第一章常用的建筑材料_水泥与其他胶凝材料

1、1.3.2 1.3.2 水泥和其他胶凝材料水泥和其他胶凝材料水泥的定义和分类定义：定义： 水泥是一种水泥是一种细磨成细磨成粉末粉末状，加入适量水后成为可塑性的状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地石等材料牢固地胶结成胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。材料。主主 要要 内内 容容u重点论述了硅酸盐系水泥的重点论述了硅酸盐系水泥的矿物组成矿物组成、基本性质及其检基本性质及其检测方法测方法，以及硅酸盐水泥的，以及硅酸盐水泥的应用应用。 第一节 硅酸盐水泥1、硅

2、酸盐水泥的生产及矿物组成、硅酸盐水泥的生产及矿物组成 现行国家标准现行国家标准GB175-2007定义：凡由硅酸盐水泥定义：凡由硅酸盐水泥熟料熟料、05的的石灰石石灰石或或粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣、适量石膏适量石膏磨细制成的水硬磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。性胶凝材料称为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。 硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料矿物的特性硅酸盐水泥熟料矿物的特性矿物名称矿物名称化学成分化学成分 缩写符号缩写符号 含量含量硅酸三钙3CaOSiO2 C3S3760硅酸二钙2CaOSiO2 C2S 1537铝酸三钙3CaO

3、Al2O3 C3A 715铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018矿物名称矿物名称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与水反应速度快慢最快快水化放热量大小最大中强度高早期低后期高 低低 硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性硅酸盐水泥熟料矿物的水化特性分析：硅酸盐水泥熟料矿物特性：硅酸盐水泥熟料矿物特性：C C3 3S SC C2 2S SC C3 3A AC C4 4AFAFA A水泥的水泥的C C3 3S S及及C C3 3A A含量高，而含量高，而C C3 3S S及及C C3 3A A的早期强度及水化的早期强度及水化热都较高，故热都较高，故A A

4、硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于硅酸盐水泥的早期强度与水化热高于B B水泥。水泥。 三、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质三、硅酸盐水泥应满足哪些技术性质v细度细度v凝结时间凝结时间v体积安定性体积安定性v强度及强度等级强度及强度等级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防腐措施防腐措施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筛分析法：普通水泥：普通水泥80 m方孔筛的筛余量不得超过方孔筛的筛余量不得超过10%比表面积法比表面积法：1kg硅酸盐水泥的比表面积应大于硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/k

5、g 。 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！ 问题：为什么需要规定水泥的细度？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泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；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，虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高早期强度会越高，但是水化，但是水化放热速度也快，放热速度也快，水泥收缩也越大水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；，对水泥石性能不利；v水泥越细，水泥越细，生产能耗越高，成本增加生产能耗越高，成本增加；v水泥越细，

6、对水泥的水泥越细，对水泥的储存也不利储存也不利，容易受潮结块容易受潮结块，反而降低，反而降低强度。强度。2. 凝结时间凝结时间 v概念：概念：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所需：从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需 的时间，初凝时间的时间，初凝时间45min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，并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，终凝时间开始具有强度所需的时间，终凝时间390min 国标规定：国标规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为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

7、泥为不合格品不合格品。为什么？为什么？ 答：答：v初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为泥无使用价值，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，即为终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格不合格品品。3. 体积安定性体积安定性 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。称为体积安定性。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！v水泥体积安定性不良的原因：水泥体积安定性不良的原因：水泥

8、熟料中含有过多的游离水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。和石膏。1.水泥熟料中的游离水泥熟料中的游离CaO、MgO都是都是过烧过烧的，水化速度很的，水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。开裂、翘曲。2. 石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀生膨胀 。v检测方法：检测方法：试饼法试饼法 雷氏夹法雷氏夹法 试饼法试饼法雷氏夹法雷氏夹法合格标准：5mm。肉

9、眼观察表面肉眼观察表面有无裂纹有无裂纹用直尺检查有无弯曲用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。4. 强度及强度等级强度及强度等级 v检验方法：检验方法：分别测量分别测量抗压强度和抗折强度抗压强度和抗折强度。试件尺寸：试件尺寸： 40 40 160mm 棱柱体；棱柱体；胶砂配比：胶砂配比： 水泥水泥 : ISO标准砂标准砂 : 水水

10、= 1 : 3 : 0.5；试件养护：试件养护： 在在20 C 1 C，相对湿度不低于，相对湿度不低于90%的雾室或养的雾室或养护箱中护箱中24h，然后脱模在，然后脱模在20 C 1 C的水中养护至测试的水中养护至测试龄期；龄期；100mm160mmP抗折强度试验抗折强度试验PP抗压强度试验抗压强度试验强度测量：强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为再进行抗压强度试验。受压面积为40 40=1600mm2。 结果计算：结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的抗折强度以三个试件

11、的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。平均值。强度等级强度等级水泥质量的判定水泥质量的判定 技术性质技术性质 不符合要求不符合要求 细细 度度 不合格品不合格品凝结时间凝结时间 （初凝）（初凝）废品废品 （终凝）不合格品（终凝）不合格品体积安定性体积安定性 废废 品品 强强 度度 不合格品或降低等级不合格品或降低等级不溶物和烧失量不溶物和烧失量 不合格品不合格品水泥的耐腐蚀性水泥的耐腐蚀性 v水泥石腐蚀的方式水泥石腐蚀的方式（1）软水侵蚀（溶出性侵蚀）软水侵蚀（溶出性侵蚀）（2）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀）酸的腐蚀（溶解性化学腐蚀）v一般酸的腐蚀一般酸的腐蚀v碳酸水的腐蚀碳酸水的腐蚀（3）硫酸盐

12、腐蚀（膨胀性化学腐蚀）硫酸盐腐蚀（膨胀性化学腐蚀）v防止水泥石腐蚀的措施防止水泥石腐蚀的措施（1）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。）根据工程的环境特点，合理选择水泥品种。（2）提高混凝土的密实度。）提高混凝土的密实度。（3）在水泥石结构的表面设置保护层。）在水泥石结构的表面设置保护层。水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂物引起的开裂水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落防止水泥石腐蚀的措施防止水泥石腐蚀的措施 主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施：主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施：v根据使用环境条件，选用水泥品种，

13、降低水泥石中不稳定根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；组分的含量；v提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；灰比、掺加外加剂等； v表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。 问题问题 ？v降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？有什么作用？为什么？ 答：答： 降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。学腐蚀和软水腐蚀的

14、能力。 因为化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。因为化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。小结小结v物理力学性能物理力学性能密度密度强度强度体积稳定性体积稳定性细度细度水化热水化热v耐久性能耐久性能软水腐蚀软水腐蚀盐类腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀酸类腐蚀为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能。为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能。v施工性能施工性能凝结时间凝结时间标准稠度用水量标准稠度用水量掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料石膏 615%混合材普通硅酸盐水泥2070%矿 渣矿渣硅酸盐水泥2050%火山灰火山灰硅酸盐水泥2040%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥1650

15、%两种混合材复合硅酸盐水泥 掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！第二节第二节 掺混合材的硅酸盐水泥掺混合材的硅酸盐水泥 掺混合材水泥的代号掺混合材水泥的代号 水泥品种水泥品种 组成特点组成特点 代号代号普通水泥普通水泥 615的混合材的混合材 P O矿渣水泥矿渣水泥 2070矿渣矿渣 P S火山灰水泥火山灰水泥 2050火山灰火山灰 P P粉煤灰水泥粉煤灰水泥 2040粉煤灰粉煤灰 P F复合水泥复合水泥 1550两种混合材两种混合材 P C石灰石水泥石灰石水泥 1125的石灰石的石灰石 P L1 1）水泥混合材）水泥混合材 v定义：定义： 在水泥生产过程中，为

16、改善性能、调节强度等级所在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的加入的天然天然或或人工矿物人工矿物材料，均称为水泥混合材料。材料，均称为水泥混合材料。 分为分为非活性混合材非活性混合材和和活性混合材活性混合材。1. 非活性混合材非活性混合材 v定义：定义： 与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。只起学反应很弱的混合材，为非活性混合材。只起填充料填充料的作用。的作用。v常见的有：常见的有：磨细石英砂磨细石英砂石灰石粉石灰石粉废渣废渣慢冷矿渣慢冷矿渣2. 活性混合材活性混合材 v定义定义： 具有具有水化活性

17、水化活性的混合材。能的混合材。能调节强度等级、节省调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。等。v活性组分：活性组分：SiO2、Al2O3v常用品种：常用品种：粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼钢铁的废料炼钢铁的废料火山灰质粉末火山灰质粉末天然岩石和人工煅烧物天然岩石和人工煅烧物粉煤灰粉煤灰火电厂的废料火电厂的废料活性混合材的作用活性混合材的作用 v水化反应：水化反应： xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O = xCaO SiO2 nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaO Al2O3 nH2Ov稀释作用稀释作用减

18、少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中减少水泥石中Ca(OH)2的含量的含量。v超细粉末的密实填充效应超细粉末的密实填充效应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应3d7d49d182d掺加粉煤灰的水泥强度发展掺加粉煤灰的水泥强度发展早期强度增长减慢，但掺量小于早期强度增长减慢，但掺量小于20时，后期强度也有较多增长时，后期强度也有较多增长几种通用水泥的性能特点及应用几种通用水泥的性能特点及应用硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水普通水泥泥矿渣水泥矿渣水泥火山灰水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥特特性性早期强度高；早期强度高；水化热较大；水化热

19、较大；抗冻性较好；抗冻性较好；耐蚀性差；干耐蚀性差；干缩较小缩较小与硅酸与硅酸盐水泥盐水泥基本相基本相同同早期强度较低，后期早期强度较低，后期强度增长较快；水化强度增长较快；水化热较低；耐热性好；热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌差；干缩性较大；泌水较多水较多早期强度较低，早期强度较低，后期强度增长后期强度增长较快；水化热较快；水化热较低；耐蚀性较低；耐蚀性较强；抗抗渗较强；抗抗渗性好；抗冻性性好；抗冻性差；干缩性大差；干缩性大早期强度较低，后早期强度较低，后期强度才长较快；期强度才长较快；水化热较低；耐蚀水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较性较强；干缩性较小；抗裂性较高；小；抗裂性较高；抗冻性差抗冻性差适适用用范范围围一般土建工程一般土建工程中钢筋混凝土中钢筋混凝土及预应力钢筋及预应力钢筋混凝土结构；混凝土结构；受反复冰冻作受反复冰冻作用的结构；用的结构；配配制高强混凝土制高强混凝土与硅酸与硅酸盐水泥盐水泥基本相基本相同同高温车间和有耐热耐高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的抗硫酸盐侵蚀要求的工程工程地下、水中大地下、水中大体积混凝土结体积混凝土结构和构和有抗渗要有抗渗要求的混凝土结求的混凝土结构构；蒸汽