建材2-2硅酸盐水泥课件

1、11824年，英国年，英国J.Aspdin发明，发明，1825-1843年修建的泰晤士河遂道。年修建的泰晤士河遂道。称波特兰水泥称波特兰水泥Portland Cement最重要的建筑材料之一最重要的建筑材料之一湖南大学土木工程学院建材室2中国的水泥工业周学熙于周学熙于19061906年创建启新洋灰公司年创建启新洋灰公司湖南大学土木工程学院建材室34 42 24 46 66 66 62 28 86 66 65 54 42 21 14 46 60 00 05 51 11 17 73 36 62 27 71 16 61 10 03 30 00 00 01 12 22 20 00 00 01 14 4

2、5 50 00 00 01 18 86 68 80 00 00200004000060000800001000001200001400001600001800002000001 19 90 06 6 1 19 93 38 8 1 19 94 49 9 1 19 95 52 2 1 19 97 78 8 1 19 98 85 5 1 19 99 97 7 2 20 00 01 1 2 20 00 05 5 2 20 00 06 6 2 20 00 08 8 2 20 01 10 0年 份中中国国水水泥泥年年产产量量( (万万吨吨) )湖南大学土木工程学院建材室4小水泥数量多数量多能耗高，环境污染

3、大能耗高，环境污染大人均生产效率低人均生产效率低湖南大学土木工程学院建材室5都江堰拉法基湖南大学土木工程学院建材室6韶峰水泥湖南大学土木工程学院建材室7水泥的分类水泥的分类按成份分类硅酸盐类水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥磷酸盐水泥碱矿渣水泥 湖南大学土木工程学院建材室8水泥的分类水泥的分类按用途及特性分类通用水泥六大品种 专用水泥油井水泥、大坝水泥、道路水泥特种水泥膨胀水泥、快硬水泥湖南大学土木工程学院建材室9硅酸盐水泥(当指一个品种时)指一个品种时，根据标准：指一个品种时，根据标准：凡由硅酸盐水泥熟料、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。又称波特兰水泥Portla

4、nd Cement湖南大学土木工程学院建材室10硅酸盐水泥(当指一个品种时)分为两种类型分为两种类型不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，其代号为PI。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P。湖南大学土木工程学院建材室11硅酸盐水泥(当指一大类水泥时)指一大类水泥时，常称硅酸盐类水泥，主要包括：硅酸盐水泥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为建筑工程常用通用水泥2. 硅酸盐水泥学习内容学习内容2.1 2.1 硅酸盐水泥的生产及组成硅酸盐水泥的生产及组成2.2 2.2 硅酸盐水泥矿物的水化及凝结硬化硅

5、酸盐水泥矿物的水化及凝结硬化2.3 2.3 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质2.4 2.4 水泥石的腐蚀与防止水泥石的腐蚀与防止 2.5 2.5 硅酸盐水泥的应用及包装、储存硅酸盐水泥的应用及包装、储存 湖南大学土木工程学院建材室132.1 2.1 硅酸盐水泥的生产及组成硅酸盐水泥的生产及组成生产原料主要是石灰质原料和粘土质原料两类石灰质原料石灰石等主要提供CaO粘土质原料粘土、黄土等主要提供SiO2、Al2O3及少量Fe2O3校正原料湖南大学土木工程学院建材室15生产工艺生产工艺石石 灰灰 石石熟熟 料料水水 泥泥生生 料料铁铁 矿矿 粉粉粘粘 土土石石 膏膏煅煅 烧烧1 14 45

6、 50 0配配 料料 、磨磨 细细 、 匀匀 化化磨磨 细细硅硅 酸酸 盐盐 水水 泥泥 生生 产产 工工 艺艺 示示 意意 图图可以概括为：“两磨一烧”干法和湿法立窑和旋转窑湖南大学土木工程学院建材室16生产工艺生产工艺湖南大学土木工程学院建材室18湖南大学土木工程学院建材室20熟料的化学组成熟料的化学组成CaOSiO2Al2O3 Fe2O3湖南大学土木工程学院建材室21熟料的矿物组成熟料的矿物组成硅酸三钙（硅酸三钙（ 3CaO.SiO2 ） C3S 3760 硅酸二钙硅酸二钙 （ 2CaO.SiO2 ） C2S 1537 铝酸三钙铝酸三钙 （ 3CaO.AlO3 ） C3A 7 15 铁铝

7、酸四钙铁铝酸四钙(4CaO.AlO2.Fe2O3 ) C4AF 1018 湖南大学土木工程学院建材室222.2 2.2 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 矿物的水化及凝结硬化矿物的水化及凝结硬化水化由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水。 凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程。 硬化浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石）。 水泥水塑性体固体湖南大学土木工程学院建材室23硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化遇水后能够很快与水产生水化反应，并遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的

8、早结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。期强度以及后期强度都起主要作用。22222)(3336)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 水化硅酸钙 氢氧化钙xCaOSiO2yH2O, C-S-H凝胶湖南大学土木工程学院建材室24硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化遇水后反应较慢，水化热也很低。它遇水后反应较慢，水化热也很低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。度起主要作用。22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 水化硅酸钙 氢氧化钙xCaOSiO2yH2O,C-S-H凝胶湖南大学土木工程学院建材

9、室25铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。对凝结起主导作用，需石膏调凝。水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。OHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHCaSOOAlCaOOHOHOAlCaOOHCaSO243222322431331963)2(3水化硫铝酸钙（钙矾石，水化硫铝酸钙（钙矾石，AFtAFt）湖南大学土木工程学院建材室26铁铝酸四钙的水化铁铝酸四钙的水化遇水时水化反应也很快，水化热中，对抗折强度贡献较大。水化产物与铝酸三钙相似，凝结时间基本正常湖南大学土木工程学院建材室27水化产物电镜照片湖南大学土木工程学院建材室28水化产物

10、电镜照片湖南大学土木工程学院建材室29熟料矿物对水泥性质的影响矿物矿物 强度发展强度发展 水水 化化 耐耐 腐腐 水化水化名称名称 早期早期 后期后期 放热放热 蚀蚀 性性 产物产物C3SC2SC3AC4AF大大大大大大中中C-S-H凝胶、凝胶、CH小小大大小小好好C-S-H凝胶、凝胶、CH大大小小最最大大差差AFt(Afm)、水化铝酸钙、水化铝酸钙抗折强度高抗折强度高中中好好基本同基本同C3A湖南大学土木工程学院建材室30凝结硬化过程凝结硬化过程湖南大学土木工程学院建材室31水泥石的组成未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒水化产物晶体、胶体水化产物晶体、胶体孔隙（水）孔隙（水）气孔气孔宏观缺陷宏观缺

11、陷毛细孔毛细孔未被水化产物所填充的原充水空间，与水未被水化产物所填充的原充水空间，与水灰比及水化程度有关灰比及水化程度有关凝胶孔凝胶孔C-S-H内部，占凝胶体积约内部，占凝胶体积约 28 湖南大学土木工程学院建材室32水泥水化产物晶体晶体氢氧化钙氢氧化钙 2025 水化铝酸钙水化铝酸钙水化硫铝酸钙（石膏作用下生成）水化硫铝酸钙（石膏作用下生成）胶体胶体水化硅酸钙（水化硅酸钙（C-S-H） 70 C-S-H尺度为尺度为1.0100nm湖南大学土木工程学院建材室33不同水灰比水泥石的组成 W/C=0.40 W/C=0.70湖南大学土木工程学院建材室34影响水泥石结构主要因素影响水泥石结构主要因素水

12、灰比 水化程度矿物组成水泥的细度环境温度和湿度龄期（时间）外加剂湖南大学土木工程学院建材室352.3 2.3 硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的技术性质GB175-2007通用硅酸盐水泥细度凝结时间安定性强度其它湖南大学土木工程学院建材室36细度细度水泥颗粒的粗细程度影响水化速度（强度、凝结时间、水化放热等）、需水量、收缩等性质表示方法比表面积 比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积比表面积是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（的总和（cmcm2 2/g /g 或或 m m2 2/kg/kg）。）。筛余量 边长边长0.08mm0.08mm方孔筛，其筛余量不得超过规定的限值。方孔筛，其

13、筛余量不得超过规定的限值。湖南大学土木工程学院建材室37负压筛比表面仪湖南大学土木工程学院建材室38标准稠度及其用水量标准稠度及其用水量国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是人为规定的稠度，采用水泥标准稠度测定仪测定。标准稠度用水量是水泥浆达到标准稠度时的需水量。硅酸盐水泥的一般在之间。标准稠度测定仪标准稠度测定仪湖南大学土木工程学院建材室40凝结时间凝结时间初凝时间水泥加水拌和至标准稠度的净浆开始失去可塑性所需的时间。终凝时间水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。湖南大学土木工程学院建材室41凝结时间测定仪凝结时间

14、测定仪以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。湖南大学土木工程学院建材室42硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的凝结时间凝结时间初凝时间不得早于45min终凝时间不得迟于6h 30min湖南大学土木工程学院建材室43凝结时间影响因素凝结时间影响因素实际工程中凝结时间受多种因素影响实际工程中凝结时间受多种因素影响（水灰比和水化速度）（水灰比和水化速度）水灰比 矿物组成（主要铝酸三钙及石膏掺量）水泥的细度环境温度和湿度外加剂缓凝和促凝不正常凝结闪凝无石膏(或少石膏)、铝酸盐含量高假凝半水石膏湖南大学土木工程学院建材室44体积安定性体积安定性水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水

15、泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。体积安定性不良：水泥已经硬化后，产生不均匀的体积变化。体积安定性不良原因体积安定性不良原因游离氧化钙(f-CaO)含量过高CaO+H2O=Ca(OH)2游离氧化镁含量过高MgO+H2O=Mg(OH)2三氧化硫（掺入石膏）含量过高OHCaSOOHOAlCaO2423220312.422432)(31.3 .3OHCaOHCaSOOAlCaO钙矾石，AFt湖南大学土木工程学院建材室46体积安定性的控制体积安定性的控制游离氧化镁（f-MgO）含量不超过5.0%三氧化硫含量不超过3.5%沸煮法体积安定性合格用于检验游离氧化钙(

16、f-CaO)造成的水泥体积安定性不良工程中最常见用雷氏法或试饼沸煮法检验。湖南大学土木工程学院建材室47沸煮法雷氏法湖南大学土木工程学院建材室48沸煮法试饼法湖南大学土木工程学院建材室49沸煮法安定性不合格混凝土芯样湖南大学土木工程学院建材室50体积安定性体积安定性体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于任何工程中，以及工程中的任何部位，否则将导致严重后果。湖南大学土木工程学院建材室51安定性不合格混凝土工程湖南大学土木工程学院建材室52安定性合格混凝土芯样湖南大学土木工程学院建材室53沸煮法安定性不合格混凝土芯样湖南大学土木工程学院建材室54沸煮法安定性不合格混凝土芯样湖南大学土木工程学

17、院建材室55安定性不合格混凝土处理湖南大学土木工程学院建材室56强度强度评价水泥质量的又一个重要指标。影响水泥石强度的因素有哪些？GB/T17961-1999水泥胶砂强度检验方法。试件制备：尺寸为4cm4cm16cm，胶砂中水泥与标准砂之比为 1：3 ，水灰比W/C=0.5养护：201C温度的水中标准养护龄期：分别为d和28d。强度：检验其抗压强度和抗折强度。强度等级：根据28天强度，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级湖南大学土木工程学院建材室57影响水泥石强度主要因素影响水泥石强度主要因素水灰比 水化程度矿物组成水泥的细度环境温度和湿

18、度龄期（时间）外加剂试验方法湖南大学土木工程学院建材室58试件制备湖南大学土木工程学院建材室59养护养护：保持环境的温度和湿度，使水泥石强度不断增长的过程。水泥的标准养护：201C温度的水中标准养护湖南大学土木工程学院建材室60其它养护条件湿热养护蒸汽养护蒸汽养护蒸压养护蒸压养护湖南大学土木工程学院建材室61其它养护条件自然养护浇水养护浇水养护覆盖养护覆盖养护同条件养护试件同条件养护试件湖南大学土木工程学院建材室62抗折强度试验湖南大学土木工程学院建材室63抗压强度试验强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.5

19、4.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0注：表中表示早强型，其它为普通型注：表中表示早强型，其它为普通型 硅酸盐水泥强度要求硅酸盐水泥强度要求 (GB175-2007)湖南大学土木工程学院建材室65其它性能其它性能碱含量 水 泥 中 含有较多的强碱物Na2O或 K2O时，而骨料又具有碱活性时，易发生碱-骨料反应。因而用户要求时，水泥中的含碱量不得大于0.6%。 湖南大学土木工程学院建材室66其它性能其它性能水化热水化热水泥水化时放出的热量。以水泥水化时放出的热量。以J/kg示

20、。主要集示。主要集中在水化初期（中在水化初期（7d）主要考虑：放热总量与放热速度主要考虑：放热总量与放热速度影响因素：影响因素： 熟料的矿物组成如熟料的矿物组成如C3A 水泥的细度越细，放热速度越快水泥的细度越细，放热速度越快 水泥强度等级越高，放热速度越快、越大水泥强度等级越高，放热速度越快、越大 外加剂掺加缓凝剂可降低早期水化热外加剂掺加缓凝剂可降低早期水化热湖南大学土木工程学院建材室67大体积混凝土湖南大学土木工程学院建材室68其它性能其它性能烧失量烧失量水泥在一定温度和时间内，烧失的量占原质量的百分水泥在一定温度和时间内，烧失的量占原质量的百分数。数。用于判定用于判定未燃碳的含量大，烧

21、失量大，影响水泥的凝结硬化和未燃碳的含量大，烧失量大，影响水泥的凝结硬化和收缩。收缩。水泥存放时间长，烧失量大水泥存放时间长，烧失量大混合材掺量大，烧失量大混合材掺量大，烧失量大规范规定：规范规定：P.3.0%P.3.5%湖南大学土木工程学院建材室69不合格水泥废品水泥废品水泥凡氧化镁、三氧化硫、沸煮法体积安定性、凡氧化镁、三氧化硫、沸煮法体积安定性、初凝时间几项指标中任意一项不合格初凝时间几项指标中任意一项不合格严禁出厂，严禁用于任何工程严禁出厂，严禁用于任何工程次品水泥次品水泥强度、终凝时间、烧失量、细度等不合格为强度、终凝时间、烧失量、细度等不合格为次品水泥，用于次要工程或工程次要部位次

22、品水泥，用于次要工程或工程次要部位强度不合格，可降低强度等级使用强度不合格，可降低强度等级使用湖南大学土木工程学院建材室70水泥石的腐蚀及防止措施水泥石的腐蚀及防止措施水泥石腐蚀的方式软水侵蚀一般酸的腐蚀碳酸的腐蚀硫酸盐的腐蚀镁盐腐蚀其它发生原因防止措施湖南大学土木工程学院建材室71软水侵蚀软水侵蚀水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。湖南大学土木工程学院建材室72一般酸的腐蚀

23、一般酸的腐蚀工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为：OHCaHOHCa2222)(湖南大学土木工程学院建材室73工业酸腐蚀湖南大学土木工程学院建材室74碳酸的腐蚀碳酸的腐蚀雨水及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为：OHCaCOOHCOOHCa232222)(23322)(HCOCaCaCOOHCO

24、湖南大学土木工程学院建材室75硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。2243224232)(3133203124OHCaOHCaSOOAlCaOOHCaSOOHOAlCaO湖南大学土木工程学院建材室76湖南大学土木工程学院建材室77镁盐镁盐生成溶解度极低、无胶凝作用的氢氧化镁 Ca(OH)2+Mg2+ Ca2+ + Mg(OH)2海水中MgSO4腐蚀湖南大学土木工程学院建材室78其它其它有些其它物质也能腐蚀水泥石，如强碱、糖类、脂肪、微生物等。湖南大学土木工程学院建材室79发生原因发生原因水化或腐蚀反应中有可溶解性的产物水化或腐蚀反应中有可溶解性的产物有膨胀性产物生成有膨胀性产物生成有低溶解度无胶结能力的产物生成有低溶解度无胶结能力的产物生成有腐蚀性介质渗入通道有腐蚀性介质渗入通道与腐蚀性介质接触与