项目二水泥(2)课件图文

1、项目二 无机胶凝材料第一节第一节 气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料1第二节第二节 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料2u石灰u水泥u石膏一、水泥的起源一、水泥的起源v据甘肃省考古研究所于据甘肃省考古研究所于1980年和年和1983年考察，年考察，在该省秦安县的在该省秦安县的大地湾大地湾先后发掘出两个大型住宅先后发掘出两个大型住宅遗址，该遗址的地坪系用遗址，该遗址的地坪系用混凝土混凝土建造，建造，经测算距经测算距今已有今已有5千年千年，相当于，相当于“新石器时代新石器时代”。从大地。从大地湾发掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。这湾发掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制成。这种水泥以种水泥以礓石礓石一种富含碳

2、酸钙的粘土为原料一种富含碳酸钙的粘土为原料煅烧而成煅烧而成.v古罗马水泥古罗马水泥(1796年年):用含有一定比例粘土成分的用含有一定比例粘土成分的石灰石煅烧而成，如古罗马石灰石煅烧而成，如古罗马“庞贝庞贝”城遗址即用城遗址即用此水泥建造；此水泥建造；v最早采用具有水硬性胶凝材料制备混凝土的是中最早采用具有水硬性胶凝材料制备混凝土的是中国人，而不是多少年来一直误认为的古罗马人。国人，而不是多少年来一直误认为的古罗马人。第二节 水硬性胶凝材料 一、通用硅酸盐水泥概述一、通用硅酸盐水泥概述 二、通用硅酸盐水泥的水化二、通用硅酸盐水泥的水化和凝结硬化和凝结硬化 三、通用硅酸盐水泥的技术三、通用硅酸盐

3、水泥的技术性质性质 四、水泥石的腐蚀与防止四、水泥石的腐蚀与防止 五、通用硅酸盐水泥的特性五、通用硅酸盐水泥的特性与应用与应用 六、其他品种水泥六、其他品种水泥u 水泥水泥熟料熟料的矿的矿物组物组成成特征与用途硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥少熟料或无熟料水泥通用水泥专用水泥特性水泥学 习 目 的v了解硅酸盐水泥的矿物组成，及其与其他水泥的差别；水泥的生产过程及其对性质的影响。 v掌握水泥凝结硬化机理和凝结硬化过程的影响因素；应用这些基本理论，说明水泥和混凝土的性质，指导合理选择与使用水泥，改善水泥基材料的性能。v熟悉水泥各种性质的含义和工程意义；水泥性质的影响因素及其

4、规律；水泥性质的检验方法和评定标准。 第二节 水硬性胶凝材料v定义与品种 （一）通用硅酸盐水泥概述（一）通用硅酸盐水泥概述以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料混合材料的品种和掺量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型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥(P)不掺混合材不掺混合材 型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥(P)掺小于掺小于5的混合材的混合材第二节 水硬性胶凝材料硅酸盐水泥是怎样制造的？v原原 料：料：硅质：粘土，硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)， 占占1/3 钙质：石灰石等，钙质：石灰石等，(CaO)，占占2/3调节原料：铁

5、矿与砂调节原料：铁矿与砂，调节与补充，调节与补充Fe2O3 与与SiO2v制造工艺：制造工艺：原料经原料经粉磨粉磨混合后得到混合后得到水泥生料水泥生料生料经窑内生料经窑内煅烧煅烧得到得到水泥熟料水泥熟料水泥熟料石膏水泥熟料石膏(或再混合材）一起经或再混合材）一起经粉磨粉磨混合混合后得到后得到水泥水泥v自动化生产过程自动化生产过程“两磨一烧”硅质(粘土)钙 质(石灰石)1450调节原料石膏石膏石膏石膏水水 泥泥生生 料料熟熟 料料混合材混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉粉 磨磨煅煅 烧烧粉粉 磨磨 水泥生料煅烧回转窑回转窑尾14501500C第二节 水硬性胶凝材料（二）通用硅酸盐水泥的组成v

6、通用硅酸盐水泥是由下列物质混合组成的水泥硅酸盐水泥熟料 石膏(CaSO42H2O)混合材主要作用主要胶凝物质，能水化硬化；调节水泥的凝结时间；调节水泥的强度等级；第二节 水硬性胶凝材料 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Portland Cement). 第二节 水硬性胶凝材料普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及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、20%70%粒化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸水泥（简称矿渣水泥）。凡由硅酸水泥熟料、20%50%的火山灰质

7、混合材料，适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰硅酸盐水泥（简称火山灰水泥）。凡由硅酸盐水泥熟料、20%40%粉煤灰、适量石膏共同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）。凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料（总量为水泥质量的16%50%，窑灰不得超过8%）、适量石膏共同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）。第二节 水硬性胶凝材料矿物名称分子式缩写含 量(mass%)硅酸三钙3CaOSiO2C3S3760硅酸二钙2CaOSiO2C2S1537铝酸三钙3CaOAl2O3C3A715铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF101

8、8v以适当成分的生料煅烧至部分熔融，以以适当成分的生料煅烧至部分熔融，以硅酸钙硅酸钙为主要为主要成分的产物成分的产物1.硅酸盐水泥熟料2.石膏天然的或合成的二水石膏天然的或合成的二水石膏水泥颗粒宏观形貌水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构第二节 水硬性胶凝材料 常温下与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌常温下与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起，加水拌合后能发生水化反应，生成水硬性的水化产物合后能发生水化反应，生成水硬性的水化产物。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 燃煤发电厂的烟道气体中收集的粉末。主要成分：较多的Si

9、O2、Al2O3和少量的CaO具有较高的活性。具有火山灰性的天然或人工的矿物材料主要成分：Al2O3、SiO2。天然的有火山灰、浮石；人工的由煤渣、硅灰3.混合材料火山灰质混合材料粉煤灰活活性性混混合合材材料料 以上材料只有在氢氧化钙和石膏存在的条件下，活性才能激以上材料只有在氢氧化钙和石膏存在的条件下，活性才能激发出来。通常将石灰和石膏叫做活性混合材料的发出来。通常将石灰和石膏叫做活性混合材料的“激发剂激发剂”。第二节 水硬性胶凝材料13非活性混合材料非活性混合材料v 定义：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。

10、（或具有微弱的）潜在的水硬性或火山灰性。v 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。v 常用种类：常用种类：磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣、磨细的石灰石、石英岩、粘土、慢冷矿渣、 高硅质炉灰等。高硅质炉灰等。第二节 水硬性胶凝材料（二）通用硅酸盐水泥的水化和凝结硬化（二）通用硅酸盐水泥的水化和凝结硬化v凝结水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体，随着水泥水化反应的进行逐渐变稠失去可塑性，这一过程为“凝结”；v硬化随后水化反应的继续，浆体逐渐变为具有一定强度的坚硬的水泥石，这个过程即为“硬化”。 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂

11、的物理化学变化过程。第二节 水硬性胶凝材料（一）通用硅酸盐水泥的水化水化反应方程2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 水化硅酸钙水化硅酸钙3CaOAl2O3+6H2O =3CaOAl2O36H2O 水化铝酸钙水化铝酸钙4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 思考：简写思考：简写规则？规则？水化铝酸钙水化铝酸钙水化铁酸钙水化铁酸钙凝胶凝胶晶体晶体第二节 水硬性胶凝材料 由于铝酸三钙的剧烈水

12、化，回事水泥浆体迅速产生凝结而无法正常施工。因此在水泥生产时必须加入适量的石膏CaSO42H2O作缓凝剂原理？3(CaSO42H2O） + 3CaOAl2O36H2O + 19H2O=3CaOAl2O33CaSO431H2O 水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙（钙矾石（钙矾石AFt，体积膨胀，体积膨胀1.5倍）倍）石膏与水化铝酸三钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石，钙矾石是难溶于水的针状晶体，它沉淀在熟料颗粒的周围，阻碍了水分的进入，因此起到了延缓水泥凝结的作用。水泥浆扫描电镜照片（水泥浆扫描电镜照片（7d龄期龄期）C-S-H钙矾石钙矾石第二节 水硬性胶凝材料1、凝结、凝结 水泥加水拌和初期形成具

13、有流动性、可塑性的浆体，水泥加水拌和初期形成具有流动性、可塑性的浆体，随着水泥颗粒表面与水发生水化反应随着水泥颗粒表面与水发生水化反应 ，自由水逐渐减少，自由水逐渐减少，水化产物，即高度分散的凝胶体及晶体不断增多，水，水化产物，即高度分散的凝胶体及晶体不断增多，水泥浆不断稠化，并逐渐失去流动性、可塑性（泥浆不断稠化，并逐渐失去流动性、可塑性（但尚不具但尚不具有强度有强度）的过程称为凝结。）的过程称为凝结。凝结初凝：完全失去流动性，开始失去塑性的时刻终凝：完全失去塑性，开始产生强度的时刻（二）通用硅酸盐水泥的凝结硬化第二节 水硬性胶凝材料v2、硬化、硬化 hardening 水泥浆终凝后，水化作

14、用仍不断进行，自水泥浆终凝后，水化作用仍不断进行，自由水仍不断减少，水化产物仍不断增加。形由水仍不断减少，水化产物仍不断增加。形成的水化凝胶及晶体不断填充、加固水泥浆成的水化凝胶及晶体不断填充、加固水泥浆体结构内部孔隙，使其形成具有一定强度的体结构内部孔隙，使其形成具有一定强度的坚硬的石状固体（坚硬的石状固体（水泥石）水泥石），这一过程称为，这一过程称为硬化。硬化。 第二节 水硬性胶凝材料（1）水泥矿物组成）水泥矿物组成（2）水泥细度）水泥细度（3）石膏的掺量）石膏的掺量（4）水灰比）水灰比（5）温度和湿度）温度和湿度（6）养护龄期）养护龄期（三）影响凝凝结硬化的主要因素 水泥浆的凝结硬化取决

15、于水泥的水化，其影响因素有：。第二节 水硬性胶凝材料v密度与堆积密度密度与堆积密度v细度细度v标准稠度用水量标准稠度用水量v凝结时间凝结时间v体积安定性体积安定性v强度与强度等级强度与强度等级v水化热水化热v不溶物和烧失量不溶物和烧失量v碱含量碱含量v耐腐蚀性耐腐蚀性软水侵蚀软水侵蚀盐类侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀强碱腐蚀防腐措施防腐措施 （三）通用硅酸盐水泥的技术性质（三）通用硅酸盐水泥的技术性质国家标准通用硅酸盐水泥（ GB175-2007）规定如下：第二节 水硬性胶凝材料1. 细细 度度v定义定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。细度是指水泥粉体的粗细程度。v测量方法测量方法筛分析法

16、筛分析法 以以80 m或或45 m方孔筛的筛余量表示；方孔筛的筛余量表示；比表面积法比表面积法 以以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。水泥颗粒所具有的总表面积来表示。 v国标要求国标要求硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积比表面积应不小于应不小于300m2/kg。矿渣、火山灰、粉煤灰和复合硅酸盐水泥以矿渣、火山灰、粉煤灰和复合硅酸盐水泥以筛余百分率筛余百分率表示，表示，80 m方孔筛的筛余量不大于方孔筛的筛余量不大于10.0%，或，或45 m方孔筛的筛余方孔筛的筛余量不大于量不大于30.0% 。v细度不符合要求的水泥为细度不符合要求的水泥为不合格品不合格品！ 第

17、二节 水硬性胶凝材料问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：解答：v水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；v虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；利；v水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；v水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，

18、反而降低强度。降低强度。第二节 水硬性胶凝材料2. 凝结时间 v概念：概念： 凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；所需的时间；终凝时间终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。并开始具有强度所需的时间。v测定方法：测定方法： 用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。v国标要求：国标要求：初凝时间初凝时间45min；终凝时间终凝时间390min。硅酸盐水泥其他通

19、用水泥初凝时间初凝时间45min；终凝时间终凝时间600min水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定标准稠度标准稠度水泥浆水泥浆离底离底12mm为初凝为初凝园弧形园弧形压痕压痕终终凝凝第二节 水硬性胶凝材料 国标国标 规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品废品；终凝时间不符合规定的水泥为终凝时间不符合规定的水泥为不合格品不合格品。为什么？。为什么？ 答：答：v水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；操作和硬化的混凝土质量；v初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性初凝时间太短，来不及施工

20、，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为能差，水泥无使用价值，即为废品废品；v终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为为不合格品不合格品。第二节 水硬性胶凝材料3. 体积安定性 v基本概念：基本概念： 水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。v体积安定性不良的水泥为体积安定性不良的水泥为废品废品！ 为什么？第二节 水硬性胶凝材料v水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游

21、离CaO、MgO和石膏和石膏。 因为水泥熟料中的游离因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大两倍以上。产生不均匀体积变化，造成水泥石开积增大两倍以上。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲、疏松和崩溃等现象，甚至完全破坏。裂、翘曲、疏松和崩溃等现象，甚至完全破坏。生产水泥时加入过多的石膏生产水泥时加入过多的石膏 在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀石膏量在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀石膏量过多。过多。第二节 水硬性胶凝材料v国标规定：国标规定：

22、体积安定性经沸煮法检验必须合格体积安定性经沸煮法检验必须合格CaOMgO和石膏和石膏适用沸煮法不易检验 国标规定：硅酸盐水泥熟料中MgO含量不得超过5%，经压蒸试压合格后，允许放宽到6%，SO3含量不得超过3.5%强度等级：根据强度等级：根据3 3天和天和2828天抗压、抗折强度测试结果，将水泥天抗压、抗折强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级强度划分若干个强度等级 品 种强度等级抗 压 强 度抗 折 强 度3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.062.528.062.55.08.

23、062.5R32.05.5普通硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.04.052.523.052.54.07.052.5R27.05.0矿渣硅酸盐水泥火山灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥32.510.032.52.55.532.5R15.03.542.515.042.53.56.542.5R19.04.052.521.052.54.07.052.5R23.04.54. 强 度 R表示早强 6个 4个 6个第二节 水硬性胶凝材料5. 碱含量水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算的质量百分率来表示。水泥中的碱会和骨料中的活性物质如活性SiO2反应，生产膨胀性

24、的碱硅酸凝胶，导致混凝土开裂破坏。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。第二节 水硬性胶凝材料6.水化热 v概念：概念： 水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。v水化热的益处与危害：水化热的益处与危害： 水化热对于冬期施工的混凝土工程是有利的，但对于大水化热对于冬期施工的混凝土工程是有利的，但对于大型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土是不利的。型基础、水坝、桥墩等大体积混凝土是不利的。原因：原因：由由于水化热聚集在内部不易散发，内外温差产生的应力和温于水化热聚集在内部不易散发，内外温差产生的应

25、力和温降收缩产生的应力会使混凝土产生裂缝。降收缩产生的应力会使混凝土产生裂缝。v水化热和放热速度的影响因素：水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥矿物组成水泥细度水泥细度 第二节 水硬性胶凝材料 1、定义、定义 水泥石在水泥石在外界侵蚀性介质外界侵蚀性介质（软水、酸、碱、盐等（软水、酸、碱、盐等）的作用下，内部结构受到破坏，强度降低的现）的作用下，内部结构受到破坏，强度降低的现象称为水泥石的腐蚀。象称为水泥石的腐蚀。四、四、 水泥的腐蚀与防止水泥的腐蚀与防止两种两种情况情况内部生成膨胀性物质，导致开裂、翘曲，甚至破坏孔隙率增加，疏松、强度降低甚至破坏2、原因、原因v内因和外因，外因通过内

26、因起作用。内因和外因，外因通过内因起作用。v联系纽带水泥石中的联系纽带水泥石中的孔缝孔缝（开口孔隙和裂缝），产生有（开口孔隙和裂缝），产生有害介质的侵蚀、交换作用害介质的侵蚀、交换作用。 内内因因Ca(OH)2C3AH6结构不密实结构不密实外外因因软水酸：H2SO4、HCl、H2CO3碱：NaOH、KOH盐：MgSO4、Na2SO4第二节 水硬性胶凝材料3、水泥石的腐蚀的类型、水泥石的腐蚀的类型 按侵蚀介质种类分：按侵蚀介质种类分：软水腐蚀软水腐蚀酸腐蚀酸腐蚀碱腐蚀碱腐蚀盐腐蚀盐腐蚀 混凝土的腐蚀破坏膨胀裂缝膨胀裂缝膨胀裂缝膨胀裂缝膨胀开裂开裂的轨枕第二节 水硬性胶凝材料软水侵蚀（溶出性侵蚀）

27、软水侵蚀（溶出性侵蚀） v机理：机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，会使其另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，会使其他水化产物依次发生分解，产生大量孔隙。他水化产物依次发生分解，产生大量孔隙。尤其是尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。v 破坏形式：破坏形式： 水化物水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。增多、强度降低，直至整体破坏。 盐类腐蚀盐类腐蚀 v硫酸盐的腐蚀硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：腐蚀机理：硫酸盐与水泥石中的硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中固态的钙再与水泥石中固