水泥

null 第四章 水 泥 第四章 水 泥教学目标与要求： 了解水泥在建筑中的地位、水泥品种及发展趋势； 掌握硅酸盐水泥：生产过程、水泥熟料的矿物组成及水化性能、水泥凝结硬化机理、技术性质及质量要求、使用和储运要求； 掌握掺混合料的硅酸盐水泥的技术性质及应用；null 自1824年波特兰水泥问世以来，水泥和水泥基 材料已成为当今世界最大宗的人造材料。至2005 年，我国水泥总需求量达到了7亿吨左右，占世界 水泥用量的1/3,水泥混凝土的总需求量也达到了 50亿吨。课外知识：波特兰水泥的发明 1824年由英国建筑工人阿斯普丁发明,通过 煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料, 它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石, 由此将这种胶凝材料命名"波特兰水泥" Portland Cement. null砂浆、混凝土课外知识：水泥基材料的发展历程：null水泥的定义、发展趋势及分类 水泥的定义： 水泥是一种水硬性的胶凝材料，呈粉末状，加水拌和后成浆体后，能胶结砂、石等散粒材料，并能在空气和水中硬化并保持、发展其强度。 发展趋势： 在水泥品种方面，将加速发展快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥； 大力发展水泥外加剂； 大力发展高标号水泥；null分类：（占我国水泥产量的90％）null4.1 硅酸盐水泥定义 : 由硅酸盐水泥熟料、0％～5％石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为Portland Cement. null1 硅酸盐水泥熟料的烧成：生产硅酸盐水泥熟料的原料： 石灰石：主要提供CaO; 粘土：主要提供SiO2,Al2O3, Fe2O3; 铁矿石； 硅酸盐水泥熟料的定义: 煅烧时由生料脱水和分解出的CaO,AL2O3,SiO2, Fe2O3,在约1450度的高温下相互间产生化学反应,生成一些以硅酸盐为主的新的化合物,称为水泥熟料.nullnull石灰石粘 土铁矿石配料、磨细、均化生料窑煅烧（14500C）熟料磨细成品水泥水泥的生产：“两磨一烧“null水泥 “窑”的发展：水泥从投入工业生产以来，以烧成技术为代表的生产技术的发展可以分为以下4个阶段： 第一阶段：立窑。 在1824年，英国人阿斯普丁第一个获得波特兰（硅酸盐）水泥的专利，一直到20世纪初，波特兰水泥工业在英国历时76年； 第二阶段：普通干法旋窑。 1896年由德国人建造了第一台回转窑，生产的水泥称做 旋窑水泥，以区别于立窑水泥； 第三阶段：湿法旋窑。 20世纪初，丹麦人史密斯发明了湿法回转窑； 第四阶段：新型干法旋窑。（我国仅40％） 50年代初由西德人发明，成为60、70年代的主导窑型。80年代以来，成为一套具有现代高科技特征和优质、高效、节能、环保以及大型化、自动化的现代水泥生产，即“新型干法水泥生产” 方法。2 硅酸盐水泥主要熟料的矿物组成如下：2 硅酸盐水泥主要熟料的矿物组成如下：（1）硅酸三钙3CaO.SiO2： 37%~60%； （2）硅酸二钙 2CaO.SiO2 ： 15%~37%； （3）铝酸三钙 3CaO.Al2O3 ： 7~15%； （4）铁铝酸四钙4CaO.Al2O3. Fe2O3 ：10%~18% 四种矿物的比例对水泥性质的影响: (1)提高C3S的含量,可得到高强硅酸盐水泥; (2)提高C3S和C3A的含量, 可制得快硬硅酸盐泥; (3)降低C3S和C3A的含量,提高C2S的含量可的低热或中热硅酸盐水泥.null3 水泥熟料矿物的水化特性null例4-1现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？ 解 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、２８d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥．但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。null[实例 4－2] 挡墙开裂与水泥的选用 现象：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42.5Ⅱ型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：     分析讨论：由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高，导致该水泥的水化热高，且在浇注混凝土中，混凝土的整体温度高，以后混凝土温度随环境温度下降，混凝土产生冷缩，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。 4.1.2 影响硅酸盐水泥凝结硬化因素水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变为高含水，统称为水化。 凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。 硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。 4.1.2 影响硅酸盐水泥凝结硬化因素影响硅酸盐水泥凝结硬化因素影响硅酸盐水泥凝结硬化因素主要介绍石膏的作用： 石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用。 纯水泥熟料磨细后，与水拌和，凝结时间很短，因此不便使用，为调节水泥的凝结时间，掺入适量（3%左右）的石膏，石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用，生成了难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围，阻止其继续快速水化，因而延缓了水泥的凝结时间。石膏的掺量主要取决于铝酸三钙和SO3的含量4.1.3 硅酸盐水泥的技术性质4.1.3 硅酸盐水泥的技术性质1 密度、堆积密度： 在进行混凝土配合比的中，一般水泥密度取3.1g/cm3,堆积密度取1300kg/m3; 2 细度：是指水泥颗粒的粗细程度。 2.1 细度对水泥的影响： 细度直接影响水泥的水化、凝结硬化、 强度和水化热； 一般水泥颗粒限制在7~200um范围内。2.2 水泥细度的测定方法：2.2 水泥细度的测定方法：方法一：比表面积法（适合硅酸盐水泥） 以1kg水泥所具有的总的表面积（m2/kg)表示；（一般硅酸盐水泥>300 m2/kg） 方法二：筛析法（适合其他种类水泥） 包括负压筛析法（0.045mm筛)、水筛法(0.08mm筛)和手工干筛法(0.08mm筛) 。 3 凝 结 时 间3 凝 结 时 间凝结时间：是指水泥从加水开始到失去流动性所用的时间，即从可塑状态到固体状态所需要的时间，分初凝时间、终凝时间； 初凝时间：是指水泥从加水到水泥浆开始失去流动性所用的时间； 终凝时间；是指水泥从加水到水泥浆完全失去流动性所用的时间； 水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定国家规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h； 原因：初凝时间过早，下一道工序无充足的施工时间，终凝时间过迟，会拖延整个工程的施工工期； 水泥凝结时间的测定：凝结时间测定仪 null例4-3 现有四种白色粉末，已知其为建筑石膏、生石灰粉、白色石灰石粉和白色硅酸盐水泥，请加以鉴别（化学分析除外）。 解: 取相同质量的四种粉末，分别加入适量的水拌合为同一稠度的浆体。放热量最大且有大量水蒸气产生的为生石灰粉；在５～３０分钟内凝结硬化并具有一定强度的为建筑石膏；在４５分钟到１２小时内凝结硬化的为白色水泥；加水后没有任何反应和变化的为白色石灰石粉。null鉴别这四种白色粉末的方法有很多，主要是根据四者的特性来区分。生石灰加水，发生消解成为消石灰—氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”，同时放出大量的热；建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min。白色硅酸盐水泥的性能和硅酸盐水泥基本项同，其初凝时间不早于45min，终凝时间不超过6h30min。石灰石粉与水不发生任何反应。 4 强度和强度等级4 强度和强度等级水泥强度是采用软练胶砂法测定： 该方法是由按质量计的一份水泥、三份ISO标准砂，用0.5的水灰比拌制成40mm*40mm*160mm的试件，分别测定试件3d和28d的抗压强度及抗折强度，根据测定结果， 按P38 表4.2确定水泥的强度等级：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。R表示该水泥的早期强度。5 废品、不合格品的定义5 废品、不合格品的定义废品：凡氧化镁(5%)、三氧化硫（<3.5%)、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定的，均为废品； 不合格品：凡细度、终凝时间、强度低于规定指标时称为不合格品； 废品水泥在工程中严禁使用，若仅强度低于规定指标时，可降级使用。4.1.4 水泥石的腐蚀与防止4.1.4 水泥石的腐蚀与防止腐蚀的原因： （1）软水腐蚀； （2）耐酸腐蚀； （3）盐类腐蚀； （4）强碱腐蚀。4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥4.2 掺混合材料的硅酸盐水泥定义：凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料的硅酸盐水泥。 分类：根据掺入混合材料的数量和品种的不同，如下分类： （1）普通硅酸盐水泥；（2）矿渣硅酸盐水泥；（3）火山灰质硅酸盐水泥；（4）粉煤灰硅酸盐水泥；（5）复合硅酸盐水泥。null非活性混合材料： 有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等。 它们掺入水泥，不与水泥成分起化学反应或化学反应很弱，主要起填充作用，可调节水泥强度，降低水化热及增加水泥产量等。null 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的水泥熟料加入6～1５％的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P.O.二.普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、 52.5、52.5R六个强度等级。各等级水泥在不同 龄期的强度要求见下表。nullnull普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度略低，后期强度高。 （2）水化热略低。 （3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。 （4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。 （5）耐磨性较好；耐热性能较好。普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同。null三. 矿渣硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和２０％～７０％的粒化高炉矿渣及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥），代号P．S.矿渣硅酸盐水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。 （2）水化热较低，放热速度慢。 （3）具有较好的耐热性能。 （4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力 （5）泌水性大，干缩较大。 （6）抗渗性差，抗冻性较差，抗碳化能力差。null四、火山灰质硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和２０％～５０％的火山灰质混合材料及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号Ｐ．Ｐ。火山灰水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。 （2）水化热较低，放热速度慢。 （3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力 （4）需水性大，干缩率较大。 （5）抗渗性好，抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。null五．粉煤灰硅酸盐水泥 由硅酸盐水泥熟料和２０％～４０％的粉煤灰及适量石膏混合磨细而成的水硬性胶凝材料称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号Ｐ．Ｆ。粉煤灰水泥的主要性能特点如下： （1）早期强度低，后期强度高。对温度敏感，适宜于高温养护。 （2）水化热较低，放热速度慢。 （3）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力 （4）需水量低，干缩率较小，抗裂性好。 （5）抗冻性较差，抗碳化能力差，耐磨性差。null矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥的强度等级： 矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R、六个强度等级。 各等级水泥在不同龄期的强度要求见表4-4(P55)。null表4-44.3 其他品种水泥4.3 其他品种水泥（1）特种水泥：具有特种用途的水泥。 高铝水泥：水化热大，适合冬季施工； 快硬硅酸盐水泥：适合紧急工程的抢修； 抗硫酸盐水泥：适合水利、港口、地下隧道 等工程； 膨胀水泥：大口径输水管、输油、输气管； 白色或彩色水泥: 装饰工程中的雕塑艺术和各种装饰部件，如配置各类混凝土、水泥砂浆等。（2）专用水泥： 是指具有专门用途的水泥。（2）专用水泥： 是指具有专门用途的水泥。道路水泥：道路路面和飞机跑道； 中、低热水泥：用于大体积混凝土工程，如水坝或厚大的基础等工程； 砌筑水泥：用做工业和民用建筑的砌筑 砂浆与内墙的抹面砂浆。