1、,建筑材料,第四章 水泥内容：重点介绍硅酸盐水泥的矿物组成，水化硬化机理，影响水化的因素；硅酸盐水泥的主要技术性质；水泥石的腐蚀和防止；同时介绍了其他掺混合材料的水泥，特殊用途水泥，达到正确选择和使用水泥的目的。,建筑材料,水泥的起源 最早采用具有水硬性胶凝材料制备混凝土的是中国人，而不是多少年来一直误认为的古罗马人。 据甘肃省考古研究所与1980和1983年考察，在该省秦安县的大地湾(黄河支流渭水之畔，西安以西约600公里处)先后发掘出两个大型住宅遗址，该遗址的地坪系用混凝土建造，经测算距今已有5千年，相当于“新石器时代”。从大地湾发掘出的混凝土是用水硬性的水泥所制。这种水泥是以礓石-一种富
2、含碳酸钙的粘土为原料煅烧而成。,建筑材料,古罗马水泥-1796年，用含有一定比例粘土成分的石灰石煅烧而成，如罗马“庞贝”城遗址；Portland Cement-1824年，英国泥瓦工约瑟夫阿斯普丁申报波特兰水泥专利：把粘土和煅烧过的石灰石混合，经煅烧至二氧化碳释放，将所得到的产物磨细成粉末。这种粉末在与水拌合时，具有水硬胶凝性，由于它硬化后外观象波特兰（英国港口）的石头，就起名为波特兰水泥。,建筑材料,概念： 水硬性胶凝材料：能在潮湿空气和水中硬化，并形成具有强度的稳定化合物的无机胶凝材料。 水泥是一种粉末状的水硬性胶凝材料。,建筑材料,建筑材料,通用水泥：用于一般建筑工程的水泥硅酸盐水泥矿渣
3、硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥专用水泥：适用专门用途的水泥道路水泥大坝水泥砌筑水泥,建筑材料,特种水泥：具有比较突出的某种性能的水泥快硬硅酸盐水泥膨胀水泥高铝水泥白水泥磷酸盐水泥硫铝酸水泥,建筑材料,4.1 硅酸盐水泥定义：由硅酸盐水泥熟料，0-5%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Portland Cement.P:不掺加混合料P:掺加不超过水泥量5%的混合料硅酸盐水泥标号：42.5R，52.5，52.5R，62.5,62.5R，72.5R(GB175-1999),建筑材料,4.1.1 硅酸盐水泥的生产我国水泥产量90%以上是以硅酸盐为主要水硬性物质的
4、水泥。,建筑材料,一 硅酸盐水泥的熟料成分,建筑材料,熟料矿物对水泥性质的影响,建筑材料,二 水泥的水化，凝结和硬化水泥+水(流体)可塑性浆体凝结硬化(水泥石),建筑材料,（1） 水泥的水化,建筑材料,水泥水化产物,建筑材料,(二) 水泥石凝结硬化过-1,建筑材料,(二) 水泥石凝结硬化过程-2-3,建筑材料,(三) 水泥石的结构水泥石的组成未水化水泥颗粒水化产物毛细孔，毛细水水泥石是多相(固相，液相，气相)多孔体系，水泥石的工程性质取决于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型和相对含量，内部孔的大小，形状和分布状态。毛细孔：未被水化产物所填充的原充水空间。凝胶孔：C-SH内部的结构孔28%,
5、建筑材料,(三) 水泥石的结构,建筑材料,建筑材料,建筑材料,(四) 影响水泥石硬化的因素水灰比（Water/Cement）水化程度：与环境湿度，温度有关水化时间(龄期)石膏掺量外加剂,建筑材料,当水灰比相同时，水化程度高，则水泥石中水化物越多，毛细孔和未水化的水泥量相对少，则水泥石结构密实，强度高，耐久好。故应保证充分水化，水量。若水化程度相同，则水灰比大的浆体，毛细孔所占比例相对增加，则该水泥的强度和耐久性下降。故在保证水化前提下降低水灰比。,建筑材料,水泥的养护,建筑材料,建筑材料,四 硅酸盐水泥的技术指标(一) 密度，堆密度，细度,建筑材料,水泥颗粒越细，水化凝结硬化速度越快，早期后期
6、强度越高，但硬化时干缩大，粉磨时能耗高，故水泥应有合理的细度。 硅酸盐水泥细度用透气式比表面积仪检验，要求其表面积300m2/kg；其他常用水泥细度用筛析法检验，要求在80m标准筛上筛余量7)含一定量重碳酸盐的水中难溶的CaCO3堵塞水泥石的毛细孔，阻止水分侵入和Ca(OH)2溶出。即形成保护层而不会进一步溶解。,建筑材料,（二） 盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀：膨胀性化学腐蚀，新生成物体积膨胀（1.5-2倍）,钙矾石,建筑材料,镁盐腐蚀：溶解性化学腐蚀,建筑材料,（三） 酸类腐蚀 一般酸腐蚀：-化学腐蚀，也有膨胀型 酸与水泥石中的氢氧化钙反应，生成水和可溶于水或体积膨胀的钙盐，使水泥石溶解或破坏。PH
7、值越小，侵蚀越强烈,建筑材料,碳酸侵蚀(可由空气中CO2在水中溶解产生) 1.碳与水泥石中的Ca(OH)2作用，生成难溶的CaCO3 2.碳酸可进一步与碳酸钙作用，生成易溶于水的碳酸氢钙Ca(HCO3)2 (第2过程可逆，故静水中可维持平衡而不发展，但在流水中则会持续发展，导致水泥石中Ca(OH)2不断溶失，从而引起水泥石的解体。),建筑材料,（四） 强碱腐蚀 一般碱无害 强碱才构成腐蚀 被氢氧化钠浸透的水泥石在空气中 碳酸钠在水泥石毛细孔中结晶，可使水泥石胀裂。,建筑材料,水泥石受腐蚀的原因：硅酸盐水泥中含有较多易受腐蚀的成分，如氢氧化钙与水化铝酸钙等。水泥石不密实，含有大量的毛细孔隙腐蚀介
8、质的存在，浓度。温度，湿度防腐措施：选择合理的水泥品种提高水泥石密度加保护层,建筑材料,硅酸盐水泥小结：1.不宜用于大体积工程和海水工程中型硅酸盐水泥型硅酸盐水泥技术性能指标：1凝结时间：初凝时间不得小于45min，终凝时间不得迟于6h。2.体积安定性：合格抹灰工程应对1,2两项进行复验。,建筑材料,强度：硅酸盐水泥强度等级分为： 其中有代号为R者为早强型水泥细度：应大于300m2/kg 国家标准规定：水泥SO3，MgO，细度，(初)凝结时间，安定性能必须符合规定的要求。否则严禁在建筑工程中使用,建筑材料,硅酸盐水泥的特性与用途： 硅酸盐水泥凝结硬化快，强度高，尤其早期强度高，适宜配置高强混凝
9、土，预应力混凝土，要求早期强度高的混凝土，冬季施工。 硅酸盐水泥硬化水泥石较致密，抗冻性好，干缩性也较小，适用于严寒地区遭反复冻融的混凝土工程。硅酸盐水泥硬化水泥石中含有较多的Ca(OH)2,碱度高，抗碳化能力强，适用于CO2浓度高的区域。硅酸盐水泥耐磨性好，适用于道路，地面工程。,建筑材料,硅酸盐水泥的缺点： 但：硅酸盐水泥的水化热大，耐热性差，耐蚀性差，不宜用于大体积混凝土，长期受高温作用的环境(如工业窑炉)，有腐蚀性介质的环境。,建筑材料,硅酸盐水泥的储存与使用： 袋装3个月 超过6个月应试验其强度硅酸盐水泥适用于： 凝结快，早期强度高，冬季或严寒地区(反复冻融)。不适用于： 流动软水，
10、有水压的工程，受海水和矿物水作用的工程，大体积混凝土工程，耐热要求高的工程。,建筑材料,4.2 掺混合材的硅酸盐水泥 在硅酸盐水泥熟料中加入各种混合材料和适当石膏共同磨细生产的水硬性胶凝材料。 混合材作用：改善水泥性能调节水泥强度等级综合利用工业废渣及地方资源增加水泥产量，降低生产成本,建筑材料,一 混合材料1.活性混合材料火山灰性：磨细的矿物材料与水和成浆后，单独不具有水硬性，但在常温下与石灰等一起拌和后的浆体能形成具有水硬性化合物的性能，如矿渣、火山灰、粉煤灰等。潜在水硬性：只需在少量外加剂的激发下即可利用自身溶出的化学成分生成具有水硬性的化合物。 能激发混合材潜在活性的物质称为激发剂，氢
11、氧化钙为碱性激发剂，石膏为硫酸盐激发剂。,建筑材料,2.非活性混合材料 不具有(或微弱)潜在水硬性，不起化学作用，只作为填充料，以降低标号，增加产量，减少水化热等，如磨细石英砂，石灰石料，磨细的块状高炉矿渣，高硅质炉灰等。,建筑材料,二 掺混合材料的硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 由水泥硅酸盐熟料+6% 15%混合料，石膏磨的制成，性能与同标号硅酸盐水泥接近。,建筑材料,2.矿渣水泥 水泥硅酸盐熟料+20%-70%粒化高炉矿渣。耐热好。3.火山灰水泥 水泥硅酸盐熟料+20%-50%火山灰质混合料。抗渗好。,建筑材料,4.粉煤灰水泥 水泥硅酸盐熟料+20-40%粉煤灰。抗裂好。 后三者特点：水化放热慢
12、，放热低，凝结硬化慢，后期强度增加多，对温度敏感，越高越快，70以上可能超过硅酸盐水泥，抗软水及硫酸盐腐蚀的能力强。但是，抗冻，抗碳化差；2.3.干缩大，4.干缩小，抗裂较好，2.耐热好,建筑材料,5.复合硅酸盐水泥 2种或2种以上混合料，掺量为总质量的15-50%，可较掺混一种混合料的水泥具有更好的性能。第一类+矿渣，火山灰，粉煤灰，石灰，窑灰等；第二类+铁矿渣，精炼铬铁矿，钛渣 混合材料性能互补，改变水泥微观结构，早期强度与普通水泥相同 使用中，混合材料品种对其性能产生直接影响。,建筑材料,4.3 其他品种水泥一 快硬硅酸盐水泥 又称快硬水泥，具有快硬，早期强度发展快的特点。 其强度指标以
13、3d的强度表示，细度要求0.080mm方孔筛筛余小于10%快硬水泥各标号强度指标,建筑材料,主要用于： 早期强度要求较高的工程，紧急抢修工程，抗冲击及抗震工程，冬季施工等，必要时可用于制作钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土构件。注意：易受潮，不宜久储,建筑材料,二 抗硫酸盐硅酸盐水泥 尽量降低C3A,C3S,为保证水泥强度，可适当提高C4AF。国标：游离氧化钙1.0% 氧化镁5.0% 三氧化硫2.5% 初凝时间45min 终凝时间12h 体积安定性强度：325，425, 525,建筑材料,三 高铝水泥(又称铝酸盐水泥，矾土水泥) 矿物组成：是以矾土和石灰石作为原料，按适当比例配合进行烧结或熔融，再经
14、粉磨而成。其主要熟料矿物是铝酸一钙和二铝酸一钙。,建筑材料,主要特征如下：1）早期强度高，一天强度可达到最高强度的80%以上，适用于紧急抢修工程。2）水化热大，且放热速率特别快，不宜用于大体积混凝土工程。3）抗硫酸盐性能很强，适合抗硫酸盐工程；抗碱性极差，不得用于碱性溶液环境。4）耐热可达1300，适用于配置耐热混凝土如高温窑炉炉衬等。,建筑材料,主要特征如下：（续）5）30 以上的潮湿环境导致水化产物晶型转变，强度显著降低，因此不宜蒸汽养护，高温季节施工，不宜用于潮湿环境。适宜的硬化温度为15 。6）长期强度有所降低的趋势，不宜用于长期承载结构。7）与硅酸盐水泥或石灰相混合会产生闪凝现象，且
15、产生膨胀开裂。施工时，以避免混合。,建筑材料,四 膨胀水泥 膨胀水泥在凝结硬化过程中生成具有膨胀性的水化物(钙矾石)，故在凝结硬化时，体积不但不收缩，反而有点膨胀。基本要求：适当的膨胀值，较高的强度及增长率。常用品种：硅酸盐膨胀水泥，铝酸盐膨胀水泥，硫铝酸盐膨胀水泥。主要用于：配置收缩补偿混凝土，以防止混凝土收缩裂缝以及混凝土构件尺寸的变化。主要用于构件的接缝及管道接头，混凝土结构的加固和修补，防渗堵漏工程，机器底座及地脚螺丝的固定等。,建筑材料,自应力：水泥膨胀时，如受到钢筋等的约束，会使水泥混凝土自身受到压应力，即所谓的自应力。自应力水泥：自应力值大于等于2.0MPa的，称为自应力水泥；膨
16、胀水泥：自应力值小于2.0MPa(通常约0.5MPa)则成为膨胀水泥。自应力水泥适用于制造低预应力值的自应力钢筋混凝土构件，如压力管，楼板等。,建筑材料,五 白水泥和彩色水泥根据国标规定：熟料中MgO4.5%，SO3 3.5%技术性能指标：细度：0.08mm方孔筛，筛余10%；凝结时间：初凝不得小于45min，终凝时间不得迟于12h；安定性：合格（彩色硅酸盐水泥色彩的产生见P53）,建筑材料,建筑材料,六 专用水泥1.道路水泥特点：早强，干缩小，耐磨,建筑材料,2.中热硅酸盐水泥和低热矿渣硅酸盐水泥用途：要求水化热较低的大体积混凝土;3.砌筑水泥特点：和易性好，保水性好，硬化慢;用途：砌筑，内
17、墙抹灰;不得用于钢筋混凝土构件;,建筑材料,4.快硬硫铝酸盐水泥 硫铝酸盐水泥是将铝制材料(如矾土)石灰质材料(如石灰石)和石膏适当配合，煅烧成以无水硫铝酸矿物为主的熟料，该熟料掺适量石膏共同磨细而制成。,建筑材料,特性：凝结速度快，早期强度高，后期强度发展缓慢，但不倒缩；空气中收缩小，抗冻和抗渗性良好，抗硫酸盐性能很强。 硫铝酸盐水泥可用于抢修工程，冬季施工工程，地下工程，配置膨胀水泥和自应力水泥。因水泥液相碱度小，可用于配置玻璃纤维砂浆，同时适用于堵漏工程和预制件拼装接头等。,建筑材料,小结：硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥其他品种水泥,建筑材料,The Ending,建筑材料,作业：课后习题,
