第3章无机胶凝材料3

3.3掺混合材的硅酸盐水泥主讲：徐锋建筑材料掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6~15%混合材普通硅酸盐水泥20~70%矿渣矿渣硅酸盐水泥20~50%火山灰火山灰硅酸盐水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥16~50%两种混合材复合硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！掺混合材水泥的代号水泥品种组成特点代号普通水泥6％～15％的混合材P·O矿渣水泥20～70％矿渣P·S火山灰水泥20～50％火山灰P·P粉煤灰水泥20～40％粉煤灰P·F复合水泥15～50％两种混合材P·C石灰石水泥11％～25％的石灰石P·L3.3.1、水泥混合材•定义：在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。•种类：活性非活性•作用：在水泥中主要起填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。1.非活性混合材•定义：与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。•常见的有：磨细石英砂石灰石粉废渣慢冷矿渣2.活性混合材•定义——具有水化活性的混合材。•活性组分：SiO2、Al2O3•常用品种：粒化高炉矿渣—炼钢铁的废料火山灰质粉末—天然岩石和人工煅烧物粉煤灰—火电厂的废料3.活性混合材的作用•水化反应：xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaOSiO2nH2OxCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaOAl2O3nH2O•稀释作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中Ca(OH)2的含量。•超细粉末的密实填充效应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应3d7d49d182d掺加粉煤灰的水泥强度发展早期强度增长减慢，但掺量小于20％时，后期强度也有较多增长问题？•什么是活性混合材的激发剂？其激发机理是什么？答：激发剂起激发水化，促进凝结硬化的作用。碱性激发剂：石灰和硅酸盐水泥熟料硫酸盐激发剂：石膏熟料矿物水化析出氢氧化钙，氢氧化钙再与活性氧化硅和活性氧化铝相互作用，生成无定形的水化硅酸钙和水化铝酸钙，水化铝酸钙再与硫酸盐激发剂反应生成钙矾石，长时间后转变成结晶不完善的凝胶。石膏激发剂对粉煤灰水泥强度的影响抗压强度（MPa)养护龄期（天）石膏激发剂对粉煤灰水泥强度的影响抗压强度（MPa)养护龄期（天）石膏激发剂增加钙钒石的含量养护龄期（天）钙钒石含量（％）二、活性混合材水泥的共性•密度较小2.70～3.10。•早期强度较低，后期强度增长率高。•对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。•水化热较小。•耐腐蚀性较好。•抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。三、活性混合材水泥的特性•矿渣水泥：保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。•火山灰水泥：易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。•粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。•复合水泥：取决于所掺的混合材种类。问题？•各种掺混合材硅酸盐水泥的代号、组成区别、特性及使用范围是什么？几种通用水泥的性能特点及应用硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥特性早期强度高；水化热较大；抗冻性较好；耐蚀性差；干缩较小与硅酸盐水泥基本相同早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐热性好；耐蚀性较强；抗冻性差；干缩性较大；泌水较多早期强度较低，后期强度增长较快；水化热较低；耐蚀性较强；抗抗渗性好；抗冻性差；干缩性大早期强度较低，后期强度才长较快；水化热较低；耐蚀性较强；干缩性较小；抗裂性较高；抗冻性差适用范围一般土建工程中钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构；受反复冰冻作用的结构；配制高强混凝土与硅酸盐水泥基本相同高温车间和有耐热耐火要求的混凝土结构；大体积混凝土结构；蒸汽养护的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程地下、水中大体积混凝土结构和有抗渗要求的混凝土结构；蒸汽养护的构件；有杭硫酸盐侵蚀要求的工程地上、混凝土结构地下及水中大体积；蒸汽养护的构件；抗裂性要求较高的构件；有抗硫酸盐侵蚀要求的工程不适用范围大体积混凝土结构；受化学及海水侵蚀的工程与硅酸盐水泥基本相同早期强度要求高的工程；有抗冻要求的混凝土工程处在干燥环境中的混凝土工程；其他同矿渣水泥有抗碳化要求的工程；其他同矿渣水泥水泥按用途与性能划分为通用水泥、专用水泥及特性水泥三类。其中专用水泥是指专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥；特性水泥是指某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥。3.4其他水泥一、白色硅酸盐水泥•组成特点：水泥中的氧化铁的含量低于水泥质量的0.5%。•性能特点：外观为白色，按白度分为一级、二级和三级；技术要求与普通水泥同。•应用特点：白水泥熟料与颜料、石膏共同磨细可制得彩色水泥；主要用于建筑室内外装饰等。二、快硬硅酸盐水泥•组成特点：熟料中C3S、C3A的含量较高，石膏的掺量略大（其中SO3≤4.0%）。•性能特点：水泥的细度较细，凝结硬化快，早期强度增进率高。•应用特点：早期强度要求高、紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制构件等。三、高铝水泥•高铝水泥的矿物组成•高铝水泥的水化•高铝水泥的技术性质•高铝水泥的特点与应用(一)高铝水泥的矿物组成•定义：高铝水泥（矾土水泥）是以铝矾土和石灰石为原料，按一定比例配合，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸钙为主要矿物成分的水硬性材料，又称铝酸盐水泥。•主要矿物有：铝酸一钙CaOAl2O3CA，50%~70%；硅酸二钙2CaOSiO2C2S，七铝酸十二钙12CaO7Al2O3，C12A7二铝酸一钙CaO2Al2O3，CA2硅铝酸二钙2CaOAl2O3SiO2C2AS水化活性很低水化活性很高(二)高铝水泥的水化和硬化•特点：1.高铝水泥的水化主要是铝酸一钙的水化和水化物的结晶；2.铝酸一钙的水化物组成与温度有关：T≤20CCA+10H2O—CAH1020C≤T≤30C2CA+11H2O—C2AH830C≤T3CA+12H2O—C3AH6+2(Al2O33H2O)3.水化反应集中在早期，而且，反应速度较快，因此，早期强度增长快；4.水化物都是晶体，而且，稳定性较差，容易发生相互间的转化，因而引起强度降低。不同温度下铝酸盐水泥的水化物5C20C40C60C5C下铝酸盐水泥稳定水化物——CAH10(六方片状晶体）65C下铝酸盐水泥稳定水化物—C3AH6(立方晶体）(三)高铝水泥的技术性质1.外观：黄色或黄褐色或灰色；2.密度与堆积密度：与硅酸盐水泥相近；3.细度：80m筛余不得超过10%；4.凝结时间：初凝≥40min，终凝≤10h；5.强度：见表2-20。(四)高铝水泥的特点与应用1.耐高温性能好，配制耐高温混凝土或砌筑砂浆；2.耐硫酸盐腐蚀性能较好，适用于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程；3.耐碱性较差，不能用于接触碱溶液的工程；4.水化热较大，适用于冬季施工，不适用于大体积混凝土；5.快硬早强，宜用于紧急抢修工程。6.高铝水泥有强度倒缩现象，如需用于工程中，应按最低稳定强度设计。•本节中的特性水泥是通过改变水泥熟料矿物组成或水化物组成，获得不同的特定性质。道路水泥，C4AF含量高，抗折强度与耐磨性好；白色水泥，铁相含量很低，外观为白色；快硬水泥，C3A和C3S含量高，凝结硬化快，早强；中、低热水泥，C3A和C3S含量较低，水化热较小；抗硫酸盐水泥，C3A和C3S含量较低，抗蚀系数较大；膨胀、自应力水泥，生产体积可膨胀的水化物；高铝水泥，熟料矿物主要为铝酸钙，快硬，耐高温等。四、膨胀水泥和自应力水泥•组成特点：含有在水泥的凝结硬化过程中能产生适量体积膨胀的成分，如：氧化钙、氧化镁、硫铝酸钙、明矾石、石膏等。•种类：硅酸盐型、铝酸盐型、硫铝酸盐型。•性能特点：凝结硬化过程中体积不收缩，而略有膨胀，提高密实性和抗渗性。•应用特点：可用于配制防水砂浆和防水混凝土、管道接头、堵缝和自应力钢筋混凝土结构工程和构件等。五、道路硅酸盐水泥•组成特点：水泥熟料主要矿物——硅酸钙和铁铝酸四钙铁铝酸四钙高，C4AF的含量≥16.0％。•性能特点：初凝时间较长，≥1h；抗折强度高；耐磨性好，磨损率≤3.60kg/m2；抗裂性好，28d干缩率≤0.10%；•使用特点：主要用于混凝土路面工程。创新思维题•根据已学过的胶凝材料知识，以及胶凝材料中主要矿物的特性，通过矿物的组合，设计一种具有特性的胶凝材料，并阐述为什么？•论述水及其用量在水泥凝结硬化中的作用，以及对水泥石组成、结构与性能的影响？•论述水泥石中孔隙的种类、产生的原因，及其对水泥石性能的影响？•论述水泥石强度的来源及其主要影响因素？1.有硫酸盐腐蚀的混凝土工程应优先选择水泥。2.有耐热要求的混凝土工程，应优先选择水泥。3.有抗渗要求的混凝土工程，应优先选择水泥。4.下列材料中，属于非活性混合材料。5.为了延缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量。A、硅酸盐B、普通C、矿渣D白色A、硅酸盐B、矿渣C、火山灰D、粉煤灰A、硅酸盐B、矿渣粉C、粉煤灰D、火山灰A、石灰石粉B、矿渣C、火山灰D、粉煤灰A、石灰B、石膏C、助磨剂D、水玻璃课堂练习6.对于通用水泥，下列性能中不符合标准规定为废品。A、终凝时间B、混合材料掺量C、体积安定性D、包装标志7.通用水泥的储存期不宜过长，一般不超过。10.有抗冻要求的砼工程，应优先选择下列硅酸盐水泥。8.对于大体积混凝土工程，应选择水泥。9.硅酸盐水泥熟料矿物中，水化热最高的是。A、一年B、六个月C、一个月D、三个月A、硅酸盐B、普通C、矿渣D、高铝A、C3SB、C2SC、C3AD、C4AFA、矿渣B、火山灰C、粉煤灰D、普通复习思考题2.仓库内存有三种白色胶凝材料，它们是生石灰粉、建筑石膏和水泥，有什么简便方法可以辨认？1.试分析硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥性质的异同点，并说明产生差异的原因。（3）下列混凝土工程中，应优先选用哪种水泥？不宜选用哪种水泥？干燥环境的混凝土；P.OP.P或P.F湿热养护的混凝土；厚大体积的混凝土；水下工程的混凝土；60MPa的混凝土；热工窑炉的基础；路面工程的混凝土；冬季施工的混凝土；严寒地区水位升降范围内的混凝土；水闸门等有抗渗要求的混凝土；经常与流动淡水接触的混凝土；经常受硫酸盐腐蚀的混凝土；紧急抢修工程；修补建筑物裂缝。