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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 水 泥,内 容,水泥的定义和分类,水泥的生产,水泥的基本组成,水泥的水化硬化,水泥的品质要求,常用水泥的基本特征与用途,特种水泥的组成与主要性能,一、,水泥的定义和分类,定义：,凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。,硅酸盐水泥,定义：以硅酸盐水泥熟料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。,按组成,分类：,常用水泥,硅酸盐水泥,（以硅酸盐水泥熟料为主要组分）,如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等,特种水泥,（以非硅酸盐类水泥熟料为主要组分）,如：高铝水泥、硫铝酸盐水泥等,组分材料：,(1)硅酸盐水泥熟料：适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物,(2)石膏：天然石膏或工业副产石膏（工业生产中以硫酸钙为主要成分的副产品），掺量2,(3)活性混合材：具有火山灰性或潜在水硬性的混合材料，如粒化高炉矿渣、粉煤灰等,(4)非活性混合材：活性指标不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰性混合材料以及砂岩和石灰石,(5)窑灰：从水泥回转窑窑尾废气中收集下的粉尘,(6)助磨剂：在水泥粉磨时起助磨作用而不损害水泥性能的一种外加剂，加入量1%,常用水泥品种,水泥品种,水泥代号,水泥组成,熟料,石膏,混合材,型硅酸盐水泥,P.,硅酸盐水泥熟料9598%,适量（控制SO,3,3.5%）,不掺任何混合材,型硅酸盐水泥,P.,硅酸盐水泥熟料9097%,适量（控制SO,3,3.5%）,掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材,普通硅酸盐水泥,P.O,硅酸盐水泥熟料8092%,适量（控制SO,3,3.5%）,掺615%混合材。活性混合材15%（允许用窑灰5%或非活性混合材10%代替），非活性混合材10%,水泥品种,水泥代号,水泥组成,熟料,石膏,混合材,矿渣硅酸盐水泥,P.S,硅酸盐水泥熟料2578%,适量（控制SO,3,4%）,粒化高炉矿渣2070%，允许用石灰石、窑灰和火山灰质混合材中的一种材料代替，代替数量20%,火山灰质硅酸盐水泥,P.P,硅酸盐水泥熟料4578%,适量（控制SO,3,3.5%）,火山灰质混合材2050%,粉煤灰硅酸盐水泥,P.F,硅酸盐水泥熟料5578%,适量（控制SO,3,3.5%）,粉煤灰2040%,复合硅酸盐水泥,P.C,硅酸盐水泥熟料4583%,适量（控制SO,3,3.5%）,掺两种或两种以上混合材料，总掺量按质量百分比计为1550%，允许用8%的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时，混合材掺量不得与矿渣水泥重复,二、水泥的生产,原材料：,（）石灰石质原料（主要成份为碳酸钙，提供氧化钙），如,石灰岩、泥灰岩、白垩、贝壳等,（）粘土质原料（提供氧化硅和氧化铝及部分氧化铁），如,黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等,（）少量校正原料,（铁质校正原料和硅质校正原料，提供氧化铁和氧化硅），铁质校正原料如低品位铁矿石、炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业废渣硫酸渣（硫铁矿渣）等；硅质校正原料如砂岩、河砂、粉砂岩等。,生产工艺：,“两磨一烧”,生料制备：,石灰质原料，粘土质原料与少量校正原料经破碎后，按一定比例配合、磨细，并配合为成分合适，质量均匀的生料,熟料煅烧：,生料在水泥窑内煅烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料,水泥粉磨：,熟料加适量石膏，有时还加适量混合材料或外加剂共同磨细为水泥,用窑外分解窑干法生产的工艺流程,水泥窑系统中发生的化学反应,(1),干燥与脱水,100，脱去物料中的自由水和粘土矿物的层间水,400600 ，脱去粘土矿物的配位水,(2),碳酸盐分解,碳酸钙与碳酸镁在煅烧过程中分解放出二氧化碳,590，MgCO,3,MgO+CO,2,-10471214J/g,890，CaCO,3,CaO+CO,2,-1645J/g,水泥窑系统中发生的物理化学反应过程,(3),固相反应,800，CaOAl,2,O,3,（CA）、CaOFe,2,O,3,（CF）与2CaOSiO,2,（C,2,S）开始形成。,800900，开始形成12CaO7Al,2,O,3,（C,12,A,7,）。,9001100，2CaOAl,2,O,3,SiO,2,（C,2,AS）形成后又分解。开始形成3CaOAl,2,O,3,（C,3,A）和4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,（C,4,AF）。所有碳酸钙均分解，游离氧化钙达最高值。,11001200，大量形成C,3,A和C,4,AF，C,2,S含量达最大值。,(4),液相和熟料的烧结,到达最低共熔温度（1250）后，开始出现液相。硅酸二钙与游离氧化钙都逐步溶解于液相中，反应生成硅酸盐水泥的主要矿物硅酸三钙,CaOSiO,2,（C,S） 。在高温液相作用下，水泥熟料逐渐烧结。,C,2,S+CaO C,3,S,液相,三、水泥的基本组成,（1）硅酸盐水泥熟料,氧化物组成,CaO、SiO,2,、Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,95%,MgO、 SO,3,、TiO,2,、P,2,O,5,、K,2,O和Na,2,O等 5%,主要氧化物含量波动范围：,CaO 6267%； SiO,2,2024%；Al,2,O,3,47%； Fe,2,O,3,2.56.0%。,矿物组成,经高温煅烧后，两种或两种以上的氧化物反应生成多种矿物集合体，结晶细小（3060m）。,四种主要矿物：,硅酸三钙 3CaOSiO,2,，可简写为C,3,S；,硅酸二钙 2CaOSiO,2,，可简写为C,2,S；,铝酸三钙 3CaOAl,2,O,3,，可简写为C,3,A；,铁相固溶体4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,作为代表式，可简写为C,4,AF。,另外，还含有少量的游离氧化钙（f-CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物以及玻璃体等。,硅酸盐矿物，75%,溶剂矿物，22%,熟料矿物的基本特性,矿物,含量,水化,速度,强度,凝结时间,水化热,耐化学侵蚀性,干缩,早期,后期,C,3,S,50%,较快,高,高,正常,中,中,中,C,2,S,20%,较慢,低,高,缓慢,小,良,小,C,3,A,715%,迅速,高,低,很快,大,差,大,C,4,AF,1018%,90%,MgO、MnO、Fe,2,O,3,、CaS、FeS、TiO,2,等,质量系数,=（CaO+MgO+Al,2,O,3,）/（SiO,2,+MnO）,活性矿渣质量系数，非活性矿渣质量系数1.2,粒化高炉矿渣粉的,活性指数,（A）=R/R,0,100%,粒化高炉矿渣粉级别（28d的A）：S105，S95，S75,火山灰质混合材,凡天然的及人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的矿物质原料，磨成细粉加水后并不硬化，但与石灰混合后再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者称为火山灰质混合材。,天然：火山灰、火山凝灰岩、浮石、硅藻土、硅藻石、蛋白石等,人工：烧粘土、活性硅质渣、粉煤灰、烧页岩等。,粉煤灰,燃煤发电厂电收尘器收集的细灰,主要化学成分：SiO,2,、Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,、CaO,物相组成：玻璃体6085%；结晶化合物1030%；未燃尽碳约5%。,类别,CaO含量,来源,活性,低钙粉煤灰,45min,终凝：,浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间。,硅酸盐水泥,其他品种水泥300m,2,/kg,透气式比表面积仪,其他水泥80,m,标准筛上筛余量10%,筛析法,水化热,水泥水化放出的热称为水泥的水化热。,硅酸盐水泥的水化放热曲线,水泥的水化放热量大部分在37d内放出，以后逐渐减少,大体积混凝土，冬季混凝土施工,水泥水化放热量与水泥细度、混合材种类和数量有关,中热硅酸盐水泥和低热硅酸盐水泥，适用于水化热较低的大坝和大体积混凝土工程。,水泥化学品质指标,（1）不溶物：熟料中未参与矿物形成反应的粘土和结晶SiO,2,，是煅烧不均匀，化学反应不完全的标志。,。,（2）烧矢量：反映熟料的烧成质量，混合材掺量是否适当以及水泥风化的情况。,（3）氧化镁：以方镁石晶体存在的MgO导致水泥长期安定性不良。,（4）SO,3,：造成水泥体积安定性不良，通过控制石膏掺量控制。,（5）碱含量（Na,22,O）：与活性骨料发生碱骨料反应，导致混凝土不均匀膨胀破坏。,抗蚀性（耐久性）,（,1）淡水（溶蚀）：流动水，水压，混凝土渗透性较大,（2）酸与酸性水（溶析和化学溶解）：碳酸,（3）硫酸盐（侵蚀）：除硫酸钡以外的硫酸盐，“镁盐侵蚀”,（4）含碱溶液（化学侵蚀和结晶侵蚀）,六、常用水泥的基本特征与用途,硅酸盐水泥与普通水泥,特性,用途,标号高,配制高强混凝土和预应力混凝土,凝结硬化快，抗冻性好,早强高、凝结快的工程，有抗冻融要求，冬季施工的工程,CH含量高,抗淡水、海水侵蚀和抗硫酸盐侵蚀能力差,水化放热量大,不宜用于大体积工程,矿渣水泥,特性,用途,凝结硬化较慢，早强低，后期强度不低,养护时间较长，湿热养护可加速硬化速度,抗冻性、抗渗性和抵抗干湿交替循环性能较差,CH 较少，水化产物碱度低，抗碳化能力较差，抗淡水、海水和硫酸盐侵蚀能力较强,水工工程和海港工程,耐热性较好,耐热混凝土工程,火山灰水泥,特性,用途,凝结硬化较慢，早强低，后期强度不低,养护时间较长，蒸汽或湿热养护可加速硬化速度,不宜于冬季施工,水化热低,宜用于浇筑大体积工程,CH含量低，较高的抗硫酸盐侵蚀性能，抗大气稳定性差，抗冻性差,最适宜用于地下或水下工程，需要抗渗、抗淡水或抗硫酸盐侵蚀的工程，不宜用于受冻部位,采用软质混合材（如硅藻土）的收缩变形大,不宜用于干燥地区,粉煤灰水泥,特性,用途,水化硬化较慢，早强较低，后期强度不低,承受荷载较迟的工程,水化热较小,大体积混凝土工程,抗硫酸盐侵蚀能力较强,适用于水工工程和海港工程,需水量较小，混凝土和易性好，干缩小，抗裂性好，抗碳化能力差，抗冻性较差,复合水泥,特性取决于所掺混合材的种类、掺量及相对比例,白色硅酸盐水泥,325、425、525、625四个强度等级,白度分为特级、一、二、三级,彩色硅酸盐水泥,、三个强度等级,基本色有红色、黄色、蓝色、绿色、棕色、黑色等,七、,特种水泥的组成与主要性能,铝酸盐水泥,以钒土和石灰石为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，再经粉磨而成，代号CA。,按Al,2,O,3,百分数分为四类：,CA-50 50%,Al,2,O,3,60%,CA-60 60%,Al,2,O,3,68%,CA-70 68%,Al,2,O,3,10%使水泥快凝,铝方柱石（C,2,AS）和,-C,2,S,SiO,2,5%，形成,-C,2,S， SiO,2,含量较高时形成C,2,AS ，水化速度慢，影响早强，配料中严格限制SiO,2,含量,特性,（1）水化硬化过程,30 ，水化产物主要是C,3,AH,6,、AH,3,转晶反应（CAH,10,和C,2,AH,8,C,3,AH,6,），随温度提高而加速，水泥石强度倒缩,（2）水泥基本性能,细度：比表面积,300m,2,/kg或方孔筛筛余20%,凝结时间：CA-50，-70，-80 30min/6h；CA-60 60min/18h,强度：,1d、3d,标准稠度用水量：不大，水化所需结合水较多,水化放热量、水化速率：水化放热量正常，水化速率很快,养护温度：约15，不得超过25 （转晶反应）,闪凝：,与硅酸盐水泥或石灰相混,耐高温性：1300 以下,良好的抗硫酸盐及抗海水侵蚀性能,抗蚀性好，但对浓酸及碱溶液的耐蚀性不好,主要用于工期紧急的抢修工程，避免接触碱溶液，不宜用于长期承载结构及高温、高湿环境。,低水灰比、降低养护温度及掺加石膏或无水石膏，可改善长期强度下降现象。,
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