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1、第三章.水泥1.水泥的定义 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥2.水泥的分类(1)水泥按用途和性能分类(2)水泥按化学成分分类硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等 第一节.通用水泥1.生产方式 硅酸盐水泥熟料+混合材料+石膏 磨细为成品2.生产过程 两磨一烧 一.硅酸盐水泥熟料 硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量 硅酸盐水泥熟料的特性 矿 物 名 称 化 学 式 代 号 含 量 硅酸三钙 3CaOSiO C3S 37%60%硅酸二钙 2CaOSiO C2S 15%37%铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 7%15%铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 10%18%游离氧化钙
2、、氧化镁fCaO、fMgO 少量 碱Na2O+0.658K2O 少量 名 称 硅酸三钙 硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙 凝结硬化速度 快 慢 最 快 快 28d水化热 多 少 最 多 中 强 度早期高,后期增长慢早期低,后期高 低 低 耐化学腐蚀 中 良 差 优3.通用水泥定义名称硅酸盐(波特兰)水泥普通水泥 矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥定义凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%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凡由硅酸盐水泥熟料、6-15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料凡由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质
3、混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料混合材料含量I型硅酸盐水泥 0%混合材料 6%-15%混合材料20%-70%粒化高炉矿渣 20%-50%火山灰质混合材料20%-40%粉煤灰15%-50%两种或两种以上规定的混合材料II型硅酸盐水泥 5%混合材料代号 PI PO PS PP PF PC PII二.混合材料1.混合材料定义 在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料 掺混合材料目的 降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级2.混合材料分类 活性混
4、合材料与石灰和水拌合后,常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的材料 活性 粒化高炉矿渣 成分 活性 SiOSiO2 2、活性 AlAl2 2O O3 3 混合 火山灰质混合材 材料 粉煤灰 结构 玻璃体结构 非活性混合材料与石灰和水拌合后,常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料 的材料。磨细石英砂,石灰石粉等3.火山灰反应(活性、效应、作用)、二次反应 SiOSiO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2+H+H2 2O O C-S-H C-S-H(水化硅酸钙)凝胶 AlAl2 2O O3 3+Ca(OH)+Ca(OH)2 2+H+H2 2O O C-A-H C-A-H(水化铝酸钙)晶体 CaSOCa
5、SO4 4 2H 2H2 2O+O+C-A-H C-A-H AFt AFt (高硫型水化硫铝酸钙)晶体 其中:Ca(OH)Ca(OH)2 2 为碱性激发剂,CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O O为硫酸盐激发剂 三.石膏 缓凝剂,即调节水泥的凝结硬化速度四.通用水泥的特性1.通用水泥的水化(1)硅酸盐水泥、普通水泥的水化混合材料少,主要为熟料矿物和石膏的水化 熟 C3S+H2O C-S-HC-S-H(水化硅酸钙)凝胶+CH(氢氧化钙)晶体 料 C2S+H2O C-S-HC-S-H(水化硅酸钙)凝胶+CH(氢氧化钙)晶体 矿 C3A+H2O C-A-HC-A-H(水化铝酸钙)晶体 物 C4
6、AF+H2O C-A-HC-A-H(水化铝酸钙)晶体+C-F-HC-F-H(水化铁酸钙)凝胶 石膏 CaSOCaSO4 4 2H 2H2 2O+O+C-A-H C-A-H AFt AFt(高硫型水化硫铝酸钙,又名钙矾石)晶体 石膏耗尽时 AFmAFm(单硫型水化硫铝酸钙)晶体(2)掺大量混合材料的硅酸盐水泥的水化混合材料多,熟料矿物少 分两次水化 一次水化是熟料矿物的水化生成CH晶体 二次水化是混合材料的水化发生火山灰反应(3)综上所述,忽略次要成分,通用水泥的水化反应(产)物主要有 凝胶 C-S-H C-S-H 凝胶、C-F-HC-F-H 凝胶 水化(产)物 晶体 CH 晶体、C-A-HC-
7、A-H晶体、AftAft(钙矾石)晶体2.水泥石(1)水泥石水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石 水 水化(产)物 C-S-H C-S-H 凝胶(70%),CH 晶体(20%),AFtAFt晶体(7%)泥 未水化水泥颗粒(内核)石 孔隙 毛细孔 水泥颗粒之间未被水化(产)物填充(原来充水)的空间 组 凝胶孔水化(产)物中凝胶体内部的孔隙 成 水 结晶水 自由水综上所述,由于水泥石中含有大量的CH,或者说其它水化(产)物是在CH 的饱和溶液中生长发育,并能稳定存在.则水泥石 是一种碱性物质,其PH值 12.5.由于砂石为惰性物质,且水泥石呈碱性,则砼(砂浆)是碱性物质.水泥石呈碱性,则砼(砂
8、浆)容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀.砼呈碱性,则砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护,使钢筋不易锈蚀.(2)水泥石的腐蚀 软水侵蚀雨(雪)水,蒸镏(冷凝)水及含重碳酸盐甚少的水称为软水 水泥石长期与软水(静止或流动)接触,CH会被溶出,导致水泥石碱度 降低还会引起其它水化物分解溶失,使水泥石结构破坏.硫酸盐腐蚀海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐 Na2SO4+Ca(OH)2 CaSO42H2O +NaOH腐 CaSO42H2O+C-A-H AFtAFt(高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌)蚀 硫酸盐浓度高时,CaSO42H2O 直接在孔隙中结晶,体积膨胀.类 镁盐腐蚀海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和
9、氯化镁型 MgSO4+Ca(OH)2 CaSO42H2O +Mg(OH)2 松软无胶结力 MgCl2 +Ca(OH)2 CaCl2 +Mg(OH)2 CaCl2易溶于水,CaSO42H2O引起硫酸盐腐蚀 故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀 酸的腐蚀 强碱的腐蚀水泥石腐蚀的原因 基本原因 水泥石(水化物)中存在 CH 晶体和 C-A-H晶体 腐蚀原因 水泥石本身不密实 外在因素 介质的温度、流速、压力等 水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互相影 响，共同作用。合理选择水泥品种 提高腐蚀的措施 提高水泥石的密实度 做保护层石料、玻璃、陶瓷、
10、沥青等3.通用水泥的储存、运输与保管 一般储存条件下,水泥的保质期为3个月.即使在良好的储存条件下,也不能储存过久.过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位.4.通用水泥的特性硅酸盐水泥 普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥1.凝结硬化快2.早期强度高3.水化热大4.抗冻性好5.干缩小6.耐腐蚀性差7.耐热性差8.不适合湿热处理1.凝结硬化较快2.早期强度较高3.水化热较大4.抗冻性较好5.干缩较小6.耐腐蚀性较差7.耐热性较差8.抗渗性较好9.不适合湿热处理 共 性 1.凝结硬化慢 2.早期强度低，后期强度增长较快 3.水化热较低 4.抗冻性差 5.耐腐蚀性较好
11、6.抗碳化能力差 7.适合于湿热处理即:蒸气养护、蒸压养护 个(特)性1.耐热性高2.干缩大3.泌水性大1.抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差3d强度高于矿渣水泥 5.通用水泥的应用根据工程特点及使用环境的不同，分优先选用、可以选用和不宜选用三种情况6.通用水泥的技术性质(1)细度水泥颗粒的粗细程度 细度大，总表面积大，水化反应快，凝结硬化快，强度高。细度的检验方法及要求详下表(2)标准稠度需水量水泥达到标准稠度时所加水量 水泥达到标准稠度是为了检验凝结时间和体积安定性 水泥的标准稠度需水量试验有两种方法调整水量法和不变水量法(3)凝结时间分初凝和终凝 初凝时间不
12、能过早,终凝时间不能过晚 初凝及终凝时间的规定详下表(4)体积安定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 安定性不 熟料矿物中含有过量的游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化钙(f-MgO)良原因 生产水泥时加入了过量的过量的石膏(SO3)安定性检 f-CaO引起的安定性不良用沸煮法试饼法与雷氏法 验方法 f-MgO和石膏(SO3)引起的安定性不良不便于快速检验限制其含量(5)强度等级采用水泥胶砂法测定 水泥:标准砂:水=1:3:0.5 标准试件 40 40 160 mm 标准养护 温度t=202C 水中养护至3d和28d,分别测其3d和28d抗压强度和抗折强度根据测定结果划分强度等级 三级两型
13、项 目 硅酸盐水泥 普通水泥 PO 矿渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF复合水泥 PC PP 细 度比表面积300m2/kg 0.08mm方孔筛筛余量10%凝结时间初凝 45min 终凝 6.5h 10h体积安定性安定性 沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)f-MgO 5%SOSO3 3 3.5%(矿渣水泥10%)不溶物 0.75%1.5%烧失量 3%3.5%5%碱含量(按Na2O+0.658K2O计算)使用活性骨料时 0.6%使用活性骨料时由供需双方商定使用活性骨料时由供需双方商定强度等级42.5、52.5、62.542.5R、52.5R、62.5R 32.5、
14、42.5、52.5 32.5R、42.5R、52.5R通用水泥的技术要求 强度 等级龄期硅酸盐水泥 普通水泥矿渣、火山灰、粉煤灰水泥 复合水泥抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa 32.53d28d 11.032.52.55.510.032.52.55.511.032.52.55.5 32.5 R3d28d 16.032.53.55.515.032.53.55.516.032.53.55.5 42.53d28d17.042.53.56.516.042.53.56.515.042.53.56.516.04
15、2.53.56.5 42.5 R3d28d22.042.54.06.521.042.54.06.519.042.54.06.521.042.54.06.5 52.53d28d23.052.54.07.022.052.54.07.021.052.54.07.022.052.54.07.0 52.5 R3d28d27.052.55.07.026.052.55.07.023.052.55.07.026.052.55.07.0 62.53d28d28.062.55.08.0 62.5 R3d28d32.062.55.58.0 通用水泥的强度等级7.通用水泥的合格品、不合格品及废品(1)废品凡氧化镁(即
16、fMgO)、三氧化硫(即石膏)、初凝时间、安定性(即fCaO)中 任一项不符合规范规定者均为废品(2)不合格品凡细度、终凝时间中任一项不符合规范规定或混合材料掺量超过最 大限量和强度低于商品强度等级规定的指标时为不合格品。水泥包 装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属 于不合格品。(3)合格品各项技术指标均符合规范规定者为合格品 废品水泥必须退货，不得用于工程的任何部位。不合格品水泥可以根据不合格的项目具体分析，也可以按复试结果使用或降级 使用。水泥可以袋装或散装。袋装水泥每袋净重50kg。新出厂的散装水泥温度一般较高(可达50 100C),所以散装水泥出厂后存 放10天左
17、右方可使用.第二节.其它品种水泥一.高铝水泥(铝酸盐水泥)（代号CA）1.定义属快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥,以3d抗压强度表示强度等级。2.熟料矿物铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)及少量硅酸二钙(C2S)3.水化产物主要为水化铝酸钙(C-A-H)和铝胶(AH3)4.分类按GH201-2000规定，高铝水泥根据Al2O3含量百分数分为CA-50、CA-60、CA-70和CA-80四类。5.特性(1)快硬早强,1天强度可达最高强度的80%以上.(2)水化热大,且集中放热,1天内放热可达水化热总量的70-80%.(3)抗硫酸盐腐蚀性强,但抗碱性极差.(4)耐热性好.(5)长期强度逐级降低,
18、一般下降40-50%.(6)不得与石灰和硅酸盐水泥混合使用,不得尚未硬化的硅酸盐水泥接触.6.应用(1)紧急军事工程 (1)抢修工程 (1)配制耐热砼及寒冷地区冬季施工砼 (1)不能用于长期承重结构及高温高湿环境中工程,不能蒸气养护.二.快硬水泥1.快硬硅酸盐水泥以3d抗压强度表示强度等级。(1)特点快硬、早期强度高、后期强度亦高。(2)应用紧急军事工程、冬季施工砼、高强砼预制构件、抗冲击及抗震工程2.快硬硫铝酸盐水泥 (1)特点快凝、早强、不收缩。(2)应用早强、抗渗、抗硫酸盐侵蚀砼、冬季施工砼、抢修、堵漏工程三.膨胀水泥与自应力水泥 1.特点水泥硬化过程中不但不发生收缩，而且有不同程度的膨胀的水泥。2.分类自应力值 2MPa的称为膨胀水泥,自应力值 2MPa的称为自应力水泥 或自由膨胀率 3%的称为膨胀水泥,自由膨胀率 3%的称为膨胀水泥 3.应用补偿收缩砼、抗渗砼、接缝或管道接头、结构加固与修补、砼压力管等四.道路硅酸盐水泥 1.定义以适当成分的生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多量的 铁铝酸盐水泥熟料，再加入010%活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬 性胶凝材料 2.特点具有较高的抗压和抗折强度、较高的耐磨和抗冻性、较小的收缩性 3.应用机场跑道、公路路面五.白色和彩色硅酸盐水泥