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1、水 泥,2011.02,1,2011.02,2,第 4 章 水 泥 （教P38）,4.1 概 述4.2 硅酸盐水泥4.3 混合材料及掺混合材料的水泥4.4 其他品种水泥4.5 水泥的应用,4.1 概 述,一、水泥的定义与分类 二、水泥的发展简史 三、水泥的特性与应用 四、本章学习内容、要求、重点与难点,2011.02,3,2011.02,4,一、水泥的定义与分类,1.定义 根据 GB/T4131-1997水泥的命名、定义和术语，水泥（Cement）是加水拌和成浆体，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。2.水泥的分类. 按化学成分分类硅酸盐水泥 、铝酸盐水泥 、硫铝
2、酸盐水泥 及铁铝酸盐水泥,2011.02,5,.硅酸盐系列水泥的分类(按性能和用途分),硅酸盐系列水泥,2. 专用水泥专门用于某些工程的水泥。 3. 特性水泥某中特性较突出的水泥。,1.通用硅酸盐水泥GB175-2007,水泥品种 混合材料掺量硅酸盐水泥 05 %普通水泥 620 %矿渣水泥 2080 %火山灰水泥 2040 %粉煤灰水泥 2040 %复合水泥 2050 %,2011.02,6,二、水泥的发展简史,1.水泥的诞生与发展水泥是人们在长期使用气硬性胶凝材料的基础上诞生和发展起了来的。胶凝材料的发展经历为：天然胶凝材料（如粘土） 石膏 石灰 火山灰 水硬性石灰、天然水泥 硅酸盐水泥
3、不同品种水泥的各个阶段。英国瓦匠Joseph. Aspdin于1824年首先取得了该项产品的专利权，所以一般认为水泥是那时发明的。,2. 硅酸盐水泥（波特兰水泥）,18101825年，用人工配合原料，再经煅烧，磨 细以制造水硬性胶凝材料已开始组织生产。因为这种 胶凝材料凝结后的外观颜色与当时建筑上常用的英国 波特兰岛出产的石灰石相似，故称之为 波特兰水泥 （Portland Cement）, 我国称为硅酸盐水泥。为满足建筑和军事工业的需要，逐渐发展出各种 不同特性、不同用途的水泥。目前水泥品种已达100 余种。,2011.02,7,2011.02,8,三、水泥的特性与用途,1.水泥的特性 （5
4、点） 水泥浆有很好的可塑性，与砂、石拌合后仍能 使混合物具有必要的和易性，可浇筑成各种形状尺寸 的构件，以满足设计上的不同要求； 适应性强，可用于海上，地下、深水或者严 寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射、核电站等特 殊要求的工程； 硬化后可以获得较高强度，通过改变其组成， 可以调节其性能，满足工程的不同需要；, 可与纤维或聚合物等无机及有机材料匹配，制成各种水泥基复合材料，有效发挥材料潜力； 与普通钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材这类材料易于腐朽的缺点，更不会有塑料年久老化的问题，耐久性好，维修工作量小。,2.水泥的用途水泥是最重要的建筑材料之一，在建筑、道路、水 利、海洋和国防工程中
5、应用极广，常用来制造各种形 式的混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土建筑物。,2011.02,9,2011.02,10,四、 本章学习内容、要求、重点与难点,（一）学习内容以硅酸盐水泥为重点，阐述通用水泥的组成、特性、质量要求及适用范围；并概要介绍其它品种的水泥。 （二）学习要求1. 掌握通用水泥的基本技术性质和质量要求；2. 水泥矿物成分对水泥性质的影响；3. 水泥的凝结硬化过程及其实际意义；4. 硬化水泥浆结构对水泥石性质的影响；5. 水泥石强度的发展及其影响因素；,6.硅酸盐水泥石侵蚀的主要类型与预防。7.并能根据工程要求合理地选用水泥。同时应了解一般其它特种水泥的特性，具有这些特性的原因及
6、应用范围。 （三）重点与难点本章学习的重点是硅酸盐水泥的组成、特性、质量要求及适用范围。其中水泥组成与特性的关系是本章学习的难点。,2011.02,11,2011.02,12,4.2 硅酸盐水泥 （教P38）,4.2.1 硅酸盐水泥生产及其矿物组成 4.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 4.2.3 硅酸盐水泥的主要技术性质 4.2.4 环境水对水泥石的侵蚀,2011.02,13,4.2.1 硅酸盐水泥生产及其矿物组成,1.硅酸盐水泥熟料 凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主要成分的物料，称为熟料。2.硅酸盐水泥的定义 根据 GB175-2007通用硅酸盐水泥的规定，凡由硅酸盐水
7、泥熟料加适量的石膏、或再掺加05%的石灰石或粒化高炉矿渣，磨细制成的水硬性胶凝材料, 称为硅酸盐水泥。 3.硅酸盐水泥的分类 型：不掺加混合材料的硅酸盐水泥，代号P；型：掺加5%混合材料的硅酸盐水泥，代号P.,4. 硅酸盐水泥的组分（GB175-2007）,2011.02,14,2011.02,15,4.2.1.1 硅酸盐水泥的生产,1. 生产硅酸盐水泥的原料有： 石灰质原料(石灰石、白垩等),主要提供 CaO 粘土质原料(粘土、黄土、页岩等),主要提供SiO2和Al2O3及少量Fe2O3。 辅助原料（砂岩和铁矿石），用以校正SiO2和Fe2O3的不足。 生产硅酸盐水泥的燃料一般为煤。,201
8、1.02,16,2. 硅酸盐水泥的生产工艺,硅酸盐水泥的生产可概括为 “两磨一烧” （见P39 图4-1） ，即：.生料的配合与磨细；.生料煅烧成熟料;.熟料与适量石膏等共同磨细而成水泥。,2011.02,17,硅酸盐水泥的生产工艺流程图,2011.02,18,原料破碎、配料与粉磨,石灰石、粘土、砂岩等水泥原料先需破碎（一般用颚式、反击式等破碎机），然后与其它原料（如粘土、铁粉）一起按配料计量入球磨机，粉磨成生料。,颚式破碎机,球磨机,配料系统,2011.02,19,悬浮预热器系统,回转窑,水泥窑可分回转窑和立窑两大类。新建大型水泥厂多用带预热及窑外 分解系统的回转窑。,机械化立窑,立窑曾经在
9、我国水泥工业中占有一定比例的量。,2011.02,20,2011.02,21,3. 生料煅烧过程中的物理和化学变化,煅烧主要包括以下几个物理化学阶段： （1）生料的干燥与脱水 100 200oC: 生料被加热，自由水逐渐蒸发而干燥； 500 800oC: 粘土质原料脱水并分解为无定形的 Al2O3 和 SiO2。 （2）碳酸盐分解 6001000oC：,2011.02,22,（3） 固相反应阶段在碳酸钙分解的同时，石灰质和粘土质组分之间，通过质点的相互扩散开始进行固相反应。当温度从1000 1300 时，固相反应基本完成，生成：2CaOSiO2 （C2S）、3CaOAl2O2 （C3A）、4C
10、aOAl2O3Fe2O3 （C4AF）这时物料中仍含有一部分未反应的-游离CaO,（4）烧成阶段当温度从1300 1450 1300 oC 时：3CaOAl2O3 和 4CaOAl2O3Fe2O3 烧至熔融状态，出现液相，CaO 和部分2CaOSiO2 溶解于其中，在此液相中2CaOSiO2吸收CaO形成 3CaOSiO2 。2CaOSiO2 + CaO 3CaOSiO2 （5）冷却阶段烧成后经过快速冷却，即可得到熟料。,2011.02,23,2011.02,24,4、水泥粉磨,将水泥熟料和石膏、混合材料一起磨细即成水泥。水泥粉磨一般用管（球）磨机。,水泥磨,5、装包,水泥一般用塑料编织袋或牛
11、皮纸袋包装（50kg/袋），以便长途运输和保存。,2011.02,25,散装水泥,为节省成本，也可用散装水泥车对近距离大用户（如混凝土搅拌站）供货。,2011.02,26,2011.02,27,4.2.1.2 硅酸盐水泥的成分 1. 硅酸盐水泥熟料的化学成分,2011.02,28,2. 硅酸盐水泥熟料的主要矿物,3. 四种主要矿物的特性,2011.02,29,2011.02,30,4.掌握水泥熟料主要矿物含量及特性的意义,通过掌握硅酸盐水泥熟料中各主要矿物的特性及相对含量：可以根据水泥熟料矿物组成，大致了解水泥性能特点；或根据工程的特定需要，通过改变水泥熟料中各主要矿物的相对含量，来生产具有特
12、定矿物组成的水泥。如：.通过提高C3S的相对含量，可以提高水泥强度等级，达到快硬高强的目的；.通过提高C2S的相对含量，可以降低水泥的水化热。等等。,5.水泥熟料中的有害成分,水泥熟料中还含有少量的其它矿物,其中对水泥性能影响 较大的有害成分为:(1).氧化镁 (MgO) 当其含量多（大于5）时，会引起 水泥安定性不良。(2).三氧化硫(SO3) 它主要是掺入石膏带来的。当其含 量大于3.5时，会使水泥的性能变差。(3).游离氧化钙(f-CaO)。当其含量多（大于2）时， 会导致水泥安定性不良。此外，碱分（K2O、Na2O）的含量也应加以控制。,2011.02,31,综合讨论：石膏掺量的问题
13、？,1.磨细水泥时加入石膏的目的是（教P39备注）： 调节水泥的凝结时间； 使水泥不致发生急凝现象。 2.石膏掺量问题？ 如果不掺（教P41备注）：C3A 急速水化；使水泥浆闪 凝；且为不稳定产物，反应迅速，水化热很高。 掺入适量（教P40倒3行）：既可调节水泥的凝结时间， 又可提高水泥的性能（强度）。 如果多掺：会使水泥的性能变差（教P40倒2行）；凝结 速度加快；影响体积安定性（教P44倒8行）。 如果少掺 ？,2011.02,32,4.2.2 硅酸盐水泥的水化与凝结硬化,1.,4.2.2.1 缩写 （教P41第9行） 4.2.2.2 硅酸盐水泥的水化 4.2.2.3 凝结硬化,2011.
14、02,33,2011.02,34,4.2.2.2 硅酸盐水泥的水化,1.,四种主要矿物与水反应生成五种水化产物的过程： 1. C3S + H CSH（胶体）CH（晶体）（反应较快）2. C2S + H CSH CH （反应较慢）3. C3A + H CAH （晶体） （反应极快）4. C4AFH CAH CFH（胶体） （反应较快）5. CAH石膏 Aft / AFm （难溶于水的晶体） （五种水化产物见教材P42第4行）,5. 硅酸盐水泥的主要水化产物,2011.02,35,2011.02,36,4.2.2.3 凝结硬化（见教材P42第4行）,1.凝结硬化的慨念 水泥加水（加水时刻）形成的浆
15、体，起初具有可塑性和流动性，随着水化反应的不断进行，浆体逐渐失去流动性（将开始失去塑性的时刻称为初凝时刻，完全失去塑性的时刻称为终凝时刻），转变成为具有一定强度的固体。通常把从加水到终凝的过程即为凝结过程，把终凝以后的过程极为硬化过程。水泥的凝结和硬化过程是人为划分的, 实际上这是一个连续的复杂的物理化学变化过程，是不能截然分开的。,2.水化与凝结硬化的关系,水化是水泥产生凝结硬化的前提, 而凝结硬化则是水化的结果。从整体看：凝结与硬化是同一过程的不同阶段, 凝结标志着水泥浆失去流动性而具有一定的塑性强度；硬化则表示水泥浆固化后所建立的结构，具有一定的机械强度。,2011.02,37,2011.02,38,分散在水中未水化的水泥颗粒,在水泥颗粒表面形成水化物膜层,膜层长大并互相连接）凝结,水化物进一步发展，填充毛细孔,3. 水泥浆体凝结硬化过程,2011.02,39,4.讨论 影响硅酸盐水泥水化与硬化的因素？,（1）内因： 水泥中各主要矿物的相对含量； 水泥的细度； 石膏掺量。(2) 外因： 水泥浆的水灰比； 养护温度（冬季施工 注意防冻）； 养护湿度（夏季施工 注意洒水）； 养护龄期。,2011.02,40,5.水泥石的组成,（ W/C=0.4 ） （W/C=0.7）,2011.02,
