第4章水泥学习.pptx

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1、概述：水泥分类v硅酸盐水泥v铝酸盐水泥v硫铝酸盐水泥v铁铝酸盐水泥(2)按性能和用途分类v通用水泥v专用水泥v特性水泥 按化学成分第1页/共50页硅酸盐水泥 1.1.硅酸盐水泥的生产工艺概述 2.2.硅酸盐水泥的组成材料 3.3.硅酸盐水泥的水化和硬化 4.4.硅酸盐水泥的技术性质 5.5.硅酸盐水泥的技术标准 6.6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止第2页/共50页 1.1.硅酸盐水泥的生产工艺概述 （1 1）生产工艺 两磨一烧生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程 （2 2）生产原料石灰石质原料石灰石、白垩等粘土质原料粘土、页岩等校正原料（少量）铁粉CaOSiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O34

2、.1 水泥的生产及矿物组成第3页/共50页石灰质原料硅铝质原料其它原料熟料生料通用硅酸盐水泥石膏或混合材磨细按比例配合1450煅烧磨细生产工艺流程图“两磨一烧”第4页/共50页2.2.硅酸盐水泥的组成材料 （1 1）硅酸盐水泥熟料 （2 2）石膏 （3 3）混合材料第5页/共50页（1 1）硅酸盐水泥熟料（简称为熟料）1 1）硅酸盐水泥熟料的矿物组成生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O32CaOSiO2 C2S3CaOSiO2 C3S3CaO Al2O3 C3A4 CaOAl2O3Fe2O3 C4AF第6页/共50页注注 意意 水泥中

3、的其它成分：v 原因：v 煅烧水泥中反应：v危害：影响水泥体积安定性石灰石质原料富含潜在危害非常严重第7页/共50页v 2）硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性矿物组成矿物组成 硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙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 高高早期低后期高早期低后期高低低中中(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8页/

4、共50页实实 例例快硬水泥：3 3d d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低第9页/共50页（2 2）石 膏 作用：缓凝剂 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，同时还有利于提高水泥 早期强度、降低干缩变形等性能。石膏品种：主要采用天然石膏、工

5、业副产石膏。第10页/共50页石膏在水泥中的作用。控制控制C3A的水化凝结硬化速度，的水化凝结硬化速度，调节水泥凝结时间调节水泥凝结时间。掺量。掺量3左右。左右。C3A的水化：反应反应迅速迅速，产生，产生急凝急凝，或，或闪凝闪凝。加入石膏：加入石膏：高硫形水化硫铝酸钙又称又称钙矾石钙矾石（俗称水泥杆菌，针状），不溶（俗称水泥杆菌，针状），不溶于水，阻止于水，阻止C3A水化，延缓水泥凝结。水化，延缓水泥凝结。石膏耗完石膏耗完C3A与钙矾石反应单硫形水化硫铝酸钙溶于水，水化继续溶于水，水化继续第11页/共50页钙矾石显微形貌钙矾石显微形貌第12页/共50页（3 3）混合材料 1 1）活性混合材料

6、2 2）非活性混合材料第13页/共50页1 1）活性混合材料 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。主要成分：CaO、Al2O3、SiO2。具有较高的化学潜能，但稳定性差。粒化高炉矿渣山灰质混合材料粉煤灰火力发电厂煤粉燃料排出的细颗粒废渣。主要成分：较多的SiO2、Al2O3和少量的CaO具有较高的活性。v天然的、人工的主要成分：Al2O3、SiO2。本身不硬化，+石灰+水起胶凝作用。第14页/共50页2 2）非活性混合材料 定义：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。目的：调节水泥强度，增加水泥产量，降低水化热。常用种类：磨细的

7、石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣、高硅质炉灰等。第15页/共50页 3.3.硅酸盐水泥的水化硬化（1）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缓凝机理：缓凝机理：同上针状结晶针状结晶 立方板状结晶立方板状结晶 第16页/共50页 第一阶段：大约在水泥拌水起至初凝时止，C C3 3S S迅速反应生成Ca(OH)Ca(OH)2 2。石膏和C C3 3A A反应生成钙矾石晶体。水泥浆呈塑性状态。第二阶段：大约从初凝起至2424h h止，水泥水化加速，生成较多的Ca(OH)Ca(OH)2 2、钙矾石晶体、水化硅酸钙凝胶。水化产物大量生成，水泥凝结。第三阶段：指2424h

8、h以后直到水化结束。所有水化产物生成，数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高。（2）水泥的硬化第17页/共50页（1）分散在水中未水化的水泥颗粒）分散在水中未水化的水泥颗粒（2）在水泥颗粒表面形成水化物膜层）在水泥颗粒表面形成水化物膜层（3）膜层长大并相互连接（凝结）膜层长大并相互连接（凝结）（4）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）水化物进一步发展，填充毛细孔（硬化）水泥凝结硬化过程示意图水泥凝结硬化过程示意图 1水泥颗粒；水泥颗粒；2水分；水分；3凝胶；凝胶；4晶体；晶体；5水泥颗粒未水化内核；水泥颗粒未水化内核；6毛细孔毛细孔第18页/共50页 4 4.硅酸盐水泥的技术性质（1）化学性

9、质不溶物主要指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量 会影响水泥的粘结质量。烧失量水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增 加，故烧失量是检验水泥质量的一项指标。氧化镁水化慢、体积膨胀水化慢、体积膨胀,影响安定性影响安定性 三氧化硫三氧化硫 碱碱限制发生碱限制发生碱-集料反应，按（集料反应，按（NaNa2 2O+0.658 KO+0.658 K2 2O O）值计值计第19页/共50页（2 2）物理力学性质细度 0.08mm方孔筛筛余量:%负压筛法（适用于其它水泥）比表面积：m2/kg，cm2/g勃氏法（适用于硅酸盐水泥）a.指标第20页/共50页 b.b.试验方法 1.1.筛析试验前：调节负压至筛

10、析试验前：调节负压至 4000 400060006000PaPa范围内。范围内。2.2.称取试样称取试样2525g g，置于负压筛，置于负压筛，筛析筛析2 2minmin。3.3.筛毕，称量筛余物筛毕，称量筛余物m ms s。4.4.结果计算结果计算(1)(1)水泥试样筛余百分数：水泥试样筛余百分数：筛余结果的修正:C修正系数，0.801.20第21页/共50页 凝结时间 a.a.定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间。初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性 所需的时间初凝时间。终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性 所需的时间终凝时间。c.凝结时间的测定：b.

11、两种状态（1）采用凝结时间测定仪（维卡仪）（2）采用水泥标准稠度净浆。第22页/共50页d.d.水泥标准稠度净浆1.1.目的：试验结果具有可比性，用于测定凝结时间和安定性。2.2.测定：试验仪器：维卡仪 试验方法：标准法/调整水量法3.标准稠度净浆标准:试杆距底板距离为 6mm1mm。4.标准稠度用水量（%）:达到标准稠度净浆时的用水量。第23页/共50页初凝时间：试针距底板距离为4 4mm1mmmm1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.50.5mmmm时，即 环形附件开始不能在试体上 留下痕迹时。e.凝结时间测定第24页/共50页水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝时间终凝时间凝结

12、时间凝结时间 定义：第25页/共50页 安定性 a.a.定义：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。b.b.安全性不良的因素：（1）MgO过量；（2）石膏掺量过多；（3）水泥中游离过多CaO。c.试验方法:试饼法雷氏法发生争议以雷氏法为主第26页/共50页d.d.雷氏法（1 1）雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。（2 2）测量 A A取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A A。（3 3）沸煮（4 4）测量 C C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C C。（5 5）结果判定当两个试件煮后增加距离C-AC-A平均值 5.05.0mmmm时，安定性合格；当两个试件C-AC-A值相差超

13、过4.04.0mmmm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。雷氏夹第27页/共50页第28页/共50页 强度 a.a.检验方法（ISOISO法）水泥:标准砂:水=1:3:0.5=1:3:0.5，制成4040mmmm40mm40mm160mm160mm棱柱体试件,标准养护3 3d d、28d28d，分别测定抗折强度、抗压强度。b.强度等级fce,k(1)以水泥28d抗压强度确定(2)为强度范围的下限(3)水泥实际强度 fce=cfce,k c水泥富裕系数，1.01.5c.分类：普通型、早强型第29页/共50页第30页/共50页第31页/共50页水泥强度等级 以28d抗压强度值（M

14、Pa）作为强度等级，硅酸盐水泥强度等级分为：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 水泥型号 为提高水泥早期强度，我国现行标准将水泥分为普通型和早强型（或称R型）两个型号。第32页/共50页硅酸盐水泥强度标准（GB1752007）品种品种强度等级强度等级抗压强度抗压强度(MPa)(MPa)抗折强度抗折强度(MPa)(MPa)3d3d28d28d3d3d28d28d硅酸盐水泥硅酸盐水泥 42.5 42.5 42.5R 42.5R 17.017.022.0 22.0 42.5 42.5 42.542.53.5 3.5 4.04.06.5 6.5 6.56.5 52.5 5

15、2.5 52.5R 52.5R 23.023.027.0 27.0 52.5 52.5 52.552.54.0 4.0 5.05.07.0 7.0 7.07.062.562.562.5R 62.5R 28.028.032.0 32.0 62.5 62.5 62.562.5 5.0 5.0 5.55.5 8.0 8.0 8.08.0第33页/共50页5 5、硅酸盐水泥的技术标准 （1）技术标准：按我国现行国标硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB175-2007)规定：硅酸盐水泥的技术标准 注：1、如水泥经压蒸安定性试验合格，则允许放宽到6.0；2、水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。

16、若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双方商定技术技术标准标准细度比细度比表面积表面积(m2/kg)凝结时间凝结时间(min)安定安定性性(沸沸煮法煮法)抗压抗压强度强度(MPa)不溶物不溶物(%)MgO含量含量(%)SO3含量含量(%)烧失量烧失量(%)碱碱含含量量(%)初凝初凝终凝终凝型型型型型型型型指标指标3003004545390390必须必须合格合格见见上表上表0.750.751.51.55.05.03.53.53.03.03.53.50.600.60第34页/共50页（2 2）废品水泥和不合格水泥 我国现行国家标准（GB175-2007）规定：

17、合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度符合标准规定的，为合格品；不合格品：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子、凝结时间、安定性、强度中的任何一项技术要求不符合标准规定的，为不合格品。第35页/共50页 6.6.硅酸盐水泥石的腐蚀与防止（1）腐蚀 1 1）软水侵蚀溶出Ca(OH)Ca(OH)2 2降低碱度 2 2）硫酸盐腐蚀3）镁盐腐蚀4）一般的腐蚀 中和反应5）碳酸腐蚀6）强碱腐蚀 第36页/共50页（2）防止 1 1）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 3 3）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

18、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。第37页/共50页名称名称 代号代号组分（质量分数，）组分（质量分数，）熟料熟料石膏石膏混合材料混合材料粒化高粒化高炉矿渣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,Portland cementP100955P955普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥,ordinary portland cement PO80且且955且且20矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥,Portland blastfurnace-slag cementPSA50且且8020且且50PSB30且且5050且且70火山灰质硅酸盐水泥火

19、山灰质硅酸盐水泥,Portland pozzolana cement PP60且且8020且且40粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥,Portland fly-ash cement PF60且且8020且且40复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥,composite Portland cement PC50且且8020且且504.2 其他通用水泥第38页/共50页 1.1.技术性质技术性质 物理力学性质同硅酸盐水泥物理力学性质同硅酸盐水泥,技术指标基本相同，技术指标基本相同，但细度试验方法不同，采用负压筛析法。但细度试验方法不同，采用负压筛析法。第39页/共50页2.2.技术标准（1）普通水泥的技术标准

20、品种品种强度等级强度等级抗压强度抗压强度(MPa)(MPa)抗折强度抗折强度(MPa)(MPa)3d3d28d28d3d3d28d28d普通硅酸盐普通硅酸盐水泥水泥 42.5 42.5R 17.022.0 42.5 42.53.5 4.06.5 6.552.552.5R 23.027.0 52.5 52.54.0 5.07.07.0GB1752007第40页/共50页（2）矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥的技术标准强度等级强度等级 抗压强度抗压强度(MPa)(MPa)抗折强度抗折强度(MPa)(MPa)3d3d28d28d3d3d28d28d32.532.510.010.032.532.52.

21、52.55.55.532.5R32.5R15.015.032.532.53.53.55.55.542.542.515.015.042.542.53.53.56.56.542.5R42.5R19.019.042.542.54.04.06.56.552.552.521.021.052.552.54.04.07.07.052.5R52.5R23.023.052.552.54.54.57.07.0第41页/共50页3.3.五大品种硅酸盐水泥的特性及应用第42页/共50页4.3 4.3 其他水泥（自学）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

22、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：砌筑水泥膨胀和自应力水泥中热水泥和低热矿渣水泥第43页/共50页l快硬硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，以3d3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥（简称快硬水泥）。快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，耐腐蚀性差。适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工工程以及制作预应力钢筋混凝土或高强混凝土预制构件。不适用于大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。第44页/共50页l铝酸盐水泥 凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬

23、性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号为CA。铝酸盐水泥的特点是快硬早强，后期强度下降；耐热性强；水化热高，放热快；抗渗性及耐腐蚀性强。第45页/共50页l膨胀水泥 硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。在路桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁结构中修补混凝土。第46页/共50页我国水泥工业现状 近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的

24、突破，尤其是产量居世界前列。但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。生产1吨水泥约1.2t石灰石约169kg标准煤约1tCO2约2kgSO24kgNOx耗电100kWh大量粉尘与烟尘第47页/共50页作业：1、试说明以下各条的原因：（1)制造硅酸盐水泥时，必须掺加适量石膏；（2）水泥必须具有一定的细度；（3）水泥体积安定性不合格；（4）测定水泥凝结时间和安定性时都必须规定加水量2、现有甲乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料。其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的强度增长速度和水化热等性质有何差异？并解释原因。生产厂熟料矿物成分（%）C3SC2SC2AC4AF甲56171215乙4235716第48页/共50页国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？体积安定性不良的水泥为废品！为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？水泥石强度的影响因素有那些？为什么？试从应用的角度，分析水泥的技术性质及其要求？导致水泥石腐蚀性破坏的原因是什么？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？课后思考题第49页/共50页50感谢您的观看！第50页/共50页