土木工程材料 (8).ppt

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1、第4 4章 水泥（1 1）水泥水硬性胶凝材料。水泥浆体不仅能在空气中硬化，而 还能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。水泥的分类 按组成分为4大类：硅酸盐水泥；铝酸盐水泥；硫铝酸盐水泥；铁铝酸盐水泥 按性能和用途分为3大类：通用水泥；专用水泥；特性水泥第4章 水泥六大通用水泥第4章 水泥通用硅酸盐水泥的组分应符合表1的规定表1(GB1752007)品种代号组 分熟料+石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥PI100-P955-95-5普通硅酸盐水泥PO80且5且20a-矿渣硅酸盐水泥PSA50且20且50b-PSB30且50且70b-火山灰质硅酸盐水泥PP60且20且40c-粉

2、煤灰硅酸盐水泥PF60且20且40d-复合硅酸盐水泥PC50且20且50ea本组分材料为符合本标准5.2.3的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准5.2.4的非活性混合材料或不超过水泥质量5%且符合本标准5.2.5的窑灰代替。b本组分材料为符合GB/T203或GB/T18046的活性混合材料，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料或符合本标准第5.2.5条的窑灰中的任一种材料代替。c本组分材料为符合GB/T2847的活性混合材料。d本组分材料为符合GB/T1596的活性混合材料。e本组分材料为由两种（含）

3、以上符合本标准第5.2.3条的活性混合材料或/和符合本标准第5.2.4条的非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%且符合本标准第5.2.5条的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)4.1.1 硅酸盐水泥的生产(两磨一烧)(1)生料的配制(2)硅酸盐水泥的煅烧 水泥煅烧工艺示意图(3)水泥熟料的粉磨 重庆拉法基水泥厂4.1.2 水泥熟料(clinker)的组成及特性(1)水泥熟料的组成(2)水泥熟料矿物的特性 表4.1 硅酸盐水泥主要矿物特性(3)硅酸盐水泥的水化(hydrate)-水化硅酸钙凝胶C-S-H形貌 -Af

4、t 和Afm形貌(4)硅酸盐水泥的凝结和硬化(set and harden)4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)(5)影响水泥凝结硬化的主要因素1)熟料矿物组成的影响2)水泥细度(fineness)的影响3)龄期(age)(养护(curing)时间)的影响4)养护温度和湿度5)水灰比(Water Cement Ratio)(WC)：水灰比越大，凝结硬化后水泥石中的毛细孔越多，强度、抗冻性、抗渗性下降。4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)4.1.3 硅酸盐水泥的技术性质(1)密度、细度1)密度和堆密度(density and bulk density)2)细度(f

5、ineness)(2)标准稠度需水量(standard consistency water demand)(3)凝结时间(setting time)4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)(4)体积安定性1)水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁2)石膏掺量过多(5)强度等级 水泥的强度是指胶砂的强度，而不是净浆的强度，是评定水泥强度等级的依据。按GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法测定。水泥和标准砂按1:3混合，加入规定数量的水（水灰比0.5），制成4040160mm的试件，在201水中养护，经一定龄期（3d、28d），测得试件的抗折和抗压强度来划分强度等级。表4

6、.2 硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值MPa4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)(6)水化热(heat of hydration)表4.3 各种矿物的水化热(Jg-1)早期水化热曲线(early age)(7)碱含量(alkali content)4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)4.1.4 硅酸盐水泥石的腐蚀(attack)与防止(1)软水腐蚀(溶出性腐蚀)：氢氧化钙不断地溶解流失(2)离子交换腐蚀(溶解性腐蚀)1)碳酸的腐蚀2)一般酸的腐蚀3)镁盐的腐蚀(3)膨胀性腐蚀1)硫酸盐腐蚀 -2)硫酸的腐蚀(4)碱的腐蚀(5)水泥石腐蚀的防止4.1 硅酸盐水

7、泥(Portland cement)氢氧化镁晶体形貌钙矾石微观形貌 钙矾石的SEM图4.1.5 硅酸盐水泥的特性、应用及储存(1)硅酸盐水泥的特性、应用1)早期强度和后期强度高2)水化热大3)抗冻性好4)干缩小、耐磨性较好5)抗碳化性较好6)耐腐蚀性差7）不耐高温(2)水泥的储存和运输4.1 硅酸盐水泥(Portland cement)附 录六大通用水泥硅酸盐水泥：型硅酸盐水泥，代号P.。型硅酸盐水泥，代号P.。普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S。火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。复合硅

8、酸盐水泥：复合水泥，代号P.C。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥。硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、05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（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P.。在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P.。”(据GB1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥)普通硅酸盐水泥定义普通硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟料、615混合材料、适量石膏磨细制成

9、的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P.O。”(据GB1751999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥)矿渣硅酸盐水泥定义矿渣硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料和2070粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P.S。”(据GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥)火山灰质硅酸盐水泥定义火山灰质硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料(掺量为水泥熟料质量的20-50)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号P.P。”(据GB13441999矿渣

10、硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥)粉煤灰硅酸盐水泥定义粉煤灰硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰(掺量按质量百分比计为20-40)和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号P.F。”(据GB13441999矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥)复合硅酸盐水泥定义复合硅酸盐水泥定义：“凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料(混合材的总掺量按质量的百分比为1550)、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C。”(据GB12958-1999复合硅酸盐水泥)硅酸盐水泥生料的配

11、制 原料 石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供CaO）粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足的氧化铁，后者是补充原料中不足的SiO2）矿化剂(如萤石、石膏等）工艺 干法湿法 硅酸盐水泥的煅烧 窑型立窑回转窑煅烧过程 水分蒸发水分蒸发生料预热生料预热生料分解生料分解熟料煅烧熟料煅烧熟料冷却熟料冷却水泥熟料的组成矿物名称 化学成分 缩写符号 含量硅酸三钙 3CaOSiO2 C3S 3660硅酸二钙 2CaOSiO2 C2S 1536铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 715铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 C4A

12、F 1018水泥熟料矿物的特性 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反应速度反应速度快快慢慢最快最快中中28d水化放热量水化放热量多多少少最多最多中中早期强度早期强度高高低低低低低低后期强度后期强度较高较高高高低低低低耐腐蚀性耐腐蚀性中中良良差差好好干缩性干缩性中中小小大大小小常温下水泥熟料单矿物的水化反应 水 泥 的 水 化 硅酸盐水泥水化后的主要成分有：各种水化硅酸钙凝胶C-S-HC-S-H、晶体(氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙)等。硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥的水化过程可分为五个阶段水泥水化过程的五个阶段水泥的水化过程的五个阶段（1）水泥

13、水化反应的激烈反应阶段(反应的初始期)；（2）水化反应速度很低的阶段(反应的诱导期)；（3）水化反应活泼阶段(反应加速期)；（4）水化反应速度下降的阶段(减速期)；（5）水化反应速度降低很显著的阶段(稳定期)。水泥水化龄期对强度的影响 碳酸对水泥石的腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2反应生成的碳酸氢钙易溶于水，溶解流失 一般酸对水泥石的腐蚀 2HCl+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+2H2O镁盐对水泥石的腐蚀 MgCl2+Ca(OH)2CaCl2(易溶)+Mg(OH)2 (絮凝状、无胶结力)硫酸盐对水泥石的腐蚀MgSO4+Ca(

14、OH)2+2H2OMg(OH)2(絮凝状的、无胶结力)+CaSO42H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O (钙矾石Aft)(结晶膨胀)硫酸对水泥石的腐蚀 H2SO4+Ca(OH)2CaSO42H2O+H2O3(CaSO42H2O)+3CaOA12O36H2O+19H2O3CaOAl2O33CaSO431H2O (钙矾石Aft)(结晶膨胀)碱对水泥石的腐蚀 3CaOA12O36H2O+6NaOH3Na2OAl2O36H2O+3Ca(OH)2 (易溶于水)水泥石被NaOH溶液饱和后在空气中干燥，发生以下反应：2NaOH+2C

15、O2+H2O2Na2CO3+H2O (结晶膨胀)水泥石腐蚀的防止当存在腐蚀性介质时，选择合适的水泥品种，减少水泥中易被腐蚀的物质(即Ca(OH)2、3CaOA12O36H2O)。提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。在水泥石的表面涂抹或铺设保护层，隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。孔隙C-S-H电镜图片Aft和Afm电镜图片AftAfm水泥的密度和堆密度硅酸盐水泥的密度为3.0-3.2gcm3。水泥的堆

16、密度可分为松堆密度和紧堆密度两种。硅酸盐水泥的松堆密度一般为9001300kgm3。紧堆密度为14001700kgm3。一般情况下，所说的堆密度是指紧堆密度。水泥的细度 勃氏比表面积大于300m2kg。0.080mm方孔筛筛余10%。水泥的标准稠度需水量 硅酸盐水泥的标准稠度需水量一般为2528（为水泥质量的百分数）。水泥的凝结时间 硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于390min。初凝时间不合格的水泥为废品水泥，终凝时间不合格的水泥为不合格品。水泥的凝结时间 硅酸盐水泥的初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于390min。初凝时间不合格的水泥为废品水泥，终凝时间不合

17、格的水泥为不合格品。水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁由游离氧化钙(fCaO)引起的水泥安定性不良，可用沸煮法检测。沸煮法又分试饼法和雷氏法，当两者发生争议时以雷氏法为准。水泥中的游离氧化钙的含量不得超过1（立窑生产的水泥中fCaO2.5）。游离氧化镁引起的安定性不良，用压蒸法检验。水泥中的游离氧化镁的含量不得超过5.0，当压蒸试验合格时可放宽到6.0。石膏掺量过多SO3引起的安定性不良，用化学分析法检验。水泥中SO3的含量不得超过3.5。硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值MPa强度等级抗压强度抗折强度3d28d3d28d42.517.0 42.5 3.5 6.542.5R 22.0 42.5 4.0 6.552.5 3.0 52.5 4.0 7.052.5R 2 7.0 52.5 5.0 7.062.5 2 8.0 62.5 5.0 8.062.5R 32.0 62.5 5.5 8.0水泥的早期水化热曲线水化曲线峰是水泥开始的水化放热峰是当石膏掺量充足时，石膏与C3A作用生成钙矾石的放热峰峰是在石膏掺量不足时，由高硫型的硫铝酸盐转变为低硫型硫铝酸盐的放热峰。水泥的碱含量 若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值不得大于0.6。本节结束