胶凝材料――水泥

10教学内容：

3水泥.本章以硅酸盐水泥为重点，阐述了常用六大品种水泥的组成、特性、质量标准及适用范围；并概括介绍了其他品种水泥。教学目的：了解常用〔硅酸盐〕水泥的生产工艺把握水泥的矿物组成及特性把握常用〔硅酸盐〕水泥的技术性质和质量要求把握影响水泥分散与硬化的因素把握影响分散时间、强度、体积安定性、水化热的因素把握引起水泥石腐蚀的缘由及防止措施把握常用水泥品种的特点，能依据工程要求合理选择、使用水泥了解其他水泥的特点教学重点：常用〔硅酸盐〕水泥的特性影响常用水泥性能的因素常用〔硅酸盐〕水泥的选用教学难点：常用〔硅酸盐〕水泥的特性影响常用水泥性能的因素常用〔硅酸盐〕水泥的强度检验方法及评定教学方法：环境等的关系；通过案例教学使学生把握依据工程要求合理选择、使用水泥方法、思路。参考资料：《土木工程材料》湖南大学等 中国建筑工业出版社《构造工程材料》覃维祖 清华大学出版社《建筑工程材料》刘祥顺 中国建筑工业出版社《硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥》技术标准作业布置：1.P271、2、3、42.补充作业：1、2、3、4、5、6、7教学过程设计：概述定义：水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。水泥的分类按矿物组成：①硅酸盐水泥②铝酸盐水泥③硫铝酸盐水泥④铁铝酸盐水泥按用途和性质：①通用水泥：硅酸盐水泥P.Ⅰ0%P.Ⅱ<5%P.OP.S5～15％20～70％火山灰硅酸盐水泥P.P20～50％复合硅酸盐水泥P.FP.C20～40％15～50％②专用水泥：道路水泥、砌筑水泥、油井水泥、大坝水泥…③特种水泥：膨胀水泥、快硬水泥、防辐射水泥、抗硫酸盐水泥、白色硅酸盐水泥…硅酸盐水泥定义P.IP.Ⅱ型。硅酸盐水泥熟料要成分的产物，简称熟料。原材料CaO；SiO2、Al2O3、Fe2O3。③校正原料：铁矿粉、硅质原料、铝矾土等。3在球磨机中研磨至肯定细度，即得到硅酸盐水泥。简称“两磨一烧”：〔1〕按生料的制备方法分：湿法和干法。①湿法是将原料配好后，加水湿磨成含水约35％～40％的生料浆，经质量高；缺点是能耗大。干法是将原料烘干，配制后研磨成生料粉入窑煅烧。由于干法比湿〔窑外预分解〕〔2〕按煅烧水泥所用的窑的类型分：回转窑和立窑。现立窑已经被限制使用。(3)煅烧过程化。1450℃，1300℃，即烧化钙和硅酸二钙溶解，硅酸二钙在液相中吸取氧化钙形成最重要的硅酸三钙。这一步是关键，须保持温度和时间，否则游离氧化钙会影响水泥质量。硅酸盐水泥熟料的矿物组成及矿物成分的水化反响相构造。矿物组成：①硅酸三钙，C3S;②硅酸二钙，C2S;③铝酸三钙，C3A;④铁铝酸四钙；CaO、MgO、SO3及碱〔K2O，Na2O〕等有害成分。矿物成分的水化反响C2S＋H2O→C-S-H＋Ca(OH)2C3A＋H2O→C3AH6C4AF＋H2O→C3AH6(水化铝酸钙)＋CFH(水化铁酸钙)反响：3CaO 2HO)CAH 3CaOAlO3CaO31HO4 2 3 6 2 3 4 2水泥水化产物有：水化硅酸钙70%、水化铁酸钙凝胶；氢氧化钙20%、水化7%晶体。5分散硬化的机理：①分散定义：水泥加水拌和后，成为可塑的水泥浆，水泥浆渐渐变稠失去塑性，但不具有强度的过程。②硬化③分散的产生强度。④硬化的产生：随着水化产物的不断增加，水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实，Ca(OH)2体中，渐渐形成为具有肯定强度的水泥石，从而进入硬化阶段。〔几个月甚至假设干年(凝胶和晶体)、未水化的水之转变。影响水泥分散硬化的主要因素①矿物组成化。②石膏作用：〔钙矾石C3A的水化，掌握了水泥的水化反响速度，延缓了分散。·改善性能：提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性、抗渗性等·激发剂作用：活性混合材激发剂。掺量：C3A的含量和3％～5SO3计不超过3.％〔矿渣水泥<％。石膏掺量过高，将使水泥发生安定性不良。③水泥细度大，水化反响产物增长越快，水化热较多。④环境温度、湿度温度提高→水化反响变快→分散硬化变快，强度增长快；过高也不利温度降低→水化反响变慢→分散硬化变慢，强度增长慢。湿度不够→水化反响慢，甚至停顿。〔保持环境的温度和湿度，使水泥石强度不断增长〕⑤时间－龄期要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续假设干年。硅酸盐水泥的技术性质细度水泥细度的重要性：水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用是至关重要的。7～200μm，一般认为，水泥颗粒在40μm以下，水泥具有较强度和后期强度强度都较高，但收缩也较大，且耗能多、本钱高。水泥的细度测试方法：①0.080mm317～350m2/kg。标准稠度需水量定义：水泥加水调制到某一规定稠度的净浆时所需拌合用水量。作用：国家标准规定水泥的分散时间和安定性必需使用“标准稠度”的21％～28％。测定方法：固定用水量法〔P＝33.4-0.185S、调整用水量法影响因素：①矿物组成：CA，CS3 2②细度；③混合材料种类及掺量等。分散时间分散时间分为初凝时间和终凝时间。45min。过短影响施工。390min。过长影响强度的增长和后续工作的开展。假凝：体积安定性定义：水泥体积安定性是水泥硬化后因体积膨胀而产生变形的性能。游离氧化镁过多，主要是生成氢氧化镁产生膨胀，检测方法是压蒸。后两者出厂化学分析检验：MgO<5%，SO<3.5;3强度强度是评价水泥质量最重要的指标。影响强度的因素：①水泥矿物组成；②细度；③石膏掺量；④龄期；⑤环境温度和湿度；⑥水灰比、试验条件和试验方法等。、52.5R、62.5、62.5R。R〔3〕测试方法：胶砂尺寸、标准砂、成型－养护－测强－数据处理水化热初期。影响因素：主要取决于熟料的矿物组成、水泥细度。通常强度等级高，因素，均可以降低早期水化热。利弊：水化热对大体积混凝土工程不利，应使用水化热低的水泥，或削减高早期强度。硅酸盐水泥的性能特点与应用分散硬化快，早期及后期强度均高，适用于有早强要求的工程〔工、预制、现浇等工程，高强度混凝土工程〔如预应力钢筋混凝土，大坝溢流面部位混凝土。抗冻性好，适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差，因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。水化热高，不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。程。耐磨性好，适用于高速大路、道路和地面工程。水泥石的腐蚀定义：水泥是在外界侵蚀性介质〔软水、含酸、含盐水溶液等〕作用下，〔侵〕通过水泥石中某些组分〔氢氧化钙、水化铝酸钙等〕而起到破坏作用的。腐蚀的类型1〕软水侵蚀〔溶出蚀〕溶蚀，最终使水泥石破坏。溶解性化学腐蚀①碳酸水的腐蚀：Ca(OH)2

CO2

HOCaCO2

2HO2CaCO3

CO2

HOCa(HCO)2 32②盐酸等一般酸的腐蚀：2HClCa(OH)2③镁盐等的腐蚀：

CaCl2

2HO2MgCl2

Ca(OH)2

CaCl2

Mg(OH)2膨胀性化学腐蚀HSO2 4

Ca(OH)2

CaSO4

2HO23CaO4

O)3CaOAlO2 2

O3CaOAlO2 2

3CaSO4

31HO2生成的二水石膏在水泥石孔隙中结晶产生膨胀；水化硫铝酸钙，体积膨胀1.5水泥石腐蚀的缘由及防腐蚀措施1〕水泥石腐蚀的缘由①侵蚀性介质以液相形式与水泥接触并具有肯定的浓度和数量；②水泥石中存在有引起腐蚀的组分氢氧化钙和水化铝酸钙；③水泥中本身构造不密实，有一些可供侵蚀性介质渗入的毛细孔道。2〕防腐蚀的措施①依据环境条件合理选择水泥品种效地减轻侵蚀③在混凝土的外外表加掩盖层，隔离侵蚀性介质与水泥石接触。掺混合材的硅酸盐水泥水泥用混合材料度而参加水泥中的人工或自然矿物材料，称为水泥混合材料。泥产量、降低水泥本钱的目的。火山灰活性：混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混合均匀，用水拌和后，在常温下可生成具有水硬性的水化物，这称为混合材料的火山灰活性。2非活性混合材料磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。活性混合材料〔硫酸盐或碱性〕的状况下，能发生水化反响，生成具有水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙。①主要品种有：粒化高炉矿渣、火山灰质、粉煤灰等。A疏松、多孔的粒化高炉矿渣，又称水淬高炉矿渣。其玻璃体含量达80％以上，B火山渣〔灰、凝灰岩等。还有一些自然材料或工业废渣，由于其成分与火山灰(石)等。按化学成分和活性来源将火山灰质混合材料分为三类：含水硅酸质材料：以SiO为主要活性成分，含有结合水，如硅藻土、2蛋白石和硅质渣等。与石灰反响力量强，活性好，但需水量大、干缩大。

AlO

2 23浮石和粉煤灰等。活性大小与化学成分、冷却速度有关。AlO23煤矸石等．C粉煤灰是火力发电厂以煤粉作燃料，燃烧后收集起来的粒径为1～50μm的极细灰渣颗粒，呈玻璃态实心或空心球状，由于其主要活性成分为SiO2AlO所以也把粉煤灰划归为火山灰质混合材料。属铝硅玻璃质。23，②活性混合材的水化很低。但在Ca(OH)2水化硅酸钙和水化铝2

SiO2

的比率、环境温度及1，n、ml～2.5。性的水化硫铝酸钙；剂。显加快，强度提高；低温下，水化速度很慢，故活性混合材料适合高温养护。③作用水泥混合材混凝土掺合料3.掺混合材料的硅酸盐水泥水化特点掺混合材料水泥及混合材料掺量水泥品种掺入混合材品种掺量〔％〕简写矿渣硅酸盐水泥矿渣20～70P.S火山灰硅酸盐水泥火山灰20～50P.P粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰20～40P.F复合硅酸盐水泥两种及两种以上15～50P.C4泥的性能由于混合材掺量大，有其共性，品种不同又有各自特点。共性分散硬化慢、早期强度低，后期强度增长快—混合材料的二次反响。对温度敏感、适合蒸养水化热低。熟料含量降低耐侵蚀性好。二次反响消耗了易被侵蚀的氢氧化钙。火山灰质中Al2O3抗冻性差、耐磨性差。需水量大，孔隙多抗碳化性差。氢氧化钙少共性矿渣硅酸盐水泥：易泌水，耐高温。火山灰硅酸盐水泥：需水量大，干缩大，不宜用于枯燥环境，抗渗性好。粉煤灰硅酸盐水泥：早期强度很低，需水量小，干缩小，抗裂性好。应用以具体的工程实例在选择水泥时要考虑的问题分析水泥在土木工程中的应用妥当运输与储存等是保证工程质量、杜绝质量事故的重要措施。①水泥品种的选择原则依据使用环境条件选择：强侵蚀性介质条件：抗硫酸盐硅酸盐水泥等。按工程特点：大体积混凝土工程：中低热水泥、掺混合材水泥有早强要求的工程：硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥高温工程：铝酸盐水泥、矿渣水泥抢修工程：快硬硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥、快凝块硬硅酸盐水泥按混凝土所处部位选择水泥品种：硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥、中热硅酸盐水泥，避开使用火山灰水泥灰水泥、粉煤灰水泥②水泥强度等级的选择原则度等级水泥适宜于、配制低强度等级的混凝土或砌筑砂浆。铝酸盐水泥的以铝酸钙为主要矿物的熟料，经磨细而成的水硬性胶凝材料。1．主要矿物组成的主要来源。早强高，但后期增长缓慢二铝酸一钙，CA2。其特点是分散硬化慢，后期强度较高，但早期强度却很低。柱石。水化反响及水化产物〔1〕CACA2CAH10

<20℃CA、CA＋HO CAH 20～30℃2 2 2 83CAH >30℃336水化产物中，CAH36

6属于立方晶系，常有很多晶体缺陷，故强度较低，因10而铝酸盐水泥不宜在高于30℃的条件下养护。在较低温度下形成的CAH 和10CAH2

均属于六方晶系，其晶体呈片状或针状，相互穿插攀附，重叠结合，可形50％〔25％合水呈固相，这也是铝酸盐水泥石构造致密的缘由之一。铝酸盐水泥的技术性能化学成分泥的有害成分，故其含量被限制。物理性能0.045mm分散时间：与硅酸盐水泥显著不同。6h1d3d28d铝酸盐水泥在高温下能发生固相反响，因而具有良好的耐高温性能，是配制不定性耐火材料的重要胶凝材料。铝酸盐水泥在工程中的应用特点造成闪凝现象。15℃，25℃。③不得用于受碱腐蚀的工程中。④后期强度下降较大，特别在湿热条件下下降更为严峻。适用BCE忌用BCD其它品种水泥道路硅酸盐水泥C3A、CaOC4AF含量。中低热水泥温度应力裂缝，要求限制水化