06建筑材料__水泥

建筑材料水泥水泥的特点水泥是一种粉末状材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成一种坚硬的石状体。水泥适用范围不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。建筑材料水泥的分类按性能和用途分粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥水泥通用水泥专用水泥特性水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等建筑材料硅酸盐水泥一、通用硅酸盐水泥的概念及其矿物组成1、定义：(GB175-2007)以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。2、硅酸盐水泥生产：通用硅酸盐水泥的原料主要是石灰质原料和粘土质原料。石灰质原料提供CaO，一般采用石灰石。粘土质原料提供SiO2、Al2O3及少量的Fe2O3，多采用粘土、黄土等。为改善煅烧条件，常常加入少量的矿化剂。将以上原料按一定比例混合后在磨机中磨成生料，将生料入窰煅烧即得熟料，熟料中加入适量的石膏（和混合料）在磨机中磨成细粉，即得水泥。建筑材料水泥回转窑建筑材料建筑材料建筑材料水泥颗粒显微外貌建筑材料3、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性熟料的矿物组成水泥熟料矿物硅酸二钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙硅酸三钙碱类及杂质2CaO•SiO2，C2S4CaO•Al2O3•Fe2O3，C4AFf－CaO和f－MgO3CaO•Al2O3，C3A3CaO•SiO2，C3S化学式及简写建筑材料硅酸盐水泥矿物名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙矿物组成3CaO.SiO22CaO.SiO23CaO.Al2O34CaO.Al2O3Fe2O3简写式C3SC2SC3AC4AF矿物含量37%－60%15%－37%7%－15%10%－18%矿物特性硬化速度快慢最快快早期强度高低低中后期强度高高低低水化热大小最大中耐腐蚀性差好最差中水泥中还有少量的游离氧化钙、游离氧化镁，总含量不超过10％。改变水泥熟料中矿物成份间的比例，可以制得不同性质的水泥品种，如提高硅酸三钙含量，可以制得高强水泥和早强水泥，提高硅酸二钙含量并降低硅酸三钙与铝酸三钙的含量，可制得低热水泥或大坝水泥。特性建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥的各种熟料矿物水化热曲线水化热/J.g-1龄期/d0728901803602702505007501000C3AC3SC2SC4AF3建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥的各种熟料矿物强度增长曲线抗压强度/MPa龄期/d07289018036027020406080C3SC2SC3AC4AF建筑材料例.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙Ｃ3S、铝酸三钙C3Ａ的含量及水泥的细度。硅酸三钙Ｃ3S、铝酸三钙C3Ａ的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。水化热大的水泥不得在大体积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。建筑材料硅酸盐水泥二、硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化1、水化：㈠、硅酸三钙水泥熟料矿物中，硅酸三钙的含量最高。硅酸三钙与水作用时，反应较快，水化放热量大，生成水化硅酸钙及氢氧化钙。2（3CaO．SiO2）＋6H2O→3CaO．2SiO2.3H2O＋3Ca（OH)2硅酸三钙（C3S）水化硅酸钙凝胶(C3S2H3)氢氧化钙晶体水化硅酸钙几乎不溶于水，立即以胶体微粒析出，并逐步凝聚称为凝胶。氢氧化钙呈六方晶体，易溶于水。㈡、硅酸二钙硅酸二钙与水作用时，反应较慢，水化放热较小，生成水化硅酸钙和氢氧化钙。2（2CaO．SiO2）＋4H2O→3CaO．2SiO2.3H2O＋Ca（OH)2硅酸二钙（C2S)水化硅酸钙凝胶(C3S2H3)氢氧化钙晶体建筑材料硅酸盐水泥㈢、铝酸三钙铝酸三钙与水作用时，反应极快，水化放热最大，生成水化铝酸三钙，水化铝酸三钙为立方晶体，易溶于水。3CaO．Al2O3＋6H2O→3CaO．Al2O3.6H2O铝酸三钙(C3A)水化铝酸三钙晶体(C3AH6)㈣、铁铝酸四钙铁铝酸四钙与水作用时，反应也较快，水化放热中等，生成水化铝酸三钙和水化铁酸钙，水化铁酸钙为凝胶。4CaO．Al2O3．Fe2O3＋7H2O→铁铝酸钙(C4AF)3CaO．Al2O3.6H2O＋CaO.Fe2O3.H2O水化铝酸三钙(C3AH6)水化铁酸钙(CFH)在氢氧化钙饱和溶液中，水化铝酸三钙和水化铁酸钙还会与氢氧化钙发生二次反应，分别生成水化铝酸钙和水化铁酸四钙。建筑材料主要水化产物：Ca-AlC-S-H凝胶CH水化铝（铁）酸钙水化硫铝（铁）酸钙建筑材料孔隙建筑材料硅酸盐水泥㈤、石膏水泥熟料在不加入石膏的情况下与水拌和后会立即产生凝结，为调节凝结时间，加入的石膏量太少，缓凝作用不明显，加入过多，会引起水泥安定性不良，适宜的加入量为水泥质量的3％－5％。加入的石膏与水化铝酸三钙反应生成钙矾石，钙矾石呈针状晶体，难溶于水。3(CaSO4．2H2O)＋3CaO．Al2O3＋25H2O→二水石膏铝酸三钙（C3S）3CaO．Al2O3.3CaSO4.31H2O高硫型水化硫铝酸钙(C3AS3H31)忽略次要的和少量的成份，水泥完全水化后，水化硅酸钙占70％，氢氧化钙占20％，其余占10％。建筑材料硅酸盐水泥2、凝结硬化分散在水中未水化的水泥颗粒在水泥表面形成的水合物膜层水泥水化反应是由颗粒表面逐步深入到颗粒内部，当水合物增多时，阻止了水分的进一步深入，水化反应愈来愈困难，经过长时间的水化后，仍有部分水泥颗粒未完全水化。膜层长大并相互连接（凝结）水合物进一步发展，填充毛细孔（硬化）建筑材料水泥颗粒水水泥水化物膜层建筑材料A——凝胶体（C－S－H凝胶，水化硅酸钙凝胶）；B——晶体（氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙）；C——孔隙（毛细孔、凝胶孔、气孔等）；D——未水化的水泥颗粒DABC水泥石的结构1、水泥石主要由凝胶体、晶体、孔隙、水、空气和未水化的水泥颗粒等组成，存在固相、液相和气相。2、硬化后的水泥石是一种多相多孔体系。3、水泥石的结构（水化产物的种类及相对含量、孔的结构）对其性能影响最大。建筑材料背散射扫描电镜照片未水化水泥颗粒C-S-H氢氧化钙单硫型硫铝酸盐建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥的强度发展曲线抗压强度（％）龄期/d07142860206010018034080120160建筑材料硅酸盐水泥三、影响水泥凝结硬化的因素1、细度：细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也越大，水化速度快，凝结硬化速度快。反之则慢。2、石膏掺入量一般由生产厂家根据水泥中铝酸三钙的含量和石膏中三氧化硫的含量，通过试验调整。3、养护时间水泥中所有颗粒全部水化反应所需时间较长，一般在28天内强度发展较快，以后强度增长缓慢。但只要保持一定的温度、湿度环境，水泥强度的增长可以延续几十年。建筑材料4、温度、湿度温度对水泥的凝结硬化有显著影响，提高温度可加速水化反应，使早期强度较快发展，但后期强度可能有所降低。当温度降至负温时，水化反应停止，由于水分冻结，导致水泥石冻裂，结构产生破坏。水泥的水化反应及凝结硬化均应在水分充足的条件下进行。环境湿度大，水分不易蒸发，如果环境干燥，水分蒸发过快，当水分蒸发完后，水化反应无法进行，凝结硬化停止，还会在构件表面产生干缩裂纹。建筑材料硅酸盐水泥的技术标准细度凝结时间体积安定性强度、强度等级碱含量建筑材料硅酸盐水泥四、通用硅酸盐水泥的技术性质（GB175-2007)1、细度（选择性指标）水泥颗粒的粗细程度。细度大，凝结硬化速度快，强度增长快。但生产过程消耗的能量高，成本大，且在空气中硬化时收缩大。标准规定：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥细度用比表面积表示，比表面积≥300m2/kg。其他水泥用筛析法测定，80μm方孔筛筛余量≤10％，或45μm方孔筛筛余量≤30％。DBT-127电动勃氏透气比表面积仪：用作测定水泥及其它粉状材料的比表面积与细度。FSY-150型水泥细度负压筛析仪：用来测定各种水泥颗粒细度等专用仪器。建筑材料硅酸盐水泥2、标准稠度用水量水泥净浆达到标准稠度时的用水量。水泥净浆的浠稠对凝结时间影响较大，标准规定，水泥的凝结时间测定必须采用标准稠度的水泥净浆，在标准温度、湿度下用水泥凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在24％－30％之间。3、凝结时间水泥净浆从加水至失去流动性所需的时间。（1）、初凝时间：水泥浆开始失去塑性所需的时间，≥45min。（2）、终凝时间：水泥浆完全失去塑性所需的时间，≤6.5h。水泥标准稠度及凝结时间测定仪用于测定水泥净浆的标准稠度用水量及凝结时间。建筑材料硅酸盐水泥4、蒸压安定性水泥凝结硬化过程中，体积变化的均匀程度。如水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为安定性不良。安定性不良会使混凝土构件产生裂缝，降低工程质量。产生安定性不良的因素是水泥中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁以及石膏掺入量过高。安定性测定方法沸煮法。FZ-31A型全不锈钢沸煮箱：建筑材料硅酸盐水泥5、强度与标号硅酸盐水泥的强度取决于水泥熟料的矿物成份和细度。水泥强度测定按《水泥胶砂强度检验方法》（GB177/T17671－1999)测定，将水泥、标准砂、水，按1：3：0.5，用规定方法制成规格为40×40×160mm的标准试件，在标准条件下养护，测定其3d、28d，根据3d，28d抗折强度和抗压强度将水泥分为42.5、52.5、62.5三个强度等级。水泥胶砂搅拌机三联试模水泥胶砂振实台建筑材料硅酸盐水泥硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007)强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0注：硅酸盐水泥分为普通型和增强型，早强型水泥标注“R”。抗压夹具抗折试验机万能试验机建筑材料硅酸盐水泥六、碱含量（选择性指标）指水泥中Na2O。K2O的含量。1940年，美国首先发现并提出碱—集料反应（Alkali—Aggregate—Reaction，简称AAR）。当水泥中的碱含量超过0.6%后，与混凝土中的活性集料砂石发生反应，生成物体积膨胀，造成混凝土开裂破坏。水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。若使用活性骨料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量应不大于0.60%或由买卖双方协商确定。七、水化热水泥在水化过程中放出的热量。大部分水化热是在水化初期（7d内）放出的，以后逐渐减少。水泥水化热的大小和放热速度取决于水泥熟料的矿物组成和水泥细度。冬季施工时，水化热有利于水泥的凝结硬化。对于大体积混凝土结构，水化热大是不利的，由于混凝土内部的水化热不易散出，造成内外温差较大，引起温度应力，使混凝土产生裂缝。大体积混凝土应采用水化热较低的水泥。八、密度和堆积密度硅酸盐水泥的密度为3.0－3.15g/cm3，通常采用3.1g/cm3。堆积密度通常采用1300kg/m3。建筑材料硅酸盐水泥五、硅酸盐水泥的腐蚀与防止1、水泥石腐蚀的原因（1）、软水腐蚀（溶出性腐蚀）水泥石长期在流水环境下（江河水、雨水），氢氧化钙不断地被溶出并由流水带走，水泥石中氢氧化钙的浓度逐步降低，引起其他水化物的进一步分解，水泥石的强度不断降低。经研究，氢氧化钙溶出5％时，强度下降7％，溶出24％时，强度下降29％。（2）、盐类腐蚀海水、地下水及某些工业废水中，含有镁盐、硫酸盐、氯盐、钾盐、钠