情境五 水泥-水泥是指加水拌合成塑性漿體能膠結(jié)砂石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料84課件講解

水泥是指加水拌合成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料。

按主要水硬性物質(zhì)名稱(chēng)分按用途及性能分硅酸鹽系水泥鋁酸鹽系水泥硫鋁酸鹽系水泥鐵鋁酸鹽系水泥氟鋁酸鹽系水泥通用水泥專(zhuān)用水泥水泥的分類(lèi)情境五

水泥特性水泥一、通用硅酸鹽水泥的組成及分類(lèi)

表5-1定義通用硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量的石膏，及規(guī)定的混合材料制成的水硬性膠凝材料組成硅酸鹽水泥熟料是以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。它是生產(chǎn)水泥的關(guān)鍵成分，也是水泥具有水硬性的物質(zhì)基礎(chǔ)

適量石膏一般摻量為水泥質(zhì)量的3%～5%，主要起調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間的作用。包括天然石膏和工業(yè)副產(chǎn)石膏

混合材料

定義：混合材料是水泥生產(chǎn)過(guò)程中摻入的天然或人工的礦物質(zhì)材料。

作用：改善水泥的某些性能，如降低水化熱、提高耐蝕性等；調(diào)整水泥的強(qiáng)度等級(jí)；節(jié)約熟料，增加品種，提高產(chǎn)量，降低成本，擴(kuò)大水泥的使用范圍；可充分利用工業(yè)廢料，保護(hù)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)水泥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

分類(lèi)：根據(jù)是否參與水化反應(yīng)，可分為活性混合材料和非活性混合材料。

常用的活性混合材料：?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料、粉煤灰；常用的非活性混合材料：活性指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石；砂巖、磨細(xì)的石英砂；黏土、黃土、慢冷礦渣等分類(lèi)按混合材料的品種和摻量分為：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥模塊一通用硅酸鹽水泥

硅酸鹽水泥熟料石膏粉煤灰?；郀t礦渣二、硅酸鹽水泥

Ⅰ型（P·Ⅰ）Ⅱ型（P·Ⅱ）熟料石膏熟料硅酸鹽水泥石膏混合材料100%≥95%≤5%

（一）硅酸鹽水泥的原料及生產(chǎn)

硅酸鹽水泥的生產(chǎn)示意圖

（二）硅酸鹽水泥熟料

1.硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

主要礦物組成硅酸三鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣游離氧化鈣游離氧化鎂堿三氧化硫有害成分礦物組成2.硅酸鹽水泥熟料的礦物特性

表5-2礦物名稱(chēng)水化反應(yīng)速度水化放熱量強(qiáng)度耐蝕性硅酸三鈣快大高差硅酸二鈣慢小早期低，后期高好鋁酸三鈣最快最大低最差鐵鋁酸四鈣快中低中

不同熟料礦物的強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線(xiàn)不同熟料礦物的水化熱釋放曲線(xiàn)

（三）硅酸鹽水泥的水化與凝結(jié)硬化

1.硅酸鹽水泥的水化

（1）熟料礦物與水發(fā)生水化反應(yīng)

2(3CaOSiO2)＋6H2O→3CaO·

2SiO2

·

3H2O＋3Ca(OH)2

硅酸三鈣水化硅酸鈣（凝膠體）氫氧化鈣（晶體）

2(2CaOSiO2)＋4H2O→

3CaO·

2SiO2

·3H2O＋Ca(OH)2硅酸二鈣水化硅酸鈣（凝膠體）氫氧化鈣（晶體）

3CaO·Al2O3＋6H2O→3CaO·Al2O3

·6H2O鋁酸三鈣水化鋁酸鈣（晶體）

4CaO·Al2O3

·Fe2O3＋7H2O→

3CaO·Al2O3

·

6H2O＋CaO·Fe2O3

·H2O鐵鋁酸四鈣水化鋁酸鈣（晶體）水化鐵酸鈣（凝膠體）

（2）石膏與水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)

3CaO·Al2O3·

6H2O＋3(CaSO4

·2H2O)＋19H2O→CaO·Al2O3

·

3CaSO4

·

31H2O水化鋁酸鈣石膏水化硫鋁酸鈣（鈣礬石晶體）石膏的緩凝機(jī)理：石膏與反應(yīng)最快的鋁酸三鈣的水化產(chǎn)物水化鋁酸鈣作用形成高硫型水化硫鋁酸鈣，包裹在熟料顆粒的表面，形成保護(hù)膜，阻止水分子及離子的擴(kuò)散，從而延緩熟料顆粒特別是鋁酸三鈣的水化速度，起到緩凝的作用。硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物主要有:水化硅酸鈣凝膠體、水化鐵酸鈣凝膠體、氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體、水化硫鋁酸鈣晶體等。

1—

水泥顆粒

2—水分

3—凝膠

4—晶體5—水泥顆粒未水化的內(nèi)核6—毛細(xì)孔

初始反應(yīng)期硬化期凝結(jié)期潛伏期水泥凝結(jié)硬化過(guò)程示意圖2.凝結(jié)硬化硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化是一個(gè)由表及里，由快到慢的過(guò)程且伴隨著體積收縮，其實(shí)質(zhì)是水泥的水化過(guò)程，且水化貫穿凝結(jié)硬化的始終。

（四）影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素

影響硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化的主要因素礦物組成水泥的細(xì)度石膏摻量養(yǎng)護(hù)的溫度、濕度齡期水灰比

（五）硅酸鹽水泥的技術(shù)要求

1.物理、力學(xué)指標(biāo)

（1）細(xì)度（選擇性指標(biāo)）定義：細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度；要求：細(xì)度應(yīng)適宜，既不能過(guò)粗，也不能過(guò)細(xì)；指標(biāo)：比表面積；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：比表面積不小于300m2/kg。影響：水泥細(xì)度直接影響水泥的水化、凝結(jié)硬化、強(qiáng)度、干縮及水化熱等。

（2）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

1）定義：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是指水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)所需的拌合水量（P），以拌合水量占水泥質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在24%～33%之間。

2）影響水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的主要因素：熟料的礦物組成、細(xì)度、混合材料的種類(lèi)與數(shù)量等。

3）測(cè)定方法

測(cè)定方法調(diào)整水量法不變水量法代用法（試錐法）標(biāo)準(zhǔn)法（試桿法）

（3）凝結(jié)時(shí)間

1）定義凝結(jié)時(shí)間是指水泥從加水開(kāi)始至標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿失去流動(dòng)性所需要的時(shí)間或從可塑狀態(tài)發(fā)展到開(kāi)始形成固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。

2）分類(lèi)

根據(jù)物理形態(tài)不同分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。

水泥凝結(jié)時(shí)間示意圖

3）國(guó)標(biāo)規(guī)定硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間不小于45min，終凝時(shí)間不大于390min。

4）凝結(jié)時(shí)間對(duì)施工的重要意義初凝表示可施工時(shí)間的極限。初凝不宜過(guò)早，以保證各施工過(guò)程在初凝之前完成；終凝表示力學(xué)強(qiáng)度開(kāi)始快速發(fā)展。終凝不能過(guò)遲，成型后應(yīng)盡快硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度，以利于下一道施工工序的進(jìn)行，以免拖延施工工期，影響工程進(jìn)度。

5）凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定

用標(biāo)準(zhǔn)維卡儀測(cè)定凝結(jié)時(shí)間示意圖

（4）體積安定性

1）定義體積安定性：是指水泥漿體在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積變化的均勻性。安定性不良：是指在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生了不均勻的體積膨脹，使水泥石出現(xiàn)龜裂、翹曲、松脆或崩潰等現(xiàn)象，即安定性不合格。

2）引起安定性不良的主要原因

安定性不良的水泥嚴(yán)禁用于工程中。

引起安定性不良的主要原因水泥中含有過(guò)多的游離氧化鈣水泥中含有過(guò)多的游離氧化鎂石膏摻量過(guò)多3）檢驗(yàn)方法沸煮法，包括標(biāo)準(zhǔn)法（雷氏法）和代用法（餅法），當(dāng)二者有爭(zhēng)議時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)法為主。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，硅酸鹽水泥的體積安定性用沸煮法檢驗(yàn)必須合格。

雷氏夾雷氏法是用裝有水泥凈漿的雷氏夾沸煮后的膨脹值來(lái)檢驗(yàn)安定性。

餅法是以試餅沸煮后的外觀變化（有無(wú)裂紋與翹曲）來(lái)檢驗(yàn)安定性。即用標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿制成試餅，經(jīng)養(yǎng)護(hù)、沸煮后，觀察試餅的外形變化，檢驗(yàn)試餅有無(wú)翹曲和裂紋，以此判斷水泥體積安定性是否合格。試餅成型安定性不合格試餅

（5）水化熱

1）定義水化熱是水泥水化過(guò)程中所放出的熱量。硅酸鹽水泥是通用硅酸鹽水泥中水化熱最大的水泥品種。

2）影響水化熱的主要因素有礦物組成、細(xì)度、混合材料、外加劑、水泥的強(qiáng)度等級(jí)等。

3）水化熱對(duì)工程的影響水化熱對(duì)工程既有有利影響，又有不利影響。水化熱對(duì)混凝土工程冬季施工是有利的，有利于水泥的凝結(jié)硬化和防止冰凍破壞。水化熱對(duì)大體積混凝土工程極為不利，會(huì)使混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂，因此大體積混凝土工程應(yīng)選用水化熱低的水泥。

安定性不良的水泥會(huì)使混凝土產(chǎn)生膨脹裂縫、從而降低建筑物的質(zhì)量，甚至引起嚴(yán)重的工程質(zhì)量事故。因此，嚴(yán)禁用于工程中。

（6）強(qiáng)度

1）定義水泥的強(qiáng)度用水泥膠砂強(qiáng)度表示。水泥膠砂強(qiáng)度是按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法將水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂、水按一定的比例（水泥︰標(biāo)準(zhǔn)砂︰水＝1︰3.00︰0.50），制成規(guī)格為40mm×40mm×160mm標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期所測(cè)得的強(qiáng)度值。

水泥膠砂試模水泥膠砂試件

2）強(qiáng)度等級(jí)硅酸鹽水泥根據(jù)3d、28d的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度劃分為6個(gè)等級(jí)。其中，“R”表示早強(qiáng)型水泥。硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度值

表5-3強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.062.5≥28.0≥62.5≥5.0≥8.062.5R≥32.0≥5.5

2.化學(xué)指標(biāo)化學(xué)指標(biāo)的技術(shù)要求

化學(xué)指標(biāo)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）不溶物≤0.75（P·Ⅰ）；≤1.50（P·Ⅱ）燒失量≤3.0（P·Ⅰ）；

≤3.5（P·Ⅱ）三氧化硫≤3.5氧化鎂≤5.0氯離子≤0.06堿含量（選擇性指標(biāo)）≤0.60表5-4

（六）水泥石的腐蝕與防止水泥石的腐蝕是指硬化后的水泥石長(zhǎng)期處于腐蝕性介質(zhì)中（如流動(dòng)的淡水、酸類(lèi)、鹽類(lèi)溶液、強(qiáng)堿等），水泥石結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸變得疏松，孔隙率不斷增大，強(qiáng)度不斷下降甚至完全破壞的現(xiàn)象。

酸類(lèi)腐蝕后水泥石表面的溶失、脫落硫酸鹽腐蝕后水泥石的開(kāi)裂1.腐蝕的類(lèi)型

2.腐蝕的原因

軟水腐蝕酸類(lèi)腐蝕鹽類(lèi)腐蝕強(qiáng)堿腐蝕腐蝕的類(lèi)型腐蝕的原因內(nèi)因外因存在易被腐蝕的成分本身不致密腐蝕介質(zhì)的存在3.防止腐蝕的措施

防止腐蝕的措施根據(jù)腐蝕介質(zhì)的類(lèi)型，合理選用水泥品種提高水泥石的密實(shí)度設(shè)置隔離層或保護(hù)層（七）硅酸鹽水泥的性質(zhì)及應(yīng)用

快凝快硬高強(qiáng)適用于早期強(qiáng)度要求高的工程（現(xiàn)澆梁、板、柱）、冬季施工的工程、重要結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土工程抗凍性好適用于嚴(yán)寒地區(qū)遭受反復(fù)凍融的工程及干濕交替的部位耐腐蝕性差不宜用于有海水和侵蝕介質(zhì)存在的環(huán)境中堿度高，抗碳化能力強(qiáng)

適用于空氣中二氧化碳濃度較高的環(huán)境，如

鑄造車(chē)間水化熱大

不宜用于大體積混凝土工程

耐熱性差不宜用于高溫環(huán)境的工程耐磨性好適用于公路、地面等有耐磨要求的工程常溫養(yǎng)護(hù)效果好，高溫養(yǎng)護(hù)效果差

適合常溫養(yǎng)護(hù)，不適宜蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)的混

凝土工程表5-5三、普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥是由熟料、石膏和少量混合材料組成。其中，熟料+石膏≥80%且＜95%

，活性混合材料摻加量＞5%

且≤20%

，其中允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量8%且符合要求的非活性混合材料來(lái)代替或允許用不超過(guò)水泥質(zhì)量5%且符合要求的窯灰來(lái)代替。代號(hào)P·O。（一）普通硅酸鹽水泥的水化

普通硅酸鹽水泥的水化一次水化反應(yīng)二次水化反應(yīng)

1.二次水化反應(yīng)的原理

Ca(OH)2＋SiO2＋H2O→CaO·SiO2·(

＋)H2OCa(OH)2＋Al2O3＋H2O→CaO·Al2O3·

(

＋)H2O

3CaO·Al2O3·

6H2O＋3(CaSO4

·

2H2O)＋19H2O

→3CaO·Al2O3

·

3CaSO4

·

31H2O

氫氧化鈣和石膏稱(chēng)為激發(fā)劑，起著激發(fā)水化促進(jìn)凝結(jié)硬化的作用。

2.二次水化反應(yīng)的特點(diǎn)

（1）水化速度慢，生成的水化產(chǎn)物少，強(qiáng)度低；

（2）水化熱??；

（3）對(duì)溫度和濕度較敏感；

（4）消耗氫氧化鈣。

（二）普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求

1.物理、力學(xué)指標(biāo)（與硅酸鹽水泥相比）

（1）相同點(diǎn)

初凝時(shí)間、安定性、細(xì)度與硅酸鹽水泥相同。（2）不同點(diǎn)

終凝時(shí)間：不大于600min；

強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)3d、28d的抗折、抗壓強(qiáng)度劃分為42.5、42.5R、52.5、52.5R四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

普通硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度值

2.化學(xué)指標(biāo)（與硅酸鹽水泥相比）相同點(diǎn)：氧化鎂、三氧化硫、燒失量、氯離子、堿含量同硅酸鹽水泥；不同點(diǎn)：燒失量≤5.0%。

表5-6強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d42.5≥17.0≥42.5≥3.5≥6.542.5R≥22.0≥4.052.5≥23.0≥52.5≥4.0≥7.052.5R≥27.0≥5.0（三）性質(zhì)及應(yīng)用

1.早期強(qiáng)度略低，后期強(qiáng)度高；2.抗凍性、耐磨性、抗碳化性略有降低；3.水化熱略?。?.耐腐蝕性略有提高；5.耐熱性稍好。普通硅酸鹽水泥廣泛用于各種混凝土和鋼筋混凝土工程，是建筑行業(yè)里應(yīng)用面最廣，使用量最大的水泥品種。

四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥（一）組分、代號(hào)及混合材料的摻加量

表5-7品種礦渣硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥代號(hào)P·S·AP·S·BP·P

P·F

P·C組分（%）熟料＋石膏≥50且＜80≥30且＜50≥60且＜80≥60且＜80≥50且＜80?；郀t礦渣＞20且≤50＞50且≤70——＞20且≤50火山灰質(zhì)混合材料——＞20且≤40—粉煤灰———＞20且≤40石灰石————（二）技術(shù)要求

1.化學(xué)指標(biāo)化學(xué)指標(biāo)的技術(shù)要求

表5-8品種代號(hào)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）不溶物燒失量三氧化硫氧化鎂氯離子堿含量礦渣硅酸鹽水泥P·S·A——≤4.0≤6.0≤0.06≤0.60P·S·B———火山灰硅酸鹽水泥P·P——≤3.5≤6.0粉煤灰硅酸鹽水泥P·F——復(fù)合硅酸鹽水泥P·C——2.物理、力學(xué)指標(biāo)（與硅酸鹽水泥相比）

（1）相同點(diǎn)

初凝時(shí)間、安定性與硅酸鹽水泥相同。（2）不同點(diǎn)

終凝時(shí)間：不大于600min；

細(xì)度（選擇性指標(biāo)）：礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥以篩余表示，80

方孔篩篩余不大于10%或45

方孔篩篩余不大于30%。

強(qiáng)度等級(jí)：按3d、28d的抗折和抗壓強(qiáng)度劃分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥各齡期的強(qiáng)度值

表5-9強(qiáng)度等級(jí)抗壓強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）3d28d3d28d32.5≥10.0≥32.5≥2.5≥5