第五章水泥电子教案

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1、第五章 水泥,水泥：是一种多组分的人造矿物粉料，它与水拌和后成为塑性胶体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等材料胶结成具有一定强度的整体。（水泥是水硬性胶凝材料。） 水泥 硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 系列 硫铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥 硅酸盐水泥系列是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨细而成。,硅酸盐水泥系列 通用水泥 硅酸盐水泥（05%） 普通水泥（6%15%） 矿渣水泥 火山灰水泥 粉煤灰水泥 （20%) 复合水泥,专用水泥专门用于某些工程 的水泥 特性水泥某种性能较突出的 水泥,1.原料 （1）石灰质原料：主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩和贝壳等。

2、 （2）粘土质原料：主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。,主要原料,二、硅酸盐水泥的生产,（3）校正原料（辅助原料）：为满足成分要求用。 如：铁矿粉的铁质原料补充氧化铁的含量。 砂岩的硅质原料增加二氧化硅的成分等。,两磨一烧：制备生料（一磨） 煅烧熟料（一烧） 粉磨水泥（二磨）,2.生产过程,石灰石 粘土 按比例混合生料进窑熟料 辅助原料,煅烧,磨细,磨细,石膏,1450,水泥成品,3.生料 CaO： 62% 67% SiO2 : 20% 24% Al2O3 : 4% 7% Fe2O3： 2.5%6.0%,生料在窑内经历： 干燥预热分解烧成冷却,三

3、、硅酸盐水泥熟料的矿物组成,1.主要成分：主要由四种矿物化学组成,水泥主要矿物成分,2.其它成分: 游离CaO、MgO 及SO 3。 3.石膏 熟料+石膏水泥 石膏：辅助作用主要是缓解作用，含量：25%。,四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,（一）硅酸盐水泥的水化,水泥+水,拌合,可塑性,具,（水泥石）,水化,的水泥浆,凝结,硬化,流动性,水化,水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应各组分开始逐渐溶解放出一定热量固相体积也逐渐增加。其反应式如下：,2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2 硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 2(2CaOSiO2)+4H2O

4、=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O 铝酸三钙 水化铝酸三钙 4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O 铁铝酸四钙 水化铁酸一钙 3CaOAl2O36H2O + CaSO43CaOAl2O33CaSO431H2O 水化铝酸钙 石膏 或3CaOAl2O3CaSO412H2O 水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙,主要水化产物（在完全水化的水泥石中 ）：,水化硅酸钙 70%（凝胶） 氢氧化钙 20%（晶体） 水化铝酸钙（晶体） 水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石

5、）7%,是水泥石形成强度的最主要化合物,水化反应为放热反应，其放出的热量称为水化热。其水化热大，放热的周期也较长，但大部分（50%以上）热量是在3天以内。特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。,（二）硅酸盐水泥的凝结硬化过程 分为：早、中、晚 三个时期 1.水化早期，初始反应期（凝胶膜的生成期）（诱导期） 20，3h,3.水化后期，硬化 更长时间 水化反应减慢水化产物填充由水占据的空间晶体相互搭接整体水泥石硬化 硬化：浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体水泥石,2.水化中期，凝结 20 30h，30%的水泥已经水化 包裹膜增厚 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

6、可塑性的过程。,加水,初凝,终凝,凝结,硬化,诱导期,稠硬不流动浆体,刚性固体随时间增强,塑性流动浆体,初凝时间,终凝时间,水泥凝结时间与水泥浆体状况的关系,水泥石的组成：凝胶体（凝胶和晶体） 未水化的水泥颗粒内核 毛细孔 它们在不同时期相对数量的变化，使水泥石的性质随之而改变。 （三）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 硅酸盐水泥熟料矿物组成，是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因素。 硅酸三钙（C3S）：Tricalcium sillicate； 硅酸二钙（ C2S）：Dicalcium sillicate 铝酸三钙（ C3A）： Tricalcium

7、 aluminate； 铁铝酸四钙 （C4AF ）：Tetriacalcium aluminoferrie （四种主要熟料矿物中，C3A是决定性因素。）,硅酸盐水泥熟料矿物的水化、凝结硬化特性,2. 水泥细度的影响 直接影响：水化，凝结硬化，强度，干缩及水化热。 越细:凝结速度越快，早期强度越高。但过细易与空气中的水分及二氧化碳反应，并且硬化时收缩也较大，且成本高。 一般水泥颗粒：小于40m 时就具有较高的活性 大于100m活性较小 通常水泥颗粒的粒径在7 200m（0.0070.2mm）范围内 。 3. 拌合加水量的影响 影响硬化水泥石强度的主要因素。 拌合加入水量越大，硬化水泥石中毛细孔就

8、越多。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈线性关系下降，从而强度低。 4. 养护湿度和温度的影响 （1）湿度应该保持潮湿状态 （2）温度提高温度也可以加速水化反应,5. 养护龄期的影响 水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。 随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。 水泥在314d内强度增长较快，28d后增长缓慢。 养护到 28d 。 6. 水泥受潮与久存的影响 水泥也不可储存过久 三个月后其强度降低约10 20% 半年后降低约15 30% 一年后降低约25 40% 受潮水泥颗粒重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。 对于微结块的水泥，强度约降低1020%适当方式压碎后用于次要工程。 一般，南

9、方，水泥放不能过雨季,五、硅酸盐水泥的技术性质 国家标准GB17592，对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。 （一）细度（Fineness） 细度是指水泥颗粒的粗细程度。 影响水泥性能的重要指标鉴定水泥品质的主要项目之一。 水泥细度通常采用筛分法或比表面积法（勃氏法）测定。 （1）筛分法是以80m方孔筛的筛余量表示。普通水泥的细度用筛余量表示，其筛余量不得超过10.0%。 （2）比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积（m2/kg）表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，应大于300m2/kg。 凡水泥细度不符合规定者为不合格品。,（二）凝结时间（Setting time） 凝结时间：是指水泥从开

10、始加水到失去塑性，即从可 塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。 1.初凝时间（Initial setting time） 自开始加水拌和起，至水泥浆开始失去可塑性与流动性所需的时间，称为初凝时间。 国家标准规定了硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。 2.终凝时间（Final setting time） 自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。 凡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。,水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法水泥稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB134

11、6）进行。 它是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度和湿度下， 用凝结时间测定仪来测定。 水泥净浆：水泥+水 3.标准稠度用水量 标准稠度用水量：是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量，以占水泥重量的百分率表示。 硅酸盐水泥的标准稠度用水量，一般在24 % 30%之间。 水泥熟料矿物成分不同时，其标准稠度用水量亦有所差别，磨得越细的水泥，标准稠度用水量越大。,（三）体积安定性（Soundness） 1.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。 2.产生安定性的原因 熟料矿物中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁，以及水泥粉磨时所掺石膏超量水化反应反应物体积膨胀而使水泥石开裂。 C

12、aO+H2O=Ca(OH)2 MgO+H2O=Mg(OH)2 水化铝酸钙+石膏 水化硫铝酸钙 体积安全性不合格的水泥应作废品处理。 国家标准规定，水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%，三氧化硫含量不得超过3.5%。 3.检验 由游离氧化钙引起的水泥安定性不良可以采用试饼法或雷氏法检验。,（1）试饼法：将标准稠度的水泥净浆做成试饼经煮沸3h后，用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检查没有弯曲现象，则称为安定性合格，反之为不合格。 （2）雷氏法：测定水泥浆在雷氏夹中硬化沸煮后的膨胀值，当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于5mm时，即判为该水泥安定性合格，反之为不合格。,（四）强度（Strength）与标

13、号 1、水泥的强度 是划分水泥标号的依据。 水泥强度应按国家标准水泥胶沙强度试验方法（GB177）的规定制作试块，养护并测定其抗压和抗折强度值。具体方法为软练胶砂法。 2、软练胶砂法：将水泥和标准砂（0.250.65mm）按1：2.5混合，加入规定数量的水（水灰比0.44），并按规定的方法制成40mm40mm160mm的试件，在标准温度（202）的水中养护，分别测定其3d和28d的抗压和抗折强度。,3、标号： 用28d的抗压强度值（Mpa）乘10来命名。通常每差10MPa为一级。个别低标号相差5MPa（如275、325）。 硅酸盐水泥分为425、525、625、725 四个标号。 普通硅酸盐水

14、泥为325、425、525、625 四个标号。 水泥按3d强度又分为普通型和早强型两种类型，其中有代号R者为早强型。 各标号、各类型硅酸盐和普通硅酸盐水泥的各龄期强度不得低于书中表55所示数值。（如28d的抗压强度值不低于42.5MPa，而低于52.5MPa者称为425号）,（五）密度、堆积密度 密度主要决定于其熟料矿物组成，一般为3.10 3.20g/cm3。 受潮水泥的密度有所降低。 在进行混凝土配合比计算时，通常采用3.10g/cm3。 堆积密度：疏松堆积时约为1000 1100kg/m3 紧密堆积时可达1600kg/m3 （14001700 kg/m3 ） 。 在混凝土配合比计算中，通常采用1300kg/m3。,凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准规定，均为废品。凡细度、终凝时间中的任一项不符合标准规定，或混合掺量超过最大限量，或强度低于商品标号规定的指标时，称为不合格品。废品水泥在工程中严禁使用。,六、水泥石的腐蚀与防止 水泥石的腐蚀：在某些环境条件（如受到某些侵蚀性液体