波特蘭水泥.ppt

1、波特蘭水泥,波特蘭水泥是一種水硬性水泥，係由燒窯中的水泥燒塊 ( 含有水硬性矽酸鈣 ) 研磨而成。 1824年，英格蘭的一個(gè)砌磚工人約瑟夫艾斯伯汀，首先使用“波特蘭水泥”這個(gè)名詞來描述一種取得專利的膠結(jié)性產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的製造是將黏土、石灰石或白堊的混合物在鍋爐中加熱，直到溫度足夠?qū)⒍趸既コ秊橹埂?波特蘭水泥,使用“波特蘭”這個(gè)名詞，是因?yàn)槭褂么朔N水泥所拌製而成的混凝土，其顏色與英國得塞郡波特蘭島上的天然巖石相似。 英國水泥製造家I. C. Johnson應(yīng)該是波特蘭水泥的真正發(fā)明者。在1845年的時(shí)候，他的工廠即開始生產(chǎn)波特蘭水泥，本質(zhì)上與吾人今日所用的水泥相似。,製造水泥之原料,製造波特

2、蘭水泥之原料，其主要的三種成分為： 氧化鈣 ( 石灰，CaO ) 二氧化矽 ( SiO2 ) 氧化鋁 ( Al2O3 ),水泥之原料,氧化鈣源自於石灰?guī)r或白堊，而二氧化矽和氧化鋁則由黏土、頁巖和鐵鋁氧石獲得。 大部分的原料包含少量的氧化鐵、氧化鎂、三氧化硫、鹼金屬和二氧化碳，其中氧化鈣和二氧化矽佔(zhàn)原料成分的百分比分別約為60 % 和20 %，氧化鐵和氧化鋁約佔(zhàn)10 %。 鐵礦也作為助熔劑使用，可降低水泥燒塊的溫度。,水泥之製造,水泥係將石灰質(zhì)原料( CaCO3 )及黏土質(zhì)原料( SiO2+Al2O3+Fe2O3 ) 按化學(xué)成分及欲製成水泥品種決定配料比例，經(jīng)研磨、燒結(jié)再加石膏研磨致所須細(xì)度而成

3、。 製造水泥典型原料比例 CaO=63.0%，SiO2=22.0%，Al2O3= 6.0% MgO= 2.6%，F(xiàn)e2O3= 2.5%，SO3=2.0% K2O= 0.6%，Na2O= 0.3%，CO2，H2O,C-A-S三相平衡圖,Al2O3+ Fe2O3,SiO2,CaO+ MgO,水泥製造流程,水泥製造流程,水泥研磨混合工法,濕式法(Wet Process) 水泥原料研磨時(shí)加水混合成灰泥漿較常用；易於輸送進(jìn)入旋轉(zhuǎn)窯鍛燒需耗用較高能量使灰漿中水分汽化。 乾式法(Dry Process) 將壓碎之原料以球磨機(jī)研磨成可通過200號篩的粉末狀。 將磨細(xì)之原料粉末直接輸入窯內(nèi)鍛燒。,乾式法燒結(jié)製程

4、,在乾製過程中，將混合物倒入轉(zhuǎn)窯中，並在乾燥狀態(tài)加熱，此可節(jié)省燃料的消耗和用水，不過此製程之灰塵較多。雖然溼製法通常較乾製法有效率，但需要較多的燃料故較不經(jīng)濟(jì)。,水泥之化學(xué)組成,矽酸三鈣(Tri-calcium Silicate) 3CaO.SiO2簡寫C3S；重量比=50% 矽酸二鈣(Di-calcium Silicate) 2CaO.SiO2簡寫C2S；重量比=25% 鋁酸三鈣(Tri-calcium Aluminate) 3CaO.Al2O3簡寫C3A；重量比=12% 鋁鐵酸四鈣(Tetra-calcium Aluminoferrite) 4CaO.Al2O3.Fe2O3簡寫C4AF；重

5、量比=8% 硫酸鈣(Calcium Sulfate Dihydrate;Gypsum) CaSO4.2H2O簡寫CSH2；重量比=3.5%,水泥的成分(ASTM),水泥組成物計(jì)算,柏格計(jì)算(Bogue Calculation ASTM C150),Case A:,Case B:,A:Al2O3 F:Fe2O3,水泥組成物性質(zhì),水泥水化組成物特性,C4AF水化速率並無定量資料；但較不含石膏(CSH2)時(shí)為快,組成物對水泥強(qiáng)度影響,C3S含量愈多，則早期強(qiáng)度愈高 後期(約180日) 則C2S多強(qiáng)度高 C3A水化作用快 第一天強(qiáng)度為C3A之表現(xiàn),組成物對水泥強(qiáng)度影響,不純物對水泥的影響,游離石灰(C

6、aO) 成因：原料成分配合不當(dāng)或鍛燒不完全降低水泥之強(qiáng)度、耐久性及水密性。 游離石灰含量愈少愈好；CaO0.5% 。 石膏(CaSO4.2H2O)鈣釩石(C6AS3H32) 水泥熟料添加 2 4%石膏研磨，可延緩氧化鋁水化作用，以延長凝結(jié)時(shí)間。 石膏太少凝結(jié)時(shí)間縮短；太多因無水硫酸SO3作用造成體積膨脹 (Bulk expansion) 而乾縮增大、強(qiáng)度降低。,不純物對水泥的影響,鹼性氧化物(K2O&Na2O) 提高水泥早期強(qiáng)度；降低長期強(qiáng)度。 易造成鹼骨材反應(yīng)(Alkali-reaction Aggregate) K2O&Na2O與帶有SiO2、Al2O3之活性骨材作用產(chǎn)生一吸水不放水之半透

7、明膜狀類似水玻璃物質(zhì)；因其吸水不排，造成過度膨脹而使骨材失去完整性致混凝土破裂。 K2O+Na2O 0.6% 氧化鎂(MgO) 含量太高則水泥健性不佳；MgO 6% 。,水泥的分類,第一類(Type I )：普通水泥 用於一般無特殊性質(zhì)要求的營建工程。 第二類(Type II )：改良水泥 放熱速率慢；適宜大體積灌漿。 可抵抗中度硫酸鹽之侵害。 第三類(Type III)：早強(qiáng)水泥 早期強(qiáng)度高；適用於快速拆模及寒中混凝土。 第四類(Type IV)：低熱水泥 水化熱低、放熱緩慢；適宜特大巨積混凝土。 第五類(Type V )：抗硫水泥 避免CaO與硫酸鹽反應(yīng)成硫鋁酸鈣而體積膨脹。,水泥細(xì)度,水

8、泥的細(xì)度係指水泥顆粒的大小，對水泥水化過程的行為影響甚大。 細(xì)度可由通過200號篩 ( 75 m ) 的百分比而定，例如，普通波特蘭水泥約有80 % 通過此號篩。,水泥細(xì)度試驗(yàn),水泥的比表面積,另一種量測水泥細(xì)度的方法為測量水泥的比表面積，或單位重量的總表面積，單位為m2/kg，如ASTM C115 Wagner濁度計(jì)法或ASTM C204布蘭氏氣透儀法。 在氣透儀法的試驗(yàn)中，量測一定空氣通過一定氣孔率水泥層的流動(dòng)時(shí)間，即可依公式換算求得水泥的比表面積。,水泥細(xì)度對其性質(zhì)的影響,細(xì)度主要影響水泥的水化反應(yīng)，水化作用速度隨著細(xì)度的增加而增加，也因而增加強(qiáng)度發(fā)展速率與水化熱。例如，水泥的細(xì)度由20

9、0 m2/kg增加到300 m2/kg，可使水泥砂漿7天的強(qiáng)度由25.5 MPa 增加到29.7 MPa，強(qiáng)度大約增長了16 %。 但90天之後，由細(xì)度所造成的強(qiáng)度成長是可忽略的。 細(xì)度可減少水泥的泌水量，但卻需要更多的水量來維持相同的工作性。,水泥細(xì)度,雖然較細(xì)的水泥擁有較高的早期強(qiáng)度及較好的工作性 ( 在低水泥量的配比中 )，但卻會(huì)產(chǎn)生額外的裂縫，造成較低的抗凍融性。 第III型水泥是所有水泥中最細(xì)的。一般而言，水泥製造廠生產(chǎn)出的各種水泥都會(huì)比ASTM建議的細(xì)度 ( 280 m2/kg ) 來得細(xì)。 近年來，水泥的細(xì)度已經(jīng)愈來愈細(xì)，1935年對水泥細(xì)度的最低要求為150 m2/kg，而今天

10、所生產(chǎn)的第I型水泥，其細(xì)度約為330420 m2/kg之間。,水泥強(qiáng)度,水泥的強(qiáng)度這個(gè)名詞可能有些誤導(dǎo)，因?yàn)樗怯闪繙y水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度而得，並非指水泥的強(qiáng)度而言。,水泥強(qiáng)度試驗(yàn),通常是以1份水泥、2.75份標(biāo)準(zhǔn)砂及0.485份水混合 ( 輸氣水泥則為0.46份的水 ) 之重量比例，製作50 mm立方的水泥砂漿試體，並於3、7、28天時(shí)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。 如此所得之抗壓強(qiáng)度並不代表水泥或水泥砂漿的基本性質(zhì)，因其強(qiáng)度可能隨砂漿的配比或試體的大小而異。,水泥強(qiáng)度之標(biāo)準(zhǔn),在ASTM C109中提到，砂漿的抗壓強(qiáng)可提供一個(gè)強(qiáng)度的相對比較值。換言之，若在水泥用量不變的條件下，使用高強(qiáng)度水泥可增進(jìn)混凝土的整體強(qiáng)度。 ASTM規(guī)定： 第I型水泥3天的強(qiáng)度需大於12.4 MPa，7天的強(qiáng)度需大於19.3 MPa。 第II型水泥3天的強(qiáng)度需大於10.3 MPa，7天的強(qiáng)度需大於17.2 MPa。 第III型水泥3天的強(qiáng)度需大於24.1 MPa。,水泥強(qiáng)度的成長,水泥強(qiáng)度的成長,水泥的正常稠度,正常稠度可用來建立水泥的凝結(jié)特性，係利用費(fèi)開氏儀以300磅的壓力