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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,材料教研室,第三章 水 泥,水泥的特點(diǎn)和適用范圍,水泥的特點(diǎn),水泥是一種粉末狀材料，加水后拌合均勻形成的漿體，不僅能夠在干燥環(huán)境中凝結(jié)硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或發(fā)展其強(qiáng)度，形成具有堆聚結(jié)構(gòu)的人造石材。,水泥適用范圍,不僅適合用于干燥環(huán)境中的工程部位，而且也適合用于潮濕環(huán)境及水中的工程部位。,水泥的分類,按性能和用途分,水 泥,通用水泥,專用水泥,特性水泥,硅酸鹽水泥,普通硅酸鹽水泥,礦渣硅酸鹽水泥,粉煤灰硅酸鹽水泥,火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,復(fù)合硅酸鹽水泥,石灰石硅酸鹽水泥,如砌筑

2、水泥、油井水泥、道路水泥、大壩水泥等,如白色硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥等,水泥的分類,按主要水硬性物質(zhì)分,水泥種類,主要水硬性物質(zhì),主 要 品 種,硅酸鹽水泥,硅酸鈣,絕大多數(shù)通用水泥、專用水泥和特性水泥,鋁酸鹽水泥,鋁酸鈣,高鋁水泥、自應(yīng)力鋁酸鹽水泥、快硬高強(qiáng)鋁酸鹽水泥等。,硫鋁酸鹽水泥,無水硫鋁酸鈣,硅酸二鈣,有自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥、低堿度硫鋁酸鹽水泥、快硬硫鋁酸鹽水泥等,鐵鋁酸鹽水泥,鐵相、無水硫鋁酸鈣、硅酸二鈣,有自應(yīng)力鐵鋁酸鹽水泥、膨脹鐵鋁酸鹽水泥、快硬鐵鋁酸鹽水泥等,氟鋁酸鹽水泥,氟鋁酸鈣、硅酸二鈣,氟鋁酸鹽水泥等,以火山灰或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥,活性二

3、氧化硅,活性氧化鋁,石灰火山灰水泥、石膏礦渣水泥、低熱鋼渣礦渣水泥等,31 硅酸鹽水泥,一、硅酸鹽水泥的原材料和生產(chǎn)工藝,硅酸鹽水泥的原材料,生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料的原材料,石灰質(zhì)原料 天然石灰石。也可采用與天然石灰石化學(xué)成分相似的材料如白堊、石灰華等。,粘土質(zhì)原料 主要為粘土，其主要化學(xué)成分為SiO,2,，其次為Al,2,O,3,和少量Fe,2,O,3,。,鐵礦粉 采用赤鐵礦，化學(xué)成分為Fe,2,O,3,。,石膏主要為天然石膏礦、無水硫酸鈣等。,混合材料 包括活性混合材料（?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨細(xì)石英砂等）。,硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝“兩磨一燒”工藝

4、,生產(chǎn)水泥的方法主要有干法立窯生產(chǎn)和濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)兩種；,硅酸鹽水泥分為：型硅酸鹽水泥（不摻混合材料）和型硅酸鹽水泥（摻不超過5%混合材料）。,一、硅酸鹽水泥的原材料和生產(chǎn)工藝,石灰石,粘 土,鐵礦粉,生 料,石 膏,硅酸鹽水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,磨細(xì),13501450,煅燒,磨細(xì),二、熟料的礦物組成及其特性,熟料的礦物組成,水泥熟料礦物,硅酸二鈣,鐵鋁酸四鈣,游離氧化鈣和氧化鎂,鋁酸三鈣,硅酸三鈣,堿類及雜質(zhì),2CaOSiO,2,，C,2,S,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,，C,4,AF,f,CaO和,f,MgO,3CaOAl,2,O,3,，C,3,A,3CaOSi

5、O,2,，C,3,S,化學(xué)式及簡寫,二、熟料的礦物組成及其特性,水泥熟料礦物的主要特性,熟料礦物磨細(xì)加水，均能單獨(dú)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其特點(diǎn)見上表。,礦物名稱,硅酸三鈣,硅酸二鈣,鋁酸三鈣,鐵鋁酸四鈣,含量范圍（質(zhì)量）,3767,1530,715,1018,水化反應(yīng)速度,快,慢,最快,快,強(qiáng) 度,高,早期低，后期高,低,低（含量多時對抗折強(qiáng)度有利）,水 化 熱,較高,低,最高,中,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化,凝結(jié)硬化的概念,凝結(jié)：水泥加水拌合而成的漿體，經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化，漿體逐漸變稠失去可塑性而成為水泥石的過程；,硬化：水泥石強(qiáng)度逐漸發(fā)展的過程稱為硬化。,水泥的凝結(jié)過程和硬化過程是連續(xù)進(jìn)行

6、的。凝結(jié)過程較短暫，一般幾個小時即可完成；硬化過程是一個長期的過程，在一定溫度和濕度下可持續(xù)幾十年。,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化,熟料礦物的水化反應(yīng),硅酸三鈣,2（3CaOSiO,2,）6H,2,O=3CaO2SiO,2,3H,2,O3Ca（OH）,2,硅酸二鈣,2（2CaOSiO,2,）4H,2,O=3CaO,2,SiO,2,3H,2,OCa（OH）,2,鋁酸三鈣,3CaOAl,2,O,3,H,2,O=3CaOAl,2,O,3,6H,2,O,3CaOAl,2,O,3,6H,2,O3（CaSO,4,2H,2,O）19H,2,O=3CaOAl,2,O,3,3CaSO,4,31H,2,O,鐵鋁酸四

7、鈣,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,7H,2,O=3CaOAl,2,O,3,6H,2,OCaOFe,2,O,3,H,2,O,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化,熟料礦物的水化反應(yīng)過程,水化初期,熟料礦物與水反應(yīng)的速度較快，使水化產(chǎn)物不斷地從液相中析出并聚集在水泥顆粒表面，形成以水化硅酸鈣凝膠為主體的凝膠薄膜，大約在1h左右即在凝膠薄膜外側(cè)及液相中形成粗短的針狀鈣礬石晶體。,水化中期,以水化硅酸鈣（CSH）和氫氧化鈣的快速形成為特征。,水化后期,由于新生成的水化產(chǎn)物的壓力，水泥顆粒薄膜的凝膠薄膜破裂，使水進(jìn)入未水化水泥顆粒的表面，水化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。水化產(chǎn)物之間互相交叉連生，不斷密實(shí)，固體之間

8、的空隙不斷減小，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)逐漸緊密。,三、硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化,A凝膠體（CSH凝膠，水化硅酸鈣凝膠）；,B,晶體（氫氧化鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣）；,C孔隙（毛細(xì)孔、凝膠孔、氣孔等）；,D未水化的水泥顆粒,水泥石的結(jié)構(gòu),水泥石主要由凝膠體、晶體、孔隙、水、空氣和未水化的水泥顆粒等組成，存在固相、液相和氣相。因此硬化后的水泥石是一種多相多孔體系。,水泥石的結(jié)構(gòu)（水化產(chǎn)物的種類及相對含量、孔的結(jié)構(gòu)）對其性能影響最大。,四、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),1.密度、堆積密度和各成分含量,技術(shù)性質(zhì),質(zhì) 量 標(biāo) 準(zhǔn),密度，kg/m,3,31003200,堆積密度，kg/m,3,130016

9、00,不溶物,型：不溶物不得超過0.75；型：不溶物不得超過1.50,燒失量,型：燒失量不得大于3.0；型：燒失量不得大于3.5,氧化鎂,水泥中氧化鎂含量不宜超過5.0。如果水泥經(jīng)壓蒸法檢驗安定性合格，則水泥中氧化鎂含量可放寬至6.0,三氧化硫,3.5,堿含量,水泥中堿含量按Na,2,O0.658K,2,O計算值來表示。若使用活性集料，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,注：表中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。,四、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),2.細(xì)度,細(xì)度是指水泥顆粒的粗細(xì)程度。,水泥顆粒的粗細(xì)，直接影響其水化反應(yīng)速度、活性和強(qiáng)度。,國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，水泥的細(xì)度用篩析法和

10、比表面積法來測定。硅酸鹽水泥的細(xì)度為其比表面積大于300m,2,/kg。,四、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),3.凝結(jié)時間,凝結(jié)時間 分為初凝時間和終凝時間。初凝時間是從加水至水泥漿開始失去塑性的時間；終凝時間是從加水至水泥漿完全失去塑性的時間。,水泥初凝時間不宜過早，終凝時間不宜過遲。,國家標(biāo)準(zhǔn)GB1751999規(guī)定：硅酸鹽水泥初凝不得早于45min，終凝不得遲于6.5h。,四、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),4.體積安定性,體積安定性是指水泥漿體硬化后體積變化的穩(wěn)定性。水泥在硬化過程中體積變化不穩(wěn)定，即為體積安定性不良。,水泥安定性不良的原因：,熟料中含有過量的游離氧化鈣（,f,CaO），或含有過量的

11、游離氧化鎂（,f,MgO）；,生產(chǎn)水泥時摻入的石膏過量。,國家標(biāo)準(zhǔn)GB1751999規(guī)定，硅酸鹽水泥的安定性用沸煮法檢驗必須合格。,體積安定性不良的水泥嚴(yán)禁用于工程中。,四、硅酸鹽水泥的主要技術(shù)性質(zhì),5.強(qiáng)度及強(qiáng)度等級,（1）膠砂強(qiáng)度,國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂按1：3.0質(zhì)量比混合，加入規(guī)定量的水（水灰比為0.50），經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)試驗方法攪拌成型。制成40mm40mm160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件（1d溫度為201，相對濕度90以上的空氣中帶模養(yǎng)護(hù)；1d以后拆模，放入201的水中養(yǎng)護(hù)）下養(yǎng)護(hù)。根據(jù)水泥品種不同，分別測定3d、28d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，即為水泥的膠砂強(qiáng)度。,四、硅酸鹽水泥的主要技

12、術(shù)性質(zhì),（2）強(qiáng)度等級,根據(jù)水泥的膠砂強(qiáng)度劃分的級別稱為強(qiáng)度等級。硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級劃分為42.5，42.5R，52.5，52.5R，62.5，62.5R共六個等級。,表的 規(guī)定。,強(qiáng)度等級,抗壓強(qiáng)度，MPa,抗折強(qiáng)度，MPa,3d,28d,3d,28d,42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R,17.0,22.0,23.0,27.0,28.0,32.0,42.5,42.5,52.5,52.5,62.5,62.5,3.5,4.0,4.0,5.0,5.0,5.5,6.5,6.5,7.0,7.0,8.0,8.0,注：R型為早強(qiáng)型，主要是3d強(qiáng)度較高。,四、硅酸鹽水泥的主要

13、技術(shù)性質(zhì),6.水化熱,水泥的水化熱是指在水化過程中的放熱量，單位為kJ/kg。,水化熱的高低與熟料礦物的相對含量有關(guān)。鋁酸三鈣、硅酸三鈣的水化熱高，而鐵鋁酸四鈣、硅酸二鈣的水化熱較低。因此要降低水化熱，可適當(dāng)減少鋁酸三鈣和硅酸三鈣的含量。,水化熱主要對大體積混凝土工程有影響。對于大體積混凝土工程，應(yīng)選擇水化熱較低的水泥，或者采取特殊措施降低水化熱的危害。,五、水泥石的腐蝕及防止,水泥石腐蝕的方式,（1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）,（2）酸的腐蝕（溶解性化學(xué)腐蝕）,一般酸的腐蝕,碳酸水的腐蝕,（3）硫酸鹽腐蝕（膨脹性化學(xué)腐蝕）,（4）強(qiáng)堿腐蝕,防止水泥石腐蝕的措施,（1）根據(jù)工程的環(huán)境特點(diǎn)，合理選擇

14、水泥品種。,（2）提高混凝土的密實(shí)度。,（3）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層。,六、硅酸鹽水泥的特性及應(yīng)用,凝結(jié)硬化快，早期及后期強(qiáng)度均高，適用于有早強(qiáng)要求的工程。,抗凍性好，適合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。,耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。,水化熱高，不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。,抗碳化性好。因水化后氫氧化鈣含量較多，故水泥石的堿度不易降低，對鋼筋的保護(hù)作用強(qiáng)。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。,耐熱性差。因水化后氫氧化鈣含量高。不適用于承受高溫作用的混凝土工程。,耐磨性好，適用于高速公路、道路和地面工程。,32 摻混合材料的硅酸鹽水泥,混合材

15、料及其分類,混合材料 為了改善水泥性能、提高水泥的產(chǎn)量，在生產(chǎn)時摻入的天然或人工礦物質(zhì)材料。,活性混合材料,具有潛在水硬性或火山灰特性，或者兼具有潛在水硬性和火山灰特性的混合材料。,?；郀t礦渣；,粉煤灰；,火山灰質(zhì)混合材料,非活性混合材料,不具有潛在水硬性或質(zhì)量活性指標(biāo)不能達(dá)到規(guī)定要求的混合材料。如磨細(xì)石灰石粉、磨細(xì)石英砂等。,一、普通硅酸鹽水泥（代號PO）,定義,硅酸鹽水泥熟料61的混合材料適量石膏,技術(shù)性質(zhì)要求（與硅酸鹽水泥相比）,相同點(diǎn),MgO含量、SO,3,含量、初凝時間、安定性的技術(shù)要求相同。,不同點(diǎn),細(xì)度：80,m方孔篩篩余量不超過10.0%；,終凝時間：不遲于10h；,燒失量：

16、不得大于5.0%；,一、普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級：普通硅酸鹽水泥分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個強(qiáng)度等級。各齡期的強(qiáng)度不低于下表的規(guī)定。,強(qiáng)度等級,抗壓強(qiáng)度，MPa,抗折強(qiáng)度,，,MPa,3d,28d,3d,28d,32.5,32.5R,42.5,42.5R,52.5,52.5R,11.0,16.0,16.0,21.0,22.0,26.0,32.5,32.5,42.5,42.5,52.5,52.5,2.5,3.5,3.5,4.0,4.0,5.0,5.5,5.5,6.5,6.5,7.0,7.0,一、普通硅酸鹽水泥,主要特性,（1）早期強(qiáng)度略低，后期強(qiáng)度高。,（2）水化熱略低。,（3）抗?jié)B性好，抗凍性好，抗碳化能力強(qiáng)。,（4）抗侵蝕、抗腐蝕能力稍好。,（5）耐磨性較好；耐熱性能較好。,應(yīng)用,普通硅酸鹽水泥的應(yīng)用范圍和硅酸鹽水泥相同。,二、礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥,定義,技術(shù)性質(zhì)要求（與普通水泥相比）,相同點(diǎn),MgO含量、細(xì)度、凝結(jié)時間、安定性的技術(shù)要求相同。,不同點(diǎn),熟料,適量石膏,20%70%?；郀t礦渣,20%40%粉煤灰,20%50%火