第五講-水泥

1、1水硬性膠凝材料，建筑工程中用量最大的水硬性膠凝材料，建筑工程中用量最大的建筑材料之一。建筑材料之一。2第五章第五章 水水 泥泥 5.1 常用水泥常用水泥 5.2 其它品種水泥其它品種水泥3 5.1常用水泥常用水泥 硅酸鹽水泥熟料，硅酸鹽水泥熟料， 規(guī)定的混合材料規(guī)定的混合材料 適量石膏適量石膏 磨細制成通用硅酸鹽水泥（波特蘭水磨細制成通用硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）。泥）。 4l 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥 不摻混合材料的稱不摻混合材料的稱型硅酸鹽水泥，代號型硅酸鹽水泥，代號； 熟料粉磨時摻加不超過質量石灰石或?；郀t礦渣混合材熟料粉磨時摻加不超過質量石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱料的稱型硅酸鹽水泥

2、，代號型硅酸鹽水泥，代號。l普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥l(xiāng)礦渣硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥A A和和B Bl火山灰質硅酸鹽水泥火山灰質硅酸鹽水泥l(xiāng)粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥l(xiāng)復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥通用硅酸鹽水泥分類通用硅酸鹽水泥分類(GB175-2007)：5.硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料）石灰質原料）石灰質原料 主要提供，主要提供，）粘土質原料）粘土質原料 主要提供主要提供 以及以及。3 3）校正原料）校正原料 補充兩種原料中所缺少的鐵。補充兩種原料中所缺少的鐵。5.1.1常用水泥的生產(chǎn)常用水泥的生產(chǎn)6789101) 原材料按比例配合原材料按比例配合,磨成生料；磨成生料；2)

3、 生料入窯煅燒，至生料入窯煅燒，至左右生成左右生成 “熟熟料料”(硅酸鈣硅酸鈣) ；3) 加入質量左右的石膏加入質量左右的石膏(調節(jié)水泥的凝結速調節(jié)水泥的凝結速度度)共同磨細，即為硅酸鹽水泥。共同磨細，即為硅酸鹽水泥。兩磨一燒兩磨一燒. 生產(chǎn)工藝概述生產(chǎn)工藝概述11硅酸鹽水泥的主要礦物組成硅酸鹽水泥的主要礦物組成 硅酸三鈣硅酸三鈣 ， 簡式為簡式為， 硅酸二鈣硅酸二鈣 ， 簡式為簡式為， 鋁酸三鈣鋁酸三鈣 ， 簡式為簡式為， 鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣， 簡式為簡式為，5.1.25.1.2常用水泥的特性常用水泥的特性12）反應速度）反應速度 最快，最快，較快，較快，也較快，也較快，最慢；最慢； ）釋

4、熱量）釋熱量 最大，最大，較大，較大，居中，居中，最小；最??；2硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較13）耐化學侵蝕性）耐化學侵蝕性 最優(yōu)，其次為最優(yōu)，其次為、，最差；最差；）干縮性）干縮性和和最小，最小，居居中，中，最大。最大。 ）強度）強度 最高，最高， 早期低，但后期增長率較大。早期低，但后期增長率較大。 故故和和為水泥強度主要來源。為水泥強度主要來源。強度不高，強度不高， 含量對抗折強度有利；含量對抗折強度有利；14 獲得抗折強度較高的水獲得抗折強度較高的水泥，如泥，如道路水泥道路水泥。礦物組成對水泥性能的影響礦物組成對水泥性能的影響改變熟料的比例，水泥性質即發(fā)生變

5、化。改變熟料的比例，水泥性質即發(fā)生變化。例如：例如：制的制的高強水泥高強水泥C2SC3A 和 C3S制的低熱水泥，制的低熱水泥，如如大壩用水泥大壩用水泥;C4AF15（）硅酸鹽水泥的水化（）硅酸鹽水泥的水化 水泥顆粒與水接觸，水泥熟料礦物即與水水泥顆粒與水接觸，水泥熟料礦物即與水發(fā)生水化反應，生成水化產(chǎn)物并放出一定熱量發(fā)生水化反應，生成水化產(chǎn)物并放出一定熱量4硅酸鹽水泥的凝結和硬化硅酸鹽水泥的凝結和硬化162(3Ca0Si02) + 6H20=3Ca02Si023H20 + 3Ca(OH)2 2（2Ca0Si02）+ 4H20=3Ca02Si023H20 + Ca(OH)2 硅酸二鈣硅酸二鈣

6、水化硅酸鈣不溶于水水化硅酸鈣不溶于水 , , 以以膠體膠體微粒析出微粒析出 , , 并逐漸凝聚成并逐漸凝聚成凝膠體凝膠體 (C-S-H (C-S-H 凝膠凝膠 ); ); 氫氧化鈣在溶液中的濃度很快達氫氧化鈣在溶液中的濃度很快達到飽和到飽和 , , 呈六方晶體析出呈六方晶體析出 173CaOAl203 + 6H20=3Ca0Al2036H20鋁酸三鈣鋁酸三鈣 水化鋁酸三鈣水化鋁酸三鈣4Ca0Al203Fe203 + 7H20=3Ca0Al2036H20 + CaOFe203 H20鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣 水化鐵酸水化鐵酸- -鈣鈣水化鋁酸鈣為立方晶體水化鋁酸鈣為立方晶體 , , 在氫氧化鈣飽和溶

7、液中在氫氧化鈣飽和溶液中 , , 與氫氧化鈣進一步反應與氫氧化鈣進一步反應 , , 生成六方晶體的水化鋁生成六方晶體的水化鋁酸四鈣。酸四鈣。18 C C3 3A A水化極快，使水泥瞬凝，石膏會與水水化極快，使水泥瞬凝，石膏會與水化鋁酸三鈣反應生成針狀的鈣礬石?；X酸三鈣反應生成針狀的鈣礬石。鈣礬石難溶于水，形成一層保護膜覆蓋在水泥鈣礬石難溶于水，形成一層保護膜覆蓋在水泥顆粒的表面，阻礙了顆粒的表面，阻礙了C3A的水化，阻止水泥顆的水化，阻止水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴散，降低水泥的水化粒表面水化產(chǎn)物的向外擴散，降低水泥的水化速度，延緩了水泥的初凝時間。速度，延緩了水泥的初凝時間。4 CaOAl

8、2O313H2O 3（CaSO42 H2O）+ 14 H2O = 3CaOAl2O33CaSO432 H2O + Ca（OH）219石膏消耗完石膏消耗完 , , 部分鈣部分鈣礬礬石將轉變?yōu)閱瘟蛐褪瘜⑥D變?yōu)閱瘟蛐退蜾X酸鈣水化硫鋁酸鈣 (3Ca0 (3Ca0 AlAl2 20 03 3 CaS0CaS04 4 12H12H2 20) 0) 晶體。晶體。2（3CaOAl2O3） 3CaOAl2O33CaSO432 H2O 4H2O =3(3CaOAl2O3CaSO412 H2O)鈣礬石覆蓋層被水化物的積聚物脹破，鋁鈣礬石覆蓋層被水化物的積聚物脹破，鋁酸三鈣再次快速水化，水泥顆粒間相互靠酸三鈣再次

9、快速水化，水泥顆粒間相互靠近，連接形成骨架。水泥漿的塑性消失，近，連接形成骨架。水泥漿的塑性消失，直到終凝。直到終凝。20水化物填充和加固水泥漿結構水化物填充和加固水泥漿結構內部孔隙內部孔隙-凝結凝結產(chǎn)生強度，逐漸變硬產(chǎn)生強度，逐漸變硬-硬化硬化鈣礬石生成結晶體時體積大大膨脹。因此，鈣礬石生成結晶體時體積大大膨脹。因此，加入石膏數(shù)量不可過多，以免產(chǎn)生體積變化加入石膏數(shù)量不可過多，以免產(chǎn)生體積變化不均勻。尤其是形成水泥構件后，還繼續(xù)水不均勻。尤其是形成水泥構件后，還繼續(xù)水化，其危害更大?；?，其危害更大。 21（）硅酸鹽水泥的凝結和硬化（）硅酸鹽水泥的凝結和硬化第第階段為初始反應期（誘導前期）階段

10、為初始反應期（誘導前期）第第階段為潛伏期（誘導期）階段為潛伏期（誘導期）第第階段為凝結期階段為凝結期 （凝結期）（凝結期）第第階段為硬化期階段為硬化期 （硬化期）（硬化期）22水泥水化放熱曲線235.1.35.1.3影響常用水泥性能的主要因素影響常用水泥性能的主要因素）水泥組成成分的影響）水泥組成成分的影響）水泥細度的影響）水泥細度的影響）溫度與濕度的影響）溫度與濕度的影響）水泥強度與齡期的關系）水泥強度與齡期的關系5 5）拌和用水量的影響）拌和用水量的影響6 6）貯存條件的影響）貯存條件的影響 245.1.4常用水泥的選用常用水泥的選用 各類建筑工程，針對其工程性質、結構部位、施各類建筑工程

11、，針對其工程性質、結構部位、施工要求和使用環(huán)境條件等，進行選用。工要求和使用環(huán)境條件等，進行選用。 255.1.55.1.5常用水泥的技術性質和技術標準常用水泥的技術性質和技術標準. .技術性質技術性質）化學性質）化學性質控制水泥中有害的化學成分含量，控制水泥中有害的化學成分含量，（）氧化鎂含量（）氧化鎂含量（）三氧化硫含量（）三氧化硫含量（）燒失量（）燒失量（）不溶物（）不溶物 ( 5 ) ( 5 ) 氯離子氯離子 （ 6 6 ）堿含量（選擇性指標）堿含量（選擇性指標）26）物理力學性質）物理力學性質（）細度（選擇性指標）（）細度（選擇性指標）細度是指水泥顆粒粗細的程度細度是指水泥顆粒粗細的

12、程度。水泥越細，反應的面積越大，水化速度越快，反應較水泥越細，反應的面積越大，水化速度越快，反應較完全。完全。細度提高，水泥混凝土的強度提高，工作性改善。細度提高，水泥混凝土的強度提高，工作性改善。細度提高，硬化收縮大，發(fā)生裂縫的可能性增加。細度提高，硬化收縮大，發(fā)生裂縫的可能性增加。因此，對水泥細度必須予以合理控制。因此，對水泥細度必須予以合理控制。27（）水泥凈漿標準稠度（）水泥凈漿標準稠度水泥凝結時間和安定性的測定必須采水泥凝結時間和安定性的測定必須采用標準稠度的水泥凈漿。用標準稠度的水泥凈漿。 我國國標規(guī)定，水泥凈漿稠度是采用標我國國標規(guī)定，水泥凈漿稠度是采用標準維卡儀測定的，以試桿沉

13、入凈漿距底板準維卡儀測定的，以試桿沉入凈漿距底板時的稠度為時的稠度為“標準稠度標準稠度”，此時的用水量為此時的用水量為標準稠度用水量。標準稠度用水量。 水泥凈漿試驗機水泥凈漿試驗機28（）凝結時間（）凝結時間初凝時間初凝時間: :水泥加水到開始失去塑性的時間；水泥加水到開始失去塑性的時間；終凝時間終凝時間: :水泥加水到完全失去塑性并開始產(chǎn)水泥加水到完全失去塑性并開始產(chǎn)生強度的時間。生強度的時間。我國現(xiàn)行國標規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝時間不得我國現(xiàn)行國標規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝時間不得早于；終凝時間不得遲于早于；終凝時間不得遲于。普通硅酸鹽水泥初凝時間不得早于。普通硅酸鹽水泥初凝時間不得早于，終凝時間不

14、得遲于，終凝時間不得遲于。 29水泥標準稠度及凝結時間測定儀水泥標準稠度及凝結時間測定儀30（）體積安定性（煮沸法合格）（）體積安定性（煮沸法合格） 水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性。定性。凝結硬化過程中體積變化，對建筑物的質量沒有影響。凝結硬化過程中體積變化，對建筑物的質量沒有影響。水泥硬化后水泥硬化后-不均勻的體積變化不均勻的體積變化-膨脹裂縫膨脹裂縫-嚴重事故。嚴重事故。( (水泥體積安定性不良水泥體積安定性不良) )原因：游離氧化鈣、游離氧化鎂、石膏過多。原因：游離氧化鈣、游離氧化鎂、石膏過多。31FZ31A型全不銹鋼沸煮箱 32（）

15、強度（）強度水泥膠砂強度檢驗方法水泥膠砂強度檢驗方法（簡稱法（簡稱法) )規(guī)規(guī)定定: : 的水泥和標準砂的水泥和標準砂 . .的水灰比，的水灰比，制成制成標準試件，標準試件，在標準養(yǎng)護條件下，達到規(guī)定齡期（，在標準養(yǎng)護條件下，達到規(guī)定齡期（，）時，按國家標準規(guī)定的最低強度值來時，按國家標準規(guī)定的最低強度值來確定其強度等級。確定其強度等級。33水泥膠砂試驗水泥膠砂試驗34合格品：合格品： 化學指標、凝結時間、安定性、強度化學指標、凝結時間、安定性、強度均符合規(guī)定。均符合規(guī)定。 不合格品不合格品: :上述任何一項不符合規(guī)定上述任何一項不符合規(guī)定35氫氧化鈣溶析氫氧化鈣溶析 a) b) 364CaO

16、AI20313H20+3CaS04+20H20=3Ca0 A1203.3CaS04 32H20 + Ca(OH)2MgSO4+Ca(OH)2 +2H20=CaSO42H20+Mg(OH)2MgC12+ Ca(OH)2=CaC12+ Mg(OH)237Ca(OH)2+CO2+H2O = CaC03+2H20CaC03+ CO2 + H2O = Ca(HC03)25)5)一般酸的腐蝕一般酸的腐蝕2HCl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H20H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O氫氧化鈣氫氧化鈣-化學化學作用作用生成的生成的化合物化合物 , , 易溶于水易溶于水 , , 或體積或體積膨

17、脹膨脹 , , 在水泥石內造成內應力而導致破壞在水泥石內造成內應力而導致破壞 38 6)6)強堿的腐蝕強堿的腐蝕 鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到 強堿強堿 ( ( 如氫氧如氫氧化化鈉鈉 ) ) 作用后也會破壞作用后也會破壞 3CaO Al203+6NaOH =3Na2O Al203 + 3 Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2C03+H20a.a.生成易溶的鋁酸生成易溶的鋁酸鈉鈉 b.b. 水泥石浸透氫氧化水泥石浸透氫氧化鈉鈉后在空氣中干燥后在空氣中干燥 , , 生成結晶生成結晶沉積沉積的的碳酸碳酸鈉，鈉，使水泥石脹裂使水泥石脹裂 39 : :水泥石中存在氫氧

18、化鈣和水化鋁酸鈣水泥石中存在氫氧化鈣和水化鋁酸鈣 ; ; 水泥石有很多毛細孔通道水泥石有很多毛細孔通道 , , 侵蝕性介質易于進入侵蝕性介質易于進入；腐蝕與通道的相互作腐蝕與通道的相互作用用 405.2.15.2.1高鋁水泥高鋁水泥凡以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約的熟料，經(jīng)磨凡以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約的熟料，經(jīng)磨細而得的水硬性膠凝材料稱為高鋁水泥。又名礬土水泥。細而得的水硬性膠凝材料稱為高鋁水泥。又名礬土水泥。 工程應用工程應用特點特點: :早期強度增長快，強度高早期強度增長快，強度高，用于緊急搶修和早期強，用于緊急搶修和早期強度要求高的工程。度要求高的工程。 缺點缺點: :后期強度倒縮后期強度

19、倒縮，使用年后高鋁水泥混凝土，使用年后高鋁水泥混凝土的強度只有早期強度的一半左右。的強度只有早期強度的一半左右。 不宜作結構工程不宜作結構工程, ,使用溫度使用溫度，蒸養(yǎng)，蒸養(yǎng) ，不得與其它水泥混用。不得與其它水泥混用。 5.2 5.2 其它品種水泥其它品種水泥415.2.25.2.2膨脹水泥膨脹水泥硬化過程中不產(chǎn)生收縮，而具有一定膨脹性能硬化過程中不產(chǎn)生收縮，而具有一定膨脹性能的水泥。的水泥。工程應用工程應用道橋工程道橋工程: :水泥混凝土路面、機場道面或橋梁修補水泥混凝土路面、機場道面或橋梁修補混凝土?；炷?。防止?jié)B漏、修補裂縫及管道接頭等工程。防止?jié)B漏、修補裂縫及管道接頭等工程。425.

20、2.35.2.3白色和彩色硅酸鹽水泥白色和彩色硅酸鹽水泥白色水泥的主要礦物組成仍是硅酸鹽白色水泥的主要礦物組成仍是硅酸鹽，只是水泥中著色物，只是水泥中著色物質（氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、氧化鉻等）的含量極少。質（氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、氧化鉻等）的含量極少。彩色水泥生產(chǎn)方法：彩色水泥生產(chǎn)方法：（1 1）生料中混入著色物質，燒成彩色生料中混入著色物質，燒成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；熟料再粉磨成彩色水泥；（2 2）白水泥熟料或硅酸鹽水泥熟白水泥熟料或硅酸鹽水泥熟料、適量石膏和堿性著色物質共同磨細制成彩色水泥；料、適量石膏和堿性著色物質共同磨細制成彩色水泥；（3 3）將干燥狀態(tài)的著色物質摻入白色水泥或

21、硅酸鹽水泥中。將干燥狀態(tài)的著色物質摻入白色水泥或硅酸鹽水泥中。裝飾工程中，彩色水泥漿、砂漿和混凝土，水磨石、水刷裝飾工程中，彩色水泥漿、砂漿和混凝土，水磨石、水刷石等。石等。43補充：道路硅酸鹽水泥補充：道路硅酸鹽水泥. .定義定義以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸以適當成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料稱為道路硅酸鹽水泥熟料。由道路硅酸鹽水泥熟料稱為道路硅酸鹽水泥熟料。由道路硅酸鹽水泥熟料，活性混合材料和適量石膏磨細制成料，活性混合材料和適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡稱道

22、的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡稱道路水泥）。路水泥）。44. .技術要求技術要求）化學組成）化學組成在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必須加以限制：須加以限制：) )氧化鎂含量不得超過氧化鎂含量不得超過. .。）三氧化硫含量不得超過）三氧化硫含量不得超過. .。）燒失量不得大于）燒失量不得大于. .。）游離氧化鈣含量，旋窯生產(chǎn)不得大）游離氧化鈣含量，旋窯生產(chǎn)不得大于于. .；立窯生產(chǎn)不得大于；立窯生產(chǎn)不得大于. .。）堿含量如用戶提出要求時，由供需雙方）堿含量如用戶提出要求時，由供需雙方商定。商定。45）礦物組成）礦物組成（）鋁酸三鈣含量道路水泥熟料中鋁酸三（）鋁酸三鈣含量道路水泥熟料中鋁酸三鈣的含量不得大于鈣的含量不得大于. .。（）鐵鋁酸四鈣含量道路水泥熟料中鐵鋁（）鐵鋁酸四鈣含量道路水泥熟料中鐵鋁酸四鈣的含量不得小于酸四鈣的含量不得小于. .。 鋁酸三鈣（鋁酸三鈣（）和鐵鋁酸四鈣（）和鐵鋁酸四鈣（）的含）的含量，先按方法求出三氧化二鋁（量，先按方法求出三氧化二鋁（）和）和三氧化二鐵（三氧化二鐵（）的含量，然后按下式求得：）的含量，然后按下式求得：