水泥的作用與分類及構(gòu)造做法培訓(xùn)講義PPT

1、4 水泥本章主要講述了硅酸鹽水泥的生產(chǎn)、礦物組成、凝結(jié)硬化、技術(shù)性質(zhì)、性能及適用范圍等；在硅酸鹽水泥的基礎(chǔ)上，講述了普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥的組成、性能及選用等；概要介紹了其他品種水泥。 本章提要按其主要成分分為硅酸鹽類水泥、鋁酸鹽類水泥、硫鋁酸鹽類水泥和磷酸鹽類水泥。按水泥的用途和性能又可分為通用水泥(如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等)、專用水泥(如中、低熱水泥等)及特性水泥(如快硬硅酸鹽水泥、膨脹水泥等)。 本 章 內(nèi) 容4.1 硅酸鹽水泥4.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥4.3 其他品種水泥及水泥的運(yùn)輸和保管4.1 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、05%石灰

2、石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥分兩種類型：不摻混合材的稱型硅酸鹽水泥，其代號(hào)為P；在硅酸鹽水泥熟料粉磨時(shí)摻加不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材的稱型硅酸鹽水泥，其代號(hào)為P。硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。 硅酸鹽水泥是以石灰質(zhì)原料(如石灰石等)與粘土質(zhì)原料(如粘土、頁巖等)為主，有時(shí)加入少量鐵礦粉等，按一定比例配合，磨細(xì)成生料粉(干法生產(chǎn))或生料漿(濕法生產(chǎn))，經(jīng)均化后送入回轉(zhuǎn)窯或立窯中煅燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要成分的水泥熟料，再與適量石膏共同磨細(xì)，即可得到P型硅酸鹽水泥。其生產(chǎn)工

3、藝流程(簡稱為“兩磨一燒”)如圖4.1所示。 4.1.1 硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成礦物組成主要是：（1）硅酸三鈣(3CaOSiO2，簡寫為C3S，占37%60%)（2）硅酸二鈣(2CaOSiO2，簡寫成C2S，占15%37%)（3）鋁酸三鈣(3CaOAl2O3，簡寫成C3A，占7%15%)（4）鐵鋁酸四鈣(4CaOAl2O3Fe2O3，簡寫為C4AF，占10%18%)。 圖4.1 硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝流程示意圖 水泥加水拌和后，成為可塑性漿體，隨后，水泥漿逐漸變稠而失去塑性，但尚不具有強(qiáng)度的過程，稱為水泥的凝結(jié)。凝結(jié)過后，水泥漿產(chǎn)生明顯的強(qiáng)度并逐漸發(fā)展成為堅(jiān)硬的固體，這一過程稱為水泥的硬化。其

4、化學(xué)反應(yīng)式有： 4.1.2 硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化為了調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，摻入適量石膏，這些石膏與反應(yīng)最快的鋁酸三鈣的水化產(chǎn)物作用生成難溶的水化硫鋁酸鈣，覆蓋于未水化的鋁酸三鈣周圍，阻止其繼續(xù)快速水化。其反應(yīng)式為： 綜上所述，硅酸鹽水泥與水作用后，主要水化產(chǎn)物有水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。硬化后的水泥石是由膠體粒子、晶體粒子、凝膠孔、毛細(xì)孔及未水化的水泥顆粒所組成。其結(jié)構(gòu)如圖4.2所示。 圖4.2 硬化水泥石結(jié)構(gòu) 4.1.3.1 密度、堆積密度、細(xì)度硅酸鹽水泥的密度約為3.10g/cm3。其松散狀態(tài)下的堆積密度為10001200kg/m3，緊密堆積密度達(dá)1

5、600kg/m3。細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度，是影響水泥性能的重要指標(biāo)。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17599規(guī)定，硅酸鹽水泥比表面積應(yīng)大于300m2/kg。 4.1.3 硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì)為了測定水泥的凝結(jié)時(shí)間及體積安定性等性能，應(yīng)該使水泥凈漿在一個(gè)規(guī)定的稠度下進(jìn)行，這個(gè)規(guī)定的稠度稱為標(biāo)準(zhǔn)稠度。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)的用水量稱為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，以水與水泥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示，按水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法(GB 13462001)規(guī)定的方法測定。 4.1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量凝結(jié)時(shí)間分初凝和終凝。初凝時(shí)間是指從水泥全部加入水中到水泥開始失去可塑性所需的時(shí)間；終凝時(shí)間是指從水泥全部加入水中

6、到水泥完全失去可塑性開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間(圖4.3)。水泥的凝結(jié)時(shí)間是按水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法(GB 13462001)規(guī)定的方法測定的。 4.1.3.3 凝結(jié)時(shí)間圖4.3 水泥凝結(jié)時(shí)間示意圖 水泥體積安定性簡稱水泥安定性，是指水泥漿硬化后體積變化是否均勻的性質(zhì)。當(dāng)水泥漿體在硬化過程中或硬化后發(fā)生不均勻的體積膨脹，會(huì)導(dǎo)致水泥石開裂、翹曲等現(xiàn)象，稱為體積安定性不良。引起水泥體積安定性不良的原因主要有熟料中含有過量的游離氧化鈣(fCaO)、游離氧化鎂(fMgO)或摻入的石膏過多。 4.1.3.4 體積安定性水泥強(qiáng)度是表示水泥力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是評定水泥強(qiáng)度等級(jí)的依據(jù)。

7、 根據(jù)GB/T 17599規(guī)定，硅酸鹽水泥分為42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，各強(qiáng)度等級(jí)水泥在各齡期的強(qiáng)度值不得低于表4.1中的數(shù)值。4.1.3.5 強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)表4.1硅酸鹽水泥的強(qiáng)度指標(biāo)（依據(jù)GB17599） 強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.0水化熱是指水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)放出的熱量，通常用J/kg表示。水化

8、熱的大小主要與水泥的細(xì)度及礦物組成有關(guān)。顆粒愈細(xì)，水化熱愈大；不同的礦物成分，其放熱量不一樣(見表4.2)，礦物中C3S、C3A含量愈多，水化熱愈大。 4.1.3.6 水化熱表4.2 水泥熟料單礦物水化時(shí)特征 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28d水化放熱量強(qiáng)度 快多高 慢少早期低，后期高 最快最多低 快中低 水泥石在正常使用條件下，具有較好的耐久性，但在某些腐蝕性介質(zhì)作用下，水泥石的結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，強(qiáng)度下降以致全部潰裂，這種現(xiàn)象叫水泥石的腐蝕。主要原因有：(1)淡水腐蝕 (2)硫酸鹽腐蝕 (3)溶解性化學(xué)腐蝕 4.1.4 水泥石的腐蝕和防止措施根據(jù)產(chǎn)生腐蝕的原因，可采取如

9、下防止措施：根據(jù)工程所處環(huán)境，選用適當(dāng)品種的水泥 增加水泥制品的密實(shí)度，減少侵蝕介質(zhì)的滲透。 加做保護(hù)層。 4.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量石膏共同磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，均屬摻混合材料的硅酸鹽水泥。 按所摻混合材料的品種和數(shù)量可分為普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥。 混合材料一般為天然的礦物材料或工業(yè)廢料。根據(jù)其性能可分為活性混合材料和非活性混合材料。 4.2.1 混合材料常用的活性混合材料有粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)混合材料和粉煤灰等。 (1)?；郀t礦渣將煉鐵高爐中的熔融礦渣經(jīng)水淬等方式急速冷卻而形成的松軟顆

10、粒，稱為?；郀t礦渣，又稱水淬高爐礦渣，其主要的化學(xué)成分是CaO、SiO2和Al2O3，占90%以上。 4.2.1.1 活性混合材料(2)火山灰質(zhì)混合材料凡是天然的或人工的以活性氧化硅和活性三氧化二鋁為主要成分，具有火山灰活性的礦物質(zhì)材料，都稱為火山灰質(zhì)混合材料。 (3)粉煤灰粉煤灰是發(fā)電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰，其顆粒直徑一般為0.0010.05mm，呈玻璃態(tài)實(shí)心或空心的球狀顆粒，表面比較致密。粉煤灰的成分主要是活性氧化硅和活性三氧化二鋁。 活性混合材料的礦物成分主要是活性二氧化硅和活性三氧化二鋁，它們與水泥熟料的水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，稱為二次水化反應(yīng)。Ca(O

11、H) 2是易受腐蝕的成分。活性氧化硅與活性氧化鋁與Ca(OH) 2作用后，減少了水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣的含量，相應(yīng)提高了水泥石的抗腐蝕性能。 這類材料又稱填充材料，它與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不起化學(xué)反應(yīng)。摻入水泥中主要起調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級(jí)、增加水泥產(chǎn)量、降低水化熱等作用。常用的有磨細(xì)石英砂、石灰石粉、粘土及磨細(xì)的塊狀高爐礦渣與爐灰等。 4.2.1.2 非活性混合材料4.2.2.1 普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥簡稱普通水泥(PO)，是由硅酸鹽水泥熟料、6%15%混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。摻活性混合材料時(shí)，最大摻量不得超過15%。普通水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R

12、、52.5、52.5R等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。各強(qiáng)度等級(jí)水泥在各齡期強(qiáng)度要求見表4.3。 4.2.2 摻混合材料的硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d32.51132.52.55.532.5R1632.53.55.542.51642.53.56.542.5R2142.54.06.552.52252.54.07.052.5R2652.55.07.0表4.3 普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求(GB 17599) 礦渣硅酸鹽水泥簡稱礦渣水泥(PS)，是由硅酸鹽水泥熟料和粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。其中粒化高爐礦渣摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%70%。允許用石灰

13、石、窯灰、火山灰質(zhì)混合材料中的一種代替礦渣，但代替量不得超過水泥質(zhì)量的8%。 4.2.2.2 礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥簡稱火山灰水泥(PP)，是由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質(zhì)混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。其中火山灰質(zhì)混合材料摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%50%。 4.2.2.3 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥簡稱粉煤灰水泥(PF)，是由硅酸鹽水泥熟料、粉煤灰、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。其中粉煤灰摻量按質(zhì)量百分比計(jì)為20%40%。礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。各齡期強(qiáng)度要求見表4.4。

14、 4.2.2.4 粉煤灰硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d32.510.032.52.55.532.5R15.032.53.55.542.515.042.53.56.542.5R19.042.54.06.552.521.052.54.07.052.5R23.052.54.57.0表4.4 礦渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥的強(qiáng)度要求(GB 134499) 復(fù)合硅酸鹽水泥簡稱復(fù)合水泥，是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。 復(fù)合水泥的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間和體積安定性要求與普通水泥相同，按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分

15、為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R等6個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，各強(qiáng)度等級(jí)水泥在各齡期強(qiáng)度要求見表4.5。 4.2.2.5 復(fù)合硅酸鹽水泥表4.5 復(fù)合硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求(GB 129581999) 強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d28d3d28d32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.04.2.3 常用水泥的選用硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥及復(fù)合水泥是

16、工程中常用的通用水泥，其技術(shù)性質(zhì)的比較見表4.6(詳見P34)，特性及適用范圍見表4.7（詳見P35）。 4.3 其他品種水泥及水泥的運(yùn)輸和保管凡以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細(xì)制成的，以3d抗壓強(qiáng)度表示強(qiáng)度等級(jí)的水硬性膠凝材料稱為快硬硅酸鹽水泥(簡稱快硬水泥)。快硬水泥分32.5、37.5、42.5等強(qiáng)度等級(jí)，不同強(qiáng)度等級(jí)水泥各齡期強(qiáng)度不得低于表4.8數(shù)值。 4.3.1 其他品種水泥4.3.1.1 快硬硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)1d3d28d1d3d28d32.515.032.552.53.55.07.237.517.037.557.54.06.07.642.51

17、9.042.562.54.56.48.0表4.8 快硬水泥各齡期強(qiáng)度(GB 19990) 由白色硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為白色硅酸鹽水泥(簡稱白水泥)。白水泥按其強(qiáng)度分為32.5、42.5、52.5、62.5四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。各齡期強(qiáng)度值見表4.9。 白度是白水泥的一個(gè)重要指標(biāo)。我國白水泥的白度分為4個(gè)等級(jí)。根據(jù)白度及強(qiáng)度等級(jí)，又分為優(yōu)等品、一等品和合格品(詳見表4.10) 。4.3.1.2 白色硅酸鹽水泥表4.9 白水泥各齡期強(qiáng)度(GB 201591) 強(qiáng)度等級(jí) 抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(MPa)3d7d28d3d7d28d32.514.020.532.52.5

18、3.55.542.518.026.542.53.54.56.552.523.033.552.54.05.57.062.528.042.062.55.06.08.0白水泥產(chǎn)品等級(jí)白度等級(jí)白度(%)白水泥強(qiáng)度等級(jí)優(yōu)等品特級(jí)8662.5 52.5一等品一級(jí)8452.5 42.5二級(jí)8052.5 42.5合格品二級(jí)8032.5三級(jí)7542.5 32.5表4.10 白水泥等級(jí)劃分(GB 201591) 凡以鋁酸鈣為主的鋁酸鹽水泥熟料，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為鋁酸鹽水泥，代號(hào)為CA。 鋁酸鹽水泥按Al2O3含量百分?jǐn)?shù)分為4類：CA5050%Al2O360%CA6060%Al2O368%CA7068%A

19、l2O377%CA8077%Al2O3 4.3.1.3 鋁酸鹽水泥鋁酸鹽水泥熟料的主要礦物成分為鋁酸一鈣(CaOAl2O3，簡寫CA)，此外，還有少量硅酸二鈣(C2S)和其他鋁酸鹽。(1)鋁酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)細(xì)度 凝結(jié)時(shí)間 表4.11 強(qiáng)度 表4.12 (2)鋁酸鹽水泥的主要性能及應(yīng)用快硬早強(qiáng)，后期強(qiáng)度下降耐高溫 抗?jié)B性及耐腐蝕性強(qiáng) 水化熱高，放熱快 表4.11鋁酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間(GB 2012000) 水泥類型初凝時(shí)間不得早于(min)終凝時(shí)間不得遲于(h)CA-50、CA-70、CA-80 306CA-60 6018表4.12 鋁酸鹽水泥膠砂強(qiáng)度(GB 2012000) 水泥類型抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度(