建筑材料——水泥.ppt

第二章水泥 第一節(jié)硅酸鹽水泥 1 在中國硅酸鹽辭典中 將水泥的概念定義為 凡以適當(dāng)?shù)纳?燒至部分熔融 所得以硅酸鈣為主的硅酸鹽水泥熟料 加入適量的石膏磨細(xì)制得的水硬性膠凝材料 稱之為硅酸鹽水泥 2 水硬性 粉末狀水泥與水泥混合后 經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng) 可由可塑性漿體變成堅(jiān)硬的石狀體 將散粒材料膠結(jié)成整體 這一過程是水化在水環(huán)境下完成的 同時(shí)可以在水中更好的保持石狀體的概念 所以 水泥是一種水硬性膠凝材料 3 膠凝材料的發(fā)展史大致可分為三個(gè)歷史時(shí)期 石膏 石灰時(shí)期 公元前2000 3000年 利用生石灰和鍛燒石膏的砂漿 埃及金字塔和中國的萬里長城 石灰 火山灰時(shí)期 公元初 18世紀(jì) 石灰中加入火山灰 其強(qiáng)度與抗水性都比石灰 石膏有所提高 古羅馬圣廟建筑 水泥時(shí)期 以前的 都是氣硬性膠凝材料 而1796年 利用天然水泥巖 含粘土成分的石灰石 制造的 羅馬水泥 開始有水硬性膠凝材料 而水泥巖分布不廣 所以 1824年英國泥瓦工Jose ph Aspdin發(fā)明泥特蘭水泥 也即硅酸鹽水泥 而1838年約翰遜首先將水泥的鍛燒的關(guān)鍵 適當(dāng)?shù)呐淞虾蜏囟燃右悦鞔_ 1890年唐山水泥廠是第一個(gè)在中國建成的水泥廠 4 硅酸鹽水泥 型硅酸鹽水泥 代號P 型硅酸鹽水泥 代號P 普通硅酸鹽水泥 簡稱普通水泥 代號P O 礦渣硅酸鹽水泥 簡稱礦渣水泥 代號P S 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 簡稱火山灰水泥 代號P P 粉煤灰硅酸鹽水泥 簡稱粉煤灰水泥 代號P F 復(fù)合硅酸鹽水泥 復(fù)合水泥 代號P C 還有其他水泥 如快硬水泥 油井水泥 彩色水泥等普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 復(fù)合硅酸鹽水泥統(tǒng)稱摻混合材料的硅酸鹽水泥 水泥的分類 六大通用水泥 5 1 生料的配制與粉磨 2 硅酸鹽水泥的煅燒 3 水泥熟料的粉磨 一 硅酸鹽水泥的生產(chǎn) 兩磨一燒 6 二 硅酸鹽水泥熟料礦物組分 礦物名稱化學(xué)成分縮寫符號含量硅酸三鈣3CaO SiO2C3S44 62 硅酸二鈣2CaO SiO2C2S18 30 鋁酸三鈣3CaO Al2O3C3A5 12 鐵鋁酸四鈣4CaO Al2O3 Fe2O3C4AF10 18 其中 硅酸三鈣和硅酸二鈣為強(qiáng)度組分 鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣為熔劑組分 其他還有少部分f CaO f MgO及玻璃體等 7 三 硅酸鹽水泥熟料率值和礦物組成計(jì)算 一 熟料的各率值 各氧化物之間的比例 1 硅率 2 鋁率 鐵率 3 石灰飽和系數(shù) 4 堿度 8 二 水泥熟料中礦物組成 根據(jù)熟料中的化學(xué)成分含量 計(jì)算硅率 鋁率 堿度和石灰飽和系數(shù) 可以計(jì)算出任何水泥熟料中C2S C3S C3A和C4AF的含量 C3S 3 8SiO2 N 2 3 8SiO2 3KH 2 C2S 2 87SiO2 3 N 8 61SiO2 1 KH 一般 P 0 9 1 7 所以C4AF 3 04Fe2O3C3A 2 65 Al2O3 0 64Fe2O3 CaSO4 1 70SO3 9 四 硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性能 1 密度 一般在3 05 3 2間 其測試注意介質(zhì) 與密度有關(guān)的因素 c3S 3 25 c2S 3 28 c3A 3 04 C4M 3 71存放時(shí)間越長 密度下降 這是因?yàn)樗嘀械膄 CaO 3 34 吸水及吸收CO2 變成Ca OA 2甚至CaCO3 2 23 2 7 水泥欠燒比重小 過燒比重大表現(xiàn)密度 1300左右 粉磨越細(xì) 表觀密度越小 10 2 細(xì)度 分散度 水泥的細(xì)度是表示水泥磨細(xì)的程度或分泥分散度的指標(biāo) 水泥細(xì)度的測試有兩種方法 篩分法 水篩法或干篩法 我國多用0 080 80nm 的方孔篩進(jìn)行水篩或干篩 以其篩余百分?jǐn)?shù)表征細(xì)度 一般篩余量 12 比表面積法 測試單位每克的水泥粉的總外表面積 一般沒動(dòng)在2500 3500cm2 g之間 硅酸鹽水泥多用比表面積法 水泥細(xì)度對水泥性能影響很大 在一般情況下 水泥細(xì)度越大 強(qiáng)度越高 但太細(xì)時(shí)早期強(qiáng)度增長雖快 但后期可能要下降 且對耐久性不利 分析 a 水化速度加快 b 水化范圍變大 需水性影響 收縮影響 經(jīng)濟(jì)性分析 11 3 需水量 將水泥與水拌成標(biāo)準(zhǔn)稠度狀態(tài)下的加水量為水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量 水泥重量百分?jǐn)?shù) P O水泥一般在25 28 之間 影響因素 細(xì)度 礦物組分 C3A C3S C4AF C2S 12 4 泌水性與保水性在拌制水泥漿以及砂漿 砼時(shí) 為保證必要的和易性 往往加入比標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量多的水 但是 水泥由于自重的原因 有可能下沉 而余水則向上移動(dòng)被析出 從而使?jié){體分層 從而影響強(qiáng)度及耐久性等 這一現(xiàn)象即稱為泌水性 與之有關(guān)的是保水性 此時(shí)余水不會析出 但當(dāng)在真空抽吸時(shí)能析出 這種現(xiàn)象稱為保水性 減少泌水性的措施 增加水泥細(xì)度 增加C3A含量 摻入混合材 在工程中應(yīng)杜絕的現(xiàn)象 砌筑砂漿要求保水性好 決不能泌水 否則砌體很快吸收漿體中的水分 從而降低砂漿的塑性和粘結(jié)性 影響砌體的整體性 離心法生產(chǎn)砼制品時(shí) 不能用泌水性大的水泥 13 5 凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)分為初凝和終凝 初凝 水泥加水拌合時(shí) 到標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始推動(dòng)可塑性所需的時(shí)間 終凝 水泥加水拌合至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全推動(dòng)可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間 硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 初凝不得早于45min 終凝不遲于6h30min 影響水泥凝結(jié)的因素 礦物組分 C3A越高 凝結(jié)越快 水泥細(xì)度 環(huán)境溫 濕度 緩凝組分 a 石膏 b 緩凝劑及促凝劑 C 礦物摻合料 特別是FA 14 6 體積安定性水泥石硬化后 產(chǎn)生不均勻的體積變化 即體積安定性不良 體積穩(wěn)定性的危害 引起建筑物的破壞 構(gòu)件崩潰 原因 熟料中的f CaO太多 控制方法 沸煮法測定 熟料中的f MgO太多 5 0 摻入的石膏太多 3 5 一般是由于熟料燒結(jié)時(shí)溫度高于石灰燒結(jié)時(shí)的溫度 熟料中的f CaO和f MgO成死燒狀態(tài) 而過熟的f Ca與f Mg熟化慢 待水泥凝結(jié)酸化后還在熟化 導(dǎo)致水泥石體積安定性不良 熟化后體積膨脹 水泥石開裂 主要是由于過量的石膏與C3A的水化物水化鋁酸鈣反應(yīng) 生成高硫型水化硫酸鈣 體積膨脹1 5倍 也引起水泥石開裂 安定性測試 餅法 雷化法 主要是促使f CaO熟化 15 7 強(qiáng)度與水泥標(biāo)號強(qiáng)度是材料在外力荷載作用下 材料抵抗破壞的能力 水泥硬化以后石的強(qiáng)度 水泥強(qiáng)度與礦物組分和水泥細(xì)度關(guān)系明顯 水泥細(xì)度 水灰比 礦物組分 C3S早強(qiáng)與后期強(qiáng)度都高 而C2S早期強(qiáng)度較低 后期增長快 一年后可能超過C3S C4AF和C3A早強(qiáng)都較高 但后期無增長 環(huán)境條件 16 8 水化熱 產(chǎn)生的原因 水化放熱反應(yīng) 礦物組分放熱速度不同 C3A C3S C4AF C2S 影響水化熱的因素 總的放熱量一樣 但可以控制放熱速度 大體積禁用硅酸鹽水泥 普硅也應(yīng)控制使用 水化熱利用 自養(yǎng)護(hù)溫度 消除水化熱不利影響措施 低熱水泥 冷卻導(dǎo)流澆注溫度 養(yǎng)護(hù)等 17 9 水泥的堿含量 若使用活性骨料 用戶要求提供低堿水泥時(shí) 水泥中的堿含量按Na2O 0 658K2O計(jì)算值表示不得大于0 6 18 五 硅酸鹽水泥的水化過程 一 硅酸鹽水泥熟料的水化作用水泥的性能主要由其熟料礦物的礦物組成的決定 礦物組分遇水 發(fā)生水化反應(yīng) 水泥由粉狀膠結(jié)成固太而具有強(qiáng)度 19 1 C3S和C2S的水化 C S H以及CH 硅酸三鈣和硅酸二鈣 C2S 由于其晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 因此遇水后與水發(fā)生水化反應(yīng) 3CaO SiO2 6H2O 3CaO 2SiO2 3H2O 3Ca OH 22 2CaO SiO2 4H2O 3CaO 2SiO2 3H2O Ca OH 2 C S HCH 20 生成的水化硅酸鈣 C S H 中各化學(xué)成分不是恒定值 有兩種形態(tài) C S H 和C S H 其中 C S H 的C S比 0 8 1 5 C S H 的C S比為1 5 2 0 它們統(tǒng)稱為C S H凝膠 結(jié)晶度較差 C S H 又可表示為C S H B C S H凝膠有四種形態(tài) 它們具有以下特點(diǎn) 1 具有高度的不溶性 溶解度極小 2 比表面積大 高度分散性 3 具有剛度特征 膠體微粒間以化學(xué)鍵和范德華力結(jié)合 有一定的強(qiáng)度 4 內(nèi)部多孔隙 凝膠孔 21 而CH生成量較CSH少的多 只能起到填充作用 但由于CH間是層狀結(jié)構(gòu) 層間結(jié)合弱 因此 是裂縫的策源低 而CH溶解度較大 對耐久性也不利 C3S水化比C2S快 同時(shí)生成的CH較多 C S H凝膠的形成與溫度有一定的關(guān)系 從而影響凝膠類型和C S比 22 3CaO A12O3 6H2O 3CaO A12O3 6H2O 2 C3A的水化 23 3 C4AF的水化 24 二 硅酸鹽水泥的水化 25 26 27 七 水泥石體積的變化 1 化學(xué)收縮 水泥在水化過程 由水泥熟料水化成水化產(chǎn)物 由于這一過程產(chǎn)生的收縮叫化學(xué)收縮 原因 水泥水化后的固相體體積比水化前大 雖然如此 就整個(gè)水泥 水體系來講 體積反而有的減少 其原因是主要原因是水化前體系體積包括固 液相 雖然反應(yīng)生成物固相增大 但總體積減小 對于硅酸鹽水泥來講 每100g的縮減總量為7 9ml 礦物組分化學(xué)縮減不同 C3A C4AF C3S C2S 28 2 干縮 失水收縮 3 碳化收縮 當(dāng)空氣中有適當(dāng)?shù)臐穸葧r(shí) CO2 H2O會引起水泥石收縮 CO2 H2O與Ca OH 2不斷作用 CO2與水化物發(fā)生置換反應(yīng) 而發(fā)生碳化收縮 4 自干燥收縮 低水膠比下 29 八 水泥石的耐久性 1 軟水腐蝕 溶出性腐蝕 氫氧化鈣不斷地溶解流失 2 離子交換腐蝕 溶解性腐蝕 1 碳酸的腐蝕2 一般酸的腐蝕3 鎂鹽的腐蝕 3 膨脹性腐蝕1 硫酸鹽腐蝕2 硫酸的腐蝕 4 堿的腐蝕 5 水泥石腐蝕的防止 30 第二節(jié)摻混合材的硅酸鹽水泥 混合材 在水泥生產(chǎn)時(shí) 為改善水泥的性能 如強(qiáng)度和耐久性等而加入到水泥中 和水泥熟料 石膏一起粉磨的礦物材料 混合材又分為活性混合材和非活性混合材 31 一 混合材的類別1 活性混合材 在激發(fā)條件下 石灰或石膏的作用 加水拌合后 生成具有膠凝性的水化產(chǎn)物 既能在水中 又能在空氣中發(fā)展并保持強(qiáng)度的礦物材料 這一類材料包括有 粉煤灰 粒化高爐礦渣 火山灰質(zhì)材料等 盡可能具無定形態(tài) 而非晶態(tài) 激發(fā)與激發(fā)劑 加入到水泥中的活性混合材的激發(fā)劑為水化物CH和石膏 并不外加 2 非活性混合材 由于這類材料活性很低 即使在有激發(fā)條件下 堿或石膏 也不與水發(fā)生水化反應(yīng) 也不具有水硬性膠凝性質(zhì)的礦物材料 32 活性混合材在水泥中的作用主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn) 1 二次反應(yīng) 又叫火山灰反應(yīng) 火山灰效應(yīng)的好處 由于消耗了大量的Ca OH 2 提高了水泥石的強(qiáng)度和耐久性 水泥水化物中 高堿性水化硅酸鈣與低堿性 C S 1 5 水化硅酸鈣相比 低堿性CSH強(qiáng)度更高 耐久性更好 因此 火山灰反應(yīng)使CSH由高堿性CSH轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪A性水化硅酸鈣 增加了強(qiáng)度和耐久性 降低了Aft生成的可能性 對堿集料反應(yīng)的抑制有利 33 2 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)保效應(yīng)活性混合材一般都是工業(yè)廢棄物 將它加入到水泥中 在不改變水泥性能的前提下 取代了都分水泥 一來作到了廢棄物的再利用 增加了水泥產(chǎn)量 提高了經(jīng)濟(jì)效應(yīng) 再者廢棄物利用 減少堆場占地面積 也有經(jīng)濟(jì)效應(yīng) 同時(shí)廢物利用 減少CO2排放是 也具有環(huán)保效應(yīng) 3 降低水化熱 4 改變水泥與集料間粘結(jié)力 34 非活性混合材作用 1 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)保效應(yīng) 2 降低水化熱 3 改變水泥與集料間粘結(jié)力 35 混合材品種 1 活性混合材 硅灰 SF 礦渣 SL 粉煤灰 FA 沸石粉 稻殼灰 偏高齡土 磷渣等 2 非活性混合材 石粉 石英粉 碳黑等 36 二 混合材性能 1 礦渣 磨細(xì)高爐礦渣礦渣 在煉鐵爐中 浮于鐵水的表面一層熔渣 排出時(shí)用水急冷 得到水淬礦渣 也叫粒狀高爐礦渣 1 化學(xué)成分 2 礦渣結(jié)構(gòu) 3 礦渣活性 37 2 火山灰質(zhì)混合材 硅酸質(zhì)混合材 硅藻土 SiO2 68 78 硅藻石 SiO2 76 50 蛋白石 SiO2 88 92 硅質(zhì)渣 SiO2 79 1 硅灰等 其中的SiO2接近或超過70 硅灰的SiO2 90 鋁硅玻璃質(zhì)混合材 這類混合材除活性SiO2含量較大外 Al2O3含量也較大 包括粉煤灰 火山灰 浮石 凝灰?guī)r等天然混合材及人工的粉煤等 燒粘土質(zhì)混合材 這類材料的活性組成主要為脫水粘土礦物 仍以SiO2和Al2O3為主 包括燒粘土 煤矸石 頁巖渣等 火山灰質(zhì)混合材根據(jù)不同的種類及化學(xué)成分 活性成分不同 其水化 凝結(jié) 強(qiáng)度各有不同 38 1 粉煤灰粉煤灰 是發(fā)電廠鋁爐以煤作燃料時(shí) 從其煙氣中收集下來的灰渣 又叫作飛渣 又叫作飛灰 Flyash 2 硅灰硅灰是鐵合金廠冶煉硅鐵合金或金屬硅時(shí)收集的煙氣 硅灰平均粒徑很小 只有0 1 m左右 比表面積高達(dá)150000 250000cm2 g 硅灰組成中 含活性SiO2約90 98 呈球狀體 硅灰具有火山灰活性 3 其它 主要的火山灰混合材 39 活性混合材活性及評價(jià) 活性混合材種類不同 其活性原因也不同 1 具有潛在水硬性 礦渣 需要堿或硫酸鹽激發(fā)其活性 2 具有火山灰反應(yīng) 二次反應(yīng) 能力 硅灰 粉煤灰及沸石等 3 同時(shí)具有以上兩種能力 高鈣粉煤灰 固硫渣等 40 活性評價(jià) 1 活性率指標(biāo) 廉慧珍 2 質(zhì)量系數(shù)法3 石灰吸收值法4 抗壓強(qiáng)度比法 較普遍 5 比強(qiáng)度法 蒲心誠 41 三 摻混合材的水泥 1 硅酸鹽水泥 型硅酸鹽水泥 代號P 型硅酸鹽水泥 代號P 2 普通硅酸鹽水泥 簡稱普通水泥 代號P O 3 礦渣硅酸鹽水泥 簡稱礦渣水泥 代號P S 4 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 簡稱火山灰水泥 代號P P 5 粉煤灰硅酸鹽水泥 簡稱粉煤灰水泥 代號P F 6 復(fù)合硅酸鹽水泥 代號P C 42 第三節(jié)高鋁水泥 礬土水泥 鋁酸鹽水泥 高鋁水泥是鋁酸鹽水泥的一種 其主要礦物組成主要為CA 鋁酸 鈣 CA2 二鋁酸一鈣等鋁酸鹽礦物以及少量的C2S等 高鋁水泥是以鋁礬土和石灰石為原料 按適當(dāng)?shù)谋壤浜虾筮M(jìn)行燒結(jié)或熔融 冷卻后經(jīng)粉磨而成 生產(chǎn)工藝與硅酸鹽基本相同 但相對熟料難磨 43 高鋁水泥礦物組分 礦物名稱礦物成分簡寫鋁酸一鈣 主要 CaO A12O3CA二鋁酸一鈣CaO 2A12O3CA2硅鋁酸二鈣2CaO A12O3 SiO2C2AS七鋁酸十二鈣12CaO 7A12O3C12A7 44 高鋁水泥的水化與硬化 高鋁水泥礦物組分中CA和CA2是主要的 其次是C12A7 這些礦物組分在不同的溫度下水化產(chǎn)物不同 45 46 雖然在低溫下形成的CAH10和C2AH8 但它們都是亞穩(wěn)定性的 最終要轉(zhuǎn)化為C3AH6 這是一個(gè)自發(fā)的過程 由在以下條件下 這個(gè)過程會加快 溫度的升高 濕度的升高 堿度增加 47 但C3AH6強(qiáng)度不如CAH10和C2AH8 降低值達(dá)40 以上 在常溫下的工程實(shí)踐證明 高鋁水泥長期強(qiáng)度要下降 特別是在濕熱環(huán)境中 影響更為嚴(yán)重 甚至引起結(jié)構(gòu)的破壞 因此 高鋁水泥應(yīng)限制使用 特別是結(jié)構(gòu)工程中 但由于其強(qiáng)度發(fā)展快 可用于搶修工程 48 在實(shí)踐中 保證高鋁水泥砼工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于 施工和養(yǎng)護(hù)降低砼溫度 不要陽光照對 要灑水養(yǎng)護(hù)等 砼體積不宜過大 不超過45cm為宜 但非國家規(guī)定 合理控制好W C 應(yīng)盡量采用較低的W C 一般為0 4 W C 0 4時(shí)水份并不能保證水泥的完全水化 但可以保證出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)化時(shí) CAH10和C2AH8 C3AH6 游離出的水又使水泥開始水化 新形成的水化物填充密實(shí)孔隙 在高鋁水泥中摻加石膏或無水石膏 CAH10和C2AH8可與石膏反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣 從而解決晶型轉(zhuǎn)化 摻加?；郀t礦渣 49 三 高鋁水泥的性能及應(yīng)用 施工與養(yǎng)護(hù)避免高溫 溫?zé)?適于冬季施工 不適于大體積砼 不得與石灰 硅酸鹽水泥混合存放或使用 因會出現(xiàn)閃凝 且生成高堿性水化鋁酸鈣另有膨脹 因?yàn)镃a OH 2對高鋁水泥起加速凝結(jié)作用 適于搶修工程 有很高的抗硫酸鹽浸蝕性能 50 有較高的耐熱性 在900 下 強(qiáng)度損失至原來的70 1300 時(shí)為50 左右 對Cl 滲透性強(qiáng) 所以對鋼筋銹的防護(hù)不利 可用于生產(chǎn)人造大理石 成型快 脫?？?但不宜追求高過的后期強(qiáng)度 抗堿 抗酸性極差 與石膏配合可以配制膨脹水泥 51 第四節(jié)其它品種水泥 其它品種水泥是以硅酸鹽水泥以及鋁酸鹽 硫鋁酸鹽水泥等為基礎(chǔ) 通過摻入其它材料或在特殊工藝下 賦予水泥特殊的性能 52 一 快硬水泥 1 快硬硅酸鹽水泥2 快硬硫鋁酸鹽水泥3 氟鋁酸鹽快硬水泥 53 二 裝飾水泥 1 白色水泥2 彩色水泥 54 三 道路硅酸鹽水泥 以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?所得的以硅酸鈣為主要成分和較多的鐵鋁酸四鈣的硅酸鹽熟料 加入適量的石膏共同磨細(xì) 所得的水硬性膠凝材料 稱為道路硅酸鹽水泥 道路硅酸鹽水泥 GBl3693 92 在道路硅酸鹽水泥中 熟料的化學(xué)組成和硅酸鹽水泥是完全相同的 只是水泥中的鋁酸三鈣的含量小于5 0 鐵鋁酸四鈣的含量要大于16 0 55 道路水泥的技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用 道路水泥抗折強(qiáng)度高 耐磨性好 干縮小 抗凍性 抗沖擊性 抗硫酸鹽性能好 可減少混凝土路面的斷板 溫度裂縫和磨耗 減少路面維修費(fèi)用 延長使用年限 適用于道路路面 機(jī)場跑道 城市人流較多的廣場等工程的面層混凝土 56 四 抗硫酸鹽水泥 以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?所得以硅酸鈣為主要成分的熟料 加入石膏 共同磨細(xì)制成的具有一定抗硫酸鹽侵蝕性能的水硬性膠凝材料 稱為抗硫酸鹽硅酸鹽水泥 簡稱抗硫酸鹽水泥 在抗硫酸水泥中 C3S的含量小于50 C3A含量小于5 C3A和C4AF的總含量小于22 57 五 膨脹水泥和自應(yīng)力水泥 在鋼筋混凝土中應(yīng)用膨脹水泥 由于混凝土的膨脹使鋼筋產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力 混凝土受到相應(yīng)的壓應(yīng)力 根據(jù)壓應(yīng)力的大小 可以將水泥分為兩類 一類壓應(yīng)力值不小于2 0MPa時(shí) 為自應(yīng)力水泥 另一類壓應(yīng)力值小于2 0MPa的為膨脹水泥 58 自應(yīng)力水泥 自應(yīng)力水泥的膨脹值較大 常用的自應(yīng)力水泥有硅酸鹽自應(yīng)力水泥 鋁酸鹽自應(yīng)力水泥等 一般用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土壓力管及配件等 59 膨脹水泥 膨脹水泥主要用于收縮補(bǔ)償混凝土工程 防滲混凝土 屋頂防滲 水池等 防滲砂漿 結(jié)構(gòu)的加固 構(gòu)件接縫 接頭的灌漿 固定設(shè)備的機(jī)座及地腳螺栓等 膨脹水泥有硅酸鹽膨脹水泥 高鋁膨脹水泥 硫鋁酸鹽膨脹水泥 鐵鋁酸鹽膨脹水泥等 60 六 砌筑水泥 以活性混合材料和一些具有潛在水硬性的工業(yè)廢料為主 加入少量的水泥熟料 石膏 磨細(xì)所得的水硬性膠凝材料 稱為砌筑水泥 砌筑水泥 GBl83 82 用于工業(yè)與民用建筑的砌筑砂漿 內(nèi)墻抹面砂漿 也可用于配制道路混凝土墊層或蒸養(yǎng)混凝土砌塊 61 七 油井水泥 用于油井 氣井的固井工程中 又稱之為堵塞水泥 這主要是保證在石油 天然氣勘探 開采時(shí)把鋼質(zhì)套管下入井內(nèi) 再注入水泥漿將套筒與周圍地層膠結(jié)封固 封隔地層內(nèi)的油氣 水層 以便在井內(nèi)形成一條良好的油流通道 油井水泥因受地層溫度影響 要承受高溫 高壓這是油井水泥生產(chǎn)和使用中最主要的問題 62 八 大壩水泥 大壩水泥包括低熱水泥 中熱水泥等 是水化熱較低的一種硅酸鹽水泥品種 適用于水工大壩 大型構(gòu)筑物及大體積的基礎(chǔ)工程 水泥砼導(dǎo)熱性差 水泥的水化熱不易散失 造成砼內(nèi) 外溫差太大而易產(chǎn)生裂縫的出現(xiàn) 因而有必要采取措施控制溫差 內(nèi)部冷卻系統(tǒng) 集料預(yù)冷卻 注意養(yǎng)護(hù)條件 低熱 中壩水泥等大壩水泥 冰水?dāng)嚢?摻入摻和料 大壩水泥 熟料中C3A和C3S含量應(yīng)降低 摻入混合材如礦渣 粉煤灰 63 九 噴射水泥十 超細(xì)水泥十一 活化水泥十二 球狀水泥十三 調(diào)粒水泥 64 65 硅酸鹽水泥 1 硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料 0 5 石灰石或?；郀t礦渣 適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為硅酸鹽水泥 即國外通稱的波特蘭水泥 硅酸鹽水泥分兩種類型 不摻加混合材料的稱 型硅酸鹽水泥 代號P 在硅酸鹽水泥粉磨時(shí)摻加不超過水泥質(zhì)量5 的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱 型硅酸鹽水泥 代號P 據(jù)GB175 1999 硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 66 2 硅酸鹽水泥的技術(shù)性能3 硅酸鹽水泥的特性 應(yīng)用1 早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度高2 水化熱大 抗凍性好3 干縮小 耐磨性較好4 抗碳化性較好5 耐腐蝕性差6 不耐高溫 67 普通硅酸鹽水泥 1 普通硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料 6 15 混合材料 適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為普通硅酸鹽水泥 簡稱普通水泥 代號P O 據(jù)GB175 1999 硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 68 2 普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求1 細(xì)度 0 08mm方孔篩篩余量不得超過10 0 用篩余法 2 凝結(jié)時(shí)間 初凝時(shí)間不得早于45min 終凝時(shí)間不得遲于10h 3 強(qiáng)度等級3 普通硅酸鹽水泥的特性 應(yīng)用基本同硅酸鹽水泥 69 礦渣硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料和20 70 ?；郀t礦渣 適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為礦渣硅酸鹽水泥 簡稱礦渣水泥 代號P S 據(jù)GB1344 1999 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 70 特性及應(yīng)用 凝結(jié)硬化速度慢 早期強(qiáng)度低 后期強(qiáng)度高 對溫度濕熱敏感性強(qiáng) 適于蒸養(yǎng) steamcuringorhigh pressuresteamcuring 耐腐蝕性好 可用于海港工程和水工大壩的建設(shè) 水化熱小 可用于大體積混凝土 大型基礎(chǔ)和混凝土大壩等 耐熱性好 抗碳化 carbonization 能力差 一般不用于熱處理車間的修建 礦渣水泥的保水性差 抗?jié)B性差 泌水通道較多 干縮較大 使用中要嚴(yán)格控制用水量 加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù) 抗凍性差 不宜用于冬季施工 71 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料 火山灰質(zhì)混合材料 摻量為水泥熟料質(zhì)量的20 50 和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 簡稱火山灰水泥 代號P P 據(jù)GB1344 1999 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 72 特性及應(yīng)用火山灰水泥干縮大 在干燥高溫下 水化硅酸鈣與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣和氧化硅 產(chǎn)生 起粉 現(xiàn)象 不宜用于干燥環(huán)境 抗凍性和耐磨性比礦渣水泥還要差 抗?jié)B性高 摻入粘土質(zhì)的火山灰水泥不抗硫酸鹽侵蝕 73 粉煤灰硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料 粉煤灰 摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為20 40 和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為粉煤灰硅酸鹽水泥 簡稱粉煤灰水泥 代號P F 據(jù)GB1344 1999 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 粉煤灰硅酸鹽水泥 74 特性及應(yīng)用干縮小 抗裂 凝結(jié)硬化慢 早期強(qiáng)度低 色深 抗碳化性能差 75 復(fù)合硅酸鹽水泥 復(fù)合硅酸鹽水泥定義 凡由硅酸鹽水泥熟料 兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料 混合材的總摻量按質(zhì)量的百分比為15 50 適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料 稱為復(fù)合硅酸鹽水泥 簡稱復(fù)合水泥 代號P C 據(jù)GB12958 1999 復(fù)合硅酸鹽水泥 76 特性及應(yīng)用耐腐蝕性好水化熱小 抗?jié)B性好 早強(qiáng) 77 硅酸鹽水泥生料的配制 原料石灰質(zhì)原料 如石灰石 貝殼等 提供CaO 粘土質(zhì)原料 如粘土 頁巖等 主要提供SiO2 Al2O3 Fe2O3 校正原料 如鐵礦粉 砂巖 前者是補(bǔ)充原料中不足的氧化鐵 后者是補(bǔ)充原料中不足的SiO2 礦化劑工藝干法濕法 78 硅酸鹽水泥的煅燒 窯型立窯回轉(zhuǎn)窯煅燒過程 79 80 硅酸三鈣 硅酸三鈣簡稱A礦 Alite 硅酸三鈣晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 是晶體結(jié)構(gòu)是 SiO4 4 四面體和 CaO6 10 八面體交聯(lián)而成 2 在常溫下存在的假穩(wěn)態(tài) 具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性 3 結(jié)構(gòu)中由于Al3 Mg2 等離子的攙雜 而形成固溶體 固溶體程度越大 礦物礦性越高 4 Ca2 的配位數(shù)得不到滿足 5 CaO6 10 八面體中O2 分布不規(guī)則 結(jié)構(gòu)中存在較大的空穴 水分或OH 容易進(jìn)入 易利水化 81 硅酸二鈣 B礦 Blite 硅酸二鈣有四種晶型 C2S C2S C2S C2S 水泥中出現(xiàn)的是 C2S 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 晶體結(jié)構(gòu)是由 SiO4 4 四面體和Ca2 組成 2 在常溫下存在的假穩(wěn)態(tài) 具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性 3 結(jié)構(gòu)中的鈣離子具有不規(guī)則的配位 配位數(shù)不能滿足 因此活性較高 4 雜質(zhì)和穩(wěn)定劑的存在 有利于固溶體的形成 能提高礦物的活性 5 沒有象硅酸三鈣那樣的空穴 因此水化速度較慢 82 鋁酸三鈣 83 鐵鋁酸四鈣 84 1 硅率 表示水泥熟料中SiO2與Al2O3 Fe2O3之和的比值 以n或SM表示 本指標(biāo)表示水泥熟料中硅酸鹽礦物 強(qiáng)度組分 與熔劑性礦物之間的數(shù)量比 硅率越大 強(qiáng)度組分含量也越高 這意味著煅燒過程中的液相含量越少 煅燒溫度越高 當(dāng)硅率過小時(shí) 因熔劑礦物太多 熟料易形成大塊 甚至出現(xiàn)結(jié)圈 結(jié)窯 影響生產(chǎn) 85 2 鋁率 又稱鐵率 表示Al2O3與Fe2O3的相對含量 也表示熟料中鋁酸三鈣與鐵鋁酸四鈣的相對比例 用P或IM表示 P一般在0 9 1 7之間波動(dòng) 鋁率反映了水泥煅燒過程中高溫液相的黏度 鋁率高 意味著鋁酸三鈣含量高 液相黏度大 鋁率低 液相黏度小 對形成硅酸三鈣有利 但燒結(jié)范圍變窄 窯內(nèi)易結(jié)大塊 不利于控制 當(dāng)P大于0 64時(shí) C3A和C4AF都能生成 當(dāng)P小于0 64時(shí) 只能生成C4AF 無C3A生成 86 3 石灰飽和系數(shù) 熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣 C2S和C3S 所需的氧化鈣與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需氧化鈣最大含量的比值 也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度 用KH表示 理想水泥熟料KH 1 但實(shí)際上KH 0 8 0 9 KH過低 C3S量少 C2S量多 C2S易出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)化 KH過高 燒結(jié)困難 容易生成f CaO 在旋窯KH值控制比立窯的偏高 主要是旋窯煅燒條件好 均勻 87 4 堿度 表示與一個(gè)SiO2分子平均能結(jié)合CaO的分子數(shù) 用N表示 由于水泥熟料中主要出現(xiàn)出社C2S和C3S 因此N 2 3 N 3KH 88 碳酸對水泥石的腐蝕 Ca OH 2 CO2 H2O CaCO3 2H2OCaCO3 CO2 H2O Ca HCO3 2反應(yīng)生成的碳酸氫鈣易溶于水 溶解流失 89 一般酸對水泥石的腐蝕 2HCl Ca OH 2 CaCl2 易溶 2H2O 90 鎂鹽對水泥石的腐蝕 MgCl2 Ca OH 2 CaCl2 易溶 Mg OH 2 絮凝狀 無膠結(jié)力 91 硫酸鹽對水泥石的腐蝕 MgSO4 Ca OH 2 2H2O Mg OH 2 絮凝狀的 無膠結(jié)力 CaSO4 2H2O3 CaSO4 2H2O 3CaO A12O3 6H2O 19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 水化硫鋁酸鈣 結(jié)晶膨脹 92 硫酸對水泥石的腐蝕 H2SO4 Ca OH 2 CaSO4 2H2O H2O3 CaSO4 2H2O 3CaO A12O3 6H2O 19H2O 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O 水化硫鋁酸鈣 結(jié)晶膨脹 93 堿對水泥石的腐蝕 3CaO A12O3 6NaOH 3Na2O Al2O3 3Ca OH 2 易溶于水 2NaOH 2CO2 H2O 2Na2CO3 H2O 結(jié)晶膨脹 94 水泥石腐蝕的防止 當(dāng)存在腐蝕性介質(zhì)時(shí) 選擇合適的水泥品種 摻入合適的混合材 減少水泥中易被腐蝕的物質(zhì) 即Ca OH 2 3CaO A12O3 6H2O 提高水泥石的致密度 降低水泥石的孔隙率 通過減小水灰比 摻加外加劑 采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗 可以提高水泥石的密實(shí)度 在水泥石的表面涂抹或鋪設(shè)保護(hù)層 隔斷水泥石和外界的腐蝕性介質(zhì)的接觸 例如 可在水泥石表面涂抹耐腐蝕的涂料 如 水玻璃 瀝青 環(huán)氧樹脂等 或在水泥石的表面鋪建筑陶瓷 致密的天然石材等 95 礦渣化學(xué)成分 礦渣的主要化學(xué)成份是硅酸鈣 與熟料的化學(xué)成分相似 但主要差別在于礦渣中鈣含量偏低 而硅含量偏高 96 硅酸鹽水泥與礦渣化學(xué)成分比較 97 化學(xué)成分與性能有直接的關(guān)系 1 當(dāng)CaO含量高時(shí) 對活性有利 但不能超過51 以上 否則渣體在液態(tài)時(shí) 容易析出晶體 并會使其中的 C2S變?yōu)?C2S 使活性降低 2 SiO2對活性不利 因?yàn)槿菀仔纬筛吖璨Ａw 活性下降 3 MgO在礦渣中不存在安定性問題 因?yàn)槭欠€(wěn)態(tài)存在 當(dāng)含量 20 時(shí) 對礦渣活性有良好影響 可以促進(jìn)礦渣玻璃化 非晶態(tài) 4 MnO是有害物質(zhì) 5 Al2O3對活性有利 98 根據(jù)化學(xué)成分 礦渣可以分為酸性 中性和堿性礦渣三種 這主要是根據(jù)堿性系數(shù)來確定 M0 1 堿性礦渣 M0 1 酸性礦渣 M0 1 中性礦渣 99 結(jié)構(gòu) 礦渣是非晶體 在宏觀上是硅氧四面體組成的聚合度不同的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu) 礦渣經(jīng)水淬的原因 就是要使之形成無定形的玻璃體 具有熱力學(xué)不穩(wěn)定性 因此具有活性 同時(shí)使 C2S來不及變?yōu)?C2S 100 4200 2000磨細(xì)礦渣在SEM下的形貌 微觀形貌 101 礦渣活性主要取決于結(jié)構(gòu) 當(dāng)然與化學(xué)成分也密切相關(guān) 質(zhì)量系數(shù) 活性 102 粉煤灰 粉煤灰顆粒直徑一般為0 001 0 05mm 其物理性態(tài)多為實(shí)心或空心的球顆粒 表面致密 其化學(xué)性質(zhì) 也即其活性主要決定于玻璃體 含量可達(dá)70 其成份主要是活性氧化硅和活性氧化鋁 除此兩種化學(xué)成分外 其中還包括CaO SO32 以及未燃燒的碳等 其中 據(jù)一些資料介紹SO32 有可能附著于粉煤灰顆料表面 因而具有緩凝性 103 原狀粉煤灰SEM下的形貌 2900 1000 5000 104 4200 2000磨細(xì)粉煤灰在SEM下的形貌 105 粉煤灰分類 根據(jù)品質(zhì) 含碳量等分為I II III三級 按含鈣量高低 可有高鈣 低鈣粉煤灰之分 CaO含量高對活性有利 當(dāng)CaO含量 25 時(shí) 即使在無激發(fā)條件 也有可能產(chǎn)生水硬性 按f CaO含量分為酸性煤灰和堿性份煤灰 酸性礬 f CaO不含 用其制的水泥水化熱很低 適用于大體積砼堿FA 含f CaO f CaO自力激發(fā)其他FA中的活性成分 因而具有自力水硬性 但當(dāng)f Ca 25 時(shí) 會帶來體積安定性問題 106 影響粉煤灰性能的因素 玻璃體含量 玻璃體含量越高 FA活性越好 煤粉 未燃碳 碳含量越高 越影響FA的水硬性及耐久性 要求 8 燒失量 CaO含量越高 活性越好 但不可超過限度 燃燒時(shí)的溫度和負(fù)壓抽風(fēng)壓力 也影響了玻璃體含量及碳粉含量等 粉煤灰細(xì)度 107 未燃碳的不利影響 a 增加了需水量 b 未燃煤粉遇水后表而形成一層憎水膜 阻礙了Ca OH 2與FA的作用影響活性發(fā)揮 c 煤粉吸收水分 體積膨脹 穩(wěn)定性降低 108 硅灰 硅灰在SEM下的形貌 文獻(xiàn) 109 火山灰反應(yīng) 硅酸鹽水泥熟料中含有高達(dá)75 的C3S和C2S 它們在水化后 主要形成高堿性水化硅酸鈣 C S 1 5 和大量