水泥PPT

第四章无机胶凝材料水泥简介水泥定义：指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉末的状水硬性胶凝材料。水泥的发明：古代胶凝材料硅酸盐水泥现代意义上各种水泥（波特兰水泥）全世界水泥产量已达20多亿吨，是现代社会不可或缺的大宗产品。水泥的分类水泥分类：（1）根据化学组成分硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥（2）根据用途分通用水泥：硅酸盐系列（六大水泥）特种水泥：白水泥、膨胀水泥等专用水泥：油井水泥、大坝水泥等尽管水泥种类很多，但工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥，所以，本章以硅酸盐水泥的内容为基础，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识，在此基础上，再学习掺混合材的硅酸盐水泥等知识。3.2硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的概念二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化四、硅酸盐水泥的技术性质五、硅酸盐水泥石的腐蚀与防治六、硅酸盐水泥的特性和应用一、硅酸盐水泥(silicatecement)的概念凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥,国外称为波特兰水泥（portlandcement）硅酸盐水泥分有P、P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。二、硅酸盐水泥的生产工艺及矿物组成1、生产工艺主要原料：（1）石灰质原料：提供CaO，有石灰石、贝壳、石灰质凝灰岩。（2）粘土质原料：提供SiO2、Al2O3，少量Fe2O3，有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等、（3）铁矿粉：提高Fe2O3的含量，有黄铁矿渣。另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。生产过程：石灰质材料粘土质材料铁质材料水泥成品熟料石膏生料煅烧1450℃磨细磨细按比例混合水泥的生产方法水泥生产先后经历了仓窑、立窑、回转窑和新型干法回转窑等发展阶段，最终形成现代的预分解窑新型干法。2、矿物组成硅酸盐水泥熟料的主要化学如下：名称氧化钙CaOCSAFSiO2Al2O3Fe2O3氧化硅氧化铝氧化铁62%67%20%24%4%7%2.5%6%化学式缩写式含量范围2、矿物组成硅酸盐水泥的主要矿物组成包括：名称硅酸三钙3CaO·SiO2C3SC2SC3AC4AF3CaO·Al2O34CaO·Al2O3·Fe2O3硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙37%60%15%37%7%15%10%18%水泥中的其它成分：MgOCaO和游离潜在危害非常严重影响水泥体积安定性化学式缩写式含量范围2CaO·SiO2硅酸盐水泥熟料矿物组成的特性：矿物组成硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙C3SC2SC3AC4AF水化速度快慢最快中水化热多少最多较多强度高早期低后期高低中(抗折强度)耐化学侵蚀好好差最好干缩性较大中大小水泥应用快硬水泥：3d抗压强度高，熟料中C3A、C3S含量高。适用于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程。道路水泥：抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗硫酸性好、干缩性小。C4AF、C2S含量高。适用于道路路面、机场道面、城市广场等工程。大坝水泥：简称中热水泥低热矿渣水泥：加入矿渣水化放热较低，C2S含量高，C3A含量低适用于大坝工程、大型构筑物、大型房屋的基础等大体积工程。三、硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化1、水化水化反应石膏作用原理水化产物2、凝结与硬化何为凝结硬化？凝结硬化过程影响因素水化反应硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。2C3S+6H2O==C-S-H+3Ca(OH)2水化硅酸钙凝胶2C2S+4H2O==C-S-H+Ca(OH)2水化硅酸钙凝胶C3A+6H2O==3CaOAl2O36H2水化铝酸三钙4C4AF+7H2O==3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O水化铝酸三钙水化铁酸一钙水化硅酸钙凝胶水化速度最快；闪凝立方板状结晶水化速度快，早强水化速度慢，后强立方体结晶水化速度适中石膏作用原理石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体（称为钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥颗粒内部，从而阻碍了铝酸三钙的水化，降低了水泥的水化速度，使水泥的凝结时间得以延缓。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。3CaOAl2O36H2O+CaSO42H2O+H2O==水化铝酸三钙3CaOAl2O33CaSO432H2O高硫型水化铝酸钙（AFT）水化产物硅酸盐水泥水化后生成的主要水化产物有：水化硅酸钙（C-S-H）：70%氢氧化钙（Ca(OH)2）：20%水化铝酸钙（3CaOAl2O36H2O）水化铁酸钙（CaOFe2O3H2O）水化铝酸钙（钙矾石）（3CaOAl2O33CaSO432H2O）凝结与硬化凝结水泥加水拌合后形成具有一定流动性和可塑性的浆体，随着水化的不断进行，水分的不断蒸发，起润滑作用的自由水分逐渐减少，水泥浆逐渐变稠失去可塑性的过程。有初凝和终凝之分硬化失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。水泥的凝结硬化过程由以下四个过程组成。凝结硬化过程初始反应期潜伏期凝结期硬化期初始的水解和水化，约持续5~10分钟。流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒生长，1h。凝胶膜破裂、水化产物长大并连接，水泥颗粒进一步水化6h。多孔的空间网络-凝聚结构，失去可塑性。凝胶体填充毛细管，6h——若干年硬化石状体密实空间网。凝结硬化过程示意图（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—毛细孔影响水泥凝结硬化的因素影响水泥凝结硬化的因素：水泥的矿物组成、细度、石膏掺量、水灰比、温度、湿度和龄期等影响因素矿物组成细度石膏掺量水灰比温度、湿度龄期四、硅酸盐水泥的技术性质2、标准稠度3、凝结时间4、体积安定性5、强度6、水化热1、细度1、细度（1）定义：水泥颗粒的粗细程度或分散度。（2）细度与性质关系：细度决定了水泥与水接触的表面积，从而影响水泥的凝结时间和性质。水泥细度和性质关系细度与水接触面积凝结硬化速度性质＜40μ大高早强高过细很大很高硬化收缩大，易受潮而降低活性；成本高＞100μ小低强度低（3）指标（GB175-2007）比表面积：是指单位质量的水泥粉末所具有的表面积的总和（m2/kg，cm2/g）——勃氏法（适用于硅酸盐水泥比表面积＞300m2/kg）筛余量:通过0.08mm方孔筛的筛余量（%）——负压筛法（适用于其它水泥）注意细度不合格者为不合格品勃氏透气仪筛分仪2、标准稠度（1）目的：为了使水泥凝结时间、体积安定性等的测定具有准确的可比性（2）测定：试验仪器：维卡仪试验方法：标准法/代用法（3）标准稠度净浆标准:标准法：试杆距底板距离为6mm±1mm的稠度代用法：试锥下沉深度为28mm±2mm的稠度（4）标准稠度用水量P（%）:调整水量:达到标准稠度净浆时的用水量。不变水量:P=33.4-0.185s（5）标准稠度用水量的测定方法：不变水量法：初学者采用调整水量法：有争议时多采用此法。:BS67-NJ-160水泥净浆搅拌机水泥标准稠度及凝结时间测定仪2、标准稠度3、凝结时间（1）定义：水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间,称为凝结时间（2）两种状态初凝状态：水泥加水起至水泥浆刚刚失去可塑性所需的时间——初凝时间终凝状态：水泥加水起至水泥浆完全失去可塑性所需的时间——终凝时间水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分时间搅拌、运输、浇注和砌筑等操作；否则在施工前已失去流动性和塑性而无法施工。水泥的终凝不宜过迟，以便施工完毕后尽快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行；否则将延长施工进度和模板的周转率。初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于390min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。（3）工程意义（4）标准要求3、凝结时间（5）凝结时间测定仪器：采用凝结时间测定仪（维卡仪）水泥浆体：采用水泥标准稠度净浆。初凝时间：试针距底板距离为4mm±1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时。注意初凝不合格者为废品；终凝不合格者为不合格品4、体积安定性（1）定义：安定性：水泥浆在硬化过程中，体积变化均匀的性能。体积安定性不良：水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂缝后弯曲）（2）安定性不良的原因：熟料中f-CaO过多熟料中f-MgO过多石膏掺量过多：硬化后，仍有CaSO4存在，则CA、水化铝酸钙与之反应，形成钙矾石（水泥杆菌），体积膨胀1.5倍，引起水泥石开裂。（3）测定方法（沸煮法——加速实验法）饼法：观察水泥净浆在煮沸后的外形变化雷氏夹法：测量水泥石煮沸后的膨胀值雷氏夹法雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。测量A：取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。沸煮测量C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值≯5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。4、体积安定性上述方法仅适用于测出f-CaO是否过量。f-MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测。所以，它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量标准规定：f-MgO≯5%SO3≯3.5%（4）限制注意安定性不合格的水泥是废品，不能用于任何工程中。5、强度(1)、试验方法（ISO法）水泥的强度是按照GB/T17961-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》的方法制作的水泥胶砂试件，在标准养护条件下，养护到规定龄期时检测的强度值抗压强度C：S：W=1：3：0.5标准试件40mm×40mm×160mm20±1°C的水养护养护3d、28d抗折强度JJ-55ISO行星式搅拌机水泥胶砂三联试模水泥胶砂试体成型振实台5、强度水泥电动抗折机(2)、强度等级（ISO法）根据3d、28d强度的测定值,将硅酸盐水泥分为六个等级;各龄期的强度不低于下表的强度要求;按早期强度不同分为两种类型:早强型(用R表示)和普通型.硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB175—1999)3d28d3d28d42.51742.53.56.542.5R2242.546.552.52352.54752.5R2752.55762.52862.55862.5R3262.55.58强度等级抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）返回6、水化热定义:单位质量水泥水化放出的热量(KJ/Kg)影响因素:(大部分的水化热在水化反应的初期释放出来）水泥的化学组成水泥细度矿物掺合料例如，C3S，C3A越多，颗粒越细，水化热越大，反之亦然。工程意义水化热大，对冬季施工有利水化热大，对大体积混凝土工程不利。7、其他性质密度:3.0-3.15g/cm3,通常取3.1g/cm3堆积密度:1000-1600Kg/m3碱含量:按（Na2O+0.658K2O）值计算值表示,限制发生碱-集料反应低碱水泥中的含碱量≯0.6%或由供需双方商定。不溶物:指煅烧过程中存留的残渣，不溶物的含量会影响水泥的粘结质量。烧失量:水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增加，故烧失量是检验水泥质量的一项指标。废品水泥和不合格水泥GB175-2007《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定：凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时，均为废品。凡细度、终凝时间中任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和低于商品强度等级指标时为不合格品。若仅强度一项不合格,可降级使用.3.2.4水泥石的腐蚀和防止1、简介2、腐蚀类型3、腐蚀原因4、腐蚀的防止措施1、简介水泥