共有79页二、水泥的组成材料第十三页，本课件共有79页1 熟料特性矿物组成矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙
4、硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 C3SC2SC3AC4AF含量含量 /%/%37376060 最多最多15153737次之次之 7 715 15 少少 101018 18 少少 水化速度水化速度 较快较快慢慢快快中中水化热水化热 中中低低高高中中强度强度 高高早期低后期早期低后期高高低低中中(抗折强度抗折强度)耐化学侵蚀耐化学侵蚀 中中良良差差优优干缩性干缩性 中中小小大大小小第十四页，本课件共有79页实实 例例快硬水泥：快硬水泥：3d3d抗压强度高，熟料中抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。含量高。适用于适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。紧急抢修工程、军事工程、
5、冬季施工工程。道道路路水水泥泥：抗抗折折强强度度高高，耐耐磨磨、抗抗冲冲击击、抗抗冻冻和和抗抗硫硫酸酸性性好、干缩性小。好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。含量高。适用于适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。道路路面、机场道面、城市广场等工程。适用于适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。水化放热较低，水化放热较低，C C2 2S S含量高，含量高，C C3 3A A含量低含量低大坝水泥：大坝水泥：简称中热水泥简称中热水泥低热矿渣水泥：低热矿渣水泥：加入矿渣加入矿渣第十五页，本课件共有79页三、水泥的组成材料(续)o石膏o
6、混合材料第十六页，本课件共有79页1 1 石膏的作用石膏的作用o作用：作用：缓凝剂缓凝剂 水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工。加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高加入适量的石膏会延缓凝结时间，同时还有利于提高水泥早期强度、降低干缩变形等性能。水泥早期强度、降低干缩变形等性能。o石膏品种：石膏品种：主要采用天然石膏、工业副产石膏。主要采用天然石膏、工业副产石膏。第十七页，本课件共有79页2、混合材料p36o1、活性混合材料。具有火山灰特性及潜在水硬性的混合料。o2、非活性混合材料。在水泥中主要起填充作用，本身不具有（或者具有微弱的
7、）潜在水硬性或者火山灰特性，但可以调节水泥强度，增加水泥产量、降低水化热等。第十八页，本课件共有79页4.3 水泥的水化、凝结与硬化o水化o水化机理o水化产物o凝结o初凝o终凝o硬化o硬化机理o硬化产物第十九页，本课件共有79页一、一、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 水化速度快水化速度快 长纤维状长纤维状 短纤维状短纤维状六方板结晶六方板结晶缓凝机理：缓凝机理：同上同上针状结晶针状结晶 立方板状结晶立方板状结晶 第二十页，本课件共有79页水泥浆电镜照片第二十一页，本课件共有79页水泥石电镜照片第二十二页，本课件共有79页一一.硅酸盐水泥的水化（续）硅酸盐水泥的水化（续）第二十三页，本课件共有
8、79页二、水泥的凝结硬化p随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性，形成具有一定强度的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。第二十四页，本课件共有79页第一阶段：第一阶段：大大约约在在水水泥泥拌拌水水起起至至初初凝凝时时止止，C C3 3S S迅迅速速反反应应生生成成Ca(OH)Ca(OH)2 2。石石膏膏和和C C3 3A A反反应应生生成成钙钙矾矾石石晶体。晶体。水泥浆呈塑性状态。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：第二阶段：大大约约从从初初凝凝起起至至24h24h止止，水水泥泥水水化化加加速速，生生成成较较多多的的Ca(OH)Ca(OH)2 2、钙钙矾矾石石晶晶体体、水水化化硅硅酸酸钙钙凝凝胶。胶。水化产
9、物大量生成，水泥凝结。水化产物大量生成，水泥凝结。第三阶段：第三阶段：指指24h24h以以后后直直到到水水化化结结束束。所所有有水水化化产产物物生生成成，数数量量不不断断增增加加，结结构构更更加加致致密密，强强度不断提高。度不断提高。二、二、水泥的凝结硬化第二十五页，本课件共有79页水泥石构造第二十六页，本课件共有79页3 水泥的技术性质第二十七页，本课件共有79页3 水泥的技术性质第二十八页，本课件共有79页2 细度0.08mm0.08mm方孔筛筛余量方孔筛筛余量:%:%负压筛法负压筛法（适用于其它水泥）（适用于其它水泥）比表面积：比表面积：m m2 2/kg/kg，cmcm2 2/g/g勃
10、氏法勃氏法（适用于硅酸盐水泥）（适用于硅酸盐水泥）a.a.指标指标第二十九页，本课件共有79页3 标准稠度用水量o在测定水泥的凝结时间和安定性时，为使其测定结果具有可比性，必须采用标准稠度的水泥净浆进行测定。o GB/T 1346-2001规定，以标准法维卡仪的试杆沉入净浆距底板的距离为6mm1mm时的水泥浆的稠度作为标准稠度。o水泥净浆达到标准稠度时所需拌和水量称为标准稠度用水量。第三十页，本课件共有79页3 标准稠度用水量o不同水泥标准稠度用水量不同，一般在24%-30%之间o 标准法维卡仪第三十一页，本课件共有79页四、四、凝结时间凝结时间 初凝状态：初凝状态：水泥加水起至水泥浆水泥加水
11、起至水泥浆刚刚失去可塑性刚刚失去可塑性 所需的时间所需的时间初凝时间初凝时间。终凝状态：水泥加水起至水泥浆终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性完全失去可塑性 所需的时间所需的时间终凝时间终凝时间。两种状态两种状态o定义：水泥加水拌和起至水泥浆定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑失去可塑性性所需的时间所需的时间-称为凝结时间。称为凝结时间。第三十二页，本课件共有79页四、四、凝结时间凝结时间o水泥的凝结初凝时间终凝时间完全失去可塑性水泥全部加入水中开始失去可塑性第三十三页，本课件共有79页四、四、凝结时间凝结时间p 水泥的初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。p水泥的初凝时间太短，则在施工前
12、即已失去流动性和可塑性而无法施工；水泥的终凝时间过长，则将延长施工进度和模板周转期。p我国现行国标(GB1346-2001)规定，硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。第三十四页，本课件共有79页试验仪器终凝试针终凝试针初凝试针初凝试针标准法维卡仪标准法维卡仪第三十五页，本课件共有79页五、五、体积安定性体积安定性第三十六页，本课件共有79页引起水泥体积安定性不良的原因是：水泥中含有过多的游离CaO和MgO。是过烧的CaO和MgO，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的Ca(OH)2晶体，这时体积膨胀97%以上，从而导
13、致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。石膏掺量过多。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。第三十七页，本课件共有79页五、五、体积安定性体积安定性国家标准(GB1346-2001)规定，硅酸盐水泥的体积安定性用沸煮法检验必须合格。沸煮法分雷氏法（标准法）和试饼法（代用法）两种。雷氏法是将标准稠度的水泥净浆按规定方法装入雷氏夹的环形试模中，湿养24h后测定指针尖端距离。第三十八页，本课件共有79页雷氏法雷氏法发生争议以雷氏法为主发生争议以雷氏法为主c.c.试验方法试验方法:试饼法试饼法雷氏夹膨胀测定仪雷氏夹膨胀测定仪雷氏夹雷氏夹
14、沸煮箱沸煮箱第三十九页，本课件共有79页五、五、体积安定性体积安定性p 试饼法是用标准稠度的水泥净浆按规定方法制成规定的试饼，经养护、沸煮后，观察饼的外形变化，如目测试饼无裂纹，用钢直尺检查无弯曲，则认为安定性合格，反之为不合格。第四十页，本课件共有79页六、强度p水泥技术要求中最基本的指标，它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。p水泥的强度越高，其胶结能力也越大。p水泥的强度以水泥胶砂试块的强度表征第四十一页，本课件共有79页六、强度o胶砂试块的制作n将水泥、标准砂及水按规定的比例配制n制成40mm40mm160mm的标准试件n在标准条件（24h之内在温度201，相对湿度不低于90的养护箱或
15、雾室内，24h后在201的水中）下养护o胶砂试块的强度测试n测定其3d和28d的抗折强度和抗压强度。第四十二页，本课件共有79页水泥胶砂搅拌机水泥胶砂搅拌机水泥胶砂试模水泥胶砂试模水泥胶砂振实台水泥胶砂振实台第四十三页，本课件共有79页电动抗折试验机电动抗折试验机压力试验机压力试验机第四十四页，本课件共有79页六、强度第四十五页，本课件共有79页七、水化热第四十六页，本课件共有79页八、碱含量o碱含量指水泥中碱性氧化物K2O、Na2O的含量o碱骨料反应！o不超过0.6%第四十七页，本课件共有79页八八.硅酸盐水泥的技术标准硅酸盐水泥的技术标准（1 1）技术标准）技术标准第四十八页，本课件共有7
16、9页4.4 水泥腐蚀o水泥腐蚀原理水泥腐蚀原理自身原因&CH和CAH&孔隙 外部原因&软水&酸&碱&盐第四十九页，本课件共有79页4.4 水泥腐蚀o水泥腐蚀方式水泥腐蚀方式物理腐蚀&溶出性腐蚀软水腐蚀&结晶腐蚀盐的腐蚀化学腐蚀&溶解性腐蚀酸和盐腐蚀&膨胀性腐蚀盐和强碱的腐蚀第五十页，本课件共有79页4.4 水泥腐蚀p防止防止 1 1）根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种）根据腐蚀环境特点合理选用水泥品种 2 2）提高水泥石的密实度）提高水泥石的密实度 3 3）敷设耐蚀保护层）敷设耐蚀保护层当腐蚀作用较强时，可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀不透水的保护层当腐蚀作用较强时，可在混凝土表面敷设一层耐腐蚀不透
17、水的保护层 通常采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或沥青等。通常采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或沥青等。第五十一页，本课件共有79页4.5 硅酸盐水泥的特性第五十二页，本课件共有79页混合材料混合材料 1 1）活性混合材料）活性混合材料 2 2）非活性混合材料）非活性混合材料4.5 其他通用水泥添加了混合材料的硅酸盐水泥添加了混合材料的硅酸盐水泥第五十三页，本课件共有79页1 1）活性混合材料）活性混合材料 系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。系指具有火山灰性或潜在水硬性的混合料。炼钢厂冶炼生铁时的副产品。炼钢厂冶炼生铁时的副产品。主要成分：主要成分：CaOCaO、AlAl2 2O O3
18、 3、SiOSiO2 2。具有较高的化学潜能，但稳定性差。具有较高的化学潜能，但稳定性差。粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣山灰质混合材料山灰质混合材料粉煤灰粉煤灰火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。主要成分：较多的主要成分：较多的SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3和少量的和少量的CaOCaO具有较高的活性。具有较高的活性。o天然的、人工的天然的、人工的主要成分：主要成分：AlAl2 2O O3 3、SiOSiO2 2。本身不硬化，本身不硬化，+石灰石灰+水起胶凝作用。水起胶凝作用。第五十四页，本课件共有79页2 2）非活性混合材料）非活性混合材料o 定义
19、：定义：在水泥中主要起填充作用，本身不具有在水泥中主要起填充作用，本身不具有 （或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。（或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。o 目的：目的：调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。o 常常用用种种类类：磨磨细细的的石石灰灰石石、石石英英岩岩、粘粘土土、慢慢冷冷矿矿渣渣、高硅质炉灰等。高硅质炉灰等。第五十五页，本课件共有79页五大品种通用水泥五大品种通用水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥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硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥 不掺混合材不掺混合材+少量
20、混合材少量混合材（水泥量水泥量5%5%）硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料+适量石膏适量石膏+多量混合材多量混合材（水泥量（水泥量2020%）P P P P +少量混合材少量混合材（水泥量（水泥量6%6%15%15%）P PO O 粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣 P PP P P PF F P PS S 火山灰火山灰 粉煤灰粉煤灰第五十六页，本课件共有79页普通硅酸盐水泥（P.O）第五十七页，本课件共有79页普通硅酸盐水泥（P.O）第五十八页，本课件共有79页普通硅酸盐水泥（P.O）第五十九页，本课件共有79页矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥第六十页，本课件共有79页矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥第六十
21、一页，本课件共有79页矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥第六十二页，本课件共有79页矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥第六十三页，本课件共有79页五大品种硅酸盐水泥的特性及应用五大品种硅酸盐水泥的特性及应用第六十四页，本课件共有79页第六十五页，本课件共有79页通用水泥的质量验收第六十六页，本课件共有79页通用水泥的质量验收第六十七页，本课件共有79页通用水泥的质量评定第六十八页，本课件共有79页通用水泥的保管第六十九页，本课件共有79页通用水泥的应用第七十页，本课件共有79页特性水泥和专用水泥特性水泥和专用水泥 特性水泥：特性水泥：铝酸盐水泥铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥快硬硫铝酸盐水泥道路硅酸盐水泥道路硅酸盐水泥白色和彩色水泥白色和彩色水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥专用水泥：专用水泥：砌筑水泥砌筑水泥膨胀和自应力水泥膨胀和自应力水泥中热水泥和低热矿渣水泥中热水泥和低热矿渣水泥第七十一页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十二页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十三页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十四页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十五页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十六页，本课件共有79页铝酸盐水泥第七十七页，本课件共有79页道路硅酸盐水泥第七十八页，本课件共有79页道路硅酸盐水泥第七十九页，本课件共有79页