第三章 水泥.ppt

1、,第三章 水泥 第一节 硅酸盐水泥 第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第三节 特性水泥和专用水泥,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,水泥的发明 1824年由英国建筑工人阿斯普丁发明,通过煅烧石灰石与粘土的混 合料得出一种胶凝材料,它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波 特兰石,由此将这种胶凝材料命名波特兰水泥. 水泥的发展历程 波特兰水泥（1824年）砂浆、混凝土钢筋混凝土（1850年）石棉 水泥（1900年）预应力混凝土（1929年）外加剂混凝土（1935年） 聚合物水泥混凝土（20世纪50年代）高强混凝土（20世纪70年代） 高性能混凝土（20世纪90年代）。,四 川 水 利 职 业 技

2、 术 学 院,混合材料掺量 20,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,一、硅酸盐水泥的定义 凡由硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣、适量石 膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥即国外通称的 波特兰水泥。 硅酸盐水泥分两种类型： 不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥，代号PI； 在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5石灰石或粒化高 炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号P。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,二、硅酸盐水泥的生产过程 生产过程：两磨一烧。 生产原料：石灰质原料（如石灰岩） 粘土质原料（如粘土、粘土质页岩） 少量辅助原料（如铁矿粉、石膏）,四 川 水 利 职 业 技

3、 术 学 院,三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及水化特性,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下 表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的硬化速度、 水化热和强度有何差异？,分析：由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速、水化热、d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：,分析：由于该工程所使用的

4、水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四、硅酸盐水泥的凝结硬化过程 水化：物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水， 统称为水化。 凝结：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐 变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 硬化：此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水 泥石），这一过程称为硬化。 思考题：简述石膏在水泥中的主要作用？ 答：石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。 纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不便

5、使 用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（3%左右）的石膏，石 膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用，生成了难溶的水化硫酸铝 钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓 了水泥的凝结时间。石膏掺量取决于铝酸三钙和SO3的含量。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,五、影响水泥凝结硬化的主要因素 熟料矿物成分：硅酸盐水泥熟料矿物对水泥性能的影响。 水泥的细度：在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥 颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大 ，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越 快，早期和后期强度就越高。但其28d水化热也越大，硬化后的干 缩也越

6、大。另外要把水泥磨得更细，也需要高成本。因此水泥应具 有一定的细度。 用水量；养护时间；温度和湿度；外加剂；石膏掺量等。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,六、硅酸盐水泥的技术要求 1、密度、堆积密度：在进行混凝土配合比的设计中，一般水泥密 度3.1g/cm33.2g/cm3,堆积密度取1300kg/m3。 2、细度：一般水泥颗粒限制在7200um范围内。 细度测定的方法：筛析法（干筛法、水筛法、负压筛析法） 3、凝结时间：初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去 可塑性所需的时间；终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆 完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。硅酸盐水泥初凝 时间不得

7、早于45min，终凝时间不得迟于6h30min。 原因：初凝时间过早，下一道工序无充足的施工时间，终凝时 间过迟，会拖延整个工程的施工工期。 水泥凝结时间的测定：凝结时间测定仪,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,六、硅酸盐水泥的技术要求 4、体积安定性：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水 泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化，会导致水泥石膨胀开 裂、翘曲，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质 量，甚至引起严重事故。 引起水泥安定性不良的原因：熟料中游离氧化镁过多；石膏 掺量过多；熟料中游离氧化钙过多。 测试方法：试饼法或雷氏法（有争议时以雷氏法为准） 5、强度及强度等级

8、：水泥强度是采用软练胶砂法测定： 该方法是由按质量计的一份水泥、三份ISO标准砂，0.5份的水拌 制成40mm*40mm*160mm的试件，分别测定试件3d和28d的抗压强度 及抗折强度，根据测定结果，确定水泥的强度等级：42.5、42.5R、 52.5、52.5R、62.5、62.5R。R表示该水泥的早期强度。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,六、硅酸盐水泥的技术要求 6、标准稠度用水量：指水泥浆达到标准稠度（规定稠度）时所需 的拌和水量，以水占水泥重量的百分数表示。水泥的标准稠度 用水量越少，水泥性能越好。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一 般为。 7、水化热：水化热对大体积建筑物不利；

9、对非大体积建筑物的 冬季施工，有利于混凝土的凝结硬化。 8、碱含量：水泥中碱含量按Na2O0.653K2O计算值来表示。若 使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量不 得大于0.60%或由供需双方商定。,烘干箱,80m方孔筛,七、检测水泥质量的试验方法 1、水泥细度试验,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,（1）水筛法 取样W =50g，置于洁净的水筛中; 用洁净的水冲洗水筛架上，用水压为（0.050.02）Mpa的喷头连续冲洗3min; 调整好水筛架的位置，使其能正常运转。喷头底面和筛网之间的距离为3575; 筛毕，用少量水把筛余物冲至蒸发皿中，等水泥颗粒全部沉淀后小心将水倾出

10、，烘干并用天平称量筛余物。 试验记录：筛余量Rs（g）； 结果计算:水泥细度按试样筛余百分数F计算,即,45m方孔筛,(2）负压筛析法 取样W =50g，置于洁净的方空筛中; 开动筛析仪连续筛2min，工作负压应保持在4000Pa-6000Pa。在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻敲击，使试样落下； 筛毕，用天平称量筛余物； 试验记录：筛余量Rs（g）； 结果计算:水泥细度按试样筛余百分数F计算,即,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,七、检测水泥质量的试验方法 1、水泥细度试验,负压表,计时器,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,七、检测水泥质量的试验方法 2、水泥标准稠度用水量试验

11、 取样：水m1=142.5g；水泥m2=500g； 搅拌锅先用湿布擦抹，将水和水泥按顺序倒入搅拌锅内； 用水泥净浆搅拌机拌合，先低速搅拌120s，停15s，接着高速搅拌120s停机； 标准稠度测定;立即将水泥浆装入圆模中，用小刀轻轻振动数次，抹平后用水泥标准稠度测定仪检测重锤30s内下沉的深度； 结果评定：如果重锤30s内下沉的深度在2630mm，表明该水泥浆已经达到标准稠度，则该水泥的标准稠度用水量P=m1/m2;如果重锤30s内下沉的深度不在此范围，应该增减用水量，重新试验，直至达到标准稠度为止。,搅拌叶片,搅拌锅,计时器,开关,标尺,指针,圆模,重锤,支架,四 川 水 利 职 业 技 术

12、 学 院,砂斗,模套,振动台,试模,160mm,40mm,40mm,送油阀,回油阀,压力表,抗折夹具,游动砝码,标尺,100mm,七、检测水泥质量的试验方法 3、水泥胶砂强度检验（ISO） 取样：一份水泥、三份ISO标准砂（1350g），0.5份的水； 用胶砂搅拌机拌合:先低速搅拌30s后，在第二个30s内匀速的加入砂子再拌30s；然后高速下继续搅拌60s； 将砂浆立即制成模型:先将空试模刷油并和模套固定在振动台上，用一个勺子直接将砂浆装入空试模，接着振实60次，再装入第二次在振实60次。然后取下试模，表面抹平； 试件养护：将试件放入湿箱； 检测强度：分别测定7d和28d的抗压强度和抗折强度；

13、 评价结果：以一组3个试件的平均值作为结果。 抗压强度=F/(40mm*40mm) 抗折强度=(3F*100mm)/(40mm*40mm*40mm),40mm*40mm,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,八、水泥石的腐蚀与防止 水泥制品在一般使用条件下，具有较好的耐久性，但 在某些侵蚀介质（如软水、含酸或盐的水等）作用下， 强度降低甚至造成建筑物结构破坏，这种现象称为水 泥石的腐蚀。 水泥石腐蚀的原因： 软水腐蚀；酸性腐蚀；盐类腐蚀；强碱的腐蚀 防止的措施； 、根据环境介质的侵蚀特性，合理选择水泥品种 、提高水泥密实度 、设置保护层,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,九、硅酸盐水泥

14、的性质与应用 1.早期及后期强度均高：适用于预制和现浇的混凝土工程、冬季 施工的混凝土工程、预应力混凝土工程等。 2.抗冻性好：适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程。 3.耐腐蚀性差：不宜用于受流动软水和压力水作用的工程，也不 宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程。 4.水化热高：不宜用于大体积混凝土工程。 5.抗炭化性好：适合用于二氧化碳浓度较高的环境，如翻砂、铸 造车间等。 6.耐热性差：不得用于耐热混凝土工程。 7.干缩小：可用于干燥环境。 8.耐磨性好：可用于道路与地面工程,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,十、硅酸盐水泥的储运与验收 1.水泥在运输过程中，须防潮与防水；

15、2.散装水泥须分库储存，袋装水泥的堆放高度不得超过十袋； 3.水泥不宜久存，超过三个月的水泥须重新试验，确定其标号； 4.水泥进场之后，应立即进行验收，严格贯彻先验收后使用的原 则，水泥验收周期较长，一般要一个月。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,一、活性的混合材料 、粒化高炉矿渣：凡在高炉冶炼生铁时，所得以硅酸盐与 硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后，即为粒化高 炉矿渣，简称矿渣。 、粉煤灰：从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰。它以 Al2O3、SiO2为主要成分，含有少量CaO。 、火山灰质混合材料：指具有火山灰性的天然或人工的矿物

16、材 料。天然的有：火山灰、 凝灰岩、浮石、浮石岩、沸石、 硅藻土等；人工的有：烧页岩、烧粘土、煤渣、煤矸石、硅 灰等。活性成分也是活性Al2O3和活性SiO2，它们本身磨细加 水拌和并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和， 则不单能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化的。,活性混合材料在水泥生产中的作用 磨细的活性混合材料与水调和后，本身不会硬化或硬化极其缓慢；但在饱和Ca（OH）2溶液中，常温就会发生显著的水化反应： （水化硅酸钙） （水化铝酸钙） 水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的产物。 石膏+水化铝酸钙=水化硫铝酸钙。 由此可见，是氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性，故称它们为活性

17、混合材料的激发剂；活性混合材料可以改善水泥的某些性能、调节水泥标号、降低水化热、降低产成本、增加水泥产量、扩大水泥品种。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,二、非活性混合材料 常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料。主要有石灰石、石英砂及矿渣等。 非活性混合材料掺入水泥中的主要作用是：调节水泥标号、降低水化热、降低生产成本、增加水泥产量。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,三、普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。 国家标准对普通硅酸盐水

18、泥的技术要求有： 1、细度：筛孔尺寸为80m的方孔筛的筛余不得超过10%， 否则为不合格。 2、凝结时间：处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得 迟于10小时。 3、标号：根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为32.5、 42.5、52.5、62.5四个标号。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,三、普通硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为： （1）早期强度略低 （2）耐腐蚀性稍好 （3）水化热略低 （4）抗冻性和抗渗性好 （5）抗炭化性略差 （6）耐磨性略差,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅

19、酸盐水 泥和粉煤灰硅酸盐水泥,1、矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥。它由硅酸盐水泥熟料、 20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。 2、火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥。它由硅酸盐水 泥熟料、20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成。 3、粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥。它由硅酸盐水泥 熟料、20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,国家标准对矿渣、火山灰、粉煤灰水泥的技术要求 国标矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥（GB13441999）规定的技术要求如下： 1、氧化镁：熟料中氧化镁的含量不超过5.0%，如果水泥经压蒸安定性试

20、验合格，则熟料中氧化镁的含量允许放宽到6.0%。 2、三氧化硫：矿渣水泥中不得超过4.0%。火山灰水泥、粉煤灰水泥中不得超过3.5%。 3、细度：80m方孔筛筛余不得超过10.0%。 4、凝结时间：初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。 5、安定性：用沸煮法检验必须合格。 6、强度：水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度划分。 三种水泥各强度等级、各龄期强度不得低于规范数值。 7、碱：水泥中碱含量按NaO+0.658K2O计算值来表示，若使用活性 骨料需限制水泥中碱含量时由供需双方商定。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,四、矿渣硅酸盐水

21、泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥,三种水泥的共性 1、早期强度低、后期强度发展高 2、对温度敏感，适合高温养护 3、耐腐蚀性好 4、水化热少 5、抗冻性差 6、抗炭化性较差,三种水泥的应用 1、矿渣硅酸盐水泥 适合于有耐热要求的工程；不适合于有抗冻性要求的工程。 2、火山灰质硅酸盐水泥 适合于有抗渗性要求的混凝土工程；不适合于干燥环境中 的地上及有耐磨性要求的混凝土工程。 3、粉煤灰硅酸盐水泥 适合于承载较晚的混凝土工程；不宜用于有抗渗要求的、 干燥环境中的或有耐磨性要求的混凝土工程。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,五、复合硅酸盐水泥 凡有硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定

22、的混合材料、适量石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥。 复合硅酸盐水泥由于掺入了二种以上的混合材料，起到了互相取长补短的作用，其效果大大优于只掺一种混合材料。其早期强度提高，且水化热低，耐腐蚀性、抗渗性及抗冻性较好。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,一、高铝水泥 以铝酸钙为主、氧化铝含量约50%的熟料，磨细制成的水硬 性胶凝材料，称为高铝水泥。 特点： 、强度发展非常迅速，24h内几乎可达到最高强度，强度增 长不稳定，有下降趋势。 、在低温（510）也能很好硬化，而在高温（30） 养护时强度剧烈下降。因此高铝水泥使用温度不得超过 30，更不宜采用蒸汽养护。 、高铝水泥抗硫酸盐性能好，对碳酸和稀酸（pH不小于） 也有很好的稳定性，但对浓酸和浓碱的耐蚀性不好。目前 高铝水泥用于配制膨胀水泥、自应力水泥和耐热混凝土。,四 川 水 利 职 业 技 术 学 院,二、快硬硫铝酸盐水泥 以适当的生料烧至部分熔融，得到以无水硫铝酸钙和硅酸 二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量的石膏磨细的具有 早期强度高的特点的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐 水泥。 特点：强度发展很快，早期强度高，且结构致密，孔隙率 小，抗渗性高，水化产物中Ca(OH)2的含量少，抗硫酸盐 侵蚀