《土木工程材料》課件第三章水泥(cement)

1、 (2)按化學(xué)成分分類硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫鋁酸鹽系水泥、 鐵鋁酸鹽系水泥等第三章 水泥(cement) 1.水泥的定義 國(guó)外稱硅酸鹽水泥為波特蘭水泥（Portland Cement） 1824.10.21，英國(guó)利茲（Leeds）城的泥水匠阿斯譜?。↗. Aspdin）獲得英國(guó)第5022號(hào)的“波特蘭水泥（Portland Cement）”專利證書 1892年，河北省唐山啟新洋灰有限公司生產(chǎn)出我國(guó)第一袋水泥 2.水泥的分類 (1) 按用途和性能分類 分 類 品 種通用水泥硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥專用水泥道路水泥、砌筑水泥、耐酸水泥、耐堿水泥、油井水

2、泥特性水泥高鋁水泥、膨脹水泥、快硬硅酸鹽水泥、自應(yīng)力水泥、白色硅酸鹽水泥 建筑三大材鋼材、水泥、木材第一節(jié).通用硅酸鹽水泥B. 生產(chǎn)方式C. 生產(chǎn)過程 兩磨一燒硅酸鹽水泥熟料混合材料石膏磨細(xì)為成品+A. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 2008年6月1日國(guó)家實(shí)施通用硅酸鹽水泥GB1752007新國(guó)標(biāo)。 我國(guó)已逐步淘汰了立窯工藝生產(chǎn)水泥，目前采用更環(huán)保、高效、節(jié)能的旋窯（回轉(zhuǎn)窯）工藝。水泥廠全景水泥旋窯示意圖水泥立窯 示意圖D. 通用硅酸鹽水泥定義、組分、代號(hào)定義 以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料分類 硅酸鹽 水 泥普通水泥 礦渣水泥 火山灰 水 泥 粉煤灰 水 泥復(fù)合水泥 I 型混合

3、材料 0% 5 % 且20%混合材料 A 型20%且50%?；郀t礦渣 20% 且40% 火山灰質(zhì) 混合材料 20% 且40% 粉煤灰 20% 且40%兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料 II 型混合材料 5% B 型50%且70%?；郀t礦渣 PI PO( ordinary portland cement ) PS( portland bl- astfurnace slag cement ) PP( portland pozzolane cement ) PF ( portland flyash cement ) PC( composite portland cement ) PII混合材料含量代

4、號(hào)一. 硅酸鹽水泥熟料 礦 物 名 稱 化 學(xué) 式 代 號(hào) 含 量硅酸三鈣 3CaOSiO C3S 37% 60%硅酸二鈣 2CaOSiOC2S 15% 37%鋁酸三鈣 3CaOAl2O3 C3A 7% 15%鐵鋁酸四鈣4CaO Al2O3 Fe2O3 C4AF 10% 18%游離氧化鈣、氧化鎂fCaO、 fMgO 少量堿Na2O +0.658K2O 少量 名 稱 硅酸三鈣 硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣 凝結(jié)硬化速度 快 慢 最 快 快 28d水化熱 多 少 最 多 中 強(qiáng) 度早期高,后期增長(zhǎng)慢早期低,后期高 低 低 耐化學(xué)腐蝕 中 良 差 優(yōu)硅酸鹽水泥熟料的主要礦物名稱、代號(hào)及含量硅酸鹽水泥熟

5、料的特性二. 混合材料 1.定義 在磨制水泥時(shí)摻入的人工的或天然的礦物材料 2.摻入目的 降低水泥成本,改善水泥性能,調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí) 3.分類活性混合材料與石灰和水拌合后,常溫下能使石灰成為水硬性膠凝材料的礦物材料非活性混合材料與石灰和水拌合后,常溫下不能使石灰成為水硬性膠凝材料的礦物材料?；郀t礦渣火山灰質(zhì)混合材料粉煤灰磨細(xì)石英砂、石灰石粉、慢冷礦渣等活性SiO2、活性Al2O3玻璃體結(jié)構(gòu)三. 石膏 調(diào)凝劑,即調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)硬化速度4.火山灰反應(yīng)(活性、效應(yīng)、作用)、二次反應(yīng)SiO2C-S-H 凝膠(水化硅酸鈣)Al2O3C-A-H 晶體(水化鋁酸鈣)H2OCa(OH)2+CaSO4 2H

6、2O+Aft 晶體(高硫型水化硫鋁酸鈣)C-A-HH2OCa(OH)2+堿性激發(fā)劑硫酸鹽激發(fā)劑粉煤灰顆粒礦渣顆粒四. 通用硅酸鹽水泥的水化 1.硅酸鹽、普通水泥的水化 混合材料少,主要為熟料礦物的水化熟料礦物石膏C3SC2SC3AC4AFH2O+C-S-H 凝膠(水化硅酸鈣) C-A-H 晶體(水化鋁酸鈣)CH 晶體(氫氧化鈣)C-F-H 凝膠(水化鐵酸鈣) +C-A-H 晶體(水化鋁酸鈣)+H2OH2O+CaSO4 2H2O+Aft 晶體(高硫型水化硫鋁酸鈣)C-A-HAfm 晶體(單硫型水化硫鋁酸鈣)石膏耗盡時(shí)2.礦渣、火山灰及粉煤灰水泥的水化 混合材料多,熟料礦物少 水化分兩次（步）進(jìn)行

7、熟料礦物水化一次水化CH 晶體混合材料水化二次水化火山灰反應(yīng)激發(fā)劑3.綜上所述,忽略次要成分,通用硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)(產(chǎn))物水化（產(chǎn)）物凝膠晶體C-S-H 凝膠C-F-H 凝膠CH 晶體C-A-H 晶體Aft 晶體、 Afm 晶體孔隙五. 水泥石 1.水泥石水泥水化硬化后形成的具有一定強(qiáng)度的人造石 水化(產(chǎn))物 C-S-H凝膠(70%), CH晶體(20%), AFt晶體(7%) 未水化水泥顆粒(內(nèi)核) 無(wú)論水化多久，水泥顆粒內(nèi)核很難完全水化 毛細(xì)孔水泥顆粒間未被水化物填充(原來充水)的空間 孔隙 水泥水化理論需水23%，實(shí)際施工加水30%70%，多余水分蒸發(fā)形成毛細(xì)孔 凝膠孔凝膠(C-S-

8、H、C-F-H)體內(nèi)部的孔隙,占凝膠體積28% 水 （水化物內(nèi)部）結(jié)晶水、（水泥水化剩余）自由水 水泥石組成綜上所述故：水泥石是由固、液、氣等三相組成的復(fù)雜的混合物 由于水泥石中含有大量CH晶體，或者說其它水化(產(chǎn))物是在CH的飽和溶液 中生長(zhǎng)發(fā)育并能穩(wěn)定存在，則水泥石是一種堿性物質(zhì)，其PH值 12.5 因砂石為惰性物質(zhì)，而水泥石呈堿性，則砼(砂漿)是堿性物質(zhì) 堿性的砼(砂漿)容易被自然界中的酸、鹽類物質(zhì)腐蝕 堿性的砼對(duì)埋入其中的鋼筋形成堿性保護(hù)，使鋼筋不易銹蝕水泥石組成2.水泥石的腐蝕 軟水侵蝕（溶出性腐蝕） 雨(雪)水,蒸鎦(冷凝)水及含重碳酸鹽甚少的水為軟水 水泥石長(zhǎng)期與軟水(靜止、流動(dòng)

9、)接觸，CH被溶出水泥石堿度降低 其它水化物分解溶失水泥石結(jié)構(gòu)破壞。靜水或無(wú)水壓時(shí)腐蝕僅限于表層， 而流水或壓力水下腐蝕由表及里不停止直至破壞。故后者比前者更有害 硫酸鹽腐蝕海水、污水中含有鈉、鉀等硫酸鹽 Na2SO4+ Ca(OH) 2 CaSO42H2O + NaOH CaSO42H2O + C-A-H AFt(高硫型水化硫鋁酸鈣,又名水泥桿菌) 硫酸鹽濃度高時(shí), CaSO42H2O 在孔隙中結(jié)晶,體積膨脹造成破壞 鎂鹽腐蝕海水、污水中含有大量鎂鹽,如硫酸鎂和氯化鎂 MgSO4 + Ca(OH)2 CaSO42H2O + Mg (OH) 2 松軟無(wú)膠結(jié)力 MgCl2 + Ca(OH)2 C

10、aCl2 + Mg (OH) 2 松軟無(wú)膠結(jié)力 CaCl2易溶于水, CaSO42H2O還產(chǎn)生硫酸鹽腐蝕故硫酸鎂對(duì)水泥石有雙重腐蝕 酸的腐蝕 強(qiáng)堿的腐蝕腐蝕類型3 .水泥石腐蝕的原因 基本原因 水泥石(水化物)中存在CH晶體和C-A-H晶體 腐蝕原因 水泥石本身不密實(shí) 外在因素 介質(zhì)的溫度、流速、壓力等 水泥石的腐蝕是一個(gè)極為復(fù)雜的物理化學(xué)過程 水泥石的腐蝕很少僅是單一的侵蝕作用，而是幾種侵蝕同時(shí)存在，互 相影響，共同作用。 合理選擇水泥品種 提高耐腐蝕的措施 提高水泥石的密實(shí)度 做保護(hù)層石料、玻璃、陶瓷、瀝青等六. 通用硅酸鹽水泥的儲(chǔ)存、運(yùn)輸與保管 1.一般儲(chǔ)存條件下,水泥的保質(zhì)期為_個(gè)月.

11、 2.即使在良好儲(chǔ)存條件下也不能儲(chǔ)存過久,因?yàn)樗鄷?huì)吸收空氣中_和_,使顆粒表面水化甚至碳化,喪失_, _大為降低. 3.過期或受潮的水泥應(yīng)重新檢驗(yàn)后方可使用,且不得用于重要工程部位.七. 通用硅酸鹽水泥的特性硅酸鹽水 泥普通水泥礦渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥復(fù)合水泥1.凝結(jié)硬化快2.早期強(qiáng)度高3.水化熱大4.抗凍性好5.干縮小6.耐腐蝕性差7.耐熱性差8.不適合濕熱 處理9.抗碳化性好1.凝結(jié)硬化較快2.早期強(qiáng)度較高3.水化熱較大4.抗凍性較好5.干縮較小6.耐腐蝕性 較差7.耐熱性較差8.抗?jié)B性較好9.不適合濕熱 處理10.抗碳化性 較好 共 性 1.凝結(jié)硬化慢 2.早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)

12、較快 3.水化熱小 4.抗凍性差 5.耐腐蝕性較好 6.抗碳化性差 7.適合于濕熱處理即:蒸氣養(yǎng)護(hù)、蒸壓養(yǎng)護(hù) 個(gè)(特) 性1.耐熱性高2.干縮大3.泌水性大1.抗?jié)B性好2.干縮大3.耐磨性差1.抗裂性好2.干縮小3.耐磨性差3d強(qiáng)度高于礦渣水泥 根據(jù)工程特點(diǎn)及使用環(huán)境分：優(yōu)先選用、可以選用和不宜選用三種情況，詳P69 表3-10八. 通用硅酸鹽水泥的應(yīng)用 六種通用硅酸鹽水泥中：1. 屬于“快硬早強(qiáng)”的水泥有_、_ “快硬早強(qiáng)”的水泥可用于高強(qiáng)混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土及現(xiàn)澆混凝土2. 屬于“水化熱小”的水泥有_、_ 、_ 、_ “水化熱小”的水泥可用于大體積混凝土屬于“耐腐蝕性好”的水泥有_、_ 、

13、_ 、_ “耐腐蝕性好”的水泥可用于有腐蝕介質(zhì)作用的環(huán)境中，如海港碼頭、污水管道等工程中 4. 屬于“干縮小”的水泥有_、_ 、_ “干縮小”的水泥可用于干燥環(huán)境中，如相對(duì)濕度小、風(fēng)速大等工程中5. 屬于“抗碳化性好”的水泥有_、_ “抗碳化性好”的水泥可用于CO2濃度高環(huán)境中 九. 通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 1. 細(xì)度水泥顆粒的粗細(xì)程度 細(xì)度大總表面積大水化反應(yīng)快凝結(jié)硬化快強(qiáng)度高。 硅酸鹽、普通水泥細(xì)度用 比表面積法 檢驗(yàn)， 其余水泥細(xì)度用 篩（分）析 法檢驗(yàn)， 國(guó)標(biāo)要求詳下表；比表面儀比表面儀水泥標(biāo)準(zhǔn)篩(80m方孔篩) 2. 標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量 水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度(282mm)時(shí)所加水量，用

14、水/水泥表示。 水泥達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度是為了檢驗(yàn) 凝結(jié)時(shí)間 和 體積安定性 水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量試驗(yàn)有 調(diào)整水量法 和 不變水量法 兩種方法水泥凈漿攪拌機(jī)先加水：120-150ml;再加水泥：500g（5-10s內(nèi)）攪拌：低速120s；停：15s 高速: 120s標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測(cè)定（代用法）釋放試桿30s時(shí)讀數(shù)：調(diào)整水量法：2630mm固定水量法：P33.4 0.185S3. 凝結(jié)時(shí)間分初凝和終凝 初凝水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時(shí)間 終凝水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強(qiáng)度 所需的時(shí)間初凝時(shí)間不宜早； 終凝時(shí)間不宜晚。初、終凝時(shí)間的規(guī)定詳下表水泥凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定4. 體積安

15、定性水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的穩(wěn)定性 (硬化后)水泥制品產(chǎn)生不均勻體積變化(彎曲變形、開裂) 體積安定性不良 體積安定性不良原因 熟料中含有過量游離氧化鈣(f-CaO)、游離氧化鎂(f-MgO) 生產(chǎn)水泥時(shí)加入了過量的石膏(SO3) 體積安定性檢驗(yàn)方法 f-CaO引起的安定性不良用沸煮法試餅法或雷氏法 f-MgO和石膏(SO3)引起的安定性不良不便于快速檢驗(yàn)限制其含量試餅法雷氏法5. 強(qiáng)度等級(jí)采用水泥膠砂法測(cè)定 水泥膠砂配合比：水泥:標(biāo)準(zhǔn)砂:水= 1:3:0.5 標(biāo)準(zhǔn)試件： 4040160mm,一組3塊 振動(dòng)成型： 在頻率28003000次/min，振幅0.75mm振實(shí)臺(tái)上成型， 振動(dòng)時(shí)間

16、120s 試件養(yǎng)護(hù)： 在20 C 1C，相對(duì)濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中24h， 然后脫模在20C 1 C的水中養(yǎng)護(hù)至測(cè)試齡期； 強(qiáng)度測(cè)量： 先測(cè)定抗折強(qiáng)度，折斷后每截再測(cè)定抗壓強(qiáng)度。根據(jù)3d、28d抗 壓、抗折強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果劃分強(qiáng)度等級(jí) 通用水泥的強(qiáng)度等級(jí)詳下表。試件成型水泥膠砂攪拌機(jī)先加水225ml ；再加水泥450g攪拌：低速30s，第2個(gè)30s時(shí)自動(dòng)均勻加砂 高速30s；停90s；高速60s水泥膠砂試模水泥膠砂試件水泥膠砂振實(shí)臺(tái)十. 通用硅酸鹽水泥的合格性判定 1. 合格品 不溶物、燒失量、氯離子、MgO、SO3、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng) 度等級(jí)等技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范規(guī)定者為合格品 2.

17、不合格品不溶物、燒失量、氯離子、MgO、SO3、凝結(jié)時(shí)間、安定性、 強(qiáng)度等級(jí)等技術(shù)指標(biāo)任何一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定者 不合格品按復(fù)試結(jié)果使用或降級(jí)使用。 水泥可以袋裝或散裝，袋裝水泥每袋凈重50kg 項(xiàng) 目 硅酸鹽水泥普通水泥PO 礦渣水泥 PS火山灰水泥 PP粉煤灰水泥 PF復(fù)合水泥PC PP 細(xì) 度比表面積300m2/kg 0.08mm方孔篩篩余量10%凝結(jié)時(shí)間初凝45min終凝 6.5h 10h體積安定性安定性 沸煮法必須合格(若試餅法與雷氏法發(fā)生爭(zhēng)議,以雷氏法為準(zhǔn))MgO 5% 6%; SO3 3.5%PS 4% ;其余 3.5 % 不溶物 0.75% 1.5% 燒失量 3% 3.5% 5%

18、 氯離子 0.06%堿含量 (按Na2O + 0.658K2O計(jì)算)使用活性骨料時(shí) 0.6%；或由供需雙方商定 強(qiáng)度等級(jí)42.5、 52.5 、 62.542.5R、52.5R 、62.5R42.5 、 52.5 42.5R 、52.5R32.5、 42.5 、 52.5 32.5R、42.5R 、52.5R通用硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 強(qiáng)度 等級(jí)齡期硅酸鹽水泥 普通水泥礦渣、火山灰、 粉煤灰水泥 復(fù)合水泥抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa 32.53d28d 10.032.52.55.511.032.5

19、2.55.5 32.5 R3d28d 15.032.53.55.516.032.53.55.5 42.53d28d17.042.53.56.516.042.53.56.515.042.53.56.516.042.53.56.5 42.5 R3d28d22.042.54.06.521.042.54.06.519.042.54.06.521.042.54.06.5 52.53d28d23.052.54.07.022.052.54.07.021.052.54.07.022.052.54.07.0 52.5 R3d28d27.052.55.07.026.052.55.07.023.052.55.07.026.052.55.07.0 62.53d28d28.062.55.08.0 62.5 R3d28d32.062.55.58.0 通用水泥的強(qiáng)度等級(jí)第二節(jié).其它品種水泥一.高鋁水泥(鋁酸鹽水泥)（代號(hào)CA ） 1.定義屬快硬、高強(qiáng)、耐腐蝕、耐熱的水泥,以3d抗壓強(qiáng)度表示強(qiáng)度等級(jí) 2.熟料礦物 鋁酸一鈣(CA)、二鋁酸一鈣(CA2)及少量硅酸二鈣(C2S) 3.水化產(chǎn)物 主要為水化鋁酸鈣(C-A-H)和鋁膠(AH3) 4.分類 按GH201-2000規(guī)定，高鋁水泥根據(jù)Al2O3含量百分?jǐn)?shù)分為CA-50、 CA-60、CA-70和CA-80四類。 5.特性 (1)快