土木工程材料课件03水泥

一一硅酸盐水泥的主要原料二二硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥三三掺大量混合材料的通用硅酸盐水泥目录 第三章 水泥四四专用硅酸盐水泥和特用硅酸盐水泥五五水泥的选用、验收与保管第一节 硅酸盐水泥的主要原料 一、硅酸盐水泥熟料 定义：定义：定义：定义：是指由主要含有是指由主要含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例的原料，按适当比例磨成细粉，烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝材料。磨成细粉，烧至部分熔融所得到的以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝材料。原料：原料：原料：原料：石灰质原料、黏土质原料石灰质原料、黏土质原料1硅酸盐水泥原料及生产 目前硅酸盐水泥的生产工艺概括起来，可称作目前硅酸盐水泥的生产工艺概括起来，可称作“两磨一烧两磨一烧”，其主要工艺，其主要工艺流程如下图所示。流程如下图所示。2熟料矿物及特性 水泥生料在煅烧过程中形成以下熟料矿物：水泥生料在煅烧过程中形成以下熟料矿物：（1）硅酸三钙（）硅酸三钙（3CaOSiO2，简写，简写C3S）（2）硅酸二钙（）硅酸二钙（2CaOSiO2，简写，简写C2S）（3）铝酸三钙（）铝酸三钙（3CaOAl2O3，简写，简写C3A）（4）铁铝酸四钙（）铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3，简写，简写C4AF）主要主要 硅酸盐水泥熟料矿物与水作用时的性质如下表所示。硅酸盐水泥熟料矿物与水作用时的性质如下表所示。矿物名矿物名称称简写简写含量含量（%）强度强度水化速水化速度度水化放水化放热量热量耐化学耐化学腐蚀腐蚀干缩性干缩性3CaOSiO2C3S3760高高快快大大中中中中2CaOSiO2C2S1537早期低，早期低，后期高后期高慢慢小小良良小小3CaOAl2O3C3A715低低最快最快最大最大差差大大4CaOAl2O3Fe2O3C4AF1018低低快快中中优优小小 水泥加水后，熟料矿物与水发生水化反应，生成一系列新的化合物。水泥加水后，熟料矿物与水发生水化反应，生成一系列新的化合物。3 3水化物 包括：包括：水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶水化硅酸钙凝胶、水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体和水化硫铝酸钙晶体体和水化硫铝酸钙晶体4 4凝结及硬化 初凝：初凝：水泥加水拌和后，水泥颗粒表面开始与水发生化学反应，水泥浆体水泥加水拌和后，水泥颗粒表面开始与水发生化学反应，水泥浆体慢慢就失去流动性和部分可塑性，但还未具有强度，此即慢慢就失去流动性和部分可塑性，但还未具有强度，此即“初凝初凝”。终凝：终凝：随着水化作用不断深入和加速进行，最终使浆体完全失去可塑性，随着水化作用不断深入和加速进行，最终使浆体完全失去可塑性，并具有一定的强度，此即并具有一定的强度，此即“终凝终凝”。硬化：硬化：水化反应进一步进行，强度大为提高并逐渐变成坚硬岩石状固体水化反应进一步进行，强度大为提高并逐渐变成坚硬岩石状固体水泥石，这一过程称为水泥石，这一过程称为“硬化硬化”。从硅酸盐水泥熟料的单矿物水化及凝结硬化特性不难看出，熟料的矿物组从硅酸盐水泥熟料的单矿物水化及凝结硬化特性不难看出，熟料的矿物组成直接影响着水泥水化与凝结硬化，除此以外，水泥的凝结硬化还与下列因素成直接影响着水泥水化与凝结硬化，除此以外，水泥的凝结硬化还与下列因素有关。有关。（1）水泥细度）水泥细度 （2）石膏掺量）石膏掺量 （3）水泥浆的水灰比）水泥浆的水灰比 （4）温度与湿度）温度与湿度 （5）龄期）龄期 二、石膏 在水泥生产过程中，为了调节水泥的凝结时间，应在水泥中加入适量石膏在水泥生产过程中，为了调节水泥的凝结时间，应在水泥中加入适量石膏作缓凝剂，如天然二水石膏（作缓凝剂，如天然二水石膏（CaSO42H2O，代号，代号G）、硬石膏（）、硬石膏（CaSO4，代，代号号A）以及混合石膏（代号）以及混合石膏（代号M）或工业副产品石膏（以硫酸钙为主要成分的工）或工业副产品石膏（以硫酸钙为主要成分的工业副产品，如磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏等）。业副产品，如磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏等）。三、混合材料 定义：定义：定义：定义：具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物材具有火山灰性或潜在水硬性，以及兼有火山灰性和水硬性的矿物材料，称为活性混合材料。料，称为活性混合材料。1活性混合材料 常用活性混合材料有：常用活性混合材料有：（1）粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉）粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉 （2）火山灰质混合材料）火山灰质混合材料 （3）粉煤灰）粉煤灰2 2非活性混合材料 定义：定义：定义：定义：是指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。是指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。常用非活性混合材料有：磨细石英砂、慢冷矿渣、石灰石、黏土常用非活性混合材料有：磨细石英砂、慢冷矿渣、石灰石、黏土3 3窑灰 定义：定义：定义：定义：是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘。是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘。主要成分：主要成分：主要成分：主要成分：氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝第二节 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 一、硅酸盐水泥概念 定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、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）。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）。1硅酸盐水泥 分类：分类：分类：分类：I 型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号PI II 型硅酸盐水泥，代号型硅酸盐水泥，代号PII 定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、由硅酸盐水泥熟料、6%15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬混合材料、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，代号性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥，代号PO。2普通硅酸盐水泥 二、硅酸盐水泥技术要求 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的化学指标详见国家标准硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的化学指标详见国家标准通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（GB 1752007）。）。1化学指标2物理指标（1）强度）强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于国家标准的各龄期强度不得低于国家标准通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（GB 1752007）中规定）中规定的值。的值。（2）凝结时间）凝结时间 凝结时间是指水泥从加水拌和起至失去流动性，即从可塑性发展到固体状凝结时间是指水泥从加水拌和起至失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需的时间，分为态所需的时间，分为初凝时间初凝时间和和终凝时间终凝时间。（3）水泥的体积安定性）水泥的体积安定性 是指水泥浆体硬化后，体积变化的稳定性。是指水泥浆体硬化后，体积变化的稳定性。3选择性指标（1）细度）细度 定义：定义：细度是指水泥颗粒的粗细程度。细度是指水泥颗粒的粗细程度。（2）碱含量）碱含量 水泥中的碱含量按水泥中的碱含量按Na2O0.658K2O计算值表示。计算值表示。通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥规定，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度用比表面规定，硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度用比表面积（即单位质量水泥颗粒的总表面积，积（即单位质量水泥颗粒的总表面积，m2/kg）表示，其比表面积不小于）表示，其比表面积不小于300 m2/kg。三、硅酸盐水泥的性质及应用1.强度高强度高2.快硬早强快硬早强3.耐冻性好耐冻性好4.水化热大水化热大5.耐腐蚀性较差耐腐蚀性较差6.耐热性差耐热性差7.抗碳化性能好抗碳化性能好8.干缩小、耐磨性好干缩小、耐磨性好1性质2应用用于重要结构的高强度等级的混凝土用于重要结构的高强度等级的混凝土适用于早期强度要求高、需要尽快拆模、冬期施工的混凝土适用于早期强度要求高、需要尽快拆模、冬期施工的混凝土工程和预应力混凝土工程。工程和预应力混凝土工程。适用于寒冷地区和严寒地区遭受反复冻融作用的工程适用于寒冷地区和严寒地区遭受反复冻融作用的工程适用于冬期施工的混凝土工程适用于冬期施工的混凝土工程不适用于经常受流动淡水冲刷及有压水作用的工程，也不适不适用于经常受流动淡水冲刷及有压水作用的工程，也不适用于其他受腐蚀介质作用的工程。用于其他受腐蚀介质作用的工程。不适用于长期受不适用于长期受200以上高温作用的工程以上高温作用的工程适用于浓度较高的工程适用于浓度较高的工程用于干燥环境和路面、地面等工程用于干燥环境和路面、地面等工程第三节 掺大量混合材料的通用硅酸盐水泥 一、概念 定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号凝材料，称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号PS。1矿渣硅酸盐水泥 分类：分类：分类：分类：A型矿渣（掺量型矿渣（掺量20%且且50%，代号为，代号为PSA）B型矿渣（掺量型矿渣（掺量50%且且70%，代号为，代号为PSB）定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥，代号性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥，简称火山灰水泥，代号PP。2 2火山灰质硅酸盐水泥 水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为20%且且40%定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水泥，称为粉煤由硅酸盐水泥熟料、粉煤灰和适量石膏磨细制成的水泥，称为粉煤灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号灰硅酸盐水泥，简称粉煤灰水泥，代号PF。3粉煤灰硅酸盐水泥 定义：定义：定义：定义：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水泥，称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥，代号细制成的水泥，称为复合硅酸盐水泥，简称复合水泥，代号PC。4 4复合硅酸盐水泥 水泥中混合材料的掺加量按质量百分比总计大于水泥中混合材料的掺加量按质量百分比总计大于20%且不超过且不超过50%。水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计水泥中粉煤灰掺加量按质量百分比计20%且且40%。二、技术要求 矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥化学指标请参考泥化学指标请参考通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（GB 1752007）。）。1化学指标2 2物理指标（1）强度）强度 水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥水泥强度等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分，各强度等级水泥的各龄期强度不得低于国家标准的各龄期强度不得低于国家标准通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥（GB 1752007）中规定）中规定的值。的值。（2）凝结时间）凝结时间 初凝时间不早于初凝时间不早于45 min，终凝时间不迟于，终凝时间不迟于600 min。（3）水泥的体积安定性）水泥的体积安定性 用沸煮法检验必须合格。用沸煮法检验必须合格。3选择性指标（1）碱含量）碱含量（2）细度）细度 通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥规定，矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰规定，矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的细度以标准筛的筛余百分率表示（即筛余物的质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的细度以标准筛的筛余百分率表示（即筛余物的质量占试样总质量的百分比），其量占试样总质量的百分比），其80 m方孔筛筛余不得大于方孔筛筛余不得大于10%或或45 m方孔筛方孔筛筛余不得大于筛余不得大于30%。同硅酸盐水泥。同硅酸盐水泥。三、性质与应用 这四种水泥共同的