第3章 石灰与水泥

nullnull第3章 石灰与水泥 Chapter3 Lime and Cement建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 胶凝材料binding materials and classification 在一定条件下，凡能够通过自身的一系列物理化学 作用，把浆体材料胶结成具有强度，并能把散粒材 料(砂石)或块体材料(砖石块)胶结成为一个整体的 材料 胶凝 材料有机胶凝材料无机胶凝材料化学组成硬化条件气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料石灰石膏水玻璃水泥沥青 各种树脂null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅰ Lime 1. The raw materials and composition of lime 原料： 石灰石，白垩，白云质石灰石，含碳酸钙质矿石 电石渣(Ca(OH)2) 成分： CaCO3，MgCO3(little)，粘土(<8%) 2. Production craft /process of producing 欠火石灰：未烧透的内核，产浆量低 过火石灰：内部结构致密，崩裂隆起null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅰ Lime 2. Production craft /process of producing 块 状 生石灰石灰石磨 细 生石灰MgOnull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅰ Lime 2. Production craft /process of producing Aging of limeHardening of lime 结晶：水蒸发→Ga(OH)2析出→结晶→ Ga(OH)2晶体 碳化： 特点：体积收缩大，方热量大null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅰ Lime 3. Characteristic of lime (1) 塑性和保水性较好：胶体，水膜 (2) 熟化时放热量大，体积膨胀大：陈伏 (3) 硬化缓慢：碳化主要发生于表面 (4) 硬化时体积收缩大，硬化后强度低 (5) 耐水性差 4. Technical indexes of lime 见Tab3－1，3－2null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅰ Lime 5. The application of lime (1) 配制石灰砂浆和石灰乳； (2) 配制三合土和灰土； (3) 制作碳化石灰板； (4) 生产硅酸盐制品； (5) 生产无熟料水泥null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅱ Gypsum Ⅲ Soluble glass Na2O·nSiO2+CO2+mH2O = Na2CO3+nSiO2·mH2Onull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 1. The definition, application and classification of cement (1) 水泥的定义 凡磨细成粉末状，加入适量水后可成为塑性浆 体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能 将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝 材料，通称为水泥。 (2) 水泥的应用 最主要的建筑材料之一； 广泛用于工民建、水利水电、桥梁隧道、海洋国防 (3) 水泥发展历程(略)null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 1. The definition, application and classification of cement (4) 水泥的分类水泥按矿物组成按性能用途硅酸盐类水泥硫铝酸盐类水泥铝酸盐类水泥通用水泥专用水泥特性水泥普通,矿渣,粉煤灰,火山灰质,复合,石灰石砌筑,道路,油井,大坝,防射线快硬,无收缩快硬,中/低热,膨胀,抗硫酸盐,白色-SiO4null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (1) Definition of Portland cement 凡由硅酸盐水泥熟料(CaSiO4)、掺入(0~5)%的石灰石 或粒化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝 材料，称为硅酸盐水泥。 硅酸盐水泥的两种类型： Ⅰ型：P·Ⅰ，未掺加混合材料 Ⅱ型：P·Ⅱ，掺加不超过5%石灰石等混合材料 (2) Raw materials and production of portland cement 石灰质原料：石灰石,大理石,白垩，成分CaCO3 粘土质原料：粘土,页岩,黄土，成分SiAlFe氧化物null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of Portland cement 校正材料：铁粉，河砂，硅藻土，矾土 硅酸盐水泥的生产－“两磨一烧”,干立窑，湿转窑生 料熟 料适量石膏石膏混合材料null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of portland cement 水泥生产工艺null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of portland cement 水泥生产工艺主要设备概览null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of portland cement 水泥生产工艺主要设备概览null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of Portland cement 水泥生产工艺主要设备概览null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (2) Raw materials and production of Portland cementnull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (3) Mineral composition and hydration characteristic有害成分： f－CaO，f－MgO，含碱矿物，玻璃null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (3) Mineral composition and hydration characteristicnull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification 水化反应：水泥加水搅拌后，水泥颗粒表面即可与水 发生水化和水解反应，生成一系列水化产 物，伴随放热 常温下水化反应方程为：3CaO·SiO2+6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)22CaO·SiO2+4H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)23CaO·Al2O3+H2O = 3CaO·Al2O3·6H2Onull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O) +19H2O= 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification3CaO·Al2O3·6H2O+3(CaSO4·2H2O) +19H2O石膏= 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O = 3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O 4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O= 3CaO·Al2O3·6H2+CaO·Fe2O3·H2O null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification 综述 硅酸盐水泥水化后主要有五种水化产物：null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification 水泥的凝结：水泥加水拌和最初形成具有可塑性的浆 体，然后逐渐变稠失去可塑性的过程称为凝结。 水泥的硬化：水泥失去可塑性后强度逐渐提高并变成 具有一定强度的固体－水泥石的过程称为硬化。 水泥的凝结硬化过程分为四个阶段： ① 初始反应期：5~10min，水+颗粒→表面水化 →水化产物饱和溶液 ② 静止期：产物溶解度有限→过饱和→析出胶/晶体 →水化物保护膜→水泥水化反应缓慢 时间：约1hnull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (4) Hydration, coagulation and rigidification ③ 凝结期：水化继续→水化膜层破裂开展→网状结构 →游离H2O↓→开始失去塑性→初凝 水化继续→填充空隙→失去塑性→终凝 时间：6h ④ 硬化期：时间↑→强度↑→人造石 时间：28d 水泥石结构： 凝胶体 10－7 ~ 10－5 cm，凝胶孔 10－7 ~ 3×10－7 cm 毛细孔 >2×10－5 cm null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (5) Factors affecting coagulation and hardening ① 水灰比W/C：理论值25%，实际值40%~70% ② 环境温度和湿度：<5oC，水化速度↓↓ <0oC，水化反应凝结硬化停止 标准养护：温度20±1oC，湿度>95% ③ 养护龄期(从水泥加水拌和起至强度测量时的养护时间)： 3~7d强度↑快；28d强度表示最终强度 ④ 石膏掺加量：石膏→调节凝结时间 要求：浆体凝结前石膏全部耗尽,≤3.5% ⑤ 外加剂：减水剂，早强剂→延缓/促进早期强度null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (6) The technique characteristic of Portland cement ① ρ=3100~3200kg/m3, ρ0’松=900~1300kg/m3, ρ0’紧=1400~1700kg/m3 ② 细度：<40μm GB测定：比表面积法≥300m2/kg 筛 析 法80μm方孔筛余≤10% ③ 标准稠度用水量：GB规定24~30% ④ 凝结时间：水泥加水拌和后由可塑性状态发展到固 体状态所需的时间。 初凝/终凝时间：加水－塑性始失,加水－塑性全失 GB规定：初凝≮45min，终凝≮6.5hnull建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (6) The technique characteristic of Portland cement ⑤ 体积安定性 指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 安定性影响因素：f－CaO，f－MgO，多余石膏 GB规定：f－CaO用试饼法和雷氏夹法检验P277 f－MgO≤5%，SO3≤3.5% ⑥ 强度：试件规格40mm×40mm×160mm,标准养护 龄期：3d(普通/早强R)，28d(P42 Tab4－4) 强度等级：42.5，52.5，62.5 ⑦ 水化热(J/g)：1~3d 50%，3~7d 75％，90d 90％ 有利于冬冷施工，大体积温度应力缝null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (6) The technique characteristic of Portland cement ⑧ 碱含量 指水泥中K2O和Na2O的含量 有害性：碱骨料反应→碱－硅酸凝胶→无限膨胀性 GB规定：(Na2O+0.658K2O)≤0.6% ⑨ 烧失量Loss 水泥在一定灼烧温度和时间内，烧失的量占原质量 的百分数 P·Ⅰ：Loss≤3.0% P ·Ⅱ ：Loss≤3.5%null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (6) The technique characteristic of Portland cement 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》(GB175－1999)null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 2. Portland cement (7) Erosion, prevention, transportation and stockpile －learning by yourself (8) Characteristic and application of Portland cement ① 强度高 应用：早强工程，预应力砼工程，高强砼工程 ② 水化热大，抗冻性好 应用：冬季工程，寒冷地区工程，干湿交替部位 ③ 抗碳化性能好 应用：空气中CO2浓度高的环境 ④ 耐腐蚀性差 应用：不利用于水利、海港等工程 ⑤ 耐热性差 应用：不易用于高于250oC的砼工程中 null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 3. Addition Portland cement (1) Cement addition水 泥 混合材活 性 混合材非活性 混合材粒化高炉矿渣火山灰粉煤灰石英砂石灰石慢冷矿渣调节强度等级 改善性能null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 3. Addition Portland cement (2) Ordinary Portland cement 普通硅酸盐水泥 代号：P·O 组成：硅酸盐水泥熟料 6%~15%混合材－窑灰≤5% or 非活性≤10% 适量石膏 性能： 细度 80 μm筛余≤10% 凝结时间 初凝≤45min，终凝≤10h 强度等级：32.5, 32.5R, 42.5, 42.5R, 52.5, 52.5R 类型：普通型，早强型(R)null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 3. Addition Portland cement (3) Slag Portland cement 矿渣硅酸盐水泥 代号：P·S 组成：硅酸盐水泥熟料 20%~70%粒化高炉矿渣 适量石膏 特性： 耐热性好－用于高温车间，高炉基础，热气通道 保水性差，泌水性大，干缩性大null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 3. Addition Portland cement (4) Pozzuolana Portland cement 火山灰质硅酸盐水泥 代号：P·P 组成：硅酸盐水泥熟料 20%~50%火山灰质混合材 适量石膏 特性： 抗渗性好－用于高抗渗要求工程 在干燥环境中，体积收缩和内应力较大， 产生裂纹，表面水化物分解粉化 不适于干燥/干热环境工程中null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 3. Addition Portland cement (5) Flyash Portland cement 粉煤灰硅酸盐水泥 代号：P·F 组成：硅酸盐水泥熟料 20%~40%粉煤灰 适量石膏 特性： 抗裂性好－用于有抗裂要求工程 早期强度低(90d内) －适用于承受荷载较迟的工程中null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 4. Compound Portland cement 复合硅酸盐水泥 代号：P·C 组成：硅酸盐水泥熟料 两种/两种以上规定的混合材，15%≤M≤50% 适量石膏 性能： 技术性能与普通水泥相同 早期强度高于掺杂水泥，同于普通，接近硅酸盐 应用： 一般混凝土工程 大体积混凝土工程null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅳ Cement 5. Other cements (1) 专用水泥 ① 砌筑水泥 ② 道路水泥 ③ 大坝水泥 (2) 特种水泥 ① 快硬硅酸盐水泥 ② 快凝快硬硅酸盐水泥 ③ 抗硫酸盐硅酸盐水泥 ④ 白色硅酸盐水泥 ⑤ 铝酸盐水泥 ⑥ 膨胀水泥 ⑦ 自应力水泥null建筑材料 • 第3章 石灰与水泥 Ⅴ Exercises and schoolwork 1. P.34 思考题 2.，3. 2. P.55 思考题 1. ，3. 作业 3. 简述六大水泥的概念、主要原料、性能特性及其 应用。 4. 简述石灰和水泥的生产工艺。 5. 在硅酸盐水泥中加入石膏的作用是什么？对掺加量有什么要求？