硅酸盐水泥的技术性质

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,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,硅酸盐水泥的凝结与硬化,生产工艺流程(简称为,“,两磨一烧,”,),一,硅酸盐水泥的生产及矿物组成,石灰石,粘 土,铁矿石,生料磨,熟料磨,烧成设备,水泥产品,硅酸三钙(C,3,S),硅酸二钙(C,2,S),铝酸三钙(C,3,A),铁铝酸四钙(C,4,AF),主要矿物组成,一 硅酸盐水泥的生产及矿物组成,一 硅酸盐水泥的生产及矿物组成,水泥熟料单矿物水化时特征,名称,硅酸,三钙,硅酸二钙,铝酸,三钙,铁铝酸,四钙,凝结硬化速度,28d水化放热量,强度,快,多,高,慢,少,早期低，后期高,最快,最多,低,快,中,低,二 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,水化反应,一、硅酸三钙,1.C3S的水化反应,3CaOSiO2+nH2O=x CaOSiO2yH2O+（3-x）Ca(OH)2,即:C3S+nH=C-S-H+（3-x)CH,式中 x表示钙硅比（C/S）,n表示结合水量,硬化后的水泥石是由胶体粒子、晶体粒子、凝胶孔、毛细孔及未水化的水泥颗粒所组成。其结构,如图所示,。,二 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,A未水化水泥颗粒,B胶体粒子,C晶体粒子,D毛细孔（毛细孔水）,E凝胶孔,影响水泥凝结硬化的因素,水泥的熟料矿物组成及细度,水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同，当水泥中个矿物的相对含量不同时，水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化速度快，凝结硬化快，早期强度就高。,影响水泥凝结硬化的因素,水泥浆的水灰比,水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时，水灰比较大，此时水泥的初期水化反应得以充分进行；但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长，所以水泥浆凝结较慢,且空隙多，降低水泥石的强度。,影响水泥凝结硬化的因素,石膏的掺量,硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。但是,石膏掺量过多时，可能危害水泥石的安定性,。（一般掺量在2.0%-5.0%左右）,影响水泥凝结硬化的因素,环境温度和湿度,水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常，温度较高时，水泥的水化、凝结和硬化速度就较快。当环境温度低于0时水泥水化趋于停止，就难以凝结硬化。水泥水化是水泥与水之间的反应，必须在水泥颗粒表面保持有足够的水分，水泥的水化、凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的,养护,。,影响水泥凝结硬化的因素,龄期,水泥浆随着时间的延长水化物增多，内部结构就逐渐致密，一般来说，强度不断增长。,三、硅酸盐水泥,的技术性质,体,积,安,定,性,细,度,凝,结,时,间,水,化,热,标准,稠度,用,水量,强度,与,强度,等级,比表面积,硅酸盐水泥的细度用比表面积表示,按照 GB175-2007的规定,硅酸盐水泥的比表面积 300 m/kg,比表面积可采用比表面积仪测定（右图）,用比表面积测定仪测试颗粒粒径分布情况。,测量一定量空气通过水泥石时，流速变化.,比表面积测定仪,（一）硅酸盐水泥的细度,（一）硅酸盐水泥的细度,定义,细度指水泥颗粒的粗细程度。,同时规定凡细度不符合规定者为不合格品,。,讨论与分析,缺点,:,水泥越细,优点：,？,硅酸盐水泥的,比表面积,应大于300m,2,/kg,。,GB规定,与水发生水化反应的,速度越快，水泥石的早期强度越高,。,总表面积越大,，,硬化收缩越大；易受潮而降低活性；,成本越高,。,返回,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时间,。,水泥全部加入水中,开始失去可塑性,完全失去可塑性,初凝,终凝,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,水泥的初凝和终凝时间对工程有重要意义。,例如：混凝土的施工。,讨论与分析,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,请观看凝结时间试验动画,试验方法,结论1：水泥的初凝时间不能过短，否则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工。,初凝时间不得早于45min,结论2：水泥的终凝时间不能过长，否则将延长施工进度和模板周转期。,终凝时间不得,迟于6.5h。,同时规定:初凝时间不符合规定者为废品，,终凝时间不符合规定者为不合格品。,GB规定,（二）硅酸盐水泥的凝结时间,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,讨论与分析,定义,试验方法,定义,不同的水泥品种，标准稠度用水量各不相同，一般在,24%33%,之间。,例：A水泥的标准稠度用水量为27%，B水泥的标准稠度,用水量为30%。,（三）硅酸盐水泥的标准稠度用水量,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,定义,讨论与分析,GB规定,试验方法,定义,水泥的体积安定性指水泥硬化后体积变化是否均匀的性质,。,水泥硬化后体积发生不均匀膨胀，,导致水泥石开裂、翘曲等现象,。,否则，为良好,。,不良,：,良好,：,注意：安定性不良的,水泥为废品水泥，,严禁在工程中使用。,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,讨论与分析,引起安定性不良的原因有哪些,熟料中含有过多的游离MgO;,熟料中含有过多的游离CaO;,石膏掺量过多。,用沸煮法检验必须合格；,熟料中MgO含量5%；,熟料中SO,3,含量3.5%；,(四)硅酸盐水泥的体积安定性,使过烧石灰,充分熟化,GB规定,GB规定,(五)硅酸盐水泥的强度等级,GB规定,强度是水泥力学性质的一项重要指标，是确定水泥强度等级的依据。,硅酸盐水泥各等级、各龄期的强度值(GB1752007),品种,强度等级,抗压强度(MPa),抗折强度(MPa),3d,28d,3d,28d,硅,酸,盐,水,泥,42.5,17.0,42.5,3.5,6.5,42.5R,22.0,42.5,4.0,6.5,52.5,23.0,52.5,4.0,7.0,52.5R,27.0,52.5,5.0,7.0,62.5,28.0,62.5,5.0,8.0,62.5R,32.0,62.5,5.5,8.0,(五)硅酸盐水泥的强度等级,（六）硅酸盐水泥的水化热,定义,水泥与水发生水化反应所放出的热量称为水化热,。,对工程的影响,高水化热的水泥在大体积混凝土工程中是非常不利的，在大体积混凝土中应选择低热水泥。,在混凝土冬期施工时，水化热有利于水泥的凝结、硬化和防止混凝土受冻。,挡墙开裂与水泥的选用,【概况】某大体积的混凝土工程，浇注两周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产的42.5型硅酸盐水泥。,【原因分析】,由于该工程所使用的水泥C,3,A和C,3,S含量高，导致该水泥的水化热高。在浇注混凝土后，混凝土的内外温差高，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。,【防治措施】,首先，对大体积的混凝土工程宜选用,低水化热,，即C,3,A和C,3,S的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。再次，大体积混凝土工程施工时应采取相应的措施，如外部保温、内部降温等。,水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫,水泥石的腐蚀,。,四 水泥石的腐蚀和防止,简介,腐蚀类型,腐蚀原因,防止措施,简 介,水泥石硬化后，在正常的使用条件下，即在潮湿环境中或水中，仍可以逐渐硬化并不断增长期强度。,水泥石的腐蚀,在一些腐蚀性介质中，水泥石的结构会遭到破坏，强度和耐久性降低，甚至完全破坏的现象。,腐蚀类型,软水侵蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀，碳酸盐的腐蚀，酸的腐蚀，碱的腐蚀,Back,四 水泥石的腐蚀和防止,软水侵蚀,特点,介质软水（含HCO,3,少的水，如雨水、雪水和蒸馏水）；氢氧化钙溶解于水中引起的腐蚀。,过程,当水泥石与软水接触时，最先溶出的成分是氢氧化钙。当水泥使处于流水或是有压力的水中时，氢氧化钙不断溶解流失，水泥石的密实度下降，强度和耐久性也降低；而且，由于氢氧化钙浓度的下降，还引起了水泥石中的其它水化产物的分解。,四 水泥石的腐蚀和防止,在硬水中会发生如下反应,生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层,预防措施,将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化,人工碳化,Ca(OH),2,+Ca(HCO,3,),2,CaCO,3,+H,2,O,软水侵蚀,四 水泥石的腐蚀和防止,人工碳化,将与软水接触的混凝土，事先在空气中碳化,Ca(OH),2,+Ca(HCO,3,),2,CaCO,3,+H,2,O,生成的氢氧化钙几乎不溶于水，堆积在水泥石的空隙中，形成密实的保护层,四 水泥石的腐蚀和防止,软水侵蚀,硫酸盐腐蚀,特点,以硫酸盐为介质的海水、地下水等,硫酸盐与水泥石中的成分反应生成膨胀性晶体，使水泥石破坏,腐蚀过程举例：,结晶膨胀,四 水泥石的腐蚀和防止,Fig.1-Deleterious expansion due to sulfate components in grout set within concrete,硫酸盐侵蚀后水泥石局部膨胀开裂,Sulfate-attack硫酸盐侵蚀,Micrograph of concrete in Wharf 105 showing secondary ettringite,in the paste aggregate interface.硫酸盐侵蚀后产生的三硫型水化硫铝酸钙针状晶体，电镜照片,MgCl,2,+Ca(OH),2,=Mg(OH),2,+CaCl,2,MgSO,4,+Ca(OH),2,+H,2,O,=,Mg(OH),2,+CaSO,4,2H,2,O,结晶膨胀,易溶于水,镁盐腐蚀,特点,以镁盐为介质的海水、地下水等,镁盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水或松软无胶凝作用的产物，破坏水泥石,腐蚀过程举例：,四 水泥石的腐蚀和防止,碳酸盐腐蚀,Ca(OH),2,+CO,2,+H,2,O CaCO,3,+2H,2,O,CaCO,3,+H,2,O+CO,2,Ca(HCO,3,),2,易溶于水,特点,以碳酸盐为介质的海水、地下水等,碳酸盐与水泥石中的成分反应，生成易溶于水的产物，破坏水泥石,腐蚀过程举例：,四 水泥石的腐蚀和防止,碱的腐蚀,易溶于水,干燥空气,结晶膨胀,特点,碱与水泥石中的成分反应，生成易溶于水、结晶膨胀的产物，破坏水泥石,Back,四 水泥石的腐蚀和防止,防止措施：,侵蚀的防止,根据水泥石侵蚀的原因及侵蚀的类型，工程中可采取下列防止侵蚀的措施。,（1）根据环境介质的侵蚀特性，合理选择水泥品种。如掺混合材料的硅酸盐水泥具有较强的抗溶出性侵蚀能力，抗硫酸盐硅酸盐水泥抵抗硫酸盐侵蚀的能力较强。,（2）提高水泥石的密实度。通过合理的材料配比设计，提高施工质量，均可以获得均匀密实的水泥石结构，避免或减缓水泥石的侵蚀。,（3）设置保护层。必要时可在建筑物表面设置保护层，隔绝侵蚀性介质，保护原有建筑结构，使之不遭受侵蚀。如设置沥青防水层、不透水的水泥喷浆层及塑料薄膜防水层等，均能起到保护作用。,第二节 掺混合材料的硅酸盐水泥,凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥。,混合材料是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨内用以改善水泥性能、调节水泥标号、提高水泥产量的矿物质材料。,混合材料指在生产水泥时，常掺入的天然或人工的矿物材料。按照其参与水化的程度，分为活性混合材料和非活性混合材料。,（一）活性混合材料,粒化高炉矿渣,火山灰质混合材料,粉煤灰,硅酸盐水泥熟料的水化反应称为一次水化反应。,含有活性氧化硅和活性氧化铝,二次水化反应,一 混合材料,活性混合材料,一 混合材料,一 混合材料,定义：GB175-2