水泥简介以及与外加剂的适应性课件

水泥简介以及与外加剂的适应性1第一章

水

泥2内

容3水泥的定义和分类水泥的生产水泥的基本组成水泥的水化硬化水泥的品质要求常用水泥的基本特征与用途特种水泥的组成与主要性能第一节、水泥的定义和分类定义：凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆

体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。硅酸盐水泥定义：以硅酸盐水泥熟料、适量石

膏磨细制成的水硬性胶凝材料。按组成分类：常用水泥／硅酸盐水泥（以硅酸盐水泥熟料为主要组分）如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等特种水泥（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）如：高铝水泥、硫铝酸盐水泥等4组分材料：硅酸盐水泥熟料：适当成分的生料烧至部分熔融，

所得以硅酸钙为主要成分的产物石膏：天然二水石膏或工业副产石膏（工业生产

中以硫酸钙为主要成分的副产品），掺量2～５％活性混合材：具有火山灰性或潜在水硬性的混合

材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等非活性混合材：活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性混合材料以及砂岩和石灰石窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘

(6)助磨剂：在水泥粉磨时起助磨作用而不损害水泥性能的一种外加剂，加入量<1%5常用水泥品种67第二节、水泥的生产原材料：（１）石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化钙），如石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等（２）粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），如黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等（３）少量校正原料（铁质校正原料和硅质校正原料，提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原料如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩等。8生产工艺：“两磨一烧”生料制备：石灰质原料，粘土质原料与少量

校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适，质量均匀的生料熟料煅烧：生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料水泥粉磨：熟料加适量石膏，有时还加适量

混合材料或外加剂共同磨细为水泥9用窑外分解窑干法生产的工艺流程10干燥与脱水～100℃，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水～400～600

℃，脱去粘土矿物的配位水碳酸盐分解碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中分解放出二氧化碳～590℃，MgCO3≒MgO+CO2-1047~1214J/g～890℃，CaCO3≒CaO+CO2-1645J/g11水泥窑系统中发生的物理化学反应过程(3)固相反应12~800℃，CaO·Al2O3（CA）、CaO·Fe2O3（CF）与2CaO·SiO2（C2S）开始形成。800~900℃，开始形成12CaO·7Al2O3（C12A7）。900~1100℃，2CaO·Al2O3SiO2（C2AS）形成后又分

解。开始形成3CaO·Al2O3（C3A）和4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最高值。1100~1200℃，大量形成C3A和C4AF，C2S含量达最大值。(4)液相和熟料的烧结到达最低共熔温度（1250℃）后，开始出现

液相。硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，反应生成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙

３CaO·SiO2（C３S）

。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结。C2S+CaO

C3S液相13第三节、水泥的基本组成硅酸盐水泥熟料氧化物组成CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3

~95%MgO、

SO3、TiO2、P2O5、K2O和Na2O等

~5%主要氧化物含量波动范围：14CaO62~67%；SiO220~24%；Al2O34~7%；Fe2O32.5~6.0%。15矿物组成经高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应

生成多种矿物集合体，结晶细小（30~60μm）。四种主要矿物：硅酸三钙

3CaO·SiO2，可简写为C3S；硅酸盐矿物，1675%硅酸二钙

2CaO·SiO2，可简写为C2S；

溶剂矿物，铝酸三钙

3CaO·Al2O3，可简写为C3A；

22%铁相固溶体4CaO·Al2O3·Fe2O3作为代表式，可简写为C4AF。另外，还含有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。熟料矿物的基本特性17（2）混合材18活性混合材混合材磨细后与石灰和石膏拌合，加水后既能在水中又能在空气中硬化的称为活性混合材。粒化高炉矿渣：炼铁高炉的熔融矿渣经水淬急冷形成，物相组成大部分为玻璃体，具有较高的化学潜能，在激发剂的作用下具有水硬性。化学成分：CaO、Al2O3、SiO2

>90%MgO、MnO、Fe2O3、CaS、FeS、TiO2等

质量系数=（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）活性矿渣质量系数>1.2，非活性矿渣质量系数<1.2粒化高炉矿渣粉的活性指数（A）=R/R0×100%

粒化高炉矿渣粉级别（28d的A）：S105，S95，S75火山灰质混合材凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中

硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。19粉煤灰燃煤发电厂电收尘器收集的细灰主要化学成分：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO

物相组成：玻璃体60~85%；结晶化合物10~30%；未燃尽碳约5%。20非活性混合材与水泥成分不起化学作用或化学作用很小的

称为非活性混合材。磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等作用：提高水泥产量，减少水化热，降低水泥标号。21（3）石膏天然石膏或工业副产石膏（CaSO4，CaSO4·2H2O）

作用：调节凝结时间，提高早期强度，降低干缩变22形，改善耐久性、抗渗性等性能，对混合材起活性激发作用。最佳掺量：C3A含量，混合材以水泥中SO3含量≤3.5%作为石膏掺量的控制指标

过少，不能合适地调节水泥正常凝结时间过多，可能导致水泥体积安定性不良第四节、水泥的水化硬化定义：水泥与水接触时，水泥中的各组分与水的反应称为水化。水泥cement水泥浆Cement

paste+水凝结、硬化23水泥石Hardened

cement

paste硅水酸盐水泥的水化硬化化过程24Ca-AlC-S-H凝胶主要水化产物：CH水化铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙25硬化浆体结构：未水化的水泥颗粒、水化产物、孔隙影响强度的因素：C-S-H生成量，孔隙（气孔和毛细孔）26矿渣硅酸盐水泥的水化硬化熟料矿物+水 水化产物碱性激发剂：CH（+SiO2+Al2O3）硫酸盐激发剂：石膏（+SiO2+Al2O3

）火山灰水泥的水化硬化熟料矿物+水 水化产物

二次反应

CH（+SiO2+Al2O3）水化硅酸钙水化铝酸钙27水化硫铝（铁）酸钙水化硅酸钙水化铝酸钙第五节、水泥的品质要求凝结时间——工程施工初凝：水泥加水拌和开始至标准稠度净浆开始失

去可塑性所经历的时间。>45min终凝：浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经

历的时间。硅酸盐水泥<6.5h其他品种水泥<10h（2008年实施GB175-2007）

测定：维卡仪影响因素：水泥品种、水灰比、环境温度28强度——水泥质量确定水泥强度等级；设计混凝土和砂浆配合比的强度依据胶砂（水泥1+中国ISO标准砂3+水0.5）棱柱体试件（40mm×40mm×160mm）20±1℃湿气

24h脱模20±1℃水中 预定龄期（3d、28d）测定抗压强度和抗折强度29水泥强度等级按照28d抗压强度值划分（2008年实施GB175-2007）硅酸盐水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级普通水泥：42.5、42.5R、52.5、52.5R四个等级矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合水泥：

32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个等级30体积安定性体积安定性不良是指已硬化水泥石产

生不均匀的体积变化现象。引起体积安定性不良的原因：（1）f-CaO过量（2）f-MgO过量CaO+H2O=Ca(OH)2MgO+H2O=Mg(OH)2（3）石膏掺量过多

SO3+C-A-H

AFt31细度影响水泥安定性、需水量、凝结时间及强度国标：硅酸盐水泥比表面积>300m2/kg透气式比表面积仪

其他水泥80μm标准筛上筛余量<10%筛析法32水化热水泥水化放出的热称为水泥的水化热。硅酸盐水泥的水化放热曲线33水泥的水化放热量大部分在3~7d内放

出，以后逐渐减少大体积混凝土，冬季混凝土施工水泥水化放热量与水泥细度、混合材种类和数量有关中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥，适用于水化热较低的大坝和大体积混凝土工程。34水泥化学品质指标不溶物：熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiO2

，是煅烧不均匀，化学反应不完全的标志。。烧矢量：反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当以及水泥风化的情况。氧化镁：以方镁石晶体存在的MgO导致水泥长期安定性不良。SO3：造成水泥体积安定性不良，通过控制石膏掺量控制。碱含量（Na2O+0.658K2O）：与活性骨料发生碱骨料反应，导致混凝土不均匀膨胀破坏。35抗蚀性（耐久性）淡水（溶蚀）：流动水，水压，混凝土

渗透性较大酸与酸性水（溶析和化学溶解）：碳酸硫酸盐（侵蚀）：除硫酸钡以外的硫酸

盐，“镁盐侵蚀”含碱溶液（化学侵蚀和结晶侵蚀）36第六节、常用水泥的基本特征与用

途37硅酸盐水泥与普通水泥矿渣水泥38火山灰水泥39粉煤灰水泥40第七节、特种水泥的组成与主要性能铝酸盐水泥以钒土和石灰石为原料，按适当比例配合进

行烧结或熔融，再经粉磨而成，代号CA。按Al2O3百分数分为四类：41CA-50CA-60CA-70CA-8050%≤Al2O3<60%60%

≤Al2O3<68%68%

≤Al2O3<77%77%

≤Al2O3SiO2420.5~8.0%Fe2O3+FeO

0.5~2.5%组成

化学组成CaO

32~42%Al2O3

≥50%矿物组成铝酸一钙（CA）

70%

凝结缓慢，硬化快

二铝酸一钙（CA2）

水化硬化较慢，早期强度低，后期强度不断增高，耐热性高七铝酸十二钙（C12A7）水化速度快，凝结迅

速，强度不高，含量>10%使水泥快凝铝方柱石（C2AS）和β-C2S

SiO2

<5%，形

成β-C2S，

SiO2含量较高时形成C2AS

，水化速度慢，影响早强，配料中严格限制SiO2含量第二章外加剂与水泥的适应性及其改善43措施LOGO目

录第一节 概述第二节 外加剂与水泥的适应性概念

第三节

外加剂与水泥适应性的影响因素第四节 外加剂与水泥适应性的改善措施44第一节 概述LOGO45目前，混凝土外加剂已成为混凝土的第五组分，外加剂品种日益增多，性能不断提高，被认为是继预应力混凝土技术之后的又一次技术大突破。关于混凝土外加剂，除了自身必须具有良好的性能外，在使用过程中，还存在着一个普遍的、非常重要的问题就是与水泥的适应性问题，如：混凝土坍落度经时损失快就是外加剂与水泥不适应的典型例子。外加剂与水泥的适应性不好，不但会降低外加剂的有效作用，增加外加剂的掺量从而增加混凝土成本，而且还可能使混凝土无法施工或引发工程事故。第二节

外加剂与水泥的适应性概念LOGO46所谓适应性是指在混凝土制备时,外加剂按照推荐掺量掺入到水泥—水系统中,能够产生应有效果,则是适应的；相反,不能够产生应有效果,则是不适应的。

(不包含使用不满足相关国家标准的外加剂、水泥所引起的问题)出现的常见的适应性不良问题外加剂在合适掺量的情况下初始流动性差

塌落度达不到要求塌落度经时损失过快无法满足施工要求泌水严重出现扒底、堵泵

表面泛霜现象急凝、假凝不正常凝结现象47第三节外加剂与水泥适应性的影响因素1.水泥方面3.环境条件2.外加剂方面48当水泥温度过高,所掺加二水

石膏会部分脱水变为半水石膏,这就容易导致水泥净浆发生快凝而影响与减水剂的适应性。石膏掺量过少,当水泥中SO3含量较低时,使用减水剂时会产生坍落度损失很

大,甚至急凝现象。二.石膏的种类和掺量水泥孰料的矿物成分C3S,C2S,C3A,C4AF对外加剂的吸附能力是不一样的，经研究发现其中C

3

A对减水剂的吸附量远高于其它矿物成分,依次是C

3

A>C

4

AF>C

3

S>C

2

S,其原因主要取决于水泥水化速度及水化产物的比表面积。由于C

3

A水化速度快,它对减水剂的吸附量也最大,因此,从适应性上讲,水泥熟料矿物中C

3

A的含量应量尽低一些,而C

3

S含量高一些较为有利。一.水泥熟料矿物成分49随着水泥碱含量的增大,高效减水剂对水泥的塑化效果变差。还会导致砼凝结时间缩短和坍落度损失变大,并存在有碱———骨料反应的潜在危险。应尽量使用碱含量≤0.6%的低碱水泥。四.碱含量不同种类混合材料对减水剂的吸附产生不同影响,矿渣对萘系减水剂的吸附量小于煤矸石,因此一般情况下掺矿渣的水泥对减水剂的适应性优于掺煤矸石的水泥。掺火山灰的水泥与减水剂的适应性较差,主要表现流动性差,经过损失也大。而掺不同品种粉煤灰时水泥与减水剂的适应性差异较大。使用优质粉煤灰(含碳量≤5%)时塑化效果好,而使用粗粉煤灰,含碳量>5%的粉煤灰时塑化效果差。三.混合材料的种类50水泥中粗细颗粒级配恰当,则可得到良好的流变性能。水泥中3

～30

μm

的颗粒主要起强度增长作用,而大于60

μm

的颗粒则对强度不起作用,因此3

～30

μm

以下的颗粒只起早强作用。但颗粒小于10

μm的需水量大,因此流动性能好的水泥10

μm以下的颗粒应当少于10%。在我国目前的多数生产条件