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1、1,第五讲 水泥,兰州理工大学 土木工程学院 乔宏霞,水硬性胶凝材料，建筑工程中用量最大的建筑材料之一。,2,第五章 水 泥,5.1 常用水泥 5.2 其它品种水泥,3,5.1常用水泥硅酸盐水泥熟料，石灰石或粒化高炉矿渣()，石膏( 3%)磨细制成硅酸盐水泥（波特兰水泥）。,4,不掺混合材料的称型硅酸盐水泥，代号； 熟料粉磨时掺加不超过质量石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称型硅酸盐水泥，代号。 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 复合硅酸盐水泥,两种类型：,5,.硅酸盐水泥生产原料）石灰质原料 主要提供， ）粘土质原料 主要提供以及。 3）校正原料补充两种原料中
2、所缺少的铁。,5.1.1常用水泥的生产,6,7,8,9,10,1) 原材料按比例配合,磨成生料； 2) 生料入窑煅烧，至左右生成 “熟料”(硅酸钙) ； 3) 加入质量左右的石膏(调节水泥的凝结速度)共同磨细，即为硅酸盐水泥。 两磨一烧,. 生产工艺概述,11,硅酸盐水泥的主要矿物组成 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，,5.1.2常用水泥的特性,12,）反应速度 最快，较快，也较快，最慢；）释热量 最大，较大，居中，最小；,2硅酸盐水泥各矿物组成性能比较,13,）耐化学侵蚀性 最优，其次为、， 最差； ）干缩性 和最小，居中，最大。,
3、）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；,14,获得抗折强度较高的水泥，如道路水泥。,矿物组成对水泥性能的影响,改变熟料的比例，水泥性质即发生变化。例如：,制的高强水泥,C2S,C3A 和 C3S,制的低热水泥，如大坝用水泥;,C4AF,15,（）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,4硅酸盐水泥的凝结和硬化,16,）硅酸二钙,1）硅酸三钙,2(3Ca0Si02) + 6H20=3Ca02Si023H20 + 3Ca(OH)2硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙,2（2Ca0Si02）+ 4
4、H20=3Ca02Si023H20 + Ca(OH)2硅酸二钙,水化硅酸钙不溶于水 , 以胶体微粒析出 , 并逐渐凝聚成凝胶体 (C-S-H 凝胶 ); 氢氧化钙在溶液中的浓度很快达到饱和 , 呈六方晶体析出,17,）铁铝酸四钙,）铝酸三钙,3CaOAl203 + 6H20=3Ca0Al2036H20铝酸三钙 水化铝酸三钙,4Ca0Al203Fe203 + 7H20=3Ca0Al2036H20 + CaOFe203 H20铁铝酸四钙 水化铁酸-钙,水化铝酸钙为立方晶体 , 在氢氧化钙饱和溶液中 , 与氢氧化钙进一步反应 , 生成六方晶体的水化铝酸四钙。,18,C3A水化极快，使水泥瞬凝，石膏会
5、与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。,钙矾石难溶于水，形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，阻碍了C3A的水化，阻止水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低水泥的水化速度，延缓了水泥的初凝时间。,4 CaOAl2O313H2O 3（CaSO42 H2O）+ 14 H2O = 3CaOAl2O33CaSO432 H2O + Ca（OH）2,19,石膏消耗完 , 部分钙矾石将转变为单硫型水化硫铝酸钙 (3Ca0 Al203 CaS04 12H20) 晶体。,2（3CaOAl2O3） 3CaOAl2O33CaSO432 H2O 4H2O =3(3CaOAl2O3CaSO412 H2O),钙矾石覆盖层被水化
6、物的积聚物胀破，铝酸三钙再次快速水化，水泥颗粒间相互靠近，连接形成骨架。水泥浆的塑性消失，直到终凝。,20,水化物填充和加固水泥浆结构内部孔隙-凝结 产生强度，逐渐变硬-硬化,钙矾石生成结晶体时体积大大膨胀。因此，加入石膏数量不可过多，以免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。,21,（）硅酸盐水泥的凝结和硬化 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）,22,水泥水化放热曲线,23,5.1.3影响常用水泥性能的主要因素 ）水泥组成成分的影响 ）水泥细度的影响 ）温度与湿度的影响 ）水泥强度与龄
7、期的关系 5）拌和用水量的影响 6）贮存条件的影响,24,5.1.4常用水泥的选用各类建筑工程，针对其工程性质、结构部位、施工要求和使用环境条件等，进行选用。,25,5.1.5常用水泥的技术性质和技术标准.技术性质）化学性质控制水泥中有害的化学成分含量，（）氧化镁含量（）三氧化硫含量（）烧失量（）不溶物,26,）物理力学性质（）细度细度是指水泥颗粒粗细的程度。 水泥越细，反应的面积越大，水化速度越快，反应较完全。 细度提高，水泥混凝土的强度提高，工作性改善。 细度提高，硬化收缩大，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。,27,（）水泥净浆标准稠度水泥凝结时间和安定性的测定必
8、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。,水泥净浆试验机,28,（）凝结时间 初凝时间:水泥加水到开始失去塑性的时间； 终凝时间:水泥加水到完全失去塑性并开始产生强度的时间。 我国现行国标规定，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。,29,水泥标准稠度及凝结时间测定仪,30,（）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。 水泥浆体在凝结硬化过程中，都会发生体积变化，发生在凝结硬化过程中，对建筑物的质量没有影响。 在
9、水泥硬化后若产生不均匀的体积变化，将使混凝土产生膨胀裂缝，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。原因：游离氧化钙、游离氧化镁或掺入的石膏过多。,31,FZ31A型全不锈钢沸煮箱,32,（）强度 水泥胶砂强度检验方法（简称法)规定:的水泥和标准砂.的水灰比，标准方法制成的标准试件， 在标准养护条件下，达到规定龄期（，）时，按国家标准规定的最低强度值来确定其强度等级。,33,水泥胶砂试验,34,废品: 氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中的任一项不符合标准,废品水泥在工程中严禁使用 不合格品:细度、终凝时间、不溶物、烧失量、混合材料掺加量、强度低于商品标号规定的指标时,35,硅
10、酸盐水泥石的腐蚀和防止.水泥石的腐蚀）淡水侵蚀氢氧化钙溶析,36,）硫酸盐的侵蚀,4CaOAI20313H20+3CaS04+20H20 =3Ca0 A1203.3CaS04 32H20 + Ca(OH)2,）镁盐侵蚀,MgSO4+Ca(OH)2 +2H20=CaSO42H20+Mg(OH)2,MgC12+ Ca(OH)2=CaC12+ Mg(OH)2,37,）碳酸侵蚀,Ca(OH)2+CO2+H2O = CaC03+2H20,CaC03+ CO2 + H2O = Ca(HC03)2,5)一般酸的腐蚀,2HCl+Ca(OH)2 = CaCl2+2H20,H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.
11、2H2O,水泥石中的氢氧化钙化学作用后生成的化合物 , 或者易溶于水 , 或者体积膨胀 , 在水泥石内造成内应力而导致破坏,38,6)强碱的腐蚀,铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到 强碱 ( 如氢氧化钠 ) 作用后也会破坏,3CaO Al203+6NaOH = 3Na2O Al203 + 3 Ca(OH)2,2NaOH+CO2=Na2C03+H20,a.生成易溶的铝酸钠,b. 水泥石浸透氢氧化钠后在空气中干燥 , 生成结晶沉积的碳酸钠，使水泥石胀裂,39,基本原因 : 水泥石中存在氢氧化钙和水化铝酸钙 ; 水泥石有很多毛细孔通道 , 侵蚀性介质易于进入； 腐蚀与通道的相互作用,2. 腐蚀的防止）根
12、据建筑物环境特点，合理选用水泥品种 ）提高水泥石的密实度 ）加做保护层,40,5.2.1高铝水泥凡以铝酸钙为主，氧化铝含量约的熟料，经磨细而得的水硬性胶凝材料称为高铝水泥。又名矾土水泥。工程应用特点:早期强度增长快，强度高，用于紧急抢修和早期强度要求高的工程。缺点:后期强度倒缩，使用年后高铝水泥混凝土的强度只有早期强度的一半左右。 不宜作结构工程,使用温度不宜超过，蒸汽养护不宜超过，不得与其它品种水泥混合使用。,5.2 其它品种水泥,41,5.2.2膨胀水泥硬化过程中不产生收缩，而具有一定膨胀性能的水泥。工程应用 道桥工程中:水泥混凝土路面、机场道面或桥梁修补混凝土。 防止渗漏、修补裂缝及管道
13、接头等工程。,42,5.2.3白色和彩色硅酸盐水泥 白色水泥的主要矿物组成仍是硅酸盐，只是水泥中着色物质（氧化铁、氧化锰、氧化钛、氧化铬等）的含量极少。 生产方法：（1）在生料中混入着色物质，烧成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）将白水泥熟料或硅酸盐水泥熟料、适量石膏和碱性着色物质共同磨细制成彩色水泥；（3）将干燥状态的着色物质掺入白色水泥或硅酸盐水泥中。在装饰工程中，常用于配制各类彩色水泥浆、砂浆和混凝土，制造各种水磨石、水刷石、等饰面及雕塑和装饰部件等制品。,43,补充：道路硅酸盐水泥.定义以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料称为道路硅酸盐水
14、泥熟料。由道路硅酸盐水泥熟料，活性混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥（简称道路水泥）。,44,.技术要求 ）化学组成在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必须加以限制： )氧化镁含量 不得超过.。 ）三氧化硫含量 不得超过.。 ）烧失量 不得大于.。 ）游离氧化钙含量，旋窑生产不得大 于.；立窑生产不得大于.。 ）碱含量 如用户提出要求时，由供需双方商定。,45,）矿物组成（）铝酸三钙含量 道路水泥熟料中铝酸三钙的含量不得大于.。（）铁铝酸四钙含量 道路水泥熟料中铁铝酸四钙的含量不得小于.。铝酸三钙（）和铁铝酸四钙（）的含量，先按方法求出三氧化二铝（）和三氧化二铁（）的含量，然后按下式求得：.（.）.,46,）物理力学性质（）细度 按国标水泥细度检验方法，筛的筛余量不得大于。（）凝结时间 按国标试验方法，初凝不得早于，终凝不得迟于。（）安定性 按国标试验方法，安定性用沸煮法必须合格。（）干缩性 按国标水泥胶砂干缩性试验，干缩率不得大于.。（）耐磨性 按行业标准水泥胶砂耐磨性试验，磨损率不得大于。（）强度 道路水泥分为、和三个标号。,
