第5章水泥550

1、第3章 水泥,1武汉首次采用双向三折爆破双子楼,2 视频,掌握：常用水泥的技术性质和应用,熟悉：水泥的凝结硬化过程、运输、保管,了解：其他品种水泥的性质和应用,本章教学目标,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 专用水泥与特种水泥 第四节 水泥的运输和保管,水泥的定义和分类 水泥是一种细磨成粉末状，加入适量水后成为可塑性的浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结成具有一定强度的整体的水硬性胶凝材料。 按用途和性能分类,用于一般土木建筑工程中的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等,具有专门用途水泥 ，如中、低热水泥，道路水泥等,具有某种性能比较突

2、出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等,按其化学成分类 虽然水泥品种繁多，分类方法各异，但我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。,我国水泥工业现状 近年来我国水泥工业发展很快，无论是品种、产量、质量都有很大的突破，尤其是产量居世界前列。但同时也存在着严重的不足，主要表现为：能耗大、污染严重。我们来看一组统计数据： 如何降低水泥能耗、减少污染物的排放量，将是今后应该研究的主要内容，绿色产业化是水泥工业的发展方向。,第一节 通用水泥 一、硅酸盐水泥 现行国家标准GB175-1999定义：凡由硅酸盐水泥熟料、05的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

3、为硅酸盐水泥（国外统称为波特兰水泥）。,硅酸盐水泥生产工艺可概括为“两磨一烧”。,石灰质原料,粘土质原料,校正原料,熟料,生料,水泥,石膏,磨细,按比例配合,1450,煅烧,磨细,水泥生产流程图,（二）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,生料,SiO2,CaO,化合反应,8001450,800左右,分解反应,Al2O3,Fe2O3,2CaOSiO2,3CaOSiO2,3 CaO Al2O3,4 CaOAl2O3Fe2O3,硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料矿物的特性,矿物组成对水泥性能的影响 以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化

4、。 硅酸三钙高强水泥 铝酸三钙、硅酸三钙 硅酸二钙 铁铝酸四钙抗折强度道路水泥,水化热大坝水泥,（三）硅酸盐水泥的水化和凝结硬化 水化 水泥加水拌和后，水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应，生成各种水化物。 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 铝酸三钙 水化铝酸钙 铁铝酸四钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙,水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙，也称为钙矾石晶体： 水化硫铝酸钙（钙矾石） 经过上述水化反应后，主要水化产物为：水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等。,凝结硬化 随着时间的推延，水泥浆逐渐失去塑性

5、，形成具有一定强度的石状体，这个过程叫水泥的凝结硬化。 水泥的凝结硬化大致可划分为以下三个阶段： 潜伏期（诱导期）：水泥矿物的水化反应 凝结期：1h初凝；68h终凝 硬化期：固体,水泥加水拌合后的水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。,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，加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶

6、体之中，逐渐形成了具有一定强度的水泥石，从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加，水分的不断丧失，使水泥石的强度不断发展。水泥的硬化期可以延续至很长时间，但28天基本表现出大部分强度。,实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。,细 度,凝 结 时 间,标准 稠度 用 水量,强度 与 强度 等级,水 化 热,化学性质 氧化镁含量 三氧化硫含量 烧失量 不溶物 P31,（一）硅酸盐水泥的细度,定义,细度指水泥颗粒的粗细程度。,同时规定凡细度不符合规定者为不合格品。,讨论与分析,缺点:,水泥越细,优

7、点：,？,硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。,GB规定,与水发生水化反应的 速度越快，水泥石的早期强度越高。,总表面积越大，,硬化收缩越大；易受潮而降低活性； 成本越高。,返回,（一）硅酸盐水泥的细度,返回,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝,终凝,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。 例如：混凝土的施工。,讨论与分析,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过

8、长，否则将延长施工进度和模板周转期。,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,请观看凝结时间试验动画,试验方法,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,初凝时间不得早于45min,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,终凝时间不得 迟于6.5h。,同时规定:初凝时间不符合规定者为废品， 终凝时间不符合规定者为不合格品。,GB规定,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,返回,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,讨论与分析,定义,试验方法,讨论与分析,为什么在测定水泥的凝结时间、体积安定性时，要将 水泥净浆拌到标准稠度，也就是一个规定的稠度呢？,？,为了

9、使试验结果 具有可比性,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,定义,不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在 24%33%之间。,例：A水泥的标准稠度用水量为27%，B水泥的标准稠度 用水量为30%。,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,试验方法,请观看标准稠度用水量试验动画,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,试验方法,请观看标准稠度用水量试验动画。,返回,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀， 导致水泥石开裂、翘曲等现象。,否则，为良好。,不良：,良好：,注意：安定性不良的

10、 水泥为废品水泥， 严禁在工程中使用。,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,讨论与分析,引起安定性不良的原因有哪些,熟料中含有过多的游离MgO;,熟料中含有过多的游离CaO;,石膏掺量过多。,GB规定,用沸煮法检验必须合格；,熟料中MgO含量5%；,熟料中SO3含量3.5%；,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,试验方法,请观看安定性（试饼法）试验,沸煮法,试饼法,雷氏夹法,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,返回,GB规定,(五)硅酸盐水泥的强度等级,水泥胶砂搅拌机,水泥胶砂试模,水泥胶砂振实台,胶砂搅拌机,称 料 和 加 砂,MD7-4040160mm 水泥抗折试模 是国家标准“水泥胶砂 强度检验方法(IS

11、O法) GB/T 17671-1999”中 规定的统一设备。 技术参数：模腔尺寸 长 160mm宽 40mm深 40mm 底座外形最大尺寸 245mm165mm 165mm 净重 66.5kg,试体的成型,台盘,模套,传动机构,控制器,摆动臂,卡紧装置,成型设备,试件的养护,抗折强度测定仪器设备,抗压强度测定-仪器设备,GB规定,强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。,(五)硅酸盐水泥的强度等级,试验方法,返回,(五)硅酸盐水泥的强度等级,电动抗折试验机,压力试验机,（六）硅酸盐水泥的水化热,定义,水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热。,对工程的影响,高水化热的水泥

12、在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土中应选择低热水泥。 在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。,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：,四 水泥石的腐蚀和防止,淡水腐蚀 硫酸盐腐蚀 溶解性化学腐蚀,硅酸盐水泥硬化后形成的水泥石，在正常环境条件下将继续硬化，强度不断增长。但在某些腐蚀性液体或气体的长期作用下，水泥石就会受到不同程度的腐蚀，严重时会使水泥石强度明显降低甚至完全破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。,四 水泥石的腐蚀和防止,水泥石腐蚀的类

13、型 软水侵蚀（溶出性侵蚀） 水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出，当水泥石中游离的氢氧化钙减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，甚至破坏。当水泥石处于软水环境时，特别是处于流动的软水环境中时，水泥被软水侵蚀的速度更快。,一般酸的腐蚀 工程结构处于各种酸性介质中时，酸性介质易与水泥石中的氢氧化钙反应，其反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构。其基本化学反应式为： 2HCl + Ca(OH)2=CaCl2 +2H2O H2SO4 + Ca(OH)2=CaSO42H2O,碳酸的腐蚀 雨水

14、及地下水中常溶有较多的二氧化碳，形成了碳酸。碳酸水先与水泥石中的氢氧化钙反应，中和后使水泥石碳化，形成了碳酸钙，碳酸钙再与碳酸反应生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，从而破坏了水泥石的结构。其腐蚀反应过程为： Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3+2H2O CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2,硫酸盐的腐蚀（膨胀性侵蚀） 当环境中含有硫酸盐的水渗入到水泥石结构中时，会与水泥石中的氢氧化钙反应生成石膏，石膏再与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生1.5倍的体积膨胀，这种膨胀必然导致脆性水泥石结构的开裂，甚至崩溃。由于钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。 4CaOAl2O31

15、2H2O +3CaSO4 +20H2O =3CaOAl2O33CaSO431H2O +Ca(OH)2 当水中硫酸盐浓度较高时，硫酸钙还会在孔隙中直接结晶成二水石膏，体积膨胀，引起膨胀应力，导致水泥石破坏。,镁盐的腐蚀 海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。它们与水泥石中的氢氧化钙起复分解反应： MgCl2 + Ca(OH)2+2H2O=CaCl2 +Mg(OH)2 MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2 硫酸镁对水泥石起镁盐和硫酸盐的双重腐蚀作用。,强碱的腐蚀 碱类溶液如浓度不大时一般是无害的.但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱（如氢氧化钠

16、）作用后也会破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠： 3CaOAl2O3+6NaOH=3Na2OAl2O3+3Ca(OH)2 当水泥石被氢氧化钠浸透后又在空气中干燥，与空气中的二氧化碳作用生成碳酸钠，碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶沉积，会使水泥石胀裂。 2NaOH+CO2=Na2CO3 +H2O,水泥石腐蚀的基本原因 内因：水泥石中存在有引起腐蚀的组成成分氢氧化钙和水化铝酸钙；水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀性介质易进入其内部； 外因 ：外界存在腐蚀性介质和条件。,水泥石腐蚀的防止 根据环境特点，合理选择水泥品种。如处于软水环境的工程，常选用掺混合材料的矿渣水泥、火

17、山灰水泥或粉煤灰水泥，因为这些水泥的水泥石中氢氧化钙含量低，对软水侵蚀的抵抗能力强。 提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。通过减小水灰比，掺加外加剂，采用机械搅拌和机械振捣，可以提高水泥石的密实度。 在水泥石的表面涂抹或铺设保护层，隔断水泥石和外界的腐蚀性介质的接触。例如，可在水泥石表面涂抹耐腐蚀的涂料，如：水玻璃、沥青、环氧树脂等；或在水泥石的表面铺建筑陶瓷、致密的天然石材等。,硅酸盐水泥的特性与应用 凝结硬化快，早期及后期强度均高。适用于有早强要求的工程（如冬季施工、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。适用于抗冻性要求高的工程。

18、 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。 耐腐蚀性差。因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。不宜用于流动的淡水接触及有水压作用的工程，也不适用于受海水、矿物水等作用的工程。,第二节 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。,一 混合材料,在应用范围方面，普通水泥与硅酸盐水泥基本相同，甚至在一些不能用硅酸盐水泥的地方也可采用普通水泥，使得普通水泥成为建筑待业应用面最广、使用量最大的水泥品种。,二 普通硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥的强度要求(GB17599),矿渣水泥、火山灰水泥

19、、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。,三 矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥,矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的强度要求 (GB134499),一次水化反应,三种水泥的水化特点,二次水化反应,首先是水泥熟料水化，生成较多的水化硅酸钙、氢氧化钙等水化产物,三种水泥的共同性质,凝结硬化慢，早期强度低，后期强度发展较快 抗软水、抗腐蚀能力强 水化热低、放热速度慢 抗碳化能力差抗冻性差、耐磨性差 湿热敏感性强，适合蒸汽养护,三种水泥各自的特性,矿渣水泥耐热性强、干缩性较大、保水性差 火山灰水泥保水性好、抗渗性好、硬化干缩性显著 粉煤灰水泥干缩性

20、小、抗裂性好,复合硅酸盐水泥特性取决于所掺混合材料的种类、掺量及相对比例。其使用应参照其他掺混合材料水泥的适用范围按工程实践经验选用。,四 复合硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥的强度要求(GB129581999),第三节 专用水泥 道路水泥 随着我国高等级道路的迅速发展，水泥混凝土路面已成为主要路面类型之一。道路硅酸盐水泥是专供公路、城市道路和机场道面用的一种水泥。 以适当成分生料烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸四钙的硅酸盐水泥熟料，加010活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。,矿物组成：高铁（铁铝酸四钙）低铝（铝酸三钙） 特性与应

21、用：道路硅酸盐水泥强度高，特别是抗折强度高，耐磨性好，干缩小，抗冲击性好，抗冻性好，抗硫酸盐腐蚀性能好。适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。,大坝水泥 中热水泥适用于要求水化热较低的大体积混凝土，如大坝、大体积建筑物和厚大基础等工程中，可以克服因水化热引起的温差应力而导致混凝土的破坏；低热矿渣水泥主要适用于大坝或大体积混凝土及水下等要求低水化热的工程。,第三节 特性水泥 快硬硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，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）。 快硬硅酸盐水泥凝结硬化快，早期强度高，后期强度也高，抗冻性及抗渗性强，水化放热量大，

22、耐腐蚀性差。适用于要求早期强度高的工程，紧急抢修工程，冬期施工工程以及制作预应力钢筋混凝土或高强混凝土预制构件。不适用于大体积混凝土工程及与腐蚀介质接触的混凝土工程。,铝酸盐水泥 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。 铝酸盐水泥的特点是快硬早强，后期强度下降；耐热性强 ；水化热高，放热快；抗渗性及耐腐蚀性强。,膨胀水泥 硬化过程中不产生收缩而具有一定膨胀性能的水泥。按膨胀值的大小，膨胀水泥可分为补偿收缩水泥和自应力水泥两大类。 补偿收缩水泥膨胀率较小，因此又叫做无收缩水泥，这种水泥可防止混凝土产生收缩裂缝；自应力水泥的膨胀值较大这种靠水泥自身水化产生膨胀来张拉钢筋达到的预应力称为自应力。 在路桥工程中，膨胀水泥常用于水泥混凝土路面、机场道面或桥梁结构中修补混凝土。,白水泥与彩色水泥,凡是以白色硅酸盐水泥熟料加适量石膏磨细制成的水硬性的胶凝材料，称为白水泥。 白色硅酸盐水泥熟料是指一适当成分的生料烧到部分熔融，得到的以硅酸钙为主要成分氧化铁含量少的熟料。 彩色水泥是白水泥、石膏加颜料制得的。,按环境条件选择水泥品种