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1、水 泥,水泥的定义,一种细磨材料，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地粘结在一起，形成坚固的石状体的水硬性胶凝材料。水泥石无机非金属材料中是用量最大的一种土木工程材料材料，广泛用于建筑、水利、道路、石油、化工以及军事工程中。,水泥的发展史,大约2000年前，希腊和古罗马人在建筑工程中试用了一种石灰和火山灰的混合物，它们在水中缓硬反应生成坚硬的固体，这是最早应用的水泥。19世纪初，英、法等国将粘土化的石灰（或泥灰岩）经烧结成为水硬性材料，当其中氧化铝和氧化硅含量之和达到2035时，称为天然水泥。这种水泥的烧成温度低，不易控制成分。,水泥的发展史,1
2、824年英国人J阿斯普丁用石灰石和粘土的人工混合物烧成一种水硬性的胶凝材料，它在凝结硬固后的颜色、外观和当时英国用于建筑的优质波特兰石头相似，故称之为波特兰水泥。他为此取得了专利。1825年，在英国建厂生产。但阿斯普丁所得产物。因烧成温度低而质量不够好。真正类似于现在的波特兰水泥是1850年英国人G C 约翰孙。从此开始了波特兰水泥工业。一百多年来，硅酸盐水泥得生产工艺和性能不断得到改进，同时又研制了为数众多的新品种，迄今已发展到100多种水泥。,中国在1889年于唐山建立了第一座水泥厂，1906年在唐山成立启新洋灰股份有限公司，1949年的水泥产量660kt，到1984年已达120Mt，水泥
3、品种也从单一的硅酸盐水泥发展至60多个品种。,旧中国的水泥主要依靠进口，椐记载最高年产量仅2.29106t。在新中国诞生以后，水泥工业有了迅速的发展。从1949年到1983年，增长了160多倍，1983年产量达1.06108t,居世界第二位，1989年产量达2.07108t，居世界第一位。,水泥的发展史（中国）,水泥的分类,按用途及性能分1、通用水泥2、专用水泥3、特性水泥 按主要水硬性物质分1、硅酸盐水泥2、铝酸盐水泥3、硫（铁）铝酸盐水泥4、氟铝酸盐水泥5、以火山灰性或潜在水硬性材料及其他活性材料为主要组份的水泥,通用硅酸盐水泥,硅酸盐水泥的生产,.硅酸盐水泥生产原料 原料： ）石灰质原料
4、 主要提供， ）粘土质原料 主要提供3）校正原料 铁粉和矿化剂。,.硅酸盐水泥生产工艺概述 1)把几种原材料按适当比例配合在磨机中磨成生料； 2)将制备好的生料入窑进行煅烧，至左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”； 3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入质量左右的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。 因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。,水泥生料煅烧成熟料的物理化学变化的过程,1：干燥带： 100 水分蒸发,温度 作用,2：预热带： 600 有机物燃烧和高岭土的脱水,3：分解带： 900 石灰石分解，CaO和SiO2 Al2O3发生固态反应,4:煅烧带 1100 CaO
5、+ Al2O3= CaO . Al2O32 CaO + SiO2= 2 CaO . SiO23 CaO + Al2O3= 3 CaO . Al2O3,5：烧结带 1450 烧结，熔融，得熟料,3.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成：硅酸三钙 ， 简式为， 硅酸二钙 ， 简式为， 铝酸三钙 ， 简式为， 铁铝酸四钙，简式为f-CaO , f-MgO ，石膏,硅酸盐水泥的凝结和硬化,1.硅酸盐水泥的水化水泥颗粒与水接触，水泥熟料矿物即与水发生水化反应，生成水化产物并放出一定热量 水泥的水化主要是四种矿物成分的水化： ）硅酸三钙 ）硅酸二钙 ）铝酸三钙 ）铁铝酸四钙,为了调节水泥的凝结硬化速度，在磨细水泥
6、时，掺人适量石膏，水化铝酸钙与石膏反应生成三硫型水化硫铝酸钙，亦称钙矾石。当石膏消耗完毕后，水泥中尚未水化的铝酸三钙与钙矾石反应生成单硫型的水化硫铝酸钙。反应式如下：三硫型水化硫铝酸钙（即钙矾石）是难溶于水的稳定的针状结晶体，它在生成结晶体时体积大大膨胀。因此，水泥中加入石膏数量不可过多，防止水泥凝结硬化过程中硫铝酸钙超过限制，产生体积变化不均匀。尤其是形成水泥构件后，还继续水化，其危害更大。,）反应速度 最快，较快，也较快，最慢； ）释热量 最大，较大，居中，最小； ）强度 最高，早期低，但后期增长率较大。故和为水泥强度主要来源。强度不高，含量对抗折强度有利； ）耐化学侵蚀性 最优，其次为、
7、，最差； ）干缩性 和最小，居中，最大。,硅酸盐水泥熟料中这四种矿物组成的水化特性,矿物组成对水泥性能的影响以上是单个矿物组成的性能，水泥是几种熟料矿物的混合物，改变熟料矿物成分间的比例，水泥的性质即发生相应的变化。例如提高硅酸三钙的含量，可以制得高强水泥；又如降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，提高硅酸二钙含量，可制得水化热低的水泥，如大坝用水泥；提高铁铝酸四钙含量，可获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。,2.硅酸盐水泥的凝结和硬化 硅酸盐水泥的凝结硬化大致可划分为以下四个阶段： 第阶段为初始反应期（诱导前期） 第阶段为潜伏期 （诱导期） 第阶段为凝结期 （凝结期） 第阶段为硬化期 （硬化期）,水泥
8、水化放热曲线,3、水泥石的结构：未水化的水泥颗粒水化产物孔隙4、影响水泥石结构的因素：水化程度、水灰比,C-S-H凝胶 CH结晶 AFt AFm CFH,凝胶孔 毛细孔 气孔,固、液、气三相共存 非均质凝聚体,5、影响水泥凝结硬化的因素（1）内因：水泥细度、矿物组成、水灰比（2）养护条件：温度、湿度（3）石膏掺量：瞬凝、假凝,水泥的主要技术性质技术标准：GB175-20071、细度：2、标准稠度：3、凝结时间：4、体积安定性：5、强度：6、水化热、碱含量：,1、细度细度是指水泥颗粒粗细的程度。细度愈细，水泥与水起反应的面积愈大，水化速度愈快并较完全。实践表明，细度提高，可使水泥混凝土的强度提高
9、，工作性得到改善。但是，水泥细度提高，在空气中的硬化收缩也较大，使水泥发生裂缝的可能性增加。因此，对水泥细度必须予以合理控制。2、水泥净浆标准稠度为使水泥凝结时间和安定性的测定结果具有可比性，在此两项测定时必须采用标准稠度的水泥净浆。我国国标规定，水泥净浆稠度是采用标准维卡仪测定的，以试杆沉入净浆距底板时的稠度为“标准稠度”，此时的用水量为标准稠度用水量。,3、凝结时间凝结时间是水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分为初凝时间和终凝时间。 初凝时间是从水泥加水到水泥浆开始失去塑性的时间； 终凝时间是水泥加水到水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。,凝结时间,水泥的凝结时间对
10、水泥混凝土的施工有重要意义。如果凝结过快，混凝土会很快失去流动性，以致无法浇筑，所以初凝时间不宜过短，以便有足够的时间在初凝之前完成混凝土各工序的施工操作；但终凝时间又不宜太迟，以便混凝土在浇捣完毕后，尽早完成凝结硬化。我国现行国标（2007）规定，硅酸盐水泥初凝时间不得早于；终凝时间不得迟于。普通硅酸盐水泥初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于。,4、体积安定性水泥硬化后体积变化的均匀性称为水泥体积安定性。水泥与水拌制成的水泥浆体，在凝结硬化过程中，一般都会发生体积变化，如果这种变化是发生在凝结硬化过程中，则对建筑物的质量并没有什么影响。但是，在水泥硬化后若产生不均匀的体积变化，将使混凝土产生膨
11、胀裂缝，降低使用质量，甚至引起严重事故。这即是水泥体积安定性不良。体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多；也可能是熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多，致使水泥已经凝结硬化后，甚至已经应用于结构物中，这些成分继续水化，体积膨胀，引起不均匀的体积膨胀，造成水泥石开裂。测定及保证措施：,游离氧化钙：沸煮法（雷氏夹、试饼法） 游离氧化镁：压蒸法或限制含量 SO3：限制含量,雷氏夹测定仪,、强度强度是水泥技术要求中最基本的指标，也是水泥的重要技术性质之一。水泥的强度除了与水泥本身的性质（如熟料的矿物组成、细度等）有关外，并与水灰比、试件制作方法、养护条件和时间等有关。,我国现
12、行国家标准水泥胶砂强度检验方法（）简称法规定，以的水泥和标准砂（标准砂满足级配要求），采用.的水灰比，用标准制作方法制成的标准试件，在标准养护条件下，达到规定龄期（，）时，按国家标准（2007）规定的最低强度值来确定其强度等级。,水泥胶砂试模及振动台,水泥胶砂强度数据处理,抗折强度：取平均值，精确到0.1MPa。若最大值或最小值超出平均值的10，则剔除后再取平均值；若两个均超出平均值的10，则该组试验作废。,水泥胶砂强度数据处理,抗压强度：取平均值，精确到0.1MPa。若最大值或最小值有一个超出平均值的10，则剔除后再取另5个数据的平均值；若有两个超出平均值的10，则该组试验作废。,水泥的技术
13、要求（以硅酸盐水泥为例）,不溶物：型0.75% 型 1.50% 氧化镁含量： 5.0% 三氧化硫含量： 3.5% 烧失量： 型3.0% 型 3.5% 细度：比表面积 300m2/kg 凝结时间：初凝45min 终凝 390min 体积安定性：沸煮法合格 氯离子含量： 0.06% 碱含量：Na2O+0.658K2O,强度,水泥检测方法,硅酸盐水泥性能,凝结、硬化速度较快 水化放热速度快，放热量大 早期和后期强度高 抗冻性好 耐腐蚀性差,掺混合材料硅酸盐水泥,硅酸盐水泥熟料、水泥混合材料、石膏,水泥混合材料,定义：分类：,在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥强度等级而加到水泥中的人工或天然矿物材
14、料。,活性混合材料：非活性混合材料：,（具有较高的火山灰性或潜在水硬性）,粒化高炉矿渣 火山灰质混合材料 粉煤灰,活性混合材料的作用机理,活性混合材料的组成： 作用机理：SiO2+Ca(OH)2+nH2O=C-S-HAl2O3+Ca(OH)2+nH2O=C3AH6C3AH6+CaSO42H2O+29H=Aft碱性激发剂：Ca(OH)2硫酸盐激发剂：CaSO42H2O,活性SiO2和活性Al2O3,掺混合材料硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥P.O 矿渣硅酸盐水泥P.S.A/P.S.B 火山灰质硅酸盐水泥P.P 粉煤灰硅酸盐水泥P.F 复合硅酸盐水泥P.C,掺混合材料硅酸盐水泥性能,水化反应分两步进行
15、凝结硬化较慢，水化热较小，早期强度较低，但后期强度增长快； 对环境温度、湿度条件较敏感，适合于湿热养护； 抗软水、硫酸盐腐蚀能力较强，抗碳化能力较差； 抗冻性、耐磨性较差。,掺混合材料水泥各自的特点 矿渣水泥：耐热性较好，保水性较差，泌水性较大，抗渗性、抗干湿循环较差，干缩大，易开裂 火山灰水泥：在潮湿或水中养护时，密实度、抗渗性较好，但不宜用于干热环境；抗硫酸盐腐蚀能力与掺入的混合材料种类有关 粉煤灰水泥：干缩小，抗裂性较高,水泥出厂前按同品种、同强度等级编号和取样。袋装水泥和散装水泥应分别进行编号和取样。每一编号为一取样单位。水泥出厂编号按年生产能力规定为： 200104t以上，不超过4000t为一编号； 120104t200104t，不超过2400t为一编号； 60104t120104t，不超过1000t为一编号； 30104t60104t，不超过600t为一编号； 10104t30104t，不超过400t为一编号； 10104t以下，不超过200t为一编号。 取样方法按GB12573进行。可连续取，亦可从20个以上不同部位取等量样品，总量至少12kg。当散装水泥运输工具的容量超过该厂规定出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过取样规定吨数。,
