水泥的分类和特性.ppt

第三章 水泥第三章 水泥水泥的定义：水泥是一种粉末状材料当它与水或适当的盐溶液混合后，在常温下经过一定的物理和化学作用，能由浆体状逐渐凝结硬化，并且具有强度，同时能将砂、石等散粒材料或砖、砌块等块状材料胶结为整体的矿物胶凝材料 它不仅能象石灰和石膏那样在空气中凝结和硬化，而且能更好地在水中凝结和硬化，并能在水中保持和发展强度，因此属于水硬性胶凝材料水泥的特点 1、原材料丰富，能就地取材，生产成本低； 2、耐久性好，适应性强，可用于水中、海洋以及炎热、寒冷环境； 3、耐火性好； 4、维修工作量少，折旧费用低； 5、作为基材组合或复合其它材料的能力强，可在此基础上发展一大类新型复合材料，有利于有效地利用工业废渣水泥基材料的发展历程： 波特兰水泥（1824年） Portland CementPortland Cement 砂浆、混凝土钢筋混凝土（1850年）石棉水泥（1900年）预应力混凝土（1929年）外加剂混凝土（1935年）聚合物水泥混凝土（20世纪50年代）高强混凝土（20世纪70年代）高性能混凝土（20世纪90年代）英国，阿斯普丁，像波特兰半岛的波特兰石水泥的分类按矿物成分分类硅酸盐类水泥铝酸盐类水泥硫铝酸盐类水泥磷酸盐类水泥 按矿物成分分 按水泥的用途和性能水泥的分类按用途和性能分类通用水泥专用水泥特种水泥矿渣硅酸盐水泥(P.S)火山灰质硅酸盐水泥(P.P)油井水泥道路水泥硅酸盐水泥（P.、P.型）普通硅酸盐水泥（P.O）粉煤灰硅酸盐水泥(P.F)复合硅酸盐水泥(P.C)等砌筑水泥膨胀水泥抗硫酸盐硅酸盐水泥快硬硅酸盐水泥OrdinarycementPortlangslagcementPortlangpozzolanacementPortlandflyashcementPortlandcompositecement3.1 硅酸盐水泥3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥3.3 其他品种水泥及水泥的运输和保管3.1 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、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。

硅酸盐水泥分两种类型：不掺混合材的称型硅酸盐水泥，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%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材的称型硅酸盐水泥，其代号为P 硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级Rapidhardeningcement3.1.1 硅酸盐水泥的生产及矿物组成 生产过程主要包括：制备生料，烧成熟料以及熟料与石膏共同粉磨该过程简称为“两磨一烧”.14001450石膏石灰石CaCO3粘土SiO2铁矿粉FeS，FeO405%石灰石或粒化高炉矿碴生料熟料按比例磨细PIP磨细硅酸盐水泥生产工艺流程示意图 生料在煅烧过程中： 首先，石灰石和粘土分别分解出CaO、SiO2、A12O3和Fe2O3， 然后，在更高温度下CaO 与SiO2、A12O3和Fe2O3 相结合，形成新的，称为水泥的熟料矿物的化合物硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙各熟料矿物含量及特性见下表：水泥主要熟料矿物的组成、含量及特性 有害的水泥熟料矿物 除了上述四种主要熟料矿物外，水泥熟料中还含有少量的游离CaO,MgO,K2O,Na2O和SO3有害成分。

（1）游离CaO,MgO过量将导致水泥体积安定性不良； （2）K2O,Na2O则能与某些作为混凝土骨料的岩石发生“碱-骨料反应”，使水泥浆胀裂，危害极大； （3）SO3掺量过多，可能引起假凝，强度下降或导致水泥石开裂，甚至导致水泥体积安定性不良3.1.2 硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化 1.水化 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，生成各种水化物硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙|铝酸三钙 水 水化铝酸三钙|铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙|硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙l水泥中的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，也称为钙矾石晶体： 水化硫铝酸钙（钙矾石） 硅酸盐水泥水化后的主要水化产物为： 水化硅酸钙（3CaO2SiO23H2O，简记作C3S2H3或CSH）； 水化铁酸钙（CaOFe2O3H2O，简记作CFH）； 水化铝酸钙（3CaOA12O36H2O，简记作C3AH6）； 水化硫铝酸钙（3CaOA12O33CaSO431H2O，简记作C3AS3H31）； 氢氧化钙Ca（OH）2, 简记作CH 水泥完全水化后，水化硅酸钙约占50%，其对水泥的强度贡献也最大，Ca（OH）2约占20%。

n n2. 2. 硅酸盐水泥的凝结和硬化机理硅酸盐水泥的凝结和硬化机理 n n水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构此时，水泥浆便开来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝l由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。

当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架水泥浆的塑，直至连接形成骨架水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝性逐渐消失，直到终凝l随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”l 实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体1 密度、堆积密度、细度 硅酸盐水泥的密度约为3.10g/cm3其松散状态下的堆积密度为10001200kg/m3，紧密堆积密度达1600kg/m3 细度是指水泥颗粒的粗细程度，是影响水泥性能的重要指标 国家标准GB 17599规定，硅酸盐水泥比表面积应大于300m2/kg 3.1.3 硅酸盐水泥的主要技术性质 为了测定水泥的凝结时间及体积安定性等性能，应该使水泥净浆在一个规定的稠度下进行，这个规定的稠度称为标准稠度。

达到标准稠度时的用水量称为标准稠度用水量，以水与水泥质量之比的百分数表示，按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 13462001)规定的方法测定 2 标准稠度用水量 凝结时间分初凝和终凝 初凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是指从水泥全部加入水中到水泥完全失去可塑性开始产生强度所需的时间 水泥的凝结时间是按水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法(GB 13462001)规定的方法测定的 3 凝结时间水泥凝结时间示意图 水泥体积安定性简称水泥安定性，是指水泥浆硬化后体积变化是否均匀的性质 当水泥浆体在硬化过程中或硬化后发生不均匀的体积膨胀，会导致水泥石开裂、翘曲等现象，称为体积安定性不良 引起水泥体积安定性不良的原因主要有熟料中含有过量的游离氧化钙(fCaO)、游离氧化镁(fMgO)或掺入的石膏过多 4 体积安定性 水泥强度是表示水泥力学性能的一项重要指标，是评定水泥强度等级的依据 根据GB/T 17599规定，硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R等6个强度等级，各强度等级水泥在各龄期的强度值不得低于下表数值。

5 强度与强度等级硅酸盐水泥的强度指标（依据GB17599） 强度等级 抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3d283d2842.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.52352.54.07.052.5R2752.55.07.062.52862.55.08.062.5R3262.55.58.0 水化热是指水泥与水发生水化反应时放出的热量，通常用J/kg表示 水化热的大小主要与水泥的细度及矿物组成有关颗粒愈细，水化热愈大；不同的矿物成分，其放热量不一样，矿物中C3S、C3A含量愈多，水化热愈大 6 水化热水泥熟料单矿物水化时特征 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28d水化放热量强度 快多高慢少早期低，后期高最快最多低快中低 水泥石在正常使用条件下，具有较好的耐久性，但在某些腐蚀性介质作用下，水泥石的结构逐渐遭到破坏，强度下降以致全部溃裂，这种现象叫水泥石的腐蚀主要原因有： (1)淡水腐蚀 (2)硫酸盐腐蚀 (3)溶解性化学腐蚀 3.1.4 水泥石的腐蚀和防止措施 根据产生腐蚀的原因，可采取如下防止措施： 根据工程所处环境，选用适当品种的水泥 增加水泥制品的密实度，减少侵蚀介质的渗透。

加做保护层 凝结硬化快，早期强度及后期强度高 硅酸盐水泥的凝结硬化速度快，早期强度及后期强度均高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土、地上、地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程3.1.5 硅酸盐水泥的性质、应用及存放抗冻性好 硅酸盐水泥采用合理的配合比和充分养护后，可获得低孔隙率的水泥石，并有足够的强度，因此有优良的抗冻性，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融的混凝土工程水化热大 硅酸盐水泥熟料中含有大量的C3S及较多的C3A，在水泥水化时，放热速度快且放热量大因而不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬季施工耐腐蚀性差 由于硅酸盐水泥的水化产物中含有较多的Ca（OH）2和C3AH6，耐软水和化学侵蚀性能较差，不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程耐热性差 水泥石中的一些重要成分在高温下会发生脱水或分解，使水泥石的强度下降以至破坏当受热温度为100200时，由于尚存的游离水能发生继续水化，生成的水化产物能使水泥石的强度有所提高，且混凝土的导热系数相对较小，故短时间内受热混凝土不会破坏但当温度较高且受热时间较长时，水泥石中的水化产物脱水、分解，使水泥石发生体积变化、强度下降，以致破坏。

因此，硅酸盐水泥不宜用于有耐热要求的混凝土工程 抗碳化性好 水泥石中的Ca（OH）2与空气中CO2反应成CaCO3的过程称为碳化碳化会使水泥石内部碱度降低，产生微裂纹，对钢筋混凝士还会导致钢筋锈蚀 由于硅酸盐水泥在水化后，形成较多的Ca（OH）2，碳化时碱度降低不明显故适用于空气中CO2浓度较高的环境，如铸造车间等干缩小 硅酸盐水泥在硬化过程中，形成大量的水化硅酸钙凝胶体，使水泥石密实，游离水分少，不易产生干缩裂纹，可用于干燥环境的混凝土工程耐磨性好 硅酸盐水泥强度高、耐磨性好，且干缩小，可用于路面与地面工程 硅酸盐水泥的密度为30003150 kg/m3，堆积密度为10001600kg/m33.2 掺混合材料的硅酸盐水泥 凡在硅酸盐水泥熟料中，掺入一定量的混合材料和适量石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料，均属掺混合材料的硅酸盐水泥 按所掺混合材料的品种和数量可分为普通硅酸盐。