水泥的作用与分类及构造做法培训讲义PPT

1、4 水泥本章主要讲述了硅酸盐水泥的生产、矿物组成、凝结硬化、技术性质、性能及适用范围等；在硅酸盐水泥的基础上，讲述了普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥的组成、性能及选用等；概要介绍了其他品种水泥。 本章提要按其主要成分分为硅酸盐类水泥、铝酸盐类水泥、硫铝酸盐类水泥和磷酸盐类水泥。按水泥的用途和性能又可分为通用水泥(如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等)、专用水泥(如中、低热水泥等)及特性水泥(如快硬硅酸盐水泥、膨胀水泥等)。 本 章 内 容4.1 硅酸盐水泥4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥4.3 其他品种水泥及水泥的运输和保管4.1 硅酸盐水泥硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、05%石灰

2、石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P；在硅酸盐水泥熟料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的称型硅酸盐水泥，其代号为P。硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级。 硅酸盐水泥是以石灰质原料(如石灰石等)与粘土质原料(如粘土、页岩等)为主，有时加入少量铁矿粉等，按一定比例配合，磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生产)，经均化后送入回转窑或立窑中煅烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，再与适量石膏共同磨细，即可得到P型硅酸盐水泥。其生产工

3、艺流程(简称为“两磨一烧”)如图4.1所示。 4.1.1 硅酸盐水泥的生产及矿物组成矿物组成主要是：（1）硅酸三钙(3CaOSiO2，简写为C3S，占37%60%)（2）硅酸二钙(2CaOSiO2，简写成C2S，占15%37%)（3）铝酸三钙(3CaOAl2O3，简写成C3A，占7%15%)（4）铁铝酸四钙(4CaOAl2O3Fe2O3，简写为C4AF，占10%18%)。 图4.1 硅酸盐水泥生产工艺流程示意图 水泥加水拌和后，成为可塑性浆体，随后，水泥浆逐渐变稠而失去塑性，但尚不具有强度的过程，称为水泥的凝结。凝结过后，水泥浆产生明显的强度并逐渐发展成为坚硬的固体，这一过程称为水泥的硬化。其

4、化学反应式有： 4.1.2 硅酸盐水泥的凝结硬化为了调节水泥的凝结时间，掺入适量石膏，这些石膏与反应最快的铝酸三钙的水化产物作用生成难溶的水化硫铝酸钙，覆盖于未水化的铝酸三钙周围，阻止其继续快速水化。其反应式为： 综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，主要水化产物有水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构如图4.2所示。 图4.2 硬化水泥石结构 4.1.3.1 密度、堆积密度、细度硅酸盐水泥的密度约为3.10g/cm3。其松散状态下的堆积密度为10001200kg/m3，紧密堆积密度达1

5、600kg/m3。细度是指水泥颗粒的粗细程度，是影响水泥性能的重要指标。 国家标准GB 17599规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg。 4.1.3 硅酸盐水泥的主要技术性质为了测定水泥的凝结时间及体积安定性等性能，应该使水泥净浆在一个规定的稠度下进行，这个规定的稠度称为标准稠度。达到标准稠度时的用水量称为标准稠度用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示，按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 13462001)规定的方法测定。 4.1.3.2 标准稠度用水量凝结时间分初凝和终凝。初凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥全部加入水中

6、到水泥完全失去可塑性开始产生强度所需的时间(图4.3)。水泥的凝结时间是按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 13462001)规定的方法测定的。 4.1.3.3 凝结时间图4.3 水泥凝结时间示意图 水泥体积安定性简称水泥安定性，是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质。当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会导致水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良。引起水泥体积安定性不良的原因主要有熟料中含有过量的游离氧化钙(fCaO)、游离氧化镁(fMgO)或掺入的石膏过多。 4.1.3.4 体积安定性水泥强度是表示水泥力学性能的一项重要指标，是评定水泥强度等级的依据。

7、 根据GB/T 17599规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期的强度值不得低于表4.1中的数值。4.1.3.5 强度与强度等级表4.1硅酸盐水泥的强度指标（依据GB17599） 强度等级 抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.0水化热是指水泥与水发生水化反应时放出的热量，通常用J/kg表示。水化

8、热的大小主要与水泥的细度及矿物组成有关。颗粒愈细，水化热愈大；不同的矿物成分，其放热量不一样(见表4.2)，矿物中C3S、C3A含量愈多，水化热愈大。 4.1.3.6 水化热表4.2 水泥熟料单矿物水化时特征 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28d水化放热量强度 快多高 慢少早期低，后期高 最快最多低 快中低 水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀。主要原因有：(1)淡水腐蚀 (2)硫酸盐腐蚀 (3)溶解性化学腐蚀 4.1.4 水泥石的腐蚀和防止措施根据产生腐蚀的原因，可采取如

9、下防止措施：根据工程所处环境，选用适当品种的水泥 增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透。 加做保护层。 4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。 按所掺混合材料的品种和数量可分为普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥。 混合材料一般为天然的矿物材料或工业废料。根据其性能可分为活性混合材料和非活性混合材料。 4.2.1 混合材料常用的活性混合材料有粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料和粉煤灰等。 (1)粒化高炉矿渣将炼铁高炉中的熔融矿渣经水淬等方式急速冷却而形成的松软颗

10、粒，称为粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣，其主要的化学成分是CaO、SiO2和Al2O3，占90%以上。 4.2.1.1 活性混合材料(2)火山灰质混合材料凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性三氧化二铝为主要成分，具有火山灰活性的矿物质材料，都称为火山灰质混合材料。 (3)粉煤灰粉煤灰是发电厂燃煤锅炉排出的烟道灰，其颗粒直径一般为0.0010.05mm，呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，表面比较致密。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性三氧化二铝。 活性混合材料的矿物成分主要是活性二氧化硅和活性三氧化二铝，它们与水泥熟料的水化产物氢氧化钙发生反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，称为二次水化反应。Ca(O

11、H) 2是易受腐蚀的成分。活性氧化硅与活性氧化铝与Ca(OH) 2作用后，减少了水泥水化产物氢氧化钙的含量，相应提高了水泥石的抗腐蚀性能。 这类材料又称填充材料，它与水泥矿物成分或水化产物不起化学反应。掺入水泥中主要起调节水泥强度等级、增加水泥产量、降低水化热等作用。常用的有磨细石英砂、石灰石粉、粘土及磨细的块状高炉矿渣与炉灰等。 4.2.1.2 非活性混合材料4.2.2.1 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥简称普通水泥(PO)，是由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15%。普通水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R

12、、52.5、52.5R等6个强度等级。各强度等级水泥在各龄期强度要求见表4.3。 4.2.2 掺混合材料的硅酸盐水泥强度等级 抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.51132.52.55.532.5R1632.53.55.542.51642.53.56.542.5R2142.54.06.552.52252.54.07.052.5R2652.55.07.0表4.3 普通硅酸盐水泥的强度要求(GB 17599) 矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥(PS)，是由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中粒化高炉矿渣掺量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰

13、石、窑灰、火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，但代替量不得超过水泥质量的8%。 4.2.2.2 矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥(PP)，是由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%50%。 4.2.2.3 火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥(PF)，是由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。其中粉煤灰掺量按质量百分比计为20%40%。矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个强度等级。各龄期强度要求见表4.4。

14、 4.2.2.4 粉煤灰硅酸盐水泥强度等级 抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0表4.4 矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的强度要求(GB 134499) 复合硅酸盐水泥简称复合水泥，是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。 复合水泥的细度、凝结时间和体积安定性要求与普通水泥相同，按规定龄期的抗压强度和抗折强度分

15、为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期强度要求见表4.5。 4.2.2.5 复合硅酸盐水泥表4.5 复合硅酸盐水泥的强度要求(GB 129581999) 强度等级 抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.04.2.3 常用水泥的选用硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及复合水泥是

16、工程中常用的通用水泥，其技术性质的比较见表4.6(详见P34)，特性及适用范围见表4.7（详见P35）。 4.3 其他品种水泥及水泥的运输和保管凡以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成的，以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料称为快硬硅酸盐水泥(简称快硬水泥)。快硬水泥分32.5、37.5、42.5等强度等级，不同强度等级水泥各龄期强度不得低于表4.8数值。 4.3.1 其他品种水泥4.3.1.1 快硬硅酸盐水泥强度等级 抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)1d3d28d1d3d28d32.515.032.552.53.55.07.237.517.037.557.54.06.07.642.51

17、9.042.562.54.56.48.0表4.8 快硬水泥各龄期强度(GB 19990) 由白色硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为白色硅酸盐水泥(简称白水泥)。白水泥按其强度分为32.5、42.5、52.5、62.5四个强度等级。各龄期强度值见表4.9。 白度是白水泥的一个重要指标。我国白水泥的白度分为4个等级。根据白度及强度等级，又分为优等品、一等品和合格品(详见表4.10) 。4.3.1.2 白色硅酸盐水泥表4.9 白水泥各龄期强度(GB 201591) 强度等级 抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d7d28d3d7d28d32.514.020.532.52.5

18、3.55.542.518.026.542.53.54.56.552.523.033.552.54.05.57.062.528.042.062.55.06.08.0白水泥产品等级白度等级白度(%)白水泥强度等级优等品特级8662.5 52.5一等品一级8452.5 42.5二级8052.5 42.5合格品二级8032.5三级7542.5 32.5表4.10 白水泥等级划分(GB 201591) 凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料称为铝酸盐水泥，代号为CA。 铝酸盐水泥按Al2O3含量百分数分为4类：CA5050%Al2O360%CA6060%Al2O368%CA7068%A

19、l2O377%CA8077%Al2O3 4.3.1.3 铝酸盐水泥铝酸盐水泥熟料的主要矿物成分为铝酸一钙(CaOAl2O3，简写CA)，此外，还有少量硅酸二钙(C2S)和其他铝酸盐。(1)铝酸盐水泥的技术性质细度 凝结时间 表4.11 强度 表4.12 (2)铝酸盐水泥的主要性能及应用快硬早强，后期强度下降耐高温 抗渗性及耐腐蚀性强 水化热高，放热快 表4.11铝酸盐水泥的凝结时间(GB 2012000) 水泥类型初凝时间不得早于(min)终凝时间不得迟于(h)CA-50、CA-70、CA-80 306CA-60 6018表4.12 铝酸盐水泥胶砂强度(GB 2012000) 水泥类型抗压强度(MPa)抗折强度(