通用硅酸盐水泥--青岛理工大学课件

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,#,第一课 简介及硅酸盐水泥,基本要求,简介,硅酸盐水泥,基本要求,本章课时：授课,4h,课堂讨论,1h,，实验,2h,内容,简要介绍水泥的分类、优点及生产。,重点,介绍通用硅酸盐水泥的概念，矿物成分，硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化，技术性质及测试技术，水泥石的腐蚀与防护，通用水泥的特性和应用。,难点,通用硅酸盐水泥性能差异及机理，,以及根据工程及环境特点合理选用水泥,目 录,基本要求,简介,硅酸盐水泥,概念,水泥（,cement,）是指加水拌和形成塑性浆体后，不仅能在空气中、而且能更好地在水中凝结硬化，胶结砂、石等材料，并且产生强度的,水硬性胶凝材料,。,基础原材料，广泛应用于土木工程领域。,发展简史,水泥的历史最早可追溯到古罗马人在建筑中使用的石灰与火山灰的混合物，用它胶结碎石制成混凝土。,1824,年，英国人,J.,阿斯普丁申请专利：石灰石和粘土为原料，煅烧成熟料，再经磨细制成水泥。因颜色与波特兰石头相似，被命名为波特兰（,Portland,）水泥，即硅酸盐水泥。,简介,20,世纪，人们在不断改进波特兰水泥性能的同时，研制成功了一批适用于特殊建筑工程的水泥，拓宽了水泥的品种及应用范围。,品种及用量,全世界的水泥品种已发展到,100,多种,2011,年世界水泥年产量达到,34,亿吨，其中我国水泥年产量超过,20,亿吨，占世界水泥总产量的,59%,。,2012,年中国水泥年产量约,22,亿吨。,简介,水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。,简介,水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。,通用水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,专用水泥,砌筑水泥,油井水泥,隧道水泥等,特性水泥,快硬水泥,膨胀水泥,抗硫酸盐水泥,中热水泥,低热水泥等,简介,水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥。,硅酸盐水泥,一般工程,铝酸盐水泥,硫酸盐水泥,快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。,早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地下工程等。,简介,工程中,90%,以上使用的是通用硅酸盐水泥。,通用硅酸盐水泥,（,Common Portland Cement,）,以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏以及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。,六大水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。,简介,通用硅酸盐水泥的组分,品种,代号,组,分,熟料,+,石膏,粒化高炉,矿渣,火山灰质,混合材料,粉煤灰,石灰石,硅酸盐水泥,P,I,100,-,-,-,-,P,95,5,-,-,-,95,-,-,-,5,普通硅酸盐水泥,P,O,80,且,5,且,20,a,-,矿渣硅酸盐水泥,P,S,A,50,且,20,且,50,b,-,-,-,P,S,B,30,且,50,且,70,b,-,-,-,火山灰质硅酸盐,水泥,P,P,60,且,20,且,40,c,-,-,粉煤灰硅酸盐水泥,P,F,60,且,20,且,40,d,-,复合硅酸盐水泥,P,C,50,且,20,且,50,e,引自,通用硅酸盐水泥,GB175-2007,硅酸盐水泥,基本要求,简介,硅酸盐水泥,生产简介,矿物组成,及其水化特性,水化、凝结与硬化,技术性质,水泥石腐蚀与防护,特性与应用,硅酸盐水泥的生产简介,图,4.2.1,硅酸盐水泥的生产流程,Grinding,P,P,Mixing,materials,Limestone,Clay,Iron ore,powder,Bleeding,Grinding,1450,Raw,material,Clinker,Gypsum,硅酸盐水泥的矿物组成及特性,硅酸盐水泥的主要矿物组成包括：,硅酸三钙,硅酸二钙,铝酸三钙,铁铝酸四钙,矿物组成的技术特性见表,4.2.1,表,4.2.1,矿物组成及其特性,矿物成分,硅酸三钙,3CaOSiO,2,硅酸二钙,2CaOSiO,2,铝酸三钙,3CaOAl,2,O,3,铁铝酸四钙,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,缩写,C,3,S,C,2,S,C,3,A,C,4,AF,含量（,%,）,37-60,15-37,7-15,10-18,水化速度,快,慢,最快,快,水化热,多,少,最多,较多,强度,高,早低后高,低,低,抗腐蚀性,好,好,差,极好,收缩,中,较大,大,小,硅酸盐水泥,生产简介,矿物,组成及其水化特性,水化、凝结与硬化,水化,水化,机理,石膏调节凝结时间的原理,水化产物,凝结与硬化,何为凝结、硬化？,凝结硬化过程,影响因素,水 化 机 理,水化,水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。,硅酸三钙水化,水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙晶体,水化反应特性：速度快，形成早期强度并生成早期水化热。,3CaOSiO,2,+H,2,O 3CaO2SiO,2,3H,2,O+Ca(OH),2,硅酸二钙水化,水化反应特性：,速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用,水化热释放缓慢,产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。,2CaOSiO,2,+H,2,O 3CaO2SiO,2,3H,2,O+Ca(OH),2,水 化 机 理,水化硅酸钙凝胶 氢氧化钙晶体,铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。,水化反应特性：,速度极快，释放出大量的热量，并且产物强度低。,如果不控制反应速度，将产生,闪凝现象,，水泥将无法正常使用。,3CaOAl,2,O,3,+H,2,O 3CaOAl,2,O,3,6H,2,O,水 化 机 理,铁铝酸四钙水化：水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶,该水化反应的速度和水化放热量均属中等。,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,+H,2,O 3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+CaOFe,2,O,3,H,2,O,石膏与水化铝酸钙反应生成,水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。,该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。,所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。,为什么石膏用量不能过多？,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O+H,2,O+CaSO,4,2H,2,O,3CaOAl,2,O,3,3CaSO,4,31H,2,O,钙矾石,石膏调节凝结时间的原理,水化硅酸钙,(70%),氢氧化钙,(20%),水化铝酸钙,水化铁酸钙,水化硫铝酸钙,水化产物及水泥石组成,水泥熟料水化产物,图,4.2.2,水化程度对水泥石组成的影响,水泥石组成,水化产物,-,凝胶体,孔隙,未水化水泥,何为凝结？,水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。,何为硬化？,失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。,水泥的凝结与硬化过程由以下四个过程组成。,凝结与硬化,凝结硬化过程,初始反应期,初始的溶解和水化，约持续,5-10,分钟。,潜伏期,流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，,1h,凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，,6h,。多孔的空间网络,凝聚结构，失去可塑性,凝结期,凝胶体填充毛细管，,6h-,若干年硬化石状体密实空间网,硬化期,水泥的凝结硬化过程示意详见本课教学课件相关内容,影响水泥凝结硬化的因素,影响水泥凝结硬化的主要因素有：水泥的种类和细度、石膏掺合料、龄期、温度和湿度等。,图,4.2.3,影响水泥凝结硬化的因素,硅酸盐水泥,基本要求,简介,硅酸盐水泥,生产简介,矿物组成,及其水化特性,水化、凝结与硬化,技术性质,水泥石腐蚀与防护,特性与应用,细度,与水接触的表面积,凝结和硬化速度,性质,80,小,低,低,水泥的细度指水泥的磨细程度或分散度。,细度决定了水泥与水接触的表面积,从而影响水泥的水化和凝结速度和性质。,表,4.2.3,水泥的细度和性质,细 度,比表面积,硅酸盐水泥的细度用比表面积表示,按照,通用硅酸盐水泥,GB175-2007,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（图,4.2.4,）,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。,图,4.2.4,比表面积测定仪,细 度,比表面积测定方法示意详见本课教学课件相关内容,标准稠度用水量、凝结时间,标准稠度及标准稠度用水量,凝结时间测定,初凝时间,终凝时间,GB/T1346-2011,标准稠度及标准稠度用水量、安定性及凝结时间测定方法,标准稠度,试锥下沉深度为,301mm,时的稠度,标准稠度用水量,P(%),按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。,P%=,水量,ml/,水泥,1g,。,标准稠度用水量测试方法有不变,(,固定,),水量法和调整水量法,2,种。,初学者多用前者，有争议时以后者为准。,标准稠度及标准稠度用水量,不变,(,固定,),水量法,初学者采用,有争议时多采用此法,调整水量法,不变,(,固定,),水量法,固定水量法采用以下方法配制标准稠度净浆,称取,500g,水泥,加入,500P%ml,水,采用标准稠度测定仪（图,4.2.5,）,测量,P%,标准稠度用水量测定示意详见本课教学课件想过内容,不变,(,固定,),水量法,图,4.2.5,标准稠度测定仪,通过水泥净浆凝结时间测定仪测定标准稠度水泥净浆的凝结时间。,测定方法,图,4.2.6,凝结时间测定仪,水泥凝结时间测定示意详见本课教学相关内容,凝结时间测定,概念,从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆开始失去可塑性所需的时间,标准要求,45min,国产水泥一般为,1-3h,实验,测试时以试针距底板,41mm,为准。,工程意义,水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。,初始凝结时间,终凝时间,概念,从水泥加水拌和起至水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。,标准要求,390min,国产水泥一般为,5-6h,实验,测试时以试针下沉,0.5mm,为准。,工程意义,终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。,定义,指水泥硬化过程中体积变化小且均匀的性能。,体积安定性不良,水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂纹后弯曲）。,使建筑质量下降，甚至引起严重的建筑事故。,体积安定性不良的原因,过量游离的,CaO,过量游离的,MgO,过量石膏,硅酸盐水泥的体积安定性,水泥中的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的它们的水速度慢，在水泥硬化后才开始水化，使已经硬化的水泥石膨胀开裂。,当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大,1.5,倍，引起水泥石开裂。此时，水化 硫铝酸钙被称为水泥杆菌。,体积安定性不良的原因,煮沸法,-,加速实验法,测量体积安定性的两种方法：,饼法,观察水泥净试饼在沸煮后的外形变化,雷氏夹法,测量水泥石饼沸煮后的膨胀值,体积稳定性的测定,水泥安定性的测定方法见本课教学录像相关内容,图,4.2.8,煮沸法测定仪,图,4.2.7,体积安定性不良,体积安定性的测定,图,4.2.9,雷氏夹法体积安定性测定仪,限制,上述测试方法仅能测出游离,CaO,是否过量。,游离,MgO,和石膏不能通过加速实验的方法检测,所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。,标准规定：,MgO5%,、石膏,SO,3,3.5%,。,体积安定性的测定,C:S:W=1:3:0.5,Standard specimen,40 40160,Compressive,strength,Cured under,the standard,condition,Bending strength,test,按照,GB/T17671,：,C:S:W=1:3:0.5,的比例混合，制成