建筑材料水泥

第五章水泥5.1概述凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。性能和用途硅酸盐系列水泥铝酸盐系列水泥硫铝酸盐系列水泥铁铝酸盐系列水泥水泥通用水泥专用水泥特性水泥化学成分用于—般土木工程的水泥，如普通硅酸盐水泥专门用途的水泥，如砌筑水泥、道路水泥某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥5.1概述5.1概述常用水泥品种水泥品种水泥代号水泥组成熟料石膏混合材Ⅰ型硅酸盐水泥P·Ⅰ硅酸盐水泥熟料95~98%适量（控制SO33.5%）不掺任何混合材Ⅱ型硅酸盐水泥P·Ⅱ硅酸盐水泥熟料90~97%适量（控制SO33.5%）掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材普通硅酸盐水泥P·O硅酸盐水泥熟料80~92%适量（控制SO33.5%）掺6~15%混合材。活性混合材15%（允许用窑灰5%或非活性混合材10%代替），非活性混合材10%5.1概述水泥品种水泥代号水泥组成熟料石膏混合材矿渣硅酸盐水泥P·S硅酸盐水泥熟料25~78%适量（控制SO34%）粒化高炉矿渣20~70%，允许用石灰石、窑灰和火山灰质混合材中的一种材料代替，代替数量8%，替代后水泥中粒化高炉矿渣20%火山灰质硅酸盐水泥P·P硅酸盐水泥熟料45~78%适量（控制SO33.5%）火山灰质混合材20~50%粉煤灰硅酸盐水泥P·F硅酸盐水泥熟料55~78%适量（控制SO33.5%）粉煤灰20~40%复合硅酸盐水泥P·C硅酸盐水泥熟料45~83%适量（控制SO33.5%）掺两种或两种以上混合材料，总掺量按质量百分比计为15~50%，允许用8%的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时，混合材掺量不得与矿渣水泥重复常用水泥品种（续表）5.2硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、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（波特兰水泥）。硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P·。在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P·Ⅱ。5.2硅酸盐水泥熟料石灰质原料黏土质原料辅助原料水泥石膏煅烧1450℃磨细磨细配料生料生产工艺流程（简称为“两磨一烧”）：制备生料、煅烧熟料、粉磨水泥5.2硅酸盐水泥5.2硅酸盐水泥5.2硅酸盐水泥5.2硅酸盐水泥硅酸盐水泥的主要熟料矿物的名称和含量范围如下：硅酸三钙3CaOSiO2C3S含量37%60%硅酸二钙2CaOSiO2C2S含量15%37%铝酸三钙3CaOAl2O3C3A含量7%15%铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF含量10%18%5.2硅酸盐水泥各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特征名称硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙凝结硬化速度快慢最快快28d水化放热量多少最多中强度高早期低、后期高低低5.2硅酸盐水泥水泥孰料矿物的强度增长曲线5.2硅酸盐水泥硅酸盐水泥的水化反应22222Ca(OH)3OH3SiO2CaO3OH6)SiO2(3CaO22222Ca(OH)O3H2SiO3CaOO4H)SiO2(2CaOO6HOAl3CaOO6HOAl3CaO232232OHOFeCaOO6HOAl3CaOO7HOFeOAl4CaO232232232325.2硅酸盐水泥凝结：水泥加水拌成水泥浆，逐渐变稠失去塑性，但无强度，这一进程叫水泥凝结。硬化：强度逐渐提高，变成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥硬化。碳化：在空气中表面，Ca(OH)2与CO2反应生成CaCO3被称为碳化。硅酸盐水泥的水化与凝结硬化5.2硅酸盐水泥水泥凝结硬化过程（a）分散在水中未水化的水泥颗粒；（b）在水泥颗粒表面形成水化物膜层；（c）膜层长大并互相连接（凝结）；（d）水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化)1—水泥颗粒；2—水分；3—凝胶；4—晶体；5—水泥颗粒的未水化内核；6—毛细孔注：初始反应期和潜伏期也可合称为诱导期。5.2硅酸盐水泥水泥凝结硬化阶段凝结硬化阶段一般的放热反应速度一般的持续时间主要的物理化学变化初始反应期168kJ/(kg·h)5～10min初始溶解和水化潜伏期4.2kJ/(kg·h)1h凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长凝结期在6h内逐渐增加到21kJ/(kg·h)6h膜层破裂，水泥颗粒进一步水化硬化期在24h内逐渐降低到4.2kJ/(kg·h)6h至若干年凝胶体填充毛细孔5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热细度是指水泥颗粒的粗细程度。测定:比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积）《通用硅酸盐水泥》（GB2007）规定：硅酸盐水泥比表面积应大于300㎡/kg。5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热水泥净浆达到标准稠度时，所需的拌和水量（以占水泥质量的百分比表示），称为标准稠度用水量（也称需水量）。硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24%～30%。当其他条件相同时，水泥的标准稠度用水量越小越好。5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热初凝：自加水拌和起，到标稠净浆开始失去可塑性所需的时间。终凝：自加水拌和起，到标稠净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。GB规定：初凝不早于45min，终凝不迟于390min。5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。主要是由于熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏量过多所造成的。熟料中所含游离氧化钙、游离氧化镁都是过烧的，水化速度很慢，一般都在水泥硬化后才开始水化。5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热水泥的强度等级按规定龄期水泥胶砂的抗压强度和抗折强度来划分，反映了水泥胶结能力的大小。硅酸盐水泥强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R,共6个等级。5.2硅酸盐水泥水泥主要技术性质细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热水泥在水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热。水泥水化热的大部分是在水化初期（7d）放出的，后期放热逐渐减少。5.2硅酸盐水泥环境水对水泥石的侵蚀水泥混凝土或砂浆经常会受到环境水的物理和化学作用，使已硬化的水泥石结构遭到破坏，强度降低，最终造成建筑物的破坏的现象。软水腐蚀亦称溶出性侵蚀，雨水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水及含重碳酸盐甚少的河水与湖水等都属于软水。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O盐类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀1、硫酸盐的腐蚀4CaO•Al2O3•12H2O+3CaSO4+20H2O=3CaO•Al2O3•3CaSO4•31H2O+Ca(OH)22、镁盐的腐蚀MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=CaSO4•2H2O+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)21、碳酸腐蚀Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2OCaCO3+CO2+H2O=CaH(CO3)22、一般酸的腐蚀2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OH2SO4+Ca(OH)2=CaSO4•2H2O3CaO•Al2O3+6NaOH=3NaO•Al2O3+3Ca(OH)22NaOH+CO2=Na2CO3+H2O5.2硅酸盐水泥环境水对水泥石的侵蚀1、根据环境，合理选择水泥品种。2、提高水泥石的密实度。3、加做保护层，加不透水的沥青层。4、对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用聚合物混凝土。5.2硅酸盐水泥水泥石侵蚀的防止措施在水泥生产过程中，为节约水泥熟料，提高水泥产量和增加水泥品种，同时也为改善水泥性能，调节水泥强度等级而在水泥中掺入的矿物质材料，称为水泥混合材料。5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥水泥混合材料的定义5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥水泥混合材料的分类混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌合在一起，加水后，在常温下能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中又能在空气中硬化的，称为活性混合材料。指不与水泥成分起化学作用或作用很小的混合材料。主要起惰性填充作用，提高水泥的产量，调整水泥的标号，减少水化热。活性混合材料（水硬性混合材料）非活性混合材料（填充性混合材料）5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥粒化高炉矿渣高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝酸钙为主要成分的熔融物，经淬冷粒化后的产品称为粒化高炉矿渣。化物，少量氧化镁，四氧化铁，硫以上占主要化学成分%90SiOOAlCaO2325.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥火山灰质混合材料具有火山灰性的天然或人工的矿物质材料。所谓火山灰性，是指一种材料磨成细粉后，单独加水拌和不具有水硬性，但在常温下与少量石灰等一起遇水后能形成具有水硬性化合物的性质。火山灰质混合材料中含有较多的活性SiO2、Al2O3，它们分别能与Ca(OH)2在常温下起化学反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，因而具有水硬性。5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥火山灰质混合材料天然的有火山灰、凝灰岩、浮石、沸石岩、硅藻土和硅藻石等；人工的有煅烧的煤矸石、烧页岩、烧黏土、煤渣、硅质渣等。5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥粉煤灰粉煤灰是火力发电厂的工业废渣，是从煤粉炉烟道气体中收集的粉末。粉煤灰的主要化学成分为SiO2、Al2O3，并含一定CaO，其水硬性原理与火山灰质混合材料相似。5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥非活性混合材料非活性混合材料在水泥中起调节水泥强度等级、节约水泥熟料的作用，因此，又称填充性混合材料。质地较坚实的有石英岩、石灰岩、砂岩等磨成的细粉；质地较松软的有黏土、黄土等。5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥掺有混合材料的硅酸盐水泥水硬性材料简称代号特点硅酸盐水泥P·、P·Ⅱ1.快硬早强；2.水化热高；3.耐冻性好；4.耐热性差；5.耐腐蚀性差普通硅酸盐水泥普通水泥P·O1.早强；2.水化热较高；3.耐冻性较好；4.耐热性较差；5.耐腐蚀性较差矿渣硅酸盐水泥矿渣水泥P·S1.早期强度低，后期强度增长较快；2.水化热较低；3.耐热性较好；4.对硫酸盐类侵蚀抵抗力和抗水性较好；5.抗冻性较差；6.干缩性较大火山灰质硅酸盐水泥火山灰水泥P·P1.早期强度低，后期强度增长较快；2.水化热较低；3.耐热性较差；4.对硫酸盐类侵蚀抵抗力和抗水性较好；5.抗冻性较差；6.干缩性较大；7.抗渗性较好粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰水泥P·F1.早期强度低，后期强度增长较快；2.水化热较低；3.耐热性较差；4.对硫酸盐类侵蚀抵抗力和抗水性较好；5.抗冻性较差；6.干缩性较小；7.抗碳化能力较差复合硅酸盐水泥复合水泥P·C基本与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥特性接近5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥掺有混合材料的硅酸盐水泥水硬性材料适用范围不适用处硅酸盐水泥适用快硬早强工程；配制高强度等级混凝土大体积混凝土工程；受化学侵蚀水及压力水作用的结构普通硅酸盐水泥制造地上、地下及水中的混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，包括受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程；配制建筑砂浆大体积混凝土工程；受化学侵蚀水及压力水作用的结构矿渣硅酸盐水泥大体积工程；配制耐热混凝土；蒸汽养护的构件；一般地上、地下和水中的混凝土及钢筋混凝土结构；配制建筑砂浆早期强度要求较高的混凝土工程；严寒地区并在水位升降范围内的混凝土工程5.3混合材料及掺有混合材料的硅酸盐水泥掺有混合材料的硅酸盐水泥水硬性材料适用范围不适用处火山灰质硅酸盐水泥大体积工程；有抗渗性要求的工程；蒸汽养护的工程构件；一般混凝土和钢筋混凝土工程；配制建筑砂浆早期强度要求较高的混凝土工程；严寒地区并在水位升降范围内的混凝土；干燥环境的混凝土工程；有耐磨性