1、第一节 水泥,第三章 水泥和水泥混凝土,一、认识水泥,什么是水泥 水泥是一种粉末状水硬性胶凝材料，加水后拌合均匀形成的浆体，不仅能够在干燥环境中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化，保持或发展其强度，形成具有堆聚结构的人造石材。 水泥适用范围 不仅适合用于干燥环境中的工程部位，而且也适合用于潮湿环境及水中的工程部位。,Construction Materials,正在建设中的三峡大坝,挪威的海上石油钻井平台,二、水泥的分类,按性能和用途分,水 泥,通用水泥,专用水泥,特性水泥,硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥,矿渣硅酸盐水泥,粉煤灰硅酸盐水泥,火山灰质硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,如油井水泥、道路硅酸盐水
2、泥、大坝水泥等,如白色硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥等,水泥的生产,三、硅酸盐水泥的原材料和生产工艺,1、硅酸盐水泥的原材料 生产硅酸盐水泥熟料的原材料 石灰质原料 天然石灰石。也可采用与天然石灰石化学成分相似的材料如白垩等。 粘土质原料 主要为粘土，其主要化学成分为SiO2，其次为Al2O3和少量Fe2O3。 铁矿粉 采用赤铁矿，化学成分为Fe2O3。 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。 混合材料：包括活性混合材料（粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料等）和非活性混合材料（石灰石粉、磨细石英砂等）。,硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工艺石膏是水泥组成中必不可少的缓凝剂，用来调节水泥的凝结速
3、度。 混合料可分为活性和非活性两类，在增加水泥产量、降低生产成本的同时，用来改善水泥的品质。,2、硅酸盐水泥的生产工艺,石灰石,粘 土,铁矿粉,生 料,石 膏,硅酸盐水泥,混合材料,熟 料,按比例混合,磨细,约1450,煅烧,磨细,3、熟料的矿物组成及其特性,熟料的矿物组成,水泥熟料矿物,硅酸二钙,铁铝酸四钙,游离氧化钙和氧化镁,铝酸三钙,硅酸三钙,碱类及杂质,2CaOSiO2，C2S,4CaOAl2O3Fe2O3，C4AF,fCaO和fMgO,3CaOAl2O3，C3A,3CaOSiO2，C3S,化学式及简写,水泥熟料矿物的主要特性,熟料矿物磨细加水，均能单独与水发生化学反应，其特点见上表。
4、,四、硅酸盐水泥的主要技术性质,1、细度 细度是指水泥颗粒的粗细程度。 水泥颗粒的粗细，直接影响其水化反应速度、活性和强度。 国家标准中规定，水泥的细度用筛析法和比表面积法来测定。 筛析法：以80m标准水泥筛上存留物的多少表示细度。 比表面积法：单位质量水泥材料表面积的大小来表示细度。,试验方法:,1.筛析试验前：调节负压至40006000Pa范围内。2.称取试样25g，置于负压筛，筛析2min。3.筛毕，称量筛余物ms。4.结果计算 (1)水泥试样筛余百分数：,筛余结果的修正:,C修正系数，0.801.20,2.水泥净浆标准稠度:,1.目的：确定水泥净浆达到标准稠度时所需的水量，使水泥凝结时
5、间和安定性两项重要指标的测定结果具有可比性。 2.测定：试验仪器：水泥净浆搅拌机、维卡仪试验方法：标准法/调整水量法,3.标准稠度净浆标准:试杆距底板距离为 6mm1mm。 4.标准稠度用水量:水泥净浆达到标准稠度时的用水量。,五、硅酸盐水泥的凝结和硬化,1、熟料矿物的水化反应 硅酸三钙 2（3CaOSiO2）6H2O = 3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2 硅酸二钙 2（2CaOSiO2）4H2O = 3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙 3CaOAl2O3H2O = 3CaOAl2O36H2O 3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）19H2O = 3CaO
6、Al2O33CaSO431H2O 铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O37H2O = 3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O,18,Construction Materials,钙钒石晶体,19,Construction Materials,C-S-H 水化硅酸钙凝胶,CH Crystal 氢氧化钙晶体,电镜下的水泥水化产物图,20,Construction Materials,水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）,C-S-H凝胶,钙矾石,2、硅酸盐水泥的凝结和硬化,凝结硬化的概念 水泥水化后，生成各种水化产物，随着时间推延，水泥浆的塑性逐渐失去，而成为具有一定强度的固体，这一过程称为水
7、泥的凝结硬化。 凝结硬化的影响因素有：水泥的熟料矿物组成及细度、水泥浆的水灰比、环境温度和湿度、龄期以及石膏的掺量。,3、凝结时间,凝结时间 分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从加水至水泥浆开始失去塑性的时间；终凝时间是从加水至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度的时间。凝结时间的工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便在施工时有足够的时间完成混凝土或砂浆的搅拌、运输、浇注和砌筑等工作。 水泥的终凝时间不宜过迟，以免延误施工工期。 国家标准GB1752006规定：硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于6.5h。,凝结时间的测定:,（1）采用凝结时间测定仪（维卡仪）； （2）采用水泥标准稠度净
8、浆。,初凝时间：试杆距底板距离为4mm1mm。终凝时间：当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体留下痕迹时。,凝结时间测定:,六、水泥安定性,水泥安定性是指水泥浆体硬化后体积变化的稳定性。水泥在硬化过程中体积变化不稳定，即为体积安定性不良。,雷氏法,（1）雷氏夹试件的成型：标准稠度水泥净浆。 （2）测量 A取下试件，测量雷氏夹指针尖端间的距离A。 （3）沸煮 （4）测量 C沸煮后，冷却，取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离C。 （5）结果判定当两个试件煮后增加距离C-A平均值 5.0mm时，安定性合格；当两个试件C-A值相差超过4.0mm时，应重做一次试验。再如此，则认为该水泥安定性不合格。,雷氏夹,七、水泥胶砂强度,水泥强度影响因素,水泥浆的水灰比,环境温度和湿度,龄期,石膏的掺量,熟料矿物组成及细度,检验方法（ISO法）,配合比：水泥：胶砂：水=1:3:0.5 成型三条试件所需材料用量：水泥4502g；ISO砂13505g；水2251mL,
