掺混合材的硅酸盐水泥

建筑材料—水泥第五章水泥内容：1.硅酸盐水泥3.高铝水泥(铝酸盐水泥)2.掺混合材的硅酸盐水泥4.特种水泥重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成、水化硬化机理、影响凝结硬化的因素、硅酸盐水泥主要技术性质、水泥石的腐蚀和防止、硅酸盐水泥的性质及应用；同时介绍了其它掺混合材的硅酸盐水泥的性质及应用；高铝水泥及特种水泥的性质及应用。建筑材料—水泥学习目的和要求本章为本课程重点章之一，以硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥为本章的重点。通过学习熟悉上述水泥的性质，以期在工程中合理选用。要求掌握硅酸盐水泥熟料矿物的组成及其特性，硅酸盐水泥的水化产物及其特性，以及硅酸盐水泥的性质与应用；要求了解硅酸盐水泥凝结硬化过程及技术要求。在此基础上掌握掺混合材料的硅酸盐水泥的特点。对其它品种的水泥有一般了解。建筑材料—水泥1.概述应用领域：工业与民用建筑；公路、桥梁、铁路、水利和国防等历史：1824－－世界开始使用（England）1876－－我国建立第一家水泥厂1985－－我国水泥产量世界第一水泥（cement）：它是加水后能拌和成塑性浆体，可胶结砂、石等材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。2品种：80多种（1）按矿物组成分为：硅酸盐类、铝酸盐类、硫铝酸盐类和氟铝酸盐类。建筑材料—水泥（2）按用途可分为硅酸盐水泥通用水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰水泥粉煤灰硅酸盐水泥砌筑水泥：混合材和适量硅酸盐熟料，强度等级较低适于砌筑及抹面专用水泥道路水泥：反复荷载、暴露于大自然等要求优越的性能油井水泥：也叫堵塞水泥。井底温度和压力要求水泥具有流动性凝结快快硬硅酸盐水泥特性水泥膨胀水泥：修补缝隙，建筑物的连接处。喷射水泥掺混合材的硅酸盐泥建筑材料—水泥5.1硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的定义与生产1.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硅酸盐水泥（PortlandCement）.2.生产工艺：两磨一烧石灰石粘土铁矿粉磨细生料煅烧熟料磨细硅酸盐水泥1400～1450℃石膏石灰石or矿渣混合建筑材料—水泥二、熟料的矿物组成、特性1.矿物组成：C3S、C2S、C3A、C4AF建筑材料—水泥2.与水泥性质的关系提供强度的组份：C3S、C2S水化热最大的组份：C3A提高C3S的含量高强水泥和早强水泥提高C2S的含量低热水泥提高C3S、C3A的含量快硬水泥三、水泥的水化、凝结硬化1.水化产物：主要有五种凝胶：C－S－H、CFH晶体：CH、C3AH6、AFt其中：C－S－H占70%、CH占25%建筑材料—水泥2.凝结硬化：水化产物交错、连生，形成连续的网状结构1233456建筑材料—水泥3.水泥石的组成水化产物未水化水泥颗粒毛细孔4.水泥石强度的发展规律：早期强度发展快，后期强度发展慢，随着时间的延长，强度仍有缓慢的增长。5.水泥石强度发展的必要条件：温度湿度时间6.决定水泥石强度的因素：熟料矿物成分、水泥细度和水灰比复习矿物组成：C3S、C2S、C3A、C4AF；提供抗压强度的组份为：C3S、C2S；早期、后期强度都高，水化热大的矿物为C3S；早期强度低、后期强度高，水化热小的矿物为C2S；造成水泥熟料闪凝的矿物为C3A；抗折强度高的矿物为C4AF；改变熟料矿物成分之间的比例，水泥的性质就会发生相应的变化。生产早强型水泥应提高C3S的含量；生产低热型水泥应提高的C2S含量，同时适当降低硅酸三钙与铝酸三钙的相对含量；生产道路水泥应提高的C4AF含量；水泥石强度发展的必要条件：温度、湿度和时间提高环境的温、湿度，有利于水泥石强度的增长；夏季注意保湿，冬季注意保温；水泥石强度的发展规律：早期强度发展快，后期强度发展慢，随着时间的延长，强度仍有缓慢的增长。水灰比愈大，则水泥石强度愈低；决定水泥石强度的因素：熟料矿物成分、水泥细度和水灰比；建筑材料—水泥熟料矿物强度增长情况硅酸盐水泥强度发展与龄期的关系硅酸盐水泥的技术性质(一)细度(二)凝结时间(三)体积安定性(四)强度(五)水化热除上述技术要求外，国家标准还对硅酸盐水泥的不溶物、烧失量等作了明确规定。建筑材料—水泥建筑材料—水泥四、硅酸盐水泥的技术性质（一）细度1.细度：指水泥颗粒的粗细程度，用比表面积表示。其影响水泥的需水量、水化速度、凝结时间、强度及收缩等性质。2.粒径：水泥颗粒越细，总表面积越大，与水接触的面积也越大，则需水量越大，水化速度越快、凝结硬化越快、水化产物越多、强度越高，收缩也越大。一般认为：当＜40μm，才具有较大的活性；＜3µm水化非常迅速，需水量增大；＞90µm水化非常缓慢，接近惰性，因此，水泥必须进行磨细。但水泥颗粒越细，生产的能耗量越多，机械损耗也越大，生产成本增加，且水泥在空气中硬化时收缩也增大。因此应控制水泥在合理的细度范围。3.GB规定：比表面积应大于300m2/kg，否则为不合格。建筑材料—水泥(二)凝结时间水泥的凝结时间是指水泥净浆从加水至失去流动性所需要的时间。由于用水量的多少，即水泥稀稠对水泥浆体的凝结时间影响很大，因此国家标准规定水泥的凝结时间必须采用标准稠度的水泥净浆、在标准温、湿条件下用水泥凝结时间测定仪测定。测定前需首先测出标准稠度用水量——水泥浆达到标准稠度时的用水量，然后按此用水量拌制水泥净浆。1.初凝时间（t初）：水泥开始加水拌和至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。2.终凝时间（t终）：水泥开始加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。3.GB规定：t初≮45min；t终≯6.5h国产硅酸盐水泥的初凝时间一般为1h～3h，终凝时间一般为4h～6h。建筑材料—水泥凝结时间的测试方法：将装有净浆的圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝，l~s后突然放松，让试针自由沉入净浆，观察试针下沉时指针的读数。每次测定，试针不得落入巳测过的针孔内。当试针下沉深度距底板(4±1)mm时，即为水泥达到初凝状态；然后继续测试，当试针下沉深度距表面0.5mm时,即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时,为水泥达到终凝状态。每次测试完毕后，将试针擦净并将圆模放回养护箱内。建筑材料—水泥4.规定水泥凝结时间的意义：初凝时间不宜过早，是为了有足够的时间对混凝土进行搅拌、运输、浇注和振捣。初凝时间不满足时为废品。终凝时间不宜过长，是为了使混凝土尽快硬化，产生强度，尽快拆去模板，提高模板周转效率。终凝时间不满足时为不合格品。(三)体积安定性1.体积安定性的定义：指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。如果水泥在凝结硬化过程中产生均匀的体积变化，则为安定性合格，否则即为体积安定性不良。2.造成体积安定性不良的原因:熟料中含游离氧化钙（f-CaO)过多熟料中含游离氧化镁（f-MgO)过多石膏掺量过多建筑材料—水泥(1)f-CaO过量：CaO十H2O＝Ca(OH)2过烧f-CaO，其水化活性低，在水泥硬化后才进行上述反应，该反应固相体积膨胀97％，引起不均匀的体积变化会导致水泥石开裂、翘曲、疏松和崩溃等现象，甚至完全破坏。沸煮法或雷氏夹法。当试饼法与雷氏夹法结果有争议时，以雷氏夹法为准。(2)f-MgO过量：MgO+H2O=Mg(OH)2水泥中的f-MgO晶体结构致密，水化速度比f-CaO更为缓慢，要几个月甚至几年才明显水化，形成氢氧化镁时体积膨胀将导致水泥石安定性不良。压蒸法。(3)石膏掺量过多：3C3AH6+3CaSO4•H2O=3AFt水泥中掺有石膏作为调凝剂或作为混合材的活性激发剂，当石膏掺量过多时，在水泥硬化后还会继续与固态水化铝酸钙反应生成高硫型硫铝酸钙，体积约增大1.5倍．也会引起体积安定性不良。长期浸泡在温水中。建筑材料—水泥3.体积安定性不良水泥的处理：当废品处理，不得应用于任何工程中。（四）强度：标准试块在标准养护条件下养护，测定3d和28d的抗折强度、抗压强度，以此评定强度。1.标准配比：水泥：标准砂：水＝1∶3.0∶0.50（一联试模水泥：标准砂：水＝450g：1350g：225g）2.标准试块尺寸：40mm×40mm×160mm3.标准养护条件：1d为20±1℃，RH＞90％空气中；1d后放入20±1℃水中。建筑材料—水泥bhLP4.强度等级划分：根据3d和28d的抗折强度、抗压强度划分强度等级；并根据3d强度分为早强型（R）和普通型。强度等级为：42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。5.决定水泥强度的因素：熟料矿物成分及其比例、水泥细度PP硅酸盐水泥等级强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.542.5R17.022.042.542.53.54.06.56.552.552.5R23.027.052.552.54.05.07.07.062.562.5R28.032.062.562.55.05.58.08.0(五)水化热水化热:指水泥在水化过程中放出的热。主要取决于水泥熟料的矿物成分，而且还与水泥的细度、混合材及外加剂品种、数量及熟料的煅烧和冷却条件有关。C3A放热量最大，放热速度也最快，C3S放热量大，放热速度快，C2S放热量低，放热速度也慢。水泥细度越细，水化反应比较容易反应，放热量越大，放热速度越快。混合材的掺入可减小放热速率。水化热对大体积混凝土（指混凝土结构物实体最小尺寸大于1m或预计因水化热引起混凝土内外温差过大而导致开裂的混凝土）是非常有害的，因此大体积混凝土工程中不得采用硅酸盐水泥。、常见大体积混凝土有大型基础、水坝、桥墩等。建筑材料—水泥建筑材料—水泥五.水泥石的腐蚀与防止定义：水泥石在外界侵蚀性介质（软水、含酸、含盐、含碱等）的作用下结构受到破坏，强度明显降低，甚至完全破坏的现象称为水泥石的腐蚀。表现形式：体积膨胀－膨胀型腐蚀体积收缩－溶出型腐蚀（一）水泥石的腐蚀的种类有软水腐蚀、盐类腐蚀、一般酸腐蚀、碳酸腐蚀、强碱腐蚀等几种,下面分别介绍.建筑材料—水泥1．软水侵蚀(溶出型侵蚀)（1）软水：指暂时硬度较小的水，即水中重碳酸盐含量较小的水。雨水、雪水、工厂冷凝水及相当多的河水、江水、湖泊水等都属于软水。（2）软水侵蚀机理在静水及无水压的情况下，溶出仅限于表层，整个水泥石影响不大。但在流水及压力水作用下，溶出的Ca(OH)2使孔隙率不断增加，侵蚀也就不断地进行。同时由于水泥石中Ca(OH)2浓度的降低，还会使水泥石中C-S-H等分解，引起水泥石的结构破坏和强度下降。建筑材料—水泥当环境水中含有较多的重碳酸盐，即水的硬度较高时，重碳酸盐会与水泥石中的Ca(OH)2作用；Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3+2H2OCa(OH)2+Mg(HCO3)2→CaCO3+MgCO3+2H2O碳酸钙(CaCO3)或碳酸镁(MgCO3)几乎不溶于水，积聚在水泥石的表面的孔隙内，阻碍了外界水的侵入和Ca(OH)2的继续溶出，使侵蚀作用停止。建筑材料—水泥2．盐类腐蚀（1）盐类腐蚀主要为硫酸盐和镁盐腐蚀（2）盐类腐蚀机理硫酸盐：镁盐：硫酸钙、钙矾石均产生膨胀破坏；CaCl2极易溶解于水，加剧溶出型侵蚀；Mg(OH)2松软、无胶结能力、碱度降低，使腐蚀作用进一步加剧。建筑材料—水泥3.一股酸腐蚀酸腐蚀：在一些工业废水、地下水和沼泽水中，含有无机酸或有机酸酸腐蚀机理：水泥石含有Ca(OH)2而呈碱性，这些酸与碱会发生反应：如果酸的浓度较高，使水泥石腐蚀加剧。4．碳酸水腐蚀腐蚀机理：在某些工业废水和地下水中，溶有一定量的CO2及其盐类，它们会与水泥石中的Ca(OH)2反应CO2十H2O十Ca(OH)2→CaC03十2H2OCO2十H2O十CaCO3↔Ca(HCO3)2生成Ca(HC03)2易溶于水，造成水泥石的腐蚀。建筑材料—水泥5.强碱腐蚀机理：强碱(NaOH、KOH)在浓度不大时，一般没有腐蚀。当浓度较大且水泥中铝酸钙含量较高时，强碱会与水泥进行如下反应而产生腐蚀：生成的铝酸钠(Na2O•A12O3)极易溶解于水