《土木工程材料》课件第三章水泥(cement)

1、 (2)按化学成分分类硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、 铁铝酸盐系水泥等第三章 水泥(cement) 1.水泥的定义 国外称硅酸盐水泥为波特兰水泥（Portland Cement） 1824.10.21，英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯谱丁（J. Aspdin）获得英国第5022号的“波特兰水泥（Portland Cement）”专利证书 1892年，河北省唐山启新洋灰有限公司生产出我国第一袋水泥 2.水泥的分类 (1) 按用途和性能分类 分 类 品 种通用水泥硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥专用水泥道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐碱水泥、油井水

2、泥特性水泥高铝水泥、膨胀水泥、快硬硅酸盐水泥、自应力水泥、白色硅酸盐水泥 建筑三大材钢材、水泥、木材第一节.通用硅酸盐水泥B. 生产方式C. 生产过程 两磨一烧硅酸盐水泥熟料混合材料石膏磨细为成品+A. 技术标准 2008年6月1日国家实施通用硅酸盐水泥GB1752007新国标。 我国已逐步淘汰了立窑工艺生产水泥，目前采用更环保、高效、节能的旋窑（回转窑）工艺。水泥厂全景水泥旋窑示意图水泥立窑 示意图D. 通用硅酸盐水泥定义、组分、代号定义 以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料分类 硅酸盐 水 泥普通水泥 矿渣水泥 火山灰 水 泥 粉煤灰 水 泥复合水泥 I 型混合

3、材料 0% 5 % 且20%混合材料 A 型20%且50%粒化高炉矿渣 20% 且40% 火山灰质 混合材料 20% 且40% 粉煤灰 20% 且40%两种或两种以上规定的混合材料 II 型混合材料 5% B 型50%且70%粒化高炉矿渣 PI PO( ordinary portland cement ) PS( portland bl- astfurnace slag cement ) PP( portland pozzolane cement ) PF ( portland flyash cement ) PC( composite portland cement ) PII混合材料含量代

4、号一. 硅酸盐水泥熟料 矿 物 名 称 化 学 式 代 号 含 量硅酸三钙 3CaOSiO C3S 37% 60%硅酸二钙 2CaOSiOC2S 15% 37%铝酸三钙 3CaOAl2O3 C3A 7% 15%铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 10% 18%游离氧化钙、氧化镁fCaO、 fMgO 少量碱Na2O +0.658K2O 少量 名 称 硅酸三钙 硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙 凝结硬化速度 快 慢 最 快 快 28d水化热 多 少 最 多 中 强 度早期高,后期增长慢早期低,后期高 低 低 耐化学腐蚀 中 良 差 优硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、代号及含量硅酸盐水泥熟

5、料的特性二. 混合材料 1.定义 在磨制水泥时掺入的人工的或天然的矿物材料 2.掺入目的 降低水泥成本,改善水泥性能,调节水泥强度等级 3.分类活性混合材料与石灰和水拌合后,常温下能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料非活性混合材料与石灰和水拌合后,常温下不能使石灰成为水硬性胶凝材料的矿物材料粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰磨细石英砂、石灰石粉、慢冷矿渣等活性SiO2、活性Al2O3玻璃体结构三. 石膏 调凝剂,即调节水泥的凝结硬化速度4.火山灰反应(活性、效应、作用)、二次反应SiO2C-S-H 凝胶(水化硅酸钙)Al2O3C-A-H 晶体(水化铝酸钙)H2OCa(OH)2+CaSO4 2H

6、2O+Aft 晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HH2OCa(OH)2+碱性激发剂硫酸盐激发剂粉煤灰颗粒矿渣颗粒四. 通用硅酸盐水泥的水化 1.硅酸盐、普通水泥的水化 混合材料少,主要为熟料矿物的水化熟料矿物石膏C3SC2SC3AC4AFH2O+C-S-H 凝胶(水化硅酸钙) C-A-H 晶体(水化铝酸钙)CH 晶体(氢氧化钙)C-F-H 凝胶(水化铁酸钙) +C-A-H 晶体(水化铝酸钙)+H2OH2O+CaSO4 2H2O+Aft 晶体(高硫型水化硫铝酸钙)C-A-HAfm 晶体(单硫型水化硫铝酸钙)石膏耗尽时2.矿渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化 混合材料多,熟料矿物少 水化分两次（步）进行

7、熟料矿物水化一次水化CH 晶体混合材料水化二次水化火山灰反应激发剂3.综上所述,忽略次要成分,通用硅酸盐水泥的水化反应(产)物水化（产）物凝胶晶体C-S-H 凝胶C-F-H 凝胶CH 晶体C-A-H 晶体Aft 晶体、 Afm 晶体孔隙五. 水泥石 1.水泥石水泥水化硬化后形成的具有一定强度的人造石 水化(产)物 C-S-H凝胶(70%), CH晶体(20%), AFt晶体(7%) 未水化水泥颗粒(内核) 无论水化多久，水泥颗粒内核很难完全水化 毛细孔水泥颗粒间未被水化物填充(原来充水)的空间 孔隙 水泥水化理论需水23%，实际施工加水30%70%，多余水分蒸发形成毛细孔 凝胶孔凝胶(C-S-

8、H、C-F-H)体内部的孔隙,占凝胶体积28% 水 （水化物内部）结晶水、（水泥水化剩余）自由水 水泥石组成综上所述故：水泥石是由固、液、气等三相组成的复杂的混合物 由于水泥石中含有大量CH晶体，或者说其它水化(产)物是在CH的饱和溶液 中生长发育并能稳定存在，则水泥石是一种碱性物质，其PH值 12.5 因砂石为惰性物质，而水泥石呈碱性，则砼(砂浆)是碱性物质 碱性的砼(砂浆)容易被自然界中的酸、盐类物质腐蚀 碱性的砼对埋入其中的钢筋形成碱性保护，使钢筋不易锈蚀水泥石组成2.水泥石的腐蚀 软水侵蚀（溶出性腐蚀） 雨(雪)水,蒸镏(冷凝)水及含重碳酸盐甚少的水为软水 水泥石长期与软水(静止、流动

9、)接触，CH被溶出水泥石碱度降低 其它水化物分解溶失水泥石结构破坏。静水或无水压时腐蚀仅限于表层， 而流水或压力水下腐蚀由表及里不停止直至破坏。故后者比前者更有害 硫酸盐腐蚀海水、污水中含有钠、钾等硫酸盐 Na2SO4+ Ca(OH) 2 CaSO42H2O + NaOH CaSO42H2O + C-A-H AFt(高硫型水化硫铝酸钙,又名水泥杆菌) 硫酸盐浓度高时, CaSO42H2O 在孔隙中结晶,体积膨胀造成破坏 镁盐腐蚀海水、污水中含有大量镁盐,如硫酸镁和氯化镁 MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O + Mg (OH) 2 松软无胶结力 MgCl2 + Ca(OH)2 C

10、aCl2 + Mg (OH) 2 松软无胶结力 CaCl2易溶于水, CaSO42H2O还产生硫酸盐腐蚀故硫酸镁对水泥石有双重腐蚀 酸的腐蚀 强碱的腐蚀腐蚀类型3 .水泥石腐蚀的原因 基本原因 水泥石(水化物)中存在CH晶体和C-A-H晶体 腐蚀原因 水泥石本身不密实 外在因素 介质的温度、流速、压力等 水泥石的腐蚀是一个极为复杂的物理化学过程 水泥石的腐蚀很少仅是单一的侵蚀作用，而是几种侵蚀同时存在，互 相影响，共同作用。 合理选择水泥品种 提高耐腐蚀的措施 提高水泥石的密实度 做保护层石料、玻璃、陶瓷、沥青等六. 通用硅酸盐水泥的储存、运输与保管 1.一般储存条件下,水泥的保质期为_个月.

11、 2.即使在良好储存条件下也不能储存过久,因为水泥会吸收空气中_和_,使颗粒表面水化甚至碳化,丧失_, _大为降低. 3.过期或受潮的水泥应重新检验后方可使用,且不得用于重要工程部位.七. 通用硅酸盐水泥的特性硅酸盐水 泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥1.凝结硬化快2.早期强度高3.水化热大4.抗冻性好5.干缩小6.耐腐蚀性差7.耐热性差8.不适合湿热 处理9.抗碳化性好1.凝结硬化较快2.早期强度较高3.水化热较大4.抗冻性较好5.干缩较小6.耐腐蚀性 较差7.耐热性较差8.抗渗性较好9.不适合湿热 处理10.抗碳化性 较好 共 性 1.凝结硬化慢 2.早期强度低，后期强度增长

12、较快 3.水化热小 4.抗冻性差 5.耐腐蚀性较好 6.抗碳化性差 7.适合于湿热处理即:蒸气养护、蒸压养护 个(特) 性1.耐热性高2.干缩大3.泌水性大1.抗渗性好2.干缩大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干缩小3.耐磨性差3d强度高于矿渣水泥 根据工程特点及使用环境分：优先选用、可以选用和不宜选用三种情况，详P69 表3-10八. 通用硅酸盐水泥的应用 六种通用硅酸盐水泥中：1. 属于“快硬早强”的水泥有_、_ “快硬早强”的水泥可用于高强混凝土、预应力混凝土及现浇混凝土2. 属于“水化热小”的水泥有_、_ 、_ 、_ “水化热小”的水泥可用于大体积混凝土属于“耐腐蚀性好”的水泥有_、_ 、

13、_ 、_ “耐腐蚀性好”的水泥可用于有腐蚀介质作用的环境中，如海港码头、污水管道等工程中 4. 属于“干缩小”的水泥有_、_ 、_ “干缩小”的水泥可用于干燥环境中，如相对湿度小、风速大等工程中5. 属于“抗碳化性好”的水泥有_、_ “抗碳化性好”的水泥可用于CO2浓度高环境中 九. 通用硅酸盐水泥的技术要求 1. 细度水泥颗粒的粗细程度 细度大总表面积大水化反应快凝结硬化快强度高。 硅酸盐、普通水泥细度用 比表面积法 检验， 其余水泥细度用 筛（分）析 法检验， 国标要求详下表；比表面仪比表面仪水泥标准筛(80m方孔筛) 2. 标准稠度需水量 水泥净浆达到标准稠度(282mm)时所加水量，用

14、水/水泥表示。 水泥达到标准稠度是为了检验 凝结时间 和 体积安定性 水泥的标准稠度需水量试验有 调整水量法 和 不变水量法 两种方法水泥净浆搅拌机先加水：120-150ml;再加水泥：500g（5-10s内）搅拌：低速120s；停：15s 高速: 120s标准稠度用水量测定（代用法）释放试杆30s时读数：调整水量法：2630mm固定水量法：P33.4 0.185S3. 凝结时间分初凝和终凝 初凝水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间 终凝水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度 所需的时间初凝时间不宜早； 终凝时间不宜晚。初、终凝时间的规定详下表水泥凝结时间的测定4. 体积安

15、定性水泥在凝结硬化过程中体积变化的稳定性 (硬化后)水泥制品产生不均匀体积变化(弯曲变形、开裂) 体积安定性不良 体积安定性不良原因 熟料中含有过量游离氧化钙(f-CaO)、游离氧化镁(f-MgO) 生产水泥时加入了过量的石膏(SO3) 体积安定性检验方法 f-CaO引起的安定性不良用沸煮法试饼法或雷氏法 f-MgO和石膏(SO3)引起的安定性不良不便于快速检验限制其含量试饼法雷氏法5. 强度等级采用水泥胶砂法测定 水泥胶砂配合比：水泥:标准砂:水= 1:3:0.5 标准试件： 4040160mm,一组3块 振动成型： 在频率28003000次/min，振幅0.75mm振实台上成型， 振动时间

16、120s 试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h， 然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期； 强度测量： 先测定抗折强度，折断后每截再测定抗压强度。根据3d、28d抗 压、抗折强度测定结果划分强度等级 通用水泥的强度等级详下表。试件成型水泥胶砂搅拌机先加水225ml ；再加水泥450g搅拌：低速30s，第2个30s时自动均匀加砂 高速30s；停90s；高速60s水泥胶砂试模水泥胶砂试件水泥胶砂振实台十. 通用硅酸盐水泥的合格性判定 1. 合格品 不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、强 度等级等技术指标均符合规范规定者为合格品 2.

17、不合格品不溶物、烧失量、氯离子、MgO、SO3、凝结时间、安定性、 强度等级等技术指标任何一项不符合标准规定者 不合格品按复试结果使用或降级使用。 水泥可以袋装或散装，袋装水泥每袋净重50kg 项 目 硅酸盐水泥普通水泥PO 矿渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF复合水泥PC PP 细 度比表面积300m2/kg 0.08mm方孔筛筛余量10%凝结时间初凝45min终凝 6.5h 10h体积安定性安定性 沸煮法必须合格(若试饼法与雷氏法发生争议,以雷氏法为准)MgO 5% 6%; SO3 3.5%PS 4% ;其余 3.5 % 不溶物 0.75% 1.5% 烧失量 3% 3.5% 5%

18、 氯离子 0.06%碱含量 (按Na2O + 0.658K2O计算)使用活性骨料时 0.6%；或由供需双方商定 强度等级42.5、 52.5 、 62.542.5R、52.5R 、62.5R42.5 、 52.5 42.5R 、52.5R32.5、 42.5 、 52.5 32.5R、42.5R 、52.5R通用硅酸盐水泥的技术要求 强度 等级龄期硅酸盐水泥 普通水泥矿渣、火山灰、 粉煤灰水泥 复合水泥抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa抗压强度/MPa抗折强度/MPa 32.53d28d 10.032.52.55.511.032.5

19、2.55.5 32.5 R3d28d 15.032.53.55.516.032.53.55.5 42.53d28d17.042.53.56.516.042.53.56.515.042.53.56.516.042.53.56.5 42.5 R3d28d22.042.54.06.521.042.54.06.519.042.54.06.521.042.54.06.5 52.53d28d23.052.54.07.022.052.54.07.021.052.54.07.022.052.54.07.0 52.5 R3d28d27.052.55.07.026.052.55.07.023.052.55.07.026.052.55.07.0 62.53d28d28.062.55.08.0 62.5 R3d28d32.062.55.58.0 通用水泥的强度等级第二节.其它品种水泥一.高铝水泥(铝酸盐水泥)（代号CA ） 1.定义属快硬、高强、耐腐蚀、耐热的水泥,以3d抗压强度表示强度等级 2.熟料矿物 铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2)及少量硅酸二钙(C2S) 3.水化产物 主要为水化铝酸钙(C-A-H)和铝胶(AH3) 4.分类 按GH201-2000规定，高铝水泥根据Al2O3含量百分数分为CA-50、 CA-60、CA-70和CA-80四类。 5.特性 (1)快