第五讲---水泥要点课件

1第五讲第五讲 水泥水泥兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 土木工程学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院水硬性胶凝材料，建筑工程中用量最大的水硬性胶凝材料，建筑工程中用量最大的建筑材料之一。建筑材料之一。1第五讲 水泥兰州理工大学 水硬性胶凝材料，建筑工程中用量2第五章第五章 水水 泥泥5.1 常用水泥常用水泥5.2 其它品种水泥其它品种水泥2第五章 水 泥5.1 常用水泥35.1常用水泥常用水泥 硅酸盐水泥熟料，硅酸盐水泥熟料，规定的混合材料规定的混合材料 适量石膏适量石膏 磨细制成通用硅酸盐水泥（波特兰水泥）。磨细制成通用硅酸盐水泥（波特兰水泥）。35.1常用水泥4l 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 不掺混合材料的称不掺混合材料的称型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号；熟熟料料粉粉磨磨时时掺掺加加不不超超过过质质量量石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣混混合合材材料的称料的称型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号。l普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥l矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥A A和和B Bl火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥l粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥l复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥 通用硅酸盐水泥分类通用硅酸盐水泥分类(GB175-2007)：4 硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥分类(GB175-2007)：5.硅酸盐水泥生产原料硅酸盐水泥生产原料）石灰质原料）石灰质原料 主要提供，主要提供，）粘土质原料）粘土质原料 主要提供主要提供 以及以及。3 3）校正原料）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁。补充两种原料中所缺少的铁。5.1.1常用水泥的生产常用水泥的生产5.硅酸盐水泥生产原料5.1.1常用水泥的生产66778899101)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)生生料料入入窑窑煅煅烧烧，至至左左右右生生成成“熟熟料料”(硅酸钙硅酸钙)；3)加加入入质质量量左左右右的的石石膏膏(调调节节水水泥泥的的凝凝结结速速度度)共同磨细，即为硅酸盐水泥。共同磨细，即为硅酸盐水泥。两磨一烧两磨一烧.生产工艺概述生产工艺概述101)原材料按比例配合,磨成生料；.生产工艺概述11硅酸盐水泥的主要矿物组成硅酸盐水泥的主要矿物组成硅酸三钙硅酸三钙 ，简式为简式为，硅酸二钙硅酸二钙 ，简式为简式为，铝酸三钙铝酸三钙 ，简式为简式为，铁铝酸四钙铁铝酸四钙，简式为简式为，5.1.25.1.2常用水泥的特性常用水泥的特性11硅酸盐水泥的主要矿物组成5.1.2常用水泥的特性12）反应速度）反应速度 最最快快，较较快快，也较快，也较快，最慢；最慢；）释热量）释热量 最最大大，较较大大，居中，居中，最小；最小；2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较硅酸盐水泥各矿物组成性能比较12）反应速度2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较13）耐化学侵蚀性）耐化学侵蚀性 最优，其次为最优，其次为、，最差；最差；）干缩性）干缩性和和最小，最小，居中，居中，最大。最大。）强度）强度 最高，最高，早期低，但后期增长率较大。早期低，但后期增长率较大。故故和和为水泥强度主要来源。为水泥强度主要来源。强度不高，强度不高，含量对抗折强度有利；含量对抗折强度有利；13）耐化学侵蚀性）强度14 获获得得抗抗折折强强度度较较高高的的水水泥，如泥，如道路水泥道路水泥。矿物组成对水泥性能的影响矿物组成对水泥性能的影响改变熟料的比例，水泥性质即发生变化。例改变熟料的比例，水泥性质即发生变化。例如：如：制的制的高强水泥高强水泥C2SC3A 和 C3S制的低热水泥，制的低热水泥，如如大坝用水泥大坝用水泥;C4AF14 获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。矿物组成对水15 （）硅酸盐水泥的水化（）硅酸盐水泥的水化 水水泥泥颗颗粒粒与与水水接接触触，水水泥泥熟熟料料矿矿物物即即与与水水发发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量生水化反应，生成水化产物并放出一定热量4硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的凝结和硬化15（）硅酸盐水泥的水化4硅酸盐水泥的凝结和硬化16）硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙硅酸二钙1 1）硅酸三钙）硅酸三钙）硅酸三钙）硅酸三钙2(3Ca0Si02)+6H20=3Ca02Si023H20+3Ca(OH)2 硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙硅酸三钙 水化硅酸钙水化硅酸钙水化硅酸钙水化硅酸钙 氢氧化钙氢氧化钙氢氧化钙氢氧化钙2（2Ca0Si02）+4H20=3Ca02Si023H20+Ca(OH)2 硅酸二钙硅酸二钙 水化硅酸钙不溶于水水化硅酸钙不溶于水 ,以以胶体胶体微粒析出微粒析出 ,并逐渐凝聚成并逐渐凝聚成凝胶体凝胶体 (C-S-H(C-S-H 凝胶凝胶 ););氢氧化钙在溶液中的浓度很快达氢氧化钙在溶液中的浓度很快达到饱和到饱和 ,呈六方晶体析出呈六方晶体析出 16）硅酸二钙1）硅酸三钙2(3Ca0Si02)+617）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙）铁铝酸四钙）铝酸三钙）铝酸三钙）铝酸三钙）铝酸三钙3CaOAl203+6H20=3Ca0Al2036H20 铝酸三钙铝酸三钙 水化铝酸三钙水化铝酸三钙4Ca0Al203Fe203+7H20=3Ca0Al2036H20+CaOFe203 H20 铁铝酸四钙铁铝酸四钙 水化铁酸水化铁酸-钙钙水化铝酸钙为立方晶体水化铝酸钙为立方晶体 ,在氢氧化钙饱和溶液中在氢氧化钙饱和溶液中 ,与氢氧化钙进一步反应与氢氧化钙进一步反应 ,生成六方晶体的水化生成六方晶体的水化铝酸四钙。铝酸四钙。17）铁铝酸四钙）铝酸三钙3CaOAl203+6H18C C3 3A A水水化化极极快快，使使水水泥泥瞬瞬凝凝，石石膏膏会会与与水水化化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石难溶于水，形成一层保护膜覆盖在水泥钙矾石难溶于水，形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，阻碍了颗粒的表面，阻碍了C3A的水化，阻止水泥颗的水化，阻止水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低水泥的水化粒表面水化产物的向外扩散，降低水泥的水化速度，延缓了水泥的初凝时间。速度，延缓了水泥的初凝时间。4 CaOAl2O313H2O 3（CaSO42 H2O）+14 H2O=3CaOAl2O33CaSO432 H2O+Ca（OH）218C3A水化极快，使水泥瞬凝，石膏会与水化铝酸三钙反应生成19石膏消耗完石膏消耗完 ,部分钙部分钙矾矾石将转变为单硫型石将转变为单硫型水化硫铝酸钙水化硫铝酸钙 (3Ca0(3Ca0 AlAl2 20 03 3 CaS0CaS04 4 12H12H2 20)0)晶体。晶体。2（3CaOAl2O3）3CaOAl2O33CaSO432 H2O 4H2O=3(3CaOAl2O3CaSO412 H2O)钙矾石覆盖层被水化物的积聚物胀破，铝钙矾石覆盖层被水化物的积聚物胀破，铝酸三钙再次快速水化，水泥颗粒间相互靠酸三钙再次快速水化，水泥颗粒间相互靠近，连接形成骨架。水泥浆的塑性消失，近，连接形成骨架。水泥浆的塑性消失，直到终凝。直到终凝。19石膏消耗完,部分钙矾石将转变为单硫型水化硫铝酸钙(20水化物填充和加固水泥浆结构水化物填充和加固水泥浆结构内部孔隙内部孔隙-凝结凝结产生强度，逐渐变硬产生强度，逐渐变硬-硬化硬化钙矾石生成结晶体时体积大大膨胀。因此，钙矾石生成结晶体时体积大大膨胀。因此，加入石膏数量不可过多，以免产生体积变化加入石膏数量不可过多，以免产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，其危害更大。化，其危害更大。20水化物填充和加固水泥浆结构内部孔隙-凝结钙矾石生成结21（）硅酸盐水泥的凝结和硬化（）硅酸盐水泥的凝结和硬化第第阶段为初始反应期（诱导前期）阶段为初始反应期（诱导前期）第第阶段为潜伏期（诱导期）阶段为潜伏期（诱导期）第第阶段为凝结期阶段为凝结期 （凝结期）（凝结期）第第阶段为硬化期阶段为硬化期 （硬化期）（硬化期）21（）硅酸盐水泥的凝结和硬化22水泥水化放热曲线22水泥水化放热曲线235.1.35.1.3影响常用水泥性能的主要因素影响常用水泥性能的主要因素）水泥组成成分的影响）水泥组成成分的影响）水泥细度的影响）水泥细度的影响）温度与湿度的影响）温度与湿度的影响）水泥强度与龄期的关系）水泥强度与龄期的关系5 5）拌和用水量的影响）拌和用水量的影响6 6）贮存条件的影响）贮存条件的影响 235.1.3影响常用水泥性能的主要因素245.1.4常用水泥的选用常用水泥的选用 各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，进行选用。工要求和使用环境条件等，进行选用。245.1.4常用水泥的选用255.1.55.1.5常用水泥的技术性质和技术标准常用水泥的技术性质和技术标准.技术性质技术性质）化学性质）化学性质控制水泥中有害的化学成分含量，控制水泥中有害的化学成分含量，（）氧化镁含量（）氧化镁含量（）三氧化硫含量（）三氧化硫含量（）烧失量（）烧失量（）不溶物（）不溶物 (5)(5)氯离子氯离子 （6 6）碱含量（选择性指标）碱含量（选择性指标）255.1.5常用水泥的技术性质和技术标准26）物理力学性质）物理力学性质（）细度（选择性指标）（）细度（选择性指标）细度是指水泥颗粒粗细的程度细度是指水泥颗粒粗细的程度。水水泥泥越越细细，反反应应的的面面积积越越大大，水水化化速速度度越越快快，反反应应较较完全。完全。细度提高，水泥混凝土的强度提高，工作性改善。细度提高，水泥混凝土的强度提高，工作性改善。细度提高，硬化收缩大，发生裂缝的可能性增加。细度提高，硬化收缩大，发生裂缝的可能性增加。因此，对水泥细度必须予以合理控制。因此，对水泥细度必须予以合理控制。26）物理力学性质27（）水泥净浆标准稠度（）水泥净浆标准稠度水泥凝结时间和安定性的测定必须采用水泥凝结时间和安定性的测定必须采用标准稠度的水泥净浆。标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板时的稠度为时的稠度为“标准稠度标准稠度”，此时，此时的用水量为的用水量为标准稠度用水量。标准稠度用水量。水泥净浆试验机水泥净浆试验机27（）水泥净浆标准稠度水泥净浆试验机28（）凝结时间（）凝结时间初凝时间初凝时间:水泥加水到开始失去塑性的时间；水泥加水到开始失去塑性的时间；终终凝凝时时间间:水水泥泥加加水水到到完完全全失失去去塑塑性性并并开开始始产产生强度的时间。生强度的时间。我国现行国标规定，硅酸盐水泥初凝时间不得我国现行国标规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于；终凝时间不得迟于早于；终凝时间不得迟于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于，终凝时间不得迟于。28（）凝结时间29水泥标准稠度及凝结时间测定仪水泥标准稠度及凝结时间测定仪29水泥标准稠度及凝结时间测定仪30（）体积安定性（煮沸法合格）（）体积安定性（煮沸法合格）水水泥泥硬硬化化后后体体积积变变化化的的均均匀匀性性称称为为水水泥泥体体积积安安定性。定性。凝结硬化过程中体积变化，对建筑物的质量没有影响。凝结硬化过程中体积变化，对建筑物的质量没有影响。水水泥泥硬硬化化后后-不不均均匀匀的的体体积积变变化化-膨膨胀胀裂裂缝缝-严重事故。严重事故。(水泥体积安定性不良水泥体积安定性不良)原因：游离氧化钙、游离氧化镁、石膏过多。原因：游离氧化钙、游离氧化镁、石膏过多。30（）体积安定性（煮沸法合格）31FZ31A型全不锈钢沸煮箱 31FZ31A型全不锈钢沸煮箱 32（）强度（）强度水水泥泥胶胶砂砂强强度度检检验验方方法法（简简称称法法)规规定定:的水泥和标准砂的水泥和标准砂 .的水灰比，的水灰比，制成制成标准试件，标准试件，在在标标准准养养护护条条件件下下，达达到到规规定定龄龄期期（，）时时，按按国国家家标标准准规规定定的的最最低低强强度度值值来来确定其强度等级。确定其强度等级。32（）强度33水泥胶砂试验水泥胶砂试验33水泥胶砂试验34合格品：合格品：化学指标、凝结时间、安定性、强度化学指标、凝结时间、安定性、强度均符合规定。均符合规定。不合格品不合格品:上述任何一项不符合规定上述任何一项不符合规定34合格品：35硅酸盐水泥石的腐蚀和防止硅酸盐水泥石的腐蚀和防止.水泥石的腐蚀水泥石的腐蚀）淡水侵蚀）淡水侵蚀氢氧化钙溶析氢氧化钙溶析 35硅酸盐水泥石的腐蚀和防止36）硫酸盐的侵蚀）硫酸盐的侵蚀4CaOAI20313H20+3CaS04+20H20=3Ca0 A1203.3CaS04 32H20+Ca(OH)2）镁盐侵蚀）镁盐侵蚀MgSO4+Ca(OH)2+2H20=CaSO42H20+Mg(OH)2MgC12+Ca(OH)2=CaC12+Mg(OH)236）硫酸盐的侵蚀4CaOAI20313H20+3Ca37）碳酸侵蚀）碳酸侵蚀Ca(OH)2+CO2+H2O=CaC03+2H20CaC03+CO2+H2O=Ca(HC03)25)5)一般酸的腐蚀一般酸的腐蚀2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H20H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O氢氧化钙氢氧化钙-化学化学作用作用生成的生成的化合物化合物 ,易溶于水易溶于水 ,或体积或体积膨胀膨胀 ,在水泥石内造成内应力而导致破坏在水泥石内造成内应力而导致破坏 37）碳酸侵蚀Ca(OH)2+CO2+H2O=38 6)6)强碱的腐蚀强碱的腐蚀 铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到 强碱强碱 (如氢氧如氢氧化化钠钠 )作用后也会破坏作用后也会破坏 3CaO Al203+6NaOH=3Na2O Al203+3 Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2C03+H20a.a.生成易溶的铝酸生成易溶的铝酸钠钠 b.b.水泥石浸透氢氧化水泥石浸透氢氧化钠钠后在空气中干燥后在空气中干燥 ,生成结晶生成结晶沉积沉积的的碳酸碳酸钠，钠，使水泥石胀裂使水泥石胀裂 38 6)强碱的腐蚀 铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到 强碱 39基本原因基本原因 :水泥石中存在氢氧化钙和水化铝酸钙水泥石中存在氢氧化钙和水化铝酸钙 ;水泥石有很多毛细孔通道水泥石有很多毛细孔通道 ,侵蚀性介质易于进入侵蚀性介质易于进入；腐蚀与通道的相互作腐蚀与通道的相互作用用2.2.腐蚀的防止腐蚀的防止）合理选用水泥品种）合理选用水泥品种）提高水泥石的密实度）提高水泥石的密实度）加做保护层）加做保护层 39基本原因:2.腐蚀的防止405.2.15.2.1高铝水泥高铝水泥凡凡以以铝铝酸酸钙钙为为主主，氧氧化化铝铝含含量量约约的的熟熟料料，经经磨磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。工程应用工程应用特特点点:早早期期强强度度增增长长快快，强强度度高高，用用于于紧紧急急抢抢修修和和早早期期强强度要求高的工程。度要求高的工程。缺缺点点:后后期期强强度度倒倒缩缩，使使用用年年后后高高铝铝水水泥泥混混凝凝土土的强度只有早期强度的一半左右。的强度只有早期强度的一半左右。不不宜宜作作结结构构工工程程,使使用用温温度度，蒸蒸养养 ，不得与其它水泥混用。，不得与其它水泥混用。5.2 5.2 其它品种水泥其它品种水泥405.2.1高铝水泥5.2 其它品种水泥415.2.25.2.2膨胀水泥膨胀水泥硬硬化化过过程程中中不不产产生生收收缩缩，而而具具有有一一定定膨膨胀胀性性能能的水泥。的水泥。工程应用工程应用道桥工程道桥工程:水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。混凝土。防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。防止渗漏、修补裂缝及管道接头等工程。415.2.2膨胀水泥425.2.35.2.3白色和彩色硅酸盐水泥白色和彩色硅酸盐水泥白白色色水水泥泥的的主主要要矿矿物物组组成成仍仍是是硅硅酸酸盐盐，只只是是水水泥泥中中着着色色物物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。彩彩色色水水泥泥生生产产方方法法：（1 1）生生料料中中混混入入着着色色物物质质，烧烧成成彩彩色色熟熟料料再再粉粉磨磨成成彩彩色色水水泥泥；（2 2）白白水水泥泥熟熟料料或或硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料、适适量量石石膏膏和和碱碱性性着着色色物物质质共共同同磨磨细细制制成成彩彩色色水水泥泥；（3 3）将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。装饰工程中，彩色水泥浆、砂浆和混凝土，水磨石、水刷装饰工程中，彩色水泥浆、砂浆和混凝土，水磨石、水刷石等。石等。425.2.3白色和彩色硅酸盐水泥43补充：道路硅酸盐水泥补充：道路硅酸盐水泥.定义定义以以适适当当成成分分的的生生料料烧烧至至部部分分熔熔融融，所所得得以以硅硅酸酸钙钙为为主主要要成成分分和和较较多多量量的的铁铁铝铝酸酸钙钙的的硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料称称为为道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料。由由道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料，活活性性混混合合材材料料和和适适量量石石膏膏磨磨细细制制成成的的水水硬硬性性胶胶凝凝材材料料，称称为为道道路路硅硅酸酸盐盐水水泥泥（简简称称道道路水泥）。路水泥）。43补充：道路硅酸盐水泥44.技术要求技术要求）化学组成）化学组成在在道道路路水水泥泥或或熟熟料料中中含含有有下下列列有有害害成成分分必必须加以限制：须加以限制：)氧化镁含量不得超过氧化镁含量不得超过.。）三氧化硫含量不得超过）三氧化硫含量不得超过.。）烧失量不得大于）烧失量不得大于.。）游离氧化钙含量，旋窑生产不得大）游离氧化钙含量，旋窑生产不得大于于.；立窑生产不得大于；立窑生产不得大于.。）碱碱含含量量如如用用户户提提出出要要求求时时，由由供供需需双双方方商定。商定。44.技术要求45）矿物组成）矿物组成（）铝铝酸酸三三钙钙含含量量道道路路水水泥泥熟熟料料中中铝铝酸酸三三钙的含量不得大于钙的含量不得大于.。（）铁铁铝铝酸酸四四钙钙含含量量道道路路水水泥泥熟熟料料中中铁铁铝铝酸四钙的含量不得小于酸四钙的含量不得小于.。铝铝酸酸三三钙钙（）和和铁铁铝铝酸酸四四钙钙（）的的含含量量，先先按按方方法法求求出出三三氧氧化化二二铝铝（）和和三氧化二铁（三氧化二铁（）的含量，然后按下式求得：）的含量，然后按下式求得：.（.）.45）矿物组成46 ）物理力学性质）物理力学性质（）细细度度按按国国标标水水泥泥细细度度检检验验方方法法，筛的筛余量不得大于。筛的筛余量不得大于。（）凝凝结结时时间间按按国国标标试试验验方方法法，初初凝不得早于，终凝不得迟于。凝不得早于，终凝不得迟于。（）安安定定性性按按国国标标试试验验方方法法，安安定定性用沸煮法必须合格。性用沸煮法必须合格。（）干干缩缩性性按按国国标标水水泥泥胶胶砂砂干干缩缩性性试试验，干缩率不得大于验，干缩率不得大于.。（）耐耐磨磨性性按按行行业业标标准准水水泥泥胶胶砂砂耐磨性试验，磨损率不得大于耐磨性试验，磨损率不得大于。（）强强度度道道路路水水泥泥分分为为、和和三三个标号。个标号。46）物理力学性质47.工程应用工程应用道道路路水水泥泥是是一一种种强强度度高高，特特别别是是抗抗折折强强度度高高，耐耐磨磨性性好好，干干缩缩性性小小，抗抗冲冲击击性性好好，抗抗冻冻性性、抗抗硫硫酸酸盐盐性性比比较较好好的的专专用用水水泥泥。它它适适用用于于道道路路路路面面、机机场场跑跑道道道道面面、城城市市广广场场等等工工程程，由由于于道道路路水水泥泥具具有有干干缩缩性性小小、耐耐磨磨、抗抗冲冲击击等等特特性性，可可减减少少水水泥泥混混疑疑土土路路面面的的裂裂缝缝和和磨磨耗耗等等病病害害，减减少少维维修修、延延长长路路面面使使用用年年限限，因因而而可可获获得得显显著著的的社社会会效效益益和和经经济济效效益。益。47.工程应用48思考题：思考题：.什什么么是是水水泥泥的的初初凝凝和和终终凝凝？凝凝结结时时间间对对工工程程有有何何影响？影响？.什什么么是是水水泥泥的的合合格格品品、不不合合格格品品？工工程程中中有有何何要要求？求？48思考题：