通用硅酸盐水泥(cement).ppt

3 通用硅酸盐水泥( cement ),水泥是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状水硬性胶凝材料常用的是通用硅酸盐水泥,其主要品种有：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等此外,还有铝酸盐水泥等其他系列水泥2,水 泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等,水泥的分类,3,,,,3.1 硅酸盐水泥,3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥,3.3 其他品种的水泥,4,3.1.1 硅酸盐水泥的生产和矿物组成1）原材料与生产简介,3.1 硅酸盐水泥,,5,工艺：“二磨一烧”,水泥生产工艺流程示意图,6,某新型干法旋窑水泥生产线,7,熟料（clinker）,含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉，烧至部分熔融所得以硅酸钙为主的水硬性胶凝物质2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,8,表3.1 硅酸盐水泥熟料矿物组成的反应特性,9,快硬水泥： C3A、C3S含量高，3d抗压强度高。

适于紧急抢修工程、军事工程、冬季施工工程 道路水泥： C4AF、C2S含量高抗折强度高，耐磨、抗冲击、抗冻和抗酸性好、干缩小适用于道路路面、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,,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水化放热较低， C2S含量高， C3A含量低,10,3.1.2 硅酸盐水泥的水化凝结硬化1）硅酸盐水泥的水化,①,②,③,水化速度快,④,长纤维状,短纤维状,,六方板结晶,缓凝机理：,同上,,,针状结晶,立方板状结晶,,,11,硅酸钙的水化产物——C-S-H,12,Ca(OH)2——羟钙石(portlandite) 体积含量占水泥石体积的20%~25 %；表面积较小、次价键力弱 耐久性和强度六方片状晶体13,水化硫铝酸钙Calcium Sulfoaluminate Hydrates占水泥石体积的 15%~20 %初期形成三硫型硫铝酸钙（钙钒石 ettringite，AFt)后期转变为单硫型硫铝酸钙（monosulfate hydrates, Afm)AFt—针状晶体；Afm—六方片状晶体14,第一阶段：拌水起至初凝时，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。

石膏和C3A反应生成AFt水泥浆呈塑性状态 第二阶段：从初凝起至24h，水化加速，生成较多的Ca(OH)2、AFt、C-S-H凝胶，水泥凝结 第三阶段：24h以后直到水化结束所有水化产物生成，数量不断增加，结构更加致密，强度不断提高2）水泥的硬化(hardening),15,水泥硬化研究理论(P)水化过程在不同的情况下会有不同的水化机理； 不同的矿物在不同的阶段，水化机理也会不完全相同16,17,[缓凝机理]: C3A水化极快，水泥很快凝结，为有足够的操作时间，加入适量石膏一旦C3A开始水化，石膏会与C3AH6反应生成针状难溶于水的AFt，形成保护膜覆盖水泥颗粒，阻碍C3A的水化，阻止了颗粒表面水化产物的向外扩散，降了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓石膏耗尽时，钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物所胀破，C3A等矿物再次快速水化，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝石膏,18,,水化产物：水化硅酸钙(约50%)、氢氧化钙(约25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等 水化很慢，颗粒内部很难完全水化硬化后水泥石由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。

19,未水化的水泥颗粒内核处于水化物包裹中 水灰比越小，其含量越多,未水化的水泥内核,20,（１）矿物组成及细度各种矿物的凝结硬化特点不同，矿物的相对含量不同，水泥的凝结硬化特点就不同  水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径小，比表面积大，水化时与水的接触面大，水化快，凝结硬化快，早期强度就高3）影响水泥凝结硬化的主要因素,21,（２）水泥浆的水灰比 加水较多时，水灰比较大，水泥初期水化反应充分进行；但颗粒被水隔开的距离较远，连接形成骨架结构所需时间长，凝结较慢水灰比较大时，多余水分蒸发后形成的孔隙较多, 造成水泥石强度较低，因此水灰比过大会明显降低水泥石的强度22,（3）石膏掺量适量的石膏起缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度但掺量过多，危害水泥石的安定性 （4）环境温度和湿度温度较高时速度较快；低于0℃水化趋于停止保持足够的水分，水化、凝结硬化才能充分进行保持水泥浆温度和湿度的措施，称水泥的养护干燥环境水分蒸发快，水泥不能充分水化，硬化停止 （5）龄期（时间）随着时间的延长, 水化物增多，内部结构就逐渐致密，强度不断增长23,3.1.3 硅酸盐水泥的技术性质1）化学品质指标① 不溶物——主要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。

② 烧失量——水泥煅烧不理想或者受潮后，会导致烧失量增加因此，烧失量是检验水泥质量的一项指标 ③ 氧化镁,水化慢、体积膨胀, 影响安定性,④ 三氧化硫,⑤ 碱——限制碱-集料反应，按（Na2O+0.658 K2O）值计24,通用硅酸盐水泥的技术标准,,表3.3 通用硅酸盐水泥的化学指标要求，% (GB l75-2007),25,2） 细度(fineness) (选择性指标),水泥颗粒粒径一般7～200 μm小于40μm，活性较高，大于100μm几乎惰性硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度用比表面积(Specific surface area )表示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，要求不小于300m2/kg其它水泥采用筛余量（retained percentage）表示要求80μm方孔筛筛余不大于10%或45μm方孔筛筛余不大于30%26,比表面积测定原理：,27,1.调节负压至4000～6000Pa；2.称取试样25g于负压筛，筛2min3.称量筛余物ms4.结果计算(1) 筛余百分数：,结果修正:,C——修正系数，0.80～1.20,筛余量试验方法：,28,3）标准稠度用水量(water requirement for normal consistency )水泥浆达到一定流动度时的需水量。

国家标准规定检验水泥凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆人为规定稠度，其用水量采用水泥标准稠度测定仪测定硅酸盐水泥的标准稠度用水量 一般在21%～28%之间29,1.目的：试验结果具有可比性，用于测定凝结时间和安定性 2.试验仪器：维卡仪试验方法：标准法/调整水量法,3.标准稠度净浆标准:试杆距底板距离为6mm±1mm 4.标准稠度用水量:达到标准稠度净浆时的用水量水泥标准稠度试验,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,30,31,4）凝结时间(set time)水泥加水拌和起至水泥浆失去可塑性所需的时间标准规定，硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min其它品种水泥初凝不小于45min，终凝不大于600min32,初凝时间(initial setting time)：试杆距底板距离为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凝结时间测定：,33,34,４）体积安定性 (stability of volume)水泥浆体硬化后体积变化的均匀性安全性不良的因素：(1) MgO过量；(2) f-CaO过多；(3) 石膏掺量过多。

熟料中所含f-CaO, f-MgO都是过烧的，结构致密，水化很慢在水泥已经硬化后进行熟化，体积膨胀97％以上，导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成AFt，体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂35,试验方法,试饼法,,雷氏法,——发生争议以雷氏法为准,试饼法：从制成的净浆中取150 g分成两等分，放在涂油的玻璃板上，轻轻振动，用小刀由边缘向饼的中央抹动，做成直径70～80mm，厚10mm的试饼, 放入养护箱内养护24±2 h 目测，若未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲，则安定性合格，反之不合格当两个试饼有矛盾时，为安定性不合格36,（1）成型：标准稠度水泥净浆； （2）测量 A：取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A； （3）沸煮,雷氏法:,雷氏夹,（4）测量C：冷却后，测量雷氏夹指针尖端的距离C； （5）判定：C-A≯5.0mm，合格37,38,沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者的含量，并低于标准规定的数量 体积安定性不良的水泥不得应用于工程中，否则将导致严重后果！,,39,讨论：某些体积安定性轻度不合格的水泥，在存放一段时间后安定性可能发生怎样变化，为什么？分析：安定性轻度不合格的水泥，在空气中放置２~4周以上，水泥中f-CaO吸收空气中的水蒸汽而水化（或消解），即放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，安定性可能由轻度不合格变为合格。

注意：在重新检验并确认安定性合格后方可使用，否则仍然不得使用安定性合格的水泥也必须重新标定强度等级，按实测等级使用40,5）强度制作标准试件:水泥:标准砂:水=1:3:0.5，制成40mm×40mm×160mm棱柱体试件，标准养护至3d、28d，分别测定抗折强度和抗压强度 按测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级试模,41,强度测量：先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验受压面积为4040=1600mm2 结果计算：抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值42,硅酸盐水泥在不同龄期的强度要求 (GB175-2007)（P39）,,表中Ｒ表示早强型，其它为普通型43,3.1.4 硅酸盐水泥石的腐蚀与防止1）水泥石的腐蚀软水侵蚀 溶出Ca(OH)2降低碱度 硫酸盐腐蚀,镁盐腐蚀,一般的腐蚀 中和反应碳酸腐蚀,强碱腐蚀,,44,软水侵蚀：Ca2+浓度很低的水，如蒸馏水、冷凝水、雨水、河水等长期接触软水时，水泥石中的Ca(OH)2不断被溶出，当减少到一定程度时，其它含钙矿物也可分解和溶出，水泥石结构的破坏。

水泥石处于流动的软水环境中时，软水侵蚀的速度更快45,酸类腐蚀一般酸的腐蚀：酸性介质与水泥石中Ca(OH)2反应，反应产物可能溶于水中而流失，或发生体积膨胀造成结构物的局部被胀裂，破坏了水泥石的结构 碳酸的腐蚀：雨水及地下水中溶有较多的二氧化碳，形成碳酸与水泥石中的Ca(OH)2中和后使水泥石碳化，形成碳酸钙，再生成可溶性的碳酸氢钙，并随水流失，破坏水泥石的结构46,盐类腐蚀硫酸盐的腐蚀：含硫酸盐的水渗入时，与水泥石中Ca(OH)2反应生成石膏，再与C3AH6反应生成AFt，产生1.5倍体积膨胀，导致脆性水泥石开裂AFt为微观针状晶体，常称其为“水泥杆菌”47,水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂,48,（１）合理选择水泥品种，或适当掺加混合材料，防止或延缓水泥的腐蚀软水环境——矿渣水泥、火山灰水泥或粉煤灰水泥，氢氧化钙含量低，对软水抵抗能力强２）提高混凝土密实度，减少水泥石结构的孔隙率，阻塞腐蚀介质渗入水泥石的通道３）设保护层涂料、贴面等耐腐蚀层覆盖2）水泥石腐蚀的防止,49,3.2 掺混合材料的硅酸盐水泥3.2.1 混合材料,硅酸盐水泥熟料中，掺入一定混合材料和适量的石膏共同磨细制成水硬性胶凝材料，均属掺混合材的硅酸盐水泥。

掺入目的：改善水泥的性能，增加品种，提高产量，节约熟料，降低成本。