《土木工程材料》第四章-水泥

《土木工程材料》

第四章水泥建筑工程系主講教師：劉月賓第四章水泥4.1水泥概述4.2硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥4.3摻大量混合材料的硅酸鹽水泥4.4其他品種的水泥第四章水泥本次課學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝，掌握硅酸鹽水泥的生產(chǎn)原料及其四大熟料的組成。掌握硅酸鹽水泥熟料水化的特點(diǎn)及其產(chǎn)物的組成。水泥是指加水拌和塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等材料膠結(jié)成整體，并能在水中和空氣中硬化，且具有一定強(qiáng)度的一種粉末狀水硬性膠凝材料。它是根本建設(shè)中最重要的建筑材料，用水泥制成的砂漿或混凝土，鞏固耐久，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國防等工程。水泥的種類繁多，目前生產(chǎn)和使用的水泥品種已達(dá)200余種。4.1水泥概述

水泥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水泥少熟料或無熟料水泥⑴按化學(xué)成分?(2)按性能和用途分類?盡管水泥的品種很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸鹽水泥。所以，在學(xué)習(xí)這一章的內(nèi)容時(shí)，以硅酸鹽水泥的內(nèi)容為根底，主要學(xué)習(xí)硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用等知識(shí)。在此根底上，再學(xué)習(xí)其它摻混合材料的硅酸鹽水泥等內(nèi)容。素有“建筑工業(yè)的糧食”之稱。4.1.2、水泥的開展過程cement一詞由拉丁文caementum開展而來，是碎石及片石的意思。水泥的歷史可追溯到古羅馬人在建筑工程中使用的石灰和火山灰的混合物。1796年英國人J.帕克用泥灰?guī)r燒制一種棕色水泥，稱羅馬水泥或天然水泥。1824年英國人J.阿斯普丁用石灰石和粘土燒制成水泥，硬化后的顏色與英格蘭島上波特蘭地方用于建筑的石頭相似，被命名為波特蘭水泥，并取得了專利權(quán)。中國水泥行業(yè)將進(jìn)入“三國時(shí)代”中國建材〔中聯(lián)水泥、南方水泥、北方水泥〕中國中材〔天山水泥、賽馬實(shí)業(yè)、中材水泥〕海螺水泥海螺集團(tuán)：規(guī)模大、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)

公司產(chǎn)銷量已連續(xù)11年位居全國第一，是目前亞洲最大的水泥、熟料供給商。長(zhǎng)期、廣泛應(yīng)用于舉世矚目的標(biāo)志性工程，如：上海東方明珠電視塔、上海磁懸浮列車〔軌道梁〕、連云港田灣核電站、浦東國際機(jī)場(chǎng)、海滄大橋、杭州灣跨海大橋等工程。同時(shí)，產(chǎn)品現(xiàn)已出口美國、歐洲、非洲、亞洲等二十多個(gè)國家和地區(qū)。海螺水泥：中國建材集團(tuán)：勇于嘗試，重組深得民心中國中材集團(tuán)：要做北方最大的水泥企業(yè)水泥具有以下優(yōu)點(diǎn)，因此，在土木工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。多樣性低成本可塑性工藝簡(jiǎn)單耐久性與鋼筋粘結(jié)性好水硬性水泥的優(yōu)點(diǎn)4.2硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥4.2.1硅酸鹽水泥的定義按《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5％的石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥〔國外通稱波特蘭水泥〕。當(dāng)硅酸鹽水泥中不摻混合材料時(shí)，稱為Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.Ⅰ。當(dāng)硅酸鹽水泥中混合材料摻量不超過5%時(shí)，稱為Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號(hào)P.Ⅱ。4.2.1硅酸鹽水泥〔1〕生產(chǎn)原料石灰質(zhì)原料——石灰石、白堊等粘土質(zhì)原料——粘土、頁巖等校正原料〔少量〕——鐵粉、螢石等SiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O3CaO硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝流程〔2〕生產(chǎn)工藝“兩磨一燒”——生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨三個(gè)過程4.2.2硅酸鹽水泥的組成材料1.硅酸鹽水泥熟料C3S,36%~60%C2S,15%~37%C3A,7%~15%C4AF,10%~18%硅酸鹽水泥化學(xué)組成圖2.石膏石膏是硅酸鹽水泥中必不可少的組成材料，主要作用是調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，常采用天然的或合成的二水石膏，也可用含有二水石膏的化工廢渣。3.混合材料是硅酸鹽系水泥生產(chǎn)中經(jīng)常采用的組成材料，按其性能不同，可分為活性與非活性兩大類。活性類：?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)材料〔沸石、火山灰〕、粉煤灰及燒煤矸石等；非活性類：石灰石、石英砂、鋼渣、慢冷礦渣等。4.2.3硅酸鹽水泥的水化和凝結(jié)硬化1.硅酸鹽水泥的水化水泥顆粒與水接觸時(shí)，其外表的熟料礦物立即與水發(fā)生水解或水化作用，生成新的水化產(chǎn)物并放出一定熱量的過程?！?〕硅酸三鈣水化生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體。該水化反響的速度快，形成早期強(qiáng)度并生成早期水化熱。

3CaO·SiO2+H2O

CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2〔2〕硅酸二鈣水化生成水化硅酸鈣凝膠和氫氧化鈣晶體。該水化反響的速度慢，對(duì)后期齡期混凝土強(qiáng)度的開展起關(guān)鍵作用。水化熱釋放緩慢。

2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2〔3〕鋁酸三鈣水化生成水化鋁酸鈣晶體。

該水化反響速度極快，并且釋放出大量的熱量。如果不控制鋁酸三鈣的反響速度，將產(chǎn)生閃凝現(xiàn)象，水泥將無法正常使用。通常通過在水泥中摻有適量石膏，可以防止上述問題的發(fā)生。3CaO·Al2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O石膏與水化鋁酸鈣反響生成水化硫鋁酸鈣針狀晶體〔鈣礬石〕。該晶體難溶，包裹在水泥熟料的外表上，形成保護(hù)膜，阻礙水分進(jìn)入水泥內(nèi)部，使水化反響延緩下降，從而防止了純水泥熟料水化產(chǎn)生閃凝現(xiàn)象。所以，石膏在水泥中起調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的作用。為什么石膏用量不能過多？這個(gè)問題將通過水泥石腐蝕的學(xué)習(xí)得到答案。

3CaO·Al2O3·6H2O+H2O+CaSO4·2H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

鈣礬石石膏調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的原理〔4〕鐵鋁酸四鈣水化生成水化鋁酸鈣晶體和水化鐵酸鈣凝膠該水化反響的速度較快，僅次于鋁酸三鈣，水化放熱量均屬中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O對(duì)水泥強(qiáng)度的影響：抗壓強(qiáng)度值較低，但抗折強(qiáng)度相對(duì)較高，所以提高鐵鋁酸四鈣的含量，可降低水泥的脆性。因而，抗沖擊性好。總結(jié)礦物組成性質(zhì)水化硅酸鈣(70%):CaO·2SiO2·3H2O氫氧化鈣(20%):Ca(OH)2水化鋁酸鈣(3%):3CaO·Al2O3·6H2O水化鐵酸鈣:CaO·Fe2O3·H2O水化硫鋁鈣:3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

水化產(chǎn)物水泥熟料水化后的主要水化產(chǎn)物有：思考題現(xiàn)有甲、乙兩水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料,其礦物成分如下：假設(shè)用上述熟料分別制成硅酸鹽水泥，試估計(jì)它們的強(qiáng)度開展速度、水化熱、28d齡期強(qiáng)度有何差異？1〕C3S在最初四個(gè)星期內(nèi)強(qiáng)度開展迅速，它實(shí)際上決定著硅酸鹽水泥四個(gè)星期以內(nèi)的強(qiáng)度；C3S的水化熱較多，其含量也最多，故它放出的熱量最多。

2〕C2S的硬化速度慢，在大約4個(gè)星期后才發(fā)揮其強(qiáng)度作用，約一年左右到達(dá)C3S四個(gè)星期的發(fā)揮程度；而其水化熱少。

3〕C3A硬化速度最快，但強(qiáng)度低，其對(duì)硅酸鹽水泥在1～3d或稍長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)度起到一定作用；C3A的水化熱多。

4〕C4AF的硬化速度也較快，但強(qiáng)度低，其對(duì)硅酸鹽水泥的強(qiáng)度奉獻(xiàn)??；其水化熱屬中等。5〕由上表可知甲廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥的強(qiáng)度開展速度、水化熱、28d時(shí)的強(qiáng)度均高于由乙廠的硅酸鹽水泥。習(xí)題硅酸鹽水泥熟料的主要礦物成分有、_、___和_。硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物有__