土木工程材料 教学课件 ppt 作者 杜红秀 等 第3章

第3章水泥,第3章水泥,3.1硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥 3.2掺大量混合材料的硅酸盐水泥 3.3特性水泥,3.1硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥,3.1.1硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义、类型及代号 3.1.2硅酸盐水泥的原料及生产 3.1.3硅酸盐水泥的基本组成 3.1.4硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 3.1.5硅酸盐水泥与普通水泥的技术性质,3.1.1硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的定义、类型及代号,凡由硅酸盐水泥熟料、05%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,3.1.2硅酸盐水泥的原料及生产,1硅酸盐水泥的原料 2硅酸盐水泥的生产工艺概述,1硅酸盐水泥的原料,硅酸盐水泥是通用水泥中的一个基本品种，其原料主要是石灰质原料和黏土质原料两类。石灰质原料主要提供CaO，它可以采用石灰岩、白垩、石灰质凝灰岩和贝壳等，其中多用石灰岩。,2硅酸盐水泥的生产工艺概述,硅酸盐水泥的生产步骤：先把几种原材料按适当比例配合后在磨机中磨成生料；然后将制得的生料入窑进行煅烧；再把烧好的熟料中加入3%左右的石膏(和混合材料)在磨机中共同磨细，即得到硅酸盐水泥。生料的制备方法有干法和湿法两种。,2硅酸盐水泥的生产工艺概述,其生产流程如图3-1所示,3.1.3硅酸盐水泥的基本组成,1硅酸盐水泥熟料基本化学要求 2水泥熟料的矿物组成,1硅酸盐水泥熟料基本化学要求,GB/T 213722008硅酸盐水泥熟料中对硅酸盐水泥熟料基本化学要求见表3-2。,2水泥熟料的矿物组成,水泥熟料颗粒的宏观和细观形貌如图3-2所示。,3.1.4硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,1硅酸盐水泥的水化 2硅酸盐水泥的凝结硬化过程 3影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素 4水泥受潮与储存,1硅酸盐水泥的水化,水泥与水拌和后，其颗料表面的熟料矿物立即与水发生化学反应，各组分开始溶解，形成水化物，放出一定热量，固相体积逐渐增加。,2硅酸盐水泥的凝结硬化过程,自1882年雷·盎特理（HLechalelier）首先提出水泥凝结硬化理论以来，至今仍在继续研究。由于多种近代测试手段在水泥研究领域的应用，使得对水泥浆体结构形成的认识进展较快。,3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 （2）水泥细度的影响 （3）拌和加水量的影响 （4）养护湿度和温度的影响 （5）养护龄期的影响 （6）调凝外加剂的影响,（1）熟料矿物组成的影响,硅酸盐水泥各熟料矿物的强度增长情况，如图3-4所示。,（2）水泥细度的影响,水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝结硬化、强度、干缩及水化热等，这是因为水泥加水后，开始仅在水泥颗粒的表面进行水化，而后逐步向颗粒内部发展，而且是一个较长时间的过程。,（3）拌和加水量的影响,拌和水泥浆体时，为使浆体具有一定塑性和流动性，所加入的水量通常要大大超过水泥充分水化时所需的水量，多余的水在硬化的水泥石内形成毛细孔。,（4）养护湿度和温度的影响,水是参与水泥水化反应的物质，是水泥水化、硬化的必要条件，因此，用水泥拌制的砂浆和混凝土，在浇筑后应注意保持潮湿状态，以利获得和增加强度。,（5）养护龄期的影响,水泥的水化硬化是一个较长时期不断进行的过程，随着水泥颗粒内各熟料矿物水化程度的提高，凝胶体不断增加，毛细孔隙相应减少，从而随着龄期的增长使水泥石的强度逐渐提高。,（6）调凝外加剂的影响,由于实际上硅酸盐水泥的水化、凝结硬化在很大程度上受到C3S、C3A的制约，因此凡对C3S和C3A的水化能产生影响的外加剂，都能改变硅酸盐水泥的水化、凝结硬化性能。,4水泥受潮与储存,水泥受潮后，因表面已水化而结块，从而丧失胶凝能力，严重降低其强度。,3.1.5硅酸盐水泥与普通水泥的技术性质,1细度 2凝结时间 3体积安定性 4强度及强度等级 5碱含量 6水化热 7密度与堆积密度,1细度,细度是指水泥颗粒的粗细程度，它是鉴定水泥品质的主要项目之一。,2凝结时间,水泥的凝结时间有初凝和终凝之分。初凝为水泥加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性、流动性减小所需的时间；终凝为水泥加水拌和起至标准稠度水泥净浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。,3体积安定性,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。水泥硬化后产生不均匀的体积变化即体积安定性不良，水泥体积安定性不良会使水泥制品、混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重工程事故。,4强度及强度等级,水泥的强度是评定其质量的重要指标，可采用GB/T 176711999水泥胶砂强度检验方法(ISO法)测定水泥强度。,5碱含量,水泥中碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示，若使用活性集料，用户要求提供低碱水泥时，水泥中碱含量应不大于0.60%，或由供需双方商定。,6水化热,水泥在水化过程中放出的热称为水泥的水化热。水化放热量和放热速度不仅决定于水泥矿物成分，而且还与水泥细度、水泥中掺混合材料及外加剂的品种、数量等有关。,7密度与堆积密度,在进行混凝土配合比计算和储运水泥时需要知道水泥的密度和堆积密度。,3.1.6水泥石的腐蚀与防止,1软水侵蚀 2盐类腐蚀 3酸类侵蚀 4强碱的腐蚀,1软水侵蚀,水泥石中的水化产物须在一定含量的氢氧化钙溶液中才能稳定存在，如果溶液中的氢氧化钙含量小于水化产物所要求的极限含量时，则水化产物将被溶解或分解。从而造成水泥石结构的破坏。,2盐类腐蚀,（1）硫酸盐侵蚀 （2）镁盐腐蚀,（1）硫酸盐侵蚀,在海水、湖水、盐沼水、地下水、某些工业污水及流经高炉矿渣或煤渣的水中，常含钾、钠、氨等硫酸盐，它们与水泥石中的氢氧化钙起置换作用而生成硫酸钙。硫酸钙与水泥石中的固态水化铝酸钙作用生成高硫型水化硫铝酸钙,（2）镁盐腐蚀,在海水及地下水中，常含有大量的镁盐，主要是硫酸镁和氯化镁。,3酸类侵蚀,（1）碳酸的侵蚀 （2）一般酸的腐蚀,（1）碳酸的侵蚀,在工业污水、地下水中常溶解有较多的二氧化碳，这种水分对水泥石的腐蚀作用是通过下面方式进行的。,（2）一般酸的腐蚀,在工业废水、地下水、沼泽水中常含有无机酸和有机酸。工业窑炉中的烟气常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸。,4强碱的腐蚀,碱类溶液如含量不大时一般无害。但铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱(如氢氧化钠)作用后也会被腐蚀破坏。氢氧化钠与水泥熟料中未水化的铝酸盐作用，生成易溶的铝酸钠,5防止水泥石腐蚀的措施,（ 1）根据侵蚀环境特点，合理选用水泥品种 （2）提高水泥石的密实度 （3）表面加保护层,3.1.7硅酸盐水泥和普通水泥的特性与应用,1特性 2应用 3硅酸盐水泥和普通水泥的包装标志及储运,1特性,（1）凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高 （2）抗冻性好 （3）水化热大 （4）不耐腐蚀 （5）不耐高温,2应用,1）适用于重要结构的高强混凝土及预应力混凝土工程。 2）适用于早期强度要求高的工程及冬期施工的工程。 3）适用于严寒地区，遭受反复冻融的工程及干湿交替的部位。 4）不能用于海水和有侵蚀性介质存在的工程 5）不能用于大体积混凝土。 6）不能用于高温环境的工程。,3硅酸盐水泥和普通水泥的包装标志及储运,为了便于识别，避免错用，国家标准规定，水泥袋上应清楚标明执行标准、水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编号、包装日期、净含量。,3.2掺大量混合材料的硅酸盐水泥,3.2.1混合材料 3.2.2矿渣硅酸盐水泥 3.2.3火山灰质硅酸盐水泥 3.2.4粉煤灰硅酸盐水泥,3.2.1混合材料,1活性混合材料 2活性混合材料的作用,1活性混合材料,（1）粒化高炉矿渣 （2）火山灰质混合材料 （3）粉煤灰,（1）粒化高炉矿渣,在高炉冶炼生铁时，将浮在铁水表面的熔融物，经急冷处理成粒径0550mm的质地疏松的颗粒材料，称为粒化高炉矿渣。,（2）火山灰质混合材料,火山灰质混合材料按其成因分为天然的和人工的两类。,（3）粉煤灰,粉煤灰是火力发电厂以煤粉作燃料而排出的燃料渣，实际上它也属于火山灰质混合材料，故其水硬性原理与火山灰质混合材料相同。,2活性混合材料的作用,活性混合材料具有潜在水化活性，但在常温下与水拌和时，本身不会水化或水化硬化极为缓慢，基本没有强度,3非活性混合材料,凡不具有活性或活性甚低的人工或天然的矿质材料经磨成细粉，掺入水泥中仅起调节水泥性质、降低水化热、降低强度等级、增加产量的混合材料，称为非活性混合材料，又称填充性混合材料,3.2.2矿渣硅酸盐水泥,1矿渣水泥的水化特点 2矿渣水泥的特性,1矿渣水泥的水化特点,矿渣水泥的水化作用分两步进行：首先是水泥熟料颗粒开始水化，继而矿渣受熟料水化时所析出的Ca(OH)2以及外掺石膏的激发作用，其玻璃体结构被解体，使玻璃体中的Ca2+、AlO5-4、Al3+、SiO4-4等离子进入溶液，生成新的水化物，即水化硅酸钙和水化铝酸钙，因有石膏存在，故还生成水化硫铝酸钙。,2矿渣水泥的特性,2矿渣水泥的特性,（1）凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增进率大 （2）硬化时对湿热敏感性强 （3）水化热低 （4）具有较强的抗溶出性侵蚀及抗硫酸侵蚀的能力 （5）抗碳化能力较差 （6）耐热性较强 （7）保水性差，泌水性较大 （8）干缩性较大 （9）抗冻性和耐磨性较差,3.2.3火山灰质硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥），代号为P·P。水泥中火山灰质混合材料掺量按质量分数计为20%且40%，其强度等级及各龄期强度要求同矿渣水泥。标准规定火山灰水泥中SO3含量不大于3.5%，,3.2.4粉煤灰硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号为P·F。水泥中粉煤灰掺量按质量分数计为20%且40%,其强度等级及各龄期强度要求同矿渣水泥。标准规定粉煤灰水泥中SO3含量不大于3.5%，如果水泥中氧化镁的含量（质量分数）大于6.0%时，需进行水泥压蒸安定性试验并合格。,3.2.5复合硅酸盐水泥,GB 1752007通用硅酸盐水泥规定：凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P·C。,3.3特性水泥,3.3.1白色与彩色硅酸盐水泥 3.3.2快硬高强水泥 3.3.3膨胀水泥及自应力水泥 3.3.4道路硅酸盐水泥 3.3.5地质聚合物水泥,3.3.1白色与彩色硅酸盐水泥,1白色硅酸盐水泥 2彩色硅酸盐水泥 3快硬硫铝酸盐水泥,1白色硅酸盐水泥,（1）白水泥制造原理及生产工艺 （2）白水泥的技术性质,（1）白水泥制造原理及生产工艺,普通水泥的颜色主要因其化学成分中所含氧化铁所致。因此，白水泥与普通水泥制造上的主要区别，在于严格控制水泥原料的铁含量，并严防在生产过程中混入铁质。,（2）白水泥的技术性质,1）强度 2）白度 3）细度、凝结时间及体积安定性,1）强度,根据GB 20152005白色硅酸盐水泥规定，白色硅酸盐水泥分为32.5、42.5、52.5三个强度等级，各标号水泥龄期的强度不得低于表3-10所示的数值。,2）白度,采用光谱测色仪或光电积分类测色仪器测定白色硅酸盐水泥白度。,3）细度、凝结时间及体积安定性,白色硅酸盐水泥细度要求为80m，方孔筛筛余量不超过10%；凝结时间初凝不早于45min，终凝不迟于10h；体积安定性用沸煮法检验必须合格。同时熟料中氧化镁的含量不得超过5.0%，水泥中三氧化硫含量不得超过3.5%,2彩色硅酸盐水泥,目前生产彩色硅酸盐水泥多采用染色法，就是将硅酸盐水泥熟料（白水泥熟料或普通水泥熟料）、适量石膏和碱性颜料共同磨细而制成。也可将颜料直接与水泥粉混合配制成水泥，但这种方法颜料用量大，色泽也不易均匀。,3.3.2快硬高强水