《精编》水泥特性分析与应用培训

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1、 第三章水泥第一节硅酸盐水泥第二节掺混合材料的硅酸盐水泥第三节特性水泥和专用水泥 四川水利职业技术学院 水泥的发明1824年由英国建筑工人阿斯普丁发明 通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料 它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石 由此将这种胶凝材料命名 波特兰水泥 水泥的发展历程波特兰水泥 1824年 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 四川水利职业技术学院 混合材料掺量 20 四川水利职业技术学院 一 硅酸盐水

2、泥的定义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 称为硅酸盐水泥即国外通称的波特兰水泥 硅酸盐水泥分两种类型 不掺加混合材料的称I型硅酸盐水泥 代号P I 在硅酸盐水泥粉磨时掺入不超过水泥质量5 石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称 型硅酸盐水泥 代号P 四川水利职业技术学院 二 硅酸盐水泥的生产过程生产过程 两磨一烧 生产原料 石灰质原料 如石灰岩 粘土质原料 如粘土 粘土质页岩 少量辅助原料 如铁矿粉 石膏 四川水利职业技术学院 三 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及水化特性 四川水利职业技术学院 现有甲 乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料 其矿物成分如下表 试估计和

3、比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的硬化速度 水化热和强度有何差异 分析 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速 水化热 d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥 但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥 四川水利职业技术学院 某大体积的混凝土工程 浇注两周后拆模 发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝 该工程使用某立窑水泥厂生产42 5 型硅酸盐水泥 其熟料矿物组成如下 分析 由于该工程所使用的水泥C3A和C3S含量高 导致该水泥的水化热高 且在浇注混凝土中 混凝土的整体温度高 以后混凝土温度随环境温度下降 混凝土产生冷缩 造成混凝土贯穿型的纵向裂缝 四川水利职业技术学院

4、 四 硅酸盐水泥的凝结硬化过程水化 物质由无水状态变为有水状态 由低含水变为高含水 统称为水化 凝结 水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结 硬化 此后 浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体 水泥石 这一过程称为硬化 思考题 简述石膏在水泥中的主要作用 答 石膏在水泥硬化中起缓凝剂的作用 纯水泥熟料磨细后 与水拌和 凝结时间很短 因此不便使用 为调节水泥的凝结时间 掺入适量 3 左右 的石膏 石膏与凝结速度最快的铝酸三钙作用 生成了难溶的水化硫酸铝钙 覆盖在铝酸三钙的周围 阻止其继续快速水化 因而延缓了水泥的凝结时间 石膏掺量取决于铝酸三钙和SO3的含量

5、 四川水利职业技术学院 五 影响水泥凝结硬化的主要因素熟料矿物成分 硅酸盐水泥熟料矿物对水泥性能的影响 水泥的细度 在矿物组成相同的条件下 水泥磨得愈细 水泥颗粒平均粒径愈小 比表面积越大 水泥水化时与水的接触面越大 水化速度越快 水化反应越彻底 相应地水泥凝结硬化速度就越快 早期和后期强度就越高 但其28d水化热也越大 硬化后的干缩也越大 另外要把水泥磨得更细 也需要高成本 因此水泥应具有一定的细度 用水量 养护时间 温度和湿度 外加剂 石膏掺量等 四川水利职业技术学院 六 硅酸盐水泥的技术要求1 密度 堆积密度 在进行混凝土配合比的设计中 一般水泥密度3 1g cm3 3 2g cm3 堆

6、积密度取1300kg m3 2 细度 一般水泥颗粒限制在7 200um范围内 细度测定的方法 筛析法 干筛法 水筛法 负压筛析法 3 凝结时间 初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间 终凝为水泥加水拌和时起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间 硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min 终凝时间不得迟于6h30min 原因 初凝时间过早 下一道工序无充足的施工时间 终凝时间过迟 会拖延整个工程的施工工期 水泥凝结时间的测定 凝结时间测定仪 四川水利职业技术学院 六 硅酸盐水泥的技术要求4 体积安定性 指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性 当水泥浆体硬化过程发生

7、了不均匀的体积变化 会导致水泥石膨胀开裂 翘曲 即安定性不良 安定性不良的水泥会降低建筑物质量 甚至引起严重事故 引起水泥安定性不良的原因 熟料中游离氧化镁过多 石膏掺量过多 熟料中游离氧化钙过多 测试方法 试饼法或雷氏法 有争议时以雷氏法为准 5 强度及强度等级 水泥强度是采用软练胶砂法测定 该方法是由按质量计的一份水泥 三份ISO标准砂 0 5份的水拌制成40mm 40mm 160mm的试件 分别测定试件3d和28d的抗压强度及抗折强度 根据测定结果 确定水泥的强度等级 42 5 42 5R 52 5 52 5R 62 5 62 5R R表示该水泥的早期强度 四川水利职业技术学院 六 硅酸

8、盐水泥的技术要求6 标准稠度用水量 指水泥浆达到标准稠度 规定稠度 时所需的拌和水量 以水占水泥重量的百分数表示 水泥的标准稠度用水量越少 水泥性能越好 硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般为 7 水化热 水化热对大体积建筑物不利 对非大体积建筑物的冬季施工 有利于混凝土的凝结硬化 8 碱含量 水泥中碱含量按Na2O 0 653K2O计算值来表示 若使用活性骨料 用户要求提供低碱水泥时 水泥中碱含量不得大于0 60 或由供需双方商定 烘干箱 80 m方孔筛 七 检测水泥质量的试验方法1 水泥细度试验 四川水利职业技术学院 1 水筛法取样W 50g 置于洁净的水筛中 用洁净的水冲洗水筛架上 用水压为

9、0 05 0 02 Mpa的喷头连续冲洗3min 调整好水筛架的位置 使其能正常运转 喷头底面和筛网之间的距离为35 75 筛毕 用少量水把筛余物冲至蒸发皿中 等水泥颗粒全部沉淀后小心将水倾出 烘干并用天平称量筛余物 试验记录 筛余量Rs g 结果计算 水泥细度按试样筛余百分数F计算 即 45 m方孔筛 2 负压筛析法取样W 50g 置于洁净的方空筛中 开动筛析仪连续筛2min 工作负压应保持在4000Pa 6000Pa 在此期间如有试样附着在筛盖上 可轻轻敲击 使试样落下 筛毕 用天平称量筛余物 试验记录 筛余量Rs g 结果计算 水泥细度按试样筛余百分数F计算 即 四川水利职业技术学院 七

10、 检测水泥质量的试验方法1 水泥细度试验 负压表 计时器 四川水利职业技术学院 七 检测水泥质量的试验方法2 水泥标准稠度用水量试验取样 水m1 142 5g 水泥m2 500g 搅拌锅先用湿布擦抹 将水和水泥按顺序倒入搅拌锅内 用水泥净浆搅拌机拌合 先低速搅拌120s 停15s 接着高速搅拌120s停机 标准稠度测定 立即将水泥浆装入圆模中 用小刀轻轻振动数次 抹平后用水泥标准稠度测定仪检测重锤30s内下沉的深度 结果评定 如果重锤30s内下沉的深度在26 30mm 表明该水泥浆已经达到标准稠度 则该水泥的标准稠度用水量P m1 m2 如果重锤30s内下沉的深度不在此范围 应该增减用水量 重

11、新试验 直至达到标准稠度为止 搅拌叶片 搅拌锅 计时器 开关 标尺 指针 圆模 重锤 支架 四川水利职业技术学院 砂斗 模套 振动台 试模 160mm 40mm 40mm 送油阀 回油阀 压力表 抗折夹具 游动砝码 标尺 100mm 七 检测水泥质量的试验方法3 水泥胶砂强度检验 ISO 取样 一份水泥 三份ISO标准砂 1350g 0 5份的水 用胶砂搅拌机拌合 先低速搅拌30s后 在第二个30s内匀速的加入砂子再拌30s 然后高速下继续搅拌60s 将砂浆立即制成模型 先将空试模刷油并和模套固定在振动台上 用一个勺子直接将砂浆装入空试模 接着振实60次 再装入第二次在振实60次 然后取下试模

12、 表面抹平 试件养护 将试件放入湿箱 检测强度 分别测定7d和28d的抗压强度和抗折强度 评价结果 以一组3个试件的平均值作为结果 抗压强度 F 40mm 40mm 抗折强度 3F 100mm 40mm 40mm 40mm 40mm 40mm 四川水利职业技术学院 八 水泥石的腐蚀与防止水泥制品在一般使用条件下 具有较好的耐久性 但在某些侵蚀介质 如软水 含酸或盐的水等 作用下 强度降低甚至造成建筑物结构破坏 这种现象称为水泥石的腐蚀 水泥石腐蚀的原因 软水腐蚀 酸性腐蚀 盐类腐蚀 强碱的腐蚀防止的措施 根据环境介质的侵蚀特性 合理选择水泥品种 提高水泥密实度 设置保护层 四川水利职业技术学院

13、 九 硅酸盐水泥的性质与应用1 早期及后期强度均高 适用于预制和现浇的混凝土工程 冬季施工的混凝土工程 预应力混凝土工程等 2 抗冻性好 适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程 3 耐腐蚀性差 不宜用于受流动软水和压力水作用的工程 也不宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程 4 水化热高 不宜用于大体积混凝土工程 5 抗炭化性好 适合用于二氧化碳浓度较高的环境 如翻砂 铸造车间等 6 耐热性差 不得用于耐热混凝土工程 7 干缩小 可用于干燥环境 8 耐磨性好 可用于道路与地面工程 四川水利职业技术学院 十 硅酸盐水泥的储运与验收1 水泥在运输过程中 须防潮与防水 2 散装水泥须分库储存 袋装

14、水泥的堆放高度不得超过十袋 3 水泥不宜久存 超过三个月的水泥须重新试验 确定其标号 4 水泥进场之后 应立即进行验收 严格贯彻先验收后使用的原则 水泥验收周期较长 一般要一个月 四川水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 一 活性的混合材料 粒化高炉矿渣 凡在高炉冶炼生铁时 所得以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融物 经淬冷成粒后 即为粒化高炉矿渣 简称矿渣 粉煤灰 从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰 它以Al2O3 SiO2为主要成分 含有少量CaO 火山灰质混合材料 指具有火山灰性的天然或人工的矿物材料 天然的有 火山灰 凝灰岩 浮石 浮石岩 沸石 硅藻土等 人工的有 烧页岩 烧粘土

15、煤渣 煤矸石 硅灰等 活性成分也是活性Al2O3和活性SiO2 它们本身磨细加水拌和并不硬化 但与气硬性的石灰混合后 再加水拌和 则不单能在空气中硬化 而且能在水中继续硬化的 活性混合材料在水泥生产中的作用磨细的活性混合材料与水调和后 本身不会硬化或硬化极其缓慢 但在饱和Ca OH 2溶液中 常温就会发生显著的水化反应 水化硅酸钙 水化铝酸钙 水化硅酸钙和水化铝酸钙是具有水硬性的产物 石膏 水化铝酸钙 水化硫铝酸钙 由此可见 是氢氧化钙和石膏激发了混合材料的活性 故称它们为活性混合材料的激发剂 活性混合材料可以改善水泥的某些性能 调节水泥标号 降低水化热 降低产成本 增加水泥产量 扩大水泥品种

16、 四川水利职业技术学院 二 非活性混合材料常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料 主要有石灰石 石英砂及矿渣等 非活性混合材料掺入水泥中的主要作用是 调节水泥标号 降低水化热 降低生产成本 增加水泥产量 四川水利职业技术学院 四川水利职业技术学院 三 普通硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料 6 15 的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 称为普通硅酸盐水泥 简称普通水泥 国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有 1 细度 筛孔尺寸为80 m的方孔筛的筛余不得超过10 否则为不合格 2 凝结时间 处凝时间不得早于45分钟 终凝时间不得迟于10小时 3 标号 根据抗压和抗折强度 将硅酸盐水泥划分为32 5 42 5 52 5 62 5四个标号 四川水利职业技术学院 三 普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少 其性质与硅酸盐水泥基本相同 略有差异 主要表现为 1 早期强度略低 2 耐腐蚀性稍好 3 水化热略低 4 抗冻性和抗渗性好 5 抗炭化性略差 6 耐磨性略差 四川水利职业技术学院 四 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 1 矿渣硅酸盐水泥 简称