1、第5章 水泥,我国水泥年产量增长图表,66,9520,18000,36300,49000,299,硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥其它水泥,主要内容,第一节 硅酸盐水泥,一、硅酸盐水泥的概念 二、硅酸盐水泥的生产及矿物组成三、硅酸盐水泥的凝结硬化四、硅酸盐水泥的技术性质五、硅酸盐水泥石的腐蚀与防止六、硅酸盐水泥的应用与存放,主要内容,凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥）分两种：不掺加混合材料的称型硅酸盐水泥，其代号为P。在熟料粉磨时掺加5%水泥质量的石灰石或粒化高炉矿渣混合料的称型硅酸盐水泥，代号为P。,一、硅酸盐水泥的
2、概念,二、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,1、生产,原料：石灰质原料：提供CaO，有石灰石、贝壳、石灰质凝灰岩。粘土质原料：提供SiO2、Al2O3，少量Fe2O3，有粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩、河泥等。铁矿粉：提高Fe2O3的含量，有黄铁矿渣。另外还有少量的矿化剂（如萤石）改善煅烧条件。,石灰质材料,粘土质材料,铁质材料,水泥成品,熟 料,石 膏,生 料,煅烧,1450C,磨细,磨细,按比例混合,工艺：,简称“两磨一烧”,混合材料,2、矿物组成主要熟料矿物的名称和含量范围如下：硅酸三钙 3CaOSiO2 ，简写为C3S，含量37%60%硅酸二钙 2CaOSiO2 ，简写为C2S，含量15%3
3、7%铝酸三钙 3CaOAl2O3，简写为C3A，含量7%15%铁铝酸四钙 4CaOAl2O3Fe2O3 ，简写C4AF，10%18%此外，还有f-CaO,f-MgO,SO3及碱含量Na2O+K2O等有害成分。,二、硅酸盐水泥的生产及矿物组成,1、各熟料矿物单独与水作用时表现出的特征,三、硅酸盐水泥的水化及凝结硬化,各熟料矿物的强度增长图,2、水泥的水化反应 2C3S + 6H2O = 3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2 2C2S + 4H2O = 3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2 C3A + 6H2O = 3CaOAl2O36H2O C3AH + Ca(OH)2 +
4、 12H2O = 4CaOAl2O313H2O 2C4AF + 7H2O = 3CaOAl2O3 6H2O + CaOFe2O3H2O 4CaOAl2O313H2O + 3(CaSO42H2O) + 14H2O = 3CaOAl2O33CaSO4 31H2O + Ca(OH)2 2C3A + 3CaOAl2O33CaSO431H2O + 4H2O = 3(3CaOAl2O3CaSO412H2O ),3、水泥的水化产物,4、凝结硬化 凝结：水泥加水拌和后，成为可塑的浆体，逐渐变稠，失去塑性，但尚不具有强度的过程。 硬化：随后产生明显的强度，并逐渐发展而成为坚硬的人造石。,三、硅酸盐水泥的凝结硬化
5、,凝结硬化过程,(a)分散在水中未水化的水泥颗粒(b)在水泥颗粒表面形成水化物膜层(c)膜层长大并互相连接（凝结）(d)水化物进一步发展，填充毛细孔(硬化)1水泥颗粒 2水分 3凝胶 4晶体 5水泥颗粒的未水化内核6毛细孔,水泥凝结硬化过程示意,硬化后的水泥石包含：凝胶体、结晶体、未水化的水泥内核、水和孔隙。,三、硅酸盐水泥的凝结硬化,5、影响凝结硬化的因素养护时间：时间愈长，硬化愈彻底。温度和湿度：温湿度愈适宜，硬化愈好。石膏掺量：应适量。过少，起不到缓凝作用；过多，会引起体积安定性不良。,四、硅酸盐水泥的技术性质,标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,细度,细度是指水泥的粗细程度，水泥颗粒
6、粒径一般在0.0070.2mm范围内。测定方法：筛析法（80m的方孔筛）和比表面积法（单位质量的粉末所具有的总表面积）硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB1751999）规定：硅酸盐水泥比表面积应300/kg。筛余量10%。细度不合格的水泥为不合格水泥。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,指水泥加水拌和达到技术标准规定的稠度时称标准稠度。此时的加水量为标准稠度需水量。规定标准稠度的意义：为了使水泥凝结时间、体积安定性等性能的测定具有准确的可比性。按GB规定，用标准稠度仪测定水泥净浆是否达到标准稠度。,水化热,细度,四、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,标准稠度
7、,凝结时间,体积安定性,强度,细度,初凝：从加水拌和到标稠，到标稠净浆开始失去可塑性所需的时间。终凝：从加水拌和至标稠水泥净浆完全失去可塑性，并产生强度所需的时间。GB规定：初凝45min，终凝390min。初凝不合格者为废品水泥，终凝不合格者为不合格品水泥。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,细度,指水泥浆在硬化过程中，体积变化的均匀性能。引起安定性不良的原因：熟料中f-CaO，f-MgO过多或过烧。石膏过量。测定方法：沸煮法（饼法、雷氏法）、压蒸法等。GB规定: f-MgO5%，SO33.5%；体积安定性不合格为废品水泥，禁止使用。,水化热,四
8、、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,细度,测定：GB规定，用水泥胶砂强度测定。试件标准尺寸：4040160mm；配比按水泥:中国ISO标准砂:水=1:3:0.5，标养28d后，测其强度。使用水泥胶砂试件测强原因：水泥净浆体积收缩，易产生裂缝，不利于强度的测定。实际中均用砂浆，而很少用水泥净浆。可测多方面的强度。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,硅酸盐水泥各龄期的强度要求(GB1751999),标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,细度,指水泥水化过程中放出的热量。一般1-3d龄期内水化放热量为总放热量的50%；7d为75%；6个月为83-91%。水化
9、热过大对大体积砼结构不利。措施：可采用低热水泥等。,水化热,四、硅酸盐水泥的技术性质,碱含量,标准稠度,凝结时间,体积安定性,强度,细度,碱含量：指水泥中Na2O+0.658K2O的计算值。要求：不得超过0.06%。危害：含量过高，会与混凝土中骨料的活性成分起反应，生成碱硅酸凝胶，其体积膨胀，造成混凝土破坏。即碱骨料反应措施：使用低碱水泥、避免使用活性骨料等。,碱含量,四、硅酸盐水泥的技术性质,水化热,1、水泥石腐蚀的类型,2、水泥石腐蚀的原因,3、水泥石腐蚀的防止,五、硅酸盐水泥的腐蚀与防止,软水腐蚀,1、水泥石腐蚀的类型,亦称“溶析”，即溶出性侵蚀。雨 水、雪水、蒸馏水、工厂冷凝水 及含重
10、碳酸盐甚少的河水与湖水 等都属于软水 Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O溶析 自动填实,盐类腐蚀,酸类腐蚀,强碱腐蚀,1、硫酸盐的腐蚀 4CaOAl2O3 12H2O+3CaSO4+20H2O =3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O+Ca(OH)2水泥杆菌 2、镁盐的腐蚀 MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O= CaSO4 2H2O + Mg(OH)2 MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2,1、碳酸腐蚀 Ca(OH)2 +CO2 +H2O = CaCO3+2H2O CaCO3 + CO2 + H2O = CaH(CO3)2
11、 2、一般酸的腐蚀 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO42H2O,3CaOAl2O3 + 6NaOH= 3NaO Al2O3 + 3Ca(OH)22NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,2、水泥石腐蚀的原因,水泥石内含有易腐蚀的成分：氢氧化钙、水化铝酸钙。,水泥石本身不密实,外界有腐蚀的介质存在,3、水泥石腐蚀的防止,根据所处环境，合理选择水泥品种。 提高水泥石的密实度。 加做保护层，加不透水的沥青层等。 对具有特殊要求的抗侵蚀混凝土，采用浸渍混凝土。,特点：高强、早强；抗冻性好；耐磨性好；水化热大；抗腐蚀性差。 应用
12、：用于高强、预应力砼工程； 要求快凝、早强，反复冻融的工程。 不适于水中或有腐蚀性介质存在的工程及大体积砼工程。 存放：应按出厂日期、品种、等级分放； 应防潮，过期应降级使用或重新检验。,六、硅酸盐水泥的特点、应用与存放,思 考 题,1.硅酸盐水泥的主要矿物组成有哪些？水化时表现出的特性有何不同？2.水泥主要的水化产物有哪些？硬化后的水泥石有哪些成分构成？3.水泥的主要技术性质有哪些？4.何谓水泥的细度?为什么要规定水泥的细度？5.何谓水泥的初凝、终凝时间？规定凝结时间有何意义？,6.何谓水泥的体积安定性？引起体积安定性不良的原因有哪些？如何检测？使用中如何避免？7.硅酸盐水泥的强度如何确定？
13、强度如何分级？8.何谓合格水泥、不合格水泥及废品水泥？9.水泥石腐蚀的类型、腐蚀的原因有哪些？如何防止?10.硅酸盐水泥有何特点？11.何谓气硬性胶凝材料、水硬性胶凝材料？12.生产水泥时为何必须加入适量的石膏？,思 考 题,第三节 掺混合材料的硅酸盐水泥,水泥混合材料普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸 盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥,主要内容,1、水泥混合材料的概念 在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥的强度，而加到水泥中去的天然的和人工的矿物材料。,一、水泥混合材料,2、混合材料的类别,活性混合材料,非活性混合材料,活性混合材料,非活性混合料,混合材料磨成细粉，与石灰或与
14、石灰和石膏拌合并加水后，在常温下，能生成具有胶凝性的水化产物，既能在水中，又能在空气中硬化的混合材料。如粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等。,2、混合材料的类别,活性混合材料,非活性混合料,非活性混合料是指不与水泥成分起化学作用或作用很小的混合材料。作用：起惰性填充，提高水泥的产量，调整水泥的强度，减少水化热，故又称为填充性混合材料。如石灰石、粘土、慢冷矿渣等。,2、混合材料的类别,凡是由硅酸盐水泥熟料、615%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称普通硅酸盐水泥。掺非活性混合料时15%，其中允许用5%的窑灰或10%的非活性混合料来代替。技术标准：按照硅酸盐、普通硅酸盐水泥（GB175-1
15、999）的规定，分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级；初凝45分钟，终凝10h，细度、沸煮安定性、强度均满足要求。,二、普通硅酸盐水泥（P.O),二、普通硅酸盐水泥（P.O),二、普通硅酸盐水泥（P.O),性质与特点：与硅酸盐水泥相近，早期硬化稍慢，抗冻性、耐磨性略差，广泛应用于各种砼工程，是主要品种之一。,技术标准：水泥熟料中MgO5.0%，水泥经压蒸安定性试验合格，则MgO6.0%。SO3的含量4.0%。,矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥,三、矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥,凡由硅酸盐水泥熟料、2070%粒化高炉矿渣、适量石
16、膏磨细制成的水硬性胶凝材料，为矿渣水泥。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种代替矿渣，代替数量8%的水泥量，代替后粒化高炉矿渣20%。,1、矿渣硅酸盐水泥（P.S）,技术标准：密度2.8-3.1g/cm3，堆积密度1000-1200kg/m3。依据矿渣、火山灰与粉煤灰硅酸盐水泥(GB1344-1999)：强度分级、细度、凝结时间及沸煮安定性的要求均同普通P.O。,矿渣、火山灰质、粉煤灰硅酸盐水泥,性质及特点： 水化分两次进行，凝结硬化速度慢 早期强度低，后期高； 耐腐蚀性强； 水化热低，抗碳化能力差； 耐热性好，宜于蒸汽养护 干缩性大，抗裂性、抗冻性、抗渗性差。,1、矿渣硅酸盐
17、水泥（P.S）,由硅酸盐水泥熟料、20-50%火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称火山灰质水泥。技术标准：密度2.8-3.1g/cm3，堆积密度900-1000kg/m3，强度分级、细度、凝结时间及沸煮安定性的要求均同矿渣P.S。火山灰水泥中SO33.5%。,2、火山灰质硅酸盐水泥（P.P),性质与特点：密实度高、抗渗性好；抗冻性、耐磨性较矿渣水泥差，干缩较大，在干热条件下易产生起粉现象。不宜用于有抗冻、耐磨要求和干热环境使用的工程。,凡由硅酸盐水泥熟料、20-40%粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰水泥。,3、粉煤灰硅酸盐水泥（P.F）,性质与特点：干缩小
18、，抗裂性好。拌制的砼和易性好。,技术标准：依据国标（GB1344-1999）规定：粉煤灰水泥的细度、凝结时间、体积安定性及强度要求同火山灰P.P。,凡由硅酸盐水泥熟料、15-50%的两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称复合硅酸盐水泥。允许用8%的窑灰代替部分混合材料，掺矿渣时，其掺量不得与P.S重复。技术标准：按复合硅酸盐水泥(GB12958-1999）规定,强度、细度、体积安定性同P.P。特点：随掺混合材料的种类、数量不同而不同。,四、复合硅酸盐水泥,复合硅酸盐水泥,第三节 其它水泥,一、白色及彩色硅酸盐水泥 二、快硬水泥三、膨胀水泥与自应力水泥四、道路硅酸盐水
19、泥,一、白色与彩色硅酸盐水泥,白水泥：凡是以白色硅酸盐水泥熟料加适量石膏磨细制成的水硬性的胶凝材料。白色硅酸盐水泥熟料是指一适当成分的生料烧到部分熔融，得到的以硅酸钙为主要成分氧化铁含量少的熟料。彩色水泥是白水泥、石膏加颜料制得的。,二、快硬水泥,1、快硬硅酸盐水泥 2、铝酸盐水泥（高铝水泥） 3、快硬硫铝酸盐水泥,1、快硬硅酸盐水泥,快硬硅酸盐水泥：凡以硅酸盐水泥熟料、适量的石膏磨细制成的以3天抗压强度表示的水硬性胶凝材料。技术要求：按GB199-90其细度、凝结时间、体积安定性符合规定，强度等级分为325、375、425三个标号，各标号各龄期强度数值不得低于国标。 特点：水化热大、细度大、
20、抗冻性抗渗性好，早期收缩较大，易风化。,1、快硬硅酸盐水泥,高铝水泥：凡以铝酸钙为主、氧化铝含量50%的熟料磨制的水硬性胶凝材料。原料：石灰石、铝矾土（Al2O350%）矿物组成：铝酸一钙(CA)、二铝酸一钙(CA2) 、铝方柱石、七铝酸十二钙等。,2、铝酸盐水泥(高铝水泥),水化产物：当30C时：3CA + 12H2O = 3CaO.Al2O3.6H2O + 2(Al2O3.3H2O),2、铝酸盐水泥(高铝水泥),性质:1、快硬、早强，24h内可达最高强度的80%左右；2、低温下(5-10C)能很好硬化；3、耐腐蚀性好；4、耐浓酸、碱溶液性能差；5、放热量大且集中；6、耐高温性能好；7、长期
21、强度及其他性能下降。,2、铝酸盐水泥(高铝水泥),2、铝酸盐水泥(高铝水泥),使用应注意：1、最合适的硬化温度15C。2、强度下降有一个稳定值。3、不得与其他硅酸盐水泥、石灰等能析出Ca(OH)2的胶凝材料混合使用.,2、铝酸盐水泥(高铝水泥),3、快硬硫铝酸盐水泥,凡以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分的熟料，加适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料。主要成分：无水硫铝酸钙(3(CaO.Al2O3).CaSO4)型硅酸二钙(-C2S)。技术要求：由快硬硫铝酸盐水泥(ZBQ11005-87)，以3d抗压强度划分为425、525、625三个标号。水泥中不出现f-CaO，比表面积380m2/k
22、g。初凝25min，终凝3h。特点：快凝、早强、不收缩，水泥碱度低，钢筋易锈蚀，耐热性差。,3、快硬硫铝酸盐水泥,三、膨胀水泥与自应力水泥,1、膨胀水泥 硅酸盐型：由硅酸盐水泥、高铝水泥和石膏按比例经磨细混匀而成的水硬性胶凝材料，凝结较慢。铝酸盐型：是以高铝水泥熟料和二水石膏磨细而成的水硬性胶凝材料，凝结较快。膨胀机理：两种都是基于硬化初期，高铝水泥中的铝酸盐和石膏遇水化合，生成钙矾石，它先填充水泥石内部孔隙，强度有所增长。随着不断水化，钙矾石增多，晶体长大，产生膨胀。,三、膨胀水泥与自应力水泥,2、自应力水泥自应力水泥：当水泥的膨胀值较大，在膨胀过程中又受到限制时（如钢筋），则水泥石本身会受
23、到压应力称之为自应力。当其值2MPa时，称之为自应力水泥。应用：适用于补偿收缩砼，防渗砼；填灌接缝及管道接头，结构的加固与修补，浇注机器底座及固结地脚螺丝等；适用于制造自应力钢筋砼压力管及配件。,四、道路硅酸盐水泥,概念：凡由道路硅酸盐水泥熟料，0-10%活性混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。道路水泥熟料：是以硅酸钙为主要成分和较多量的铁铝酸钙的硅酸盐水泥熟料。其中，f-GaO1.0%，C3A5.0%，C4AF16.0%。,技术要求：按国标GB13693-92的规定，细度：0.08mm方孔筛，筛余量10%；凝结时间：初凝不早于1h，终凝不迟于10h；,四、道路硅酸盐水泥,技术要求：按国
24、标GB13693-92的规定，体积安定性：沸煮法必须合格；水泥中SO3含量3.5%；MgO5.0%。干缩和耐磨性：28d干缩0.1%，磨损3.6kg/m2。,应用：主要用于公路路面、机场跑道，也用于要求较高的工厂地面、停车场等工程。,思 考 题,1.何谓水泥的活性、非活性混合材料？常用的活性和非活性材料有哪些？2.矿渣水泥的主要特点有哪些？为什么耐腐蚀性强?3.矿渣水泥为何早期强度低，而后期强度高？4.粉煤灰、火山灰水泥与矿渣水泥相比有何特点?,思 考 题,5.下列符号分别表示什么品种水泥：P、 P 、 PP 、 PS 、 PF ？6.评价水泥性能的主要技术指标有哪些?各反映水泥的什么性质？ .如何根据工程的特点选择合适的水泥品种？（如大体积混凝土、高炉基础、抢修工程、紧急军事工程、海港码头工程、严寒地区工程等）,本节完， 谢谢使用！,
