第三章 水泥.ppt

1、,第三章 水泥 第一節(jié) 硅酸鹽水泥 第二節(jié) 摻混合材料的硅酸鹽水泥 第三節(jié) 特性水泥和專用水泥,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,水泥的發(fā)明 1824年由英國建筑工人阿斯普丁發(fā)明,通過煅燒石灰石與粘土的混 合料得出一種膠凝材料,它制成磚塊很像由波特蘭半島采下來的波 特蘭石,由此將這種膠凝材料命名波特蘭水泥. 水泥的發(fā)展歷程 波特蘭水泥（1824年）砂漿、混凝土鋼筋混凝土（1850年）石棉 水泥（1900年）預(yù)應(yīng)力混凝土（1929年）外加劑混凝土（1935年） 聚合物水泥混凝土（20世紀(jì)50年代）高強(qiáng)混凝土（20世紀(jì)70年代） 高性能混凝土（20世紀(jì)90年代）。,四 川 水 利 職 業(yè) 技

2、 術(shù) 學(xué) 院,混合材料摻量 20,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,一、硅酸鹽水泥的定義 凡由硅酸鹽水泥熟料、05石灰石或粒化高爐礦渣、適量石 膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥即國外通稱的 波特蘭水泥。 硅酸鹽水泥分兩種類型： 不摻加混合材料的稱I型硅酸鹽水泥，代號PI； 在硅酸鹽水泥粉磨時摻入不超過水泥質(zhì)量5石灰石或?；?爐礦渣混合材料的稱型硅酸鹽水泥，代號P。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,二、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程 生產(chǎn)過程：兩磨一燒。 生產(chǎn)原料：石灰質(zhì)原料（如石灰?guī)r） 粘土質(zhì)原料（如粘土、粘土質(zhì)頁巖） 少量輔助原料（如鐵礦粉、石膏）,四 川 水 利 職 業(yè) 技

3、 術(shù) 學(xué) 院,三、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及水化特性,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,現(xiàn)有甲、乙兩廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料，其礦物成分如下 表，試估計和比較這兩廠所生產(chǎn)的硅酸鹽水泥的硬化速度、 水化熱和強(qiáng)度有何差異？,分析：由甲廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥的強(qiáng)度發(fā)展速、水化熱、d時的強(qiáng)度均高于由乙廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥但耐腐蝕性則低于由乙廠硅酸鹽水泥熟料配制的硅酸鹽水泥。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,某大體積的混凝土工程，澆注兩周后拆模，發(fā)現(xiàn)擋墻有多道貫穿型的縱向裂縫。該工程使用某立窯水泥廠生產(chǎn)42.5型硅酸鹽水泥，其熟料礦物組成如下：,分析：由于該工程所使用的

4、水泥C3A和C3S含量高，導(dǎo)致該水泥的水化熱高，且在澆注混凝土中，混凝土的整體溫度高，以后混凝土溫度隨環(huán)境溫度下降，混凝土產(chǎn)生冷縮，造成混凝土貫穿型的縱向裂縫。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四、硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程 水化：物質(zhì)由無水狀態(tài)變?yōu)橛兴疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆?統(tǒng)稱為水化。 凝結(jié)：水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸 變稠并失去可塑性的過程稱為凝結(jié)。 硬化：此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅硬的石狀固體（水 泥石），這一過程稱為硬化。 思考題：簡述石膏在水泥中的主要作用？ 答：石膏在水泥硬化中起緩凝劑的作用。 純水泥熟料磨細(xì)后，與水拌和，凝結(jié)時間很短，因此不便

5、使 用，為調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間，摻入適量（3%左右）的石膏，石 膏與凝結(jié)速度最快的鋁酸三鈣作用，生成了難溶的水化硫酸鋁 鈣，覆蓋在鋁酸三鈣的周圍，阻止其繼續(xù)快速水化，因而延緩 了水泥的凝結(jié)時間。石膏摻量取決于鋁酸三鈣和SO3的含量。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,五、影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素 熟料礦物成分：硅酸鹽水泥熟料礦物對水泥性能的影響。 水泥的細(xì)度：在礦物組成相同的條件下，水泥磨得愈細(xì)，水泥 顆粒平均粒徑愈小，比表面積越大，水泥水化時與水的接觸面越大 ，水化速度越快，水化反應(yīng)越徹底。相應(yīng)地水泥凝結(jié)硬化速度就越 快，早期和后期強(qiáng)度就越高。但其28d水化熱也越大，硬化后的干 縮也越

6、大。另外要把水泥磨得更細(xì)，也需要高成本。因此水泥應(yīng)具 有一定的細(xì)度。 用水量；養(yǎng)護(hù)時間；溫度和濕度；外加劑；石膏摻量等。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,六、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 1、密度、堆積密度：在進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計中，一般水泥密 度3.1g/cm33.2g/cm3,堆積密度取1300kg/m3。 2、細(xì)度：一般水泥顆粒限制在7200um范圍內(nèi)。 細(xì)度測定的方法：篩析法（干篩法、水篩法、負(fù)壓篩析法） 3、凝結(jié)時間：初凝為水泥加水拌合時起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去 可塑性所需的時間；終凝為水泥加水拌和時起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿 完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時間。硅酸鹽水泥初凝 時間不得

7、早于45min，終凝時間不得遲于6h30min。 原因：初凝時間過早，下一道工序無充足的施工時間，終凝時 間過遲，會拖延整個工程的施工工期。 水泥凝結(jié)時間的測定：凝結(jié)時間測定儀,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,六、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 4、體積安定性：指水泥在凝結(jié)硬化過程中體積變化的均勻性。當(dāng)水 泥漿體硬化過程發(fā)生了不均勻的體積變化，會導(dǎo)致水泥石膨脹開 裂、翹曲，即安定性不良。安定性不良的水泥會降低建筑物質(zhì) 量，甚至引起嚴(yán)重事故。 引起水泥安定性不良的原因：熟料中游離氧化鎂過多；石膏 摻量過多；熟料中游離氧化鈣過多。 測試方法：試餅法或雷氏法（有爭議時以雷氏法為準(zhǔn)） 5、強(qiáng)度及強(qiáng)度等級

8、：水泥強(qiáng)度是采用軟練膠砂法測定： 該方法是由按質(zhì)量計的一份水泥、三份ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，0.5份的水拌 制成40mm*40mm*160mm的試件，分別測定試件3d和28d的抗壓強(qiáng)度 及抗折強(qiáng)度，根據(jù)測定結(jié)果，確定水泥的強(qiáng)度等級：42.5、42.5R、 52.5、52.5R、62.5、62.5R。R表示該水泥的早期強(qiáng)度。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,六、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求 6、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：指水泥漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度（規(guī)定稠度）時所需 的拌和水量，以水占水泥重量的百分?jǐn)?shù)表示。水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度 用水量越少，水泥性能越好。硅酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一 般為。 7、水化熱：水化熱對大體積建筑物不利；

9、對非大體積建筑物的 冬季施工，有利于混凝土的凝結(jié)硬化。 8、堿含量：水泥中堿含量按Na2O0.653K2O計算值來表示。若 使用活性骨料，用戶要求提供低堿水泥時，水泥中堿含量不 得大于0.60%或由供需雙方商定。,烘干箱,80m方孔篩,七、檢測水泥質(zhì)量的試驗方法 1、水泥細(xì)度試驗,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,（1）水篩法 取樣W =50g，置于潔凈的水篩中; 用潔凈的水沖洗水篩架上，用水壓為（0.050.02）Mpa的噴頭連續(xù)沖洗3min; 調(diào)整好水篩架的位置，使其能正常運轉(zhuǎn)。噴頭底面和篩網(wǎng)之間的距離為3575; 篩畢，用少量水把篩余物沖至蒸發(fā)皿中，等水泥顆粒全部沉淀后小心將水傾出

10、，烘干并用天平稱量篩余物。 試驗記錄：篩余量Rs（g）； 結(jié)果計算:水泥細(xì)度按試樣篩余百分?jǐn)?shù)F計算,即,45m方孔篩,(2）負(fù)壓篩析法 取樣W =50g，置于潔凈的方空篩中; 開動篩析儀連續(xù)篩2min，工作負(fù)壓應(yīng)保持在4000Pa-6000Pa。在此期間如有試樣附著在篩蓋上，可輕輕敲擊，使試樣落下； 篩畢，用天平稱量篩余物； 試驗記錄：篩余量Rs（g）； 結(jié)果計算:水泥細(xì)度按試樣篩余百分?jǐn)?shù)F計算,即,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,七、檢測水泥質(zhì)量的試驗方法 1、水泥細(xì)度試驗,負(fù)壓表,計時器,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,七、檢測水泥質(zhì)量的試驗方法 2、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗

11、 取樣：水m1=142.5g；水泥m2=500g； 攪拌鍋先用濕布擦抹，將水和水泥按順序倒入攪拌鍋內(nèi)； 用水泥凈漿攪拌機(jī)拌合，先低速攪拌120s，停15s，接著高速攪拌120s停機(jī)； 標(biāo)準(zhǔn)稠度測定;立即將水泥漿裝入圓模中，用小刀輕輕振動數(shù)次，抹平后用水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定儀檢測重錘30s內(nèi)下沉的深度； 結(jié)果評定：如果重錘30s內(nèi)下沉的深度在2630mm，表明該水泥漿已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度，則該水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P=m1/m2;如果重錘30s內(nèi)下沉的深度不在此范圍，應(yīng)該增減用水量，重新試驗，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度為止。,攪拌葉片,攪拌鍋,計時器,開關(guān),標(biāo)尺,指針,圓模,重錘,支架,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù)

12、 學(xué) 院,砂斗,模套,振動臺,試模,160mm,40mm,40mm,送油閥,回油閥,壓力表,抗折夾具,游動砝碼,標(biāo)尺,100mm,七、檢測水泥質(zhì)量的試驗方法 3、水泥膠砂強(qiáng)度檢驗（ISO） 取樣：一份水泥、三份ISO標(biāo)準(zhǔn)砂（1350g），0.5份的水； 用膠砂攪拌機(jī)拌合:先低速攪拌30s后，在第二個30s內(nèi)勻速的加入砂子再拌30s；然后高速下繼續(xù)攪拌60s； 將砂漿立即制成模型:先將空試模刷油并和模套固定在振動臺上，用一個勺子直接將砂漿裝入空試模，接著振實60次，再裝入第二次在振實60次。然后取下試模，表面抹平； 試件養(yǎng)護(hù)：將試件放入濕箱； 檢測強(qiáng)度：分別測定7d和28d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；

13、 評價結(jié)果：以一組3個試件的平均值作為結(jié)果。 抗壓強(qiáng)度=F/(40mm*40mm) 抗折強(qiáng)度=(3F*100mm)/(40mm*40mm*40mm),40mm*40mm,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,八、水泥石的腐蝕與防止 水泥制品在一般使用條件下，具有較好的耐久性，但 在某些侵蝕介質(zhì)（如軟水、含酸或鹽的水等）作用下， 強(qiáng)度降低甚至造成建筑物結(jié)構(gòu)破壞，這種現(xiàn)象稱為水 泥石的腐蝕。 水泥石腐蝕的原因： 軟水腐蝕；酸性腐蝕；鹽類腐蝕；強(qiáng)堿的腐蝕 防止的措施； 、根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的侵蝕特性，合理選擇水泥品種 、提高水泥密實度 、設(shè)置保護(hù)層,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,九、硅酸鹽水泥

14、的性質(zhì)與應(yīng)用 1.早期及后期強(qiáng)度均高：適用于預(yù)制和現(xiàn)澆的混凝土工程、冬季 施工的混凝土工程、預(yù)應(yīng)力混凝土工程等。 2.抗凍性好：適用于嚴(yán)寒地區(qū)和抗凍性要求高的混凝土工程。 3.耐腐蝕性差：不宜用于受流動軟水和壓力水作用的工程，也不 宜用于受海水和其它腐蝕性介質(zhì)作用的工程。 4.水化熱高：不宜用于大體積混凝土工程。 5.抗炭化性好：適合用于二氧化碳濃度較高的環(huán)境，如翻砂、鑄 造車間等。 6.耐熱性差：不得用于耐熱混凝土工程。 7.干縮?。嚎捎糜诟稍锃h(huán)境。 8.耐磨性好：可用于道路與地面工程,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,十、硅酸鹽水泥的儲運與驗收 1.水泥在運輸過程中，須防潮與防水；

15、2.散裝水泥須分庫儲存，袋裝水泥的堆放高度不得超過十袋； 3.水泥不宜久存，超過三個月的水泥須重新試驗，確定其標(biāo)號； 4.水泥進(jìn)場之后，應(yīng)立即進(jìn)行驗收，嚴(yán)格貫徹先驗收后使用的原 則，水泥驗收周期較長，一般要一個月。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,一、活性的混合材料 、?；郀t礦渣：凡在高爐冶煉生鐵時，所得以硅酸鹽與 硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后，即為?；?爐礦渣，簡稱礦渣。 、粉煤灰：從煤粉爐煙道氣體中收集的粉末稱為粉煤灰。它以 Al2O3、SiO2為主要成分，含有少量CaO。 、火山灰質(zhì)混合材料：指具有火山灰性的天然或人工的礦物

16、材 料。天然的有：火山灰、 凝灰?guī)r、浮石、浮石巖、沸石、 硅藻土等；人工的有：燒頁巖、燒粘土、煤渣、煤矸石、硅 灰等?；钚猿煞忠彩腔钚訟l2O3和活性SiO2，它們本身磨細(xì)加 水拌和并不硬化，但與氣硬性的石灰混合后，再加水拌和， 則不單能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化的。,活性混合材料在水泥生產(chǎn)中的作用 磨細(xì)的活性混合材料與水調(diào)和后，本身不會硬化或硬化極其緩慢；但在飽和Ca（OH）2溶液中，常溫就會發(fā)生顯著的水化反應(yīng)： （水化硅酸鈣） （水化鋁酸鈣） 水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣是具有水硬性的產(chǎn)物。 石膏+水化鋁酸鈣=水化硫鋁酸鈣。 由此可見，是氫氧化鈣和石膏激發(fā)了混合材料的活性，故稱它們?yōu)榛钚?/p>

17、混合材料的激發(fā)劑；活性混合材料可以改善水泥的某些性能、調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號、降低水化熱、降低產(chǎn)成本、增加水泥產(chǎn)量、擴(kuò)大水泥品種。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,二、非活性混合材料 常溫下不與氫氧化鈣和水反應(yīng)的混合材料稱為非活性混合材料。主要有石灰石、石英砂及礦渣等。 非活性混合材料摻入水泥中的主要作用是：調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號、降低水化熱、降低生產(chǎn)成本、增加水泥產(chǎn)量。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,三、普通硅酸鹽水泥 凡由硅酸鹽水泥熟料、6%-15%的混合材料及適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為普通硅酸鹽水泥，簡稱普通水泥。 國家標(biāo)準(zhǔn)對普通硅酸鹽水

18、泥的技術(shù)要求有： 1、細(xì)度：篩孔尺寸為80m的方孔篩的篩余不得超過10%， 否則為不合格。 2、凝結(jié)時間：處凝時間不得早于45分鐘，終凝時間不得 遲于10小時。 3、標(biāo)號：根據(jù)抗壓和抗折強(qiáng)度，將硅酸鹽水泥劃分為32.5、 42.5、52.5、62.5四個標(biāo)號。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,三、普通硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥由于混合材料摻量較少，其性質(zhì)與硅酸鹽水泥基本相同，略有差異，主要表現(xiàn)為： （1）早期強(qiáng)度略低 （2）耐腐蝕性稍好 （3）水化熱略低 （4）抗凍性和抗?jié)B性好 （5）抗炭化性略差 （6）耐磨性略差,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅

19、酸鹽水 泥和粉煤灰硅酸鹽水泥,1、礦渣硅酸鹽水泥：簡稱礦渣水泥。它由硅酸鹽水泥熟料、 20%-70%的?；郀t礦渣及適量石膏組成。 2、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥：簡稱火山灰水泥。它由硅酸鹽水 泥熟料、20%-50%的火山灰質(zhì)混合材料及適量石膏組成。 3、粉煤灰硅酸鹽水泥：簡稱粉煤灰水泥。它由硅酸鹽水泥 熟料、20%-40%的粉煤灰及適量石膏組成。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,國家標(biāo)準(zhǔn)對礦渣、火山灰、粉煤灰水泥的技術(shù)要求 國標(biāo)礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥（GB13441999）規(guī)定的技術(shù)要求如下： 1、氧化鎂：熟料中氧化鎂的含量不超過5.0%，如果水泥經(jīng)壓蒸安定性試

20、驗合格，則熟料中氧化鎂的含量允許放寬到6.0%。 2、三氧化硫：礦渣水泥中不得超過4.0%?；鹕交宜?、粉煤灰水泥中不得超過3.5%。 3、細(xì)度：80m方孔篩篩余不得超過10.0%。 4、凝結(jié)時間：初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。 5、安定性：用沸煮法檢驗必須合格。 6、強(qiáng)度：水泥強(qiáng)度等級按規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度劃分。 三種水泥各強(qiáng)度等級、各齡期強(qiáng)度不得低于規(guī)范數(shù)值。 7、堿：水泥中堿含量按NaO+0.658K2O計算值來表示，若使用活性 骨料需限制水泥中堿含量時由供需雙方商定。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,四、礦渣硅酸鹽水

21、泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥,三種水泥的共性 1、早期強(qiáng)度低、后期強(qiáng)度發(fā)展高 2、對溫度敏感，適合高溫養(yǎng)護(hù) 3、耐腐蝕性好 4、水化熱少 5、抗凍性差 6、抗炭化性較差,三種水泥的應(yīng)用 1、礦渣硅酸鹽水泥 適合于有耐熱要求的工程；不適合于有抗凍性要求的工程。 2、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥 適合于有抗?jié)B性要求的混凝土工程；不適合于干燥環(huán)境中 的地上及有耐磨性要求的混凝土工程。 3、粉煤灰硅酸鹽水泥 適合于承載較晚的混凝土工程；不宜用于有抗?jié)B要求的、 干燥環(huán)境中的或有耐磨性要求的混凝土工程。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,五、復(fù)合硅酸鹽水泥 凡有硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定

22、的混合材料、適量石膏磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料，稱為復(fù)合硅酸鹽水泥。 復(fù)合硅酸鹽水泥由于摻入了二種以上的混合材料，起到了互相取長補短的作用，其效果大大優(yōu)于只摻一種混合材料。其早期強(qiáng)度提高，且水化熱低，耐腐蝕性、抗?jié)B性及抗凍性較好。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,一、高鋁水泥 以鋁酸鈣為主、氧化鋁含量約50%的熟料，磨細(xì)制成的水硬 性膠凝材料，稱為高鋁水泥。 特點： 、強(qiáng)度發(fā)展非常迅速，24h內(nèi)幾乎可達(dá)到最高強(qiáng)度，強(qiáng)度增 長不穩(wěn)定，有下降趨勢。 、在低溫（510）也能很好硬化，而在高溫（30） 養(yǎng)護(hù)時強(qiáng)度劇烈下降。因此高鋁水泥使用溫度不得超過 30，更不宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。 、高鋁水泥抗硫酸鹽性能好，對碳酸和稀酸（pH不小于） 也有很好的穩(wěn)定性，但對濃酸和濃堿的耐蝕性不好。目前 高鋁水泥用于配制膨脹水泥、自應(yīng)力水泥和耐熱混凝土。,四 川 水 利 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院,二、快硬硫鋁酸鹽水泥 以適當(dāng)?shù)纳蠠敛糠秩廴?，得到以無水硫鋁酸鈣和硅酸 二鈣為主要礦物成分的熟料，加入適量的石膏磨細(xì)的具有 早期強(qiáng)度高的特點的水硬性膠凝材料，稱為快硬硫鋁酸鹽 水泥。 特點：強(qiáng)度發(fā)展很快，早期強(qiáng)度高，且結(jié)構(gòu)致密，孔隙率 小，抗?jié)B性高，水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的含量少，抗硫酸鹽 侵蝕