建筑材料-水泥

水泥水泥(Cement)：是一种多组分的人造矿物粉料，它与水拌和后成为塑性胶体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等材料胶结成具有一定强度的整体。（水泥是水硬性胶凝材料。）硅酸盐水泥水泥铝酸盐水泥系列硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥硅酸盐水泥系列——是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。硅酸盐水泥系列硅酸盐水泥（0~5%）通用水泥普通水泥（6%~15%）矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥复合水泥专用水泥——专门用于某些工程的水泥,如道路水泥、中低热水泥、砌筑水泥等。特性水泥——某种性能较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、彩色水泥、膨胀水泥等。（20%)标注:上述百分含量为混合材料的掺量硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号1.定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥[国外通称的波特兰水泥（Portlandcement）]。2.类型及代号硅酸盐水泥Ⅰ型硅酸盐水泥：不掺混合材料的，代号P·Ⅰ。Ⅱ型硅酸盐水泥：粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料，代号P·Ⅱ。硅酸盐水泥分42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R、72.5R（R代表早强型水泥）（3）调节原料（辅助原料）：石膏等，为满足成分要求用。如：铁矿粉的铁质原料补充氧化铁的含量。砂岩的硅质原料增加二氧化硅的成分等。二、硅酸盐水泥的生产1.原料（1）石灰质原料：主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩和贝壳等。（2）粘土质原料：主要提供SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。石灰石煅烧石膏磨细粘土按比例混合—生料进窑————熟料———水泥成品辅助原料磨细1450℃生料在窑内经历：干燥——预热——分解——烧成——冷却2.生产过程两磨一烧：制备生料（一磨）1450煅烧熟料（一烧）加入石膏粉磨水泥（二磨）℃3.生料CaO：62%~67%SiO2:20%~24%Al2O3:4%~7%三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成1.主要成分：主要由四种矿物化学组成组成矿物名称分子式简称含量（%）硅酸盐矿物硅酸三钙3CaO·SiO2C3S36~60硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15~37熔剂矿物铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7~15铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10~18次要成分游离氧化钙CaO游离氧化镁MgO含碱矿物及玻璃体2.其它成分游离CaO、MgO及SO3，其含量过高将造成水泥安定性不良。碱矿物及玻璃体等，其中的Na2O和K2O含量较高时，遇到活性骨料时，易产生碱——骨料反应，影响混凝土的质量。3.石膏熟料+石膏水泥石膏：辅助作用—主要作用是减缓水泥的水化速度。凝结最快的铝酸三钙和石膏反应生成硫铝酸钙沉淀包围水泥，延缓水泥的凝结时间。掺量：2~5%，过多会引起强度下降或产生瞬凝，安定性不合格。四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化拌合可塑性水化水化水泥+水具水泥浆凝结硬化流动性（水泥石）（一）硅酸盐水泥的水化水泥和水拌合——表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应——各组分开始逐渐溶解——放出一定热量——固相体积也逐渐增加。其反应式如下：2(3CaO·SiO2)+6H2O3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙2(2CaO·SiO2)+4H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙3CaO·Al2O3+6H2O3CaO·Al2O3·6H2O铝酸三钙水化铝酸三钙4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O铁铝酸四钙水化铁酸一钙3CaO·Al2O3·6H2O+CaSO43CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O水化铝酸钙石膏或3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙主要水化产物（在完全水化的水泥石中）：水化硅酸钙70%（凝胶）是水泥石形成强度的最主要化合物氢氧化钙20%（晶体）水化铝酸钙水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）7%水化反应为放热反应，其放出的热量称为水化热。其水化热大，放热的周期也较长，但大部分（50%以上）热量是在3天以内。特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程分为：早、中、晚三个时期1.水化早期，初始反应期（凝胶膜的生成期）20℃，3h3.水化后期，硬化•更长时间•水化反应减慢——水化产物填充由水占据的空间——晶体相互搭接——整体——水泥石——硬化•硬化：浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体——水泥石2.水化中期，凝结•20~30h，30%的水泥已经水化——包裹膜——增厚凝结：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。分为初凝和终凝。•初凝：水泥加水拌和至水泥浆开始失去可塑性的阶段。•终凝：水泥加水拌和至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度的阶段。水泥石的组成：凝胶体（C—S—H）未水化的水泥颗粒内核毛细孔和凝胶孔晶体粒子（Ca（OH）2）水泥石的工程性质决定于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型水化物的相对含量孔的大小、形状和分布状态多相（固、液、气）多孔体系取决于水化程度水泥的品种水灰比（拌和时的用水量和水泥用量之比）结论：1.水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥石结构中水化物愈多，而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构，水灰比越大，毛细孔所占比例相对增加，因此该水泥石的强度和耐久性下降。（三）影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素1.熟料矿物组成的影响硅酸盐水泥熟料矿物组成，是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因素。硅酸三钙（C3S）：Tricalciumsillicate；硅酸二钙（C2S）：Dicalciumsillicate铝酸三钙（C3A）：Tricalciumaluminate；铝酸四钙（C4AF）：Tetriacalciumaluminoferrie四种主要熟料矿物中，C3A是决定性因素。性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF水化速率快慢最快快凝结硬化速率快慢最快快28d水化热高低最高中强度早期高低高低后期高高低中耐化学腐蚀性中稍大小大干缩性中小大小硅酸盐水泥熟料矿物的水化、凝结硬化特性改变熟料中矿物组成的相对含量，即可配制成具有不同特性的硅酸盐水泥。提高C3S的含量减少C3A和C3S的含量提高C2S的含量降低C3A的含量快硬高强水泥低热水泥抗硫酸盐侵蚀水泥2.水泥细度的影响直接影响：水化，凝结硬化，强度，干缩及水化热。越细:凝结速度越快，早期强度越高。但过细——易与空气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且成本高。一般水泥颗粒：小于40µm时就具有较高的活性大于100µm活性较小通常水泥颗粒的粒径在7~200µm（0.007~0.2mm）范围内。3.拌合加水量的影响影响硬化水泥石强度的主要因素。拌合加入水量越大，硬化水泥石中毛细孔就越多。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈线性关系下降，从而强度低。4.养护湿度和温度的影响（1）湿度——应该保持潮湿状态，混凝土在浇筑后两到三周内必须加强洒水养护。（2）温度——提高温度也可以加速水化反应。如采用蒸汽养护和蒸压养护。冬季施工时，须采取保温措施。5.养护龄期的影响水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。随着龄期的增长——水泥石的强度逐渐提高。水泥在3~14d内强度增长较快，28d后增长缓慢。养护到28d。7.水泥受潮与久存的影响水泥也不可储存过久三个月后其强度降低约10~20%半年后降低约15~30%一年后降低约25~40%受潮水泥颗粒——重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。对于微结块的水泥，强度约降低10~20%——适当方式压碎后用于次要工程。五、硅酸盐水泥的技术性质•国家标准GB175—92，对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。（一）细度（Fineness）•细度是指水泥颗粒的粗细程度。影响水泥性能的重要指标——鉴定水泥品质的主要项目之一。•水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。（1）筛分法是以80µm方孔筛的筛余量表示。普通水泥的细度用筛余量表示，其筛余量不得超过10.0%。（2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。颗粒愈细，与水接触的比表面积愈大，因而水化速度加快，水泥石的早期强度高，但硬化收缩较大，水泥易受潮而降低活性。因此水泥细度应适当，凡水泥细度不符合规定者为不合格品。（二）凝结时间（Settingtime）•凝结时间：是指水泥从开始加水到失去塑性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。1.初凝时间（Initialsettingtime）•自开始加水拌和起，至水泥浆开始失去可塑性与流动性所需的时间，称为初凝时间。•初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇筑和砌筑等操作。国家标准规定了硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。2.终凝时间（Finalsettingtime）•自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。•水泥的终凝时间不宜过迟，以免拖延工期。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。•凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。•水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法《水泥稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（GB1346）进行。•它是以标准稠度的水泥净浆（水泥+水），在规定温度和湿度下，用凝结时间测定仪来测定。•3.标准稠度用水量•标准稠度是为测定水泥的凝结时间、体积安定性等性能时，对水泥净浆以标准方法拌制、测试并达到规定的可塑性程度时的稠度。•标准稠度用水量：是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量，以水与水泥质量之比的百分数表示。•硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24%~30%之间。•水泥熟料矿物成分不同时，其标准稠度用水量亦有所差别，磨得越细的水泥，标准稠度用水量越大。（三）体积安定性（Soundness）1.水泥的体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。2.产生安定性的原因•熟料矿物中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁，以及水泥粉磨时所掺石膏超量•——水化反应——反应物体积膨胀而使水泥石开裂。•CaO+H2O=Ca(OH)2MgO+H2O=Mg(OH)2水化铝酸钙+石膏水化硫铝酸钙•体积安全性不合格的水泥应作废品处理。国家标准规定，水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫含量不得超过3.5%。3.检验由游离氧化钙引起的水泥安定性不良可以采用试饼法或雷氏法检验。（1）试饼法：将标准稠度的水泥净浆做成试饼经煮沸3h后，用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格，反之为不合格。（2）雷氏法：测定水泥浆在雷氏夹中硬化沸煮后的膨胀值，当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于5mm时，即判为该水泥安定性合格，反之为不合格。（四）强度（Strength）与标号1、水泥的强度是划分水泥标号的依据。•水泥强度应按国家标准《水泥胶沙强度试验方法》（GB177）的规定制作试块，养护并测定其抗压和抗折强度值。具体方法为软练胶砂法。2、软练胶砂法：将水泥和标准砂（0.25~0.65mm）按1：2.5混合，加入规定数量的水（水灰比0.44），并按规定的方法制成40mm40mm160mm的试件，在标准温度（202℃）的水中养护，分别测定其3d和28d的抗压和抗折强度。3、标号：•硅酸盐水泥分为425、525、625、725四个标号。•普通硅酸盐水泥为325、425、525、625四个标号。•水泥按3d强度又分为普通型和早强型两种类型，其中有代号R者为早强型。•各标号、各类型硅酸盐和普通硅酸盐水泥的各龄期强度不得