土木工程材料第二讲水泥.ppt

1 硅酸盐水泥v定义：凡由硅酸盐水泥熟料，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（国外通称波特兰水泥）。v分类：不掺混合材不掺混合材型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（）掺掺5%混合材料混合材料型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（）影响水泥水化和凝结硬化的主要因素影响水泥水化和凝结硬化的主要因素1.1.熟料矿物组成熟料矿物组成:是影响水泥凝结硬化的主要内因，是影响水泥凝结硬化的主要内因，C C3 3A A凝结凝结硬化速度最快，硬化速度最快，C C2 2S S凝结硬化速度最慢凝结硬化速度最慢。2.2.用水量：用水量：为了保证水泥浆体的塑性和流动性，加入的水量为了保证水泥浆体的塑性和流动性，加入的水量要大于水化所需要的理论用水量。多余的水分蒸发后，要大于水化所需要的理论用水量。多余的水分蒸发后，在硬化的水泥石内形成毛细孔。在硬化的水泥石内形成毛细孔。W/CW/C越大，水泥浆越稀，越大，水泥浆越稀，硬化后水泥石中毛细孔越多，水泥石的强度下降；同时硬化后水泥石中毛细孔越多，水泥石的强度下降；同时由于毛细孔的增多，水泥石的抗渗性和抗冻性也急剧下由于毛细孔的增多，水泥石的抗渗性和抗冻性也急剧下降。降。3.3.细度细度:水泥颗粒越细，与水接触越充分，水化反应速度越水泥颗粒越细，与水接触越充分，水化反应速度越快，水化热越大，早期强度高；但需水量大，毛细孔多，快，水化热越大，早期强度高；但需水量大，毛细孔多，干缩增大，反而会影响后期强度。同时水泥太细，易与干缩增大，反而会影响后期强度。同时水泥太细，易与空气中的水分和二氧化碳反应，使水泥不易久存，而且空气中的水分和二氧化碳反应，使水泥不易久存，而且磨制过细的水泥能耗大，成本高。磨制过细的水泥能耗大，成本高。4.4.养护的温度和湿度：养护的温度和湿度：提高温度可使水泥反应加提高温度可使水泥反应加快，强度增长加快；快，强度增长加快；当温度低于当温度低于5 5时，水化硬时，水化硬化大大减慢；当温度低于化大大减慢；当温度低于0 0时，水化反应基本停时，水化反应基本停止，当水结冰时，还会破坏水泥石结构，因此冬止，当水结冰时，还会破坏水泥石结构，因此冬季施工时要采取一定的保温措施；季施工时要采取一定的保温措施；温度太高，温度太高，反应速度太快所形成的结构反应速度太快所形成的结构不致密，会导致后期不致密，会导致后期强度下降（当温度达到强度下降（当温度达到70 70 以上时，以上时，28d28d的强度的强度下降下降10%10%20%);20%);通常水泥的养护温度在通常水泥的养护温度在5 52020时，有利于水泥强度的增长。时，有利于水泥强度的增长。湿度是保证湿度是保证水泥水化的一个必备条件。水泥水化的一个必备条件。5.5.养护龄期：养护龄期：随着龄期的增加，毛细孔隙减少，密随着龄期的增加，毛细孔隙减少，密实度和强度增加，水泥在实度和强度增加，水泥在3 314d14d内的强度增加较内的强度增加较快，快，28d28d后强度增长趋于缓后强度增长趋于缓慢。6.6.水泥外加剂：水泥外加剂：添加添加5%5%的的少量外加剂，可明显改善水泥少量外加剂，可明显改善水泥的某些性能。如速凝剂、的某些性能。如速凝剂、缓凝剂等。缓凝剂等。二、常用水泥的技术要求二、常用水泥的技术要求 1.细度细度水泥颗粒不能太粗，也不宜太细。水泥颗粒不能太粗，也不宜太细。测定水泥的细度可以用测定水泥的细度可以用筛析法筛析法和和比表面积法比表面积法。筛析法：筛析法：用用80m方孔筛的方孔筛的筛余百分数筛余百分数表示。表示。比表面比表面积积法法:测测单单位位质质量粉末的量粉末的总总表面表面积积，以，以m2/kg表示。表示。2.凝结时间凝结时间初凝：初凝：标准稠度净浆标准稠度净浆开始开始失去可塑性失去可塑性；终凝：终凝：标准稠度净浆标准稠度净浆完全完全失去可塑性失去可塑性并开始产生强度；并开始产生强度；初凝时间不能过短，终凝时间不能过长；初凝时间不能过短，终凝时间不能过长；测定水泥凝结时间采用标准稠度的水泥净浆。测定水泥凝结时间采用标准稠度的水泥净浆。初凝时间太短，没有足够的时间进行搅拌、运输、浇初凝时间太短，没有足够的时间进行搅拌、运输、浇筑、振捣、成型或砌筑；终凝时间太长，会拖延整个筑、振捣、成型或砌筑；终凝时间太长，会拖延整个工程的施工工期。工程的施工工期。初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。者为不合格品。3.体积安定性体积安定性检验检验体体积积安安定定性性不不良良原因原因游离氧化镁（游离氧化镁（f-MgO）石膏石膏游离氧化钙（游离氧化钙（f-CaO）过烧态过烧态过烧态过烧态与水化铝酸钙反应生成钙矾石与水化铝酸钙反应生成钙矾石检验检验沸煮法沸煮法（饼法（饼法/雷氏法）雷氏法）检验检验控制控制f-MgO含量含量控制控制SO3含量含量氧化镁、三氧化硫及安定性不良的水泥应作废品处理。氧化镁、三氧化硫及安定性不良的水泥应作废品处理。u定义：定义：水泥凝结硬化时，体积变化的均匀性。水泥凝结硬化时，体积变化的均匀性。u原因：原因：f-CaOf-CaO、f-MgOf-MgO和石膏过量和石膏过量u解释：解释：游离游离CaOCaO和和MgOMgO属过烧，水化速度很慢，在已硬化属过烧，水化速度很慢，在已硬化的水泥石中继续与水反应，体积膨胀，引起不均匀的体积的水泥石中继续与水反应，体积膨胀，引起不均匀的体积变化造成水泥石龟裂、弯曲、甚至崩溃等现象。变化造成水泥石龟裂、弯曲、甚至崩溃等现象。若水泥生产中石膏过量，水泥硬化后，石膏还会继若水泥生产中石膏过量，水泥硬化后，石膏还会继续与水化铝酸钙起反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石），续与水化铝酸钙起反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石），体积增大体积增大1.51.5倍，同样引起水泥石开裂。倍，同样引起水泥石开裂。体积安定性体积安定性雷氏夹雷氏夹水水泥泥沸沸煮煮箱箱水水泥泥安安定定性性压压蒸蒸釜釜4.强度及强度等级强度及强度等级 按按抗压强度抗压强度和和抗折强度抗折强度分为六个强度等级。分为六个强度等级。硅酸盐水泥硅酸盐水泥各龄期的强度要求各龄期的强度要求 强度等级强度等级 抗压强度（抗压强度（MPa）抗折强度（抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0水泥：标准砂：水水泥：标准砂：水1：3：0.5注意与旧标准的标号对比！注意与旧标准的标号对比！5.碱含量碱含量:按按Na2O+0.658K2O计算。计算。技术指标技术指标硅酸盐水泥硅酸盐水泥 普通普通水泥水泥矿渣矿渣水泥水泥火山灰火山灰水泥水泥粉煤灰粉煤灰水泥水泥复合复合水泥水泥型型型型不溶物不溶物0.75%1.50%/烧失量烧失量3.0%3.5%5.0%/氧化镁氧化镁5.0%，若压蒸安定性试验合格，若压蒸安定性试验合格，则则6.0%熟料中熟料中MgO5.0%，若压蒸安定性试若压蒸安定性试验合格，则验合格，则6.0%三氧化硫三氧化硫3.5%3.5%4.0%3.5%细度细度比表面积比表面积300m2/kg/80m方孔方孔筛筛余筛筛余/10.0%10.0%10.0%10.0%10.0%凝结凝结时间时间 初凝初凝45min 终凝终凝6.5h 10h 安定性安定性沸煮法检验合格沸煮法检验合格 强度等级强度等级42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R 42.5、42.5R、52.5、52.5R32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R碱碱（若使用活性骨料）（若使用活性骨料）用户要求提供低碱水泥时，用户要求提供低碱水泥时，0.60%或由供需双方商定或由供需双方商定 由供需双方商定由供需双方商定 常用水泥的技术要求常用水泥的技术要求 国家标准（国家标准（GB/T17671-1999GB/T17671-1999）规定：水泥的强度）规定：水泥的强度用胶砂试件检验用胶砂试件检验。条件：条件：1 1、材、材 料：料：水泥水泥:ISO:ISO标准砂标准砂=1:31:3，W/CW/C=0.50.5；2 2、试件尺寸：、试件尺寸：40mm40mm40mm40mm160mm160mm；3 3、养护条件：、养护条件：2020士士11水中；水中；4 4、龄、龄 期：期：3d3d和和28d28d；5 5、强度种类：、强度种类：抗折强度和抗压强度。抗折强度和抗压强度。6 6、强度等级：、强度等级：6 6个强度等级，其中带个强度等级，其中带R R的为的为 早强型水泥。早强型水泥。水泥强度检测仪器水泥强度检测仪器水泥净浆搅拌机水泥净浆搅拌机水泥强度检测仪器水泥强度检测仪器水泥养生箱水泥振动台水泥养生箱水泥振动台水泥试模水泥试模水泥强度检测仪器水泥强度检测仪器水泥抗压试验机水泥抗压试验机水泥抗折强度试验机水泥抗折强度试验机u 水泥发生水化作用时放出的热量，主要在硬化初期放出。水泥发生水化作用时放出的热量，主要在硬化初期放出。水化热大的水泥，能加速凝结硬化过程，但对水化热大的水泥，能加速凝结硬化过程，但对大体积混凝土大体积混凝土来说，由于水化热在其内部积聚热量，使其内部温度升高，来说，由于水化热在其内部积聚热量，使其内部温度升高，由于内外温差使混凝土产生内应力而开裂破坏。由于内外温差使混凝土产生内应力而开裂破坏。u我国我国JGJ55-2000 普通混凝土配合比设计规程普通混凝土配合比设计规程上，定义上，定义大体积混凝土为：大体积混凝土为：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。致裂缝的混凝土。u日本建筑学会标准日本建筑学会标准(JASS5)规定：规定：“结构断面最小厚度在结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过气温之差预计超过25的混凝土，称为大体积混凝土的混凝土，称为大体积混凝土”。5.水化热水泥矿物的水化热及放热速率比较水泥矿物的水化热及放热速率比较 C3AC3SC4AFC2S 水泥水化放热量和放热速率还与水泥细度、水泥水化放热量和放热速率还与水泥细度、混合材种类和数量有关混合材种类和数量有关.&？某大体积的混凝土工程，浇筑？某大体积的混凝土工程，浇筑2周后拆模，发现挡周后拆模，发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某水泥厂墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某水泥厂生产的生产的42.5R型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：型硅酸盐水泥，其熟料矿物组成如下：矿物名称矿物名称C3SC2SC3AC4AF质量分数（质量分数（%）61141411&思考思考分析续下页分析续下页【原因分析原因分析】由于该工程所使用的水泥由于该工程所使用的水泥C C3 3A A和和C C3 3S S含量高，导致该水泥的水化热高。在浇注混凝含量高，导致该水泥的水化热高。在浇注混凝土后，混凝土的内外温差高，造成混凝土贯穿土后，混凝土的内外温差高，造成混凝土贯穿型的纵向裂缝。型的纵向裂缝。【防治措施防治措施】首先，对大体积的混凝土工程宜选首先，对大体积的混凝土工程宜选用低水化热，即用低水化热，即C C3 3A A和和C C3 3S S的含量较低的水泥。的含量较低的水泥。其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。再次，其次，水泥用量及水灰比也需适当控制。再次，大体积混凝土工程施工时应采取相应的措施，大体积混凝土工程施工时应采取相应的措施，如外部保温、内部降温等。如外部保温、内部降温等。236.水泥化学品质指标（1）不溶物）不溶物 熟料中未参与矿物形成反应得粘土和熟料中未参与矿物形成反应得粘土和结晶结晶SiO2，国标规定：，国标规定：P0.75%P1.50%（2）烧失量）烧失量 P3.0%P3.5%PO5.0%（3）氧化镁）氧化镁（4）SO3 （5）碱含量）碱含量 Na2O+0.658K2O，碱集料反应，碱集料反应（6）氯离子含量）氯离子含量 各类硅酸盐水泥各类硅酸盐水泥0.06%246.产品质量评定 凝结时间、安定性、强度凝结时间、安定性、强度v不合格品不合格品：终凝时间不合格；终凝时间不合格；细度不合格；细度不合格；强度低于商品等级规定的指标。强度低于商品等级规定的指标。v废品废品：初凝时间不合格；初凝时间不合格；安定性试验不合安定性试验不合格（即格（即f-CaO）；）；SO3含量超标；含量超标；MgO含量含量超标。超标。7.水泥石的抗蚀性水泥石的抗蚀性（1）淡水的腐蚀（溶出性腐蚀）淡水的腐蚀（溶出性腐蚀）原因：水的流动、压力作用使原因：水的流动、压力作用使CH流失。流失。若静水：若静水：CH饱和则不再溶解。饱和则不再溶解。流动水：流动水：CH不断溶解、流失。不断溶解、流失。淡水淡水:雨水、雪水、蒸馏水及雨水、雪水、蒸馏水及含重碳酸盐甚少含重碳酸盐甚少的河水与湖水的河水与湖水。如果水泥石长期处于如果水泥石长期处于流水流水或或压力流水压力流水作用下，作用下，Ca(OH)2 将将不不断流失断流失而使水泥石破坏。而使水泥石破坏。硬水中不腐蚀：硬水中不腐蚀：（2）盐类腐蚀盐类腐蚀 硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀水化铝酸钙水化铝酸钙钙矾石钙矾石体积增加体积增加1.5倍以上，倍以上，膨胀破坏膨胀破坏硫酸盐浓度较高：结晶破坏硫酸盐浓度较高：结晶破坏镁盐腐蚀。镁盐腐蚀。硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。硫酸镁对水泥石有镁盐和硫酸盐双重腐蚀的作用。NaNa2 2SOSO4 4在混凝土孔隙中的结晶在混凝土孔隙中的结晶 （3）酸类腐蚀酸类腐蚀 碳酸腐蚀碳酸腐蚀“碳化碳化”一般酸腐蚀一般酸腐蚀因为水泥的水化产物呈因为水泥的水化产物呈碱性碱性。，CaCl2溶于水。溶于水。（4）强碱腐蚀强碱腐蚀32小结：vv水泥石易腐蚀的基本原因：水泥石易腐蚀的基本原因：水泥石易腐蚀的基本原因：水泥石易腐蚀的基本原因：v（1）硅酸盐水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，氢）硅酸盐水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，氢氧化钙、水化铝酸钙等；氧化钙、水化铝酸钙等；v（2）本身不密实，含有大量的毛细孔隙。）本身不密实，含有大量的毛细孔隙。vv防止腐蚀的措施：防止腐蚀的措施：防止腐蚀的措施：防止腐蚀的措施：v（1）根据工程所处的环境特点，选择合适根据工程所处的环境特点，选择合适 的水泥品的水泥品种；种；v（2）提高水泥石的密实程度；）提高水泥石的密实程度；v（3）表面防护处理。）表面防护处理。33硅酸盐水泥的应用特性硅酸盐水泥的应用特性凝结硬化快、强度高凝结硬化快、强度高配制高强砼、预应力砼、要求早期配制高强砼、预应力砼、要求早期强度高的砼，冬季施工强度高的砼，冬季施工抗冻性好，干缩较小抗冻性好，干缩较小严寒地区遭受反复冻融的砼工程严寒地区遭受反复冻融的砼工程抗碳化能力强抗碳化能力强CO2浓度高的区域浓度高的区域耐磨性好耐磨性好道路、地面工程道路、地面工程耐蚀性差耐蚀性差有腐蚀介质的环境有腐蚀介质的环境水化热大水化热大大体积砼工程大体积砼工程长期受高温的环境（如工业窑炉）长期受高温的环境（如工业窑炉）耐热性差耐热性差第二节 掺混合材的硅酸盐水泥v定义：是指由硅酸盐熟料，掺入适量的混合材料和石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。v品种：主要有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等。（1）水泥混合材料水泥混合材料 在生产水泥时，为在生产水泥时，为改善水泥性能改善水泥性能，调节水泥强度等级调节水泥强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。而加到水泥中去的人工的和天然的矿物材料。混合材料混合材料在水泥中的在水泥中的作用作用混合材料分类混合材料分类化学活性化学活性举例举例在水泥中作用在水泥中作用非活性混合材料非活性混合材料与水泥成分不起化学作用与水泥成分不起化学作用或化学作用很小或化学作用很小石英砂、石石英砂、石灰石、慢冷灰石、慢冷矿渣、各种矿渣、各种废渣废渣填充、提高水泥填充、提高水泥产量、降低水泥产量、降低水泥强度等级、减少强度等级、减少水化热水化热 活性混合材料活性混合材料常温下，细粉与石灰（或常温下，细粉与石灰（或石灰和石膏）加水拌合能石灰和石膏）加水拌合能生成具有胶凝性的水化产生成具有胶凝性的水化产物，在空气和水中硬化。物，在空气和水中硬化。粒化高炉矿粒化高炉矿渣、火山灰渣、火山灰质混合材料、质混合材料、粉煤灰粉煤灰上述活性效应上述活性效应 活性混合材料的作用活性混合材料的作用自身自身与与水水调和后，调和后，不会硬化不会硬化或或硬化极为缓慢硬化极为缓慢，强度很低。，强度很低。在在氢氧化钙氢氧化钙溶液中，会发生显著的水化。溶液中，会发生显著的水化。若存在若存在石膏石膏，则石膏与铝酸钙反应生成硫铝酸钙而具有，则石膏与铝酸钙反应生成硫铝酸钙而具有一定的强度。一定的强度。粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣炼铁高炉的熔融矿渣炼铁高炉的熔融矿渣，经，经急速冷却急速冷却而成的松软颗粒；而成的松软颗粒；直径一般为直径一般为0.55mm，需磨细使用；需磨细使用；急冷一般用急冷一般用水淬水淬方法进行，故又称方法进行，故又称水淬高炉矿渣水淬高炉矿渣；成粒在于成粒在于阻止结晶阻止结晶，形成，形成玻璃体玻璃体，具有较高的，具有较高的潜在活性潜在活性；活性成分，一般认为是活性成分，一般认为是活性氧化铝活性氧化铝和和活性氧化硅活性氧化硅，在常温，在常温下可与氢氧化钙起作用而产生强度。下可与氢氧化钙起作用而产生强度。火山灰质混合材料火山灰质混合材料火山灰火山灰质质混合材料：混合材料：泛指泛指火山灰火山灰一一类类的物的物质质。火山灰：火山灰：火山喷发的熔岩火山喷发的熔岩急冷急冷形成。形成。含有玻璃体，成分主要含有玻璃体，成分主要是是活性氧化硅活性氧化硅和和活性氧化活性氧化铝铝，使，使火山灰火山灰具有具有活性。活性。粉煤灰粉煤灰火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称火力发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰飞灰。颗粒直径颗粒直径0.0010.05mm，玻璃态的实心或空心球状。玻璃态的实心或空心球状。活性来自玻璃体，成分主要是活性来自玻璃体，成分主要是活性氧化硅活性氧化硅和和活性氧化铝活性氧化铝。（3）矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反应矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥的水化反应 分两步进行分两步进行水泥熟料颗粒水化；水泥熟料颗粒水化；矿渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化时析出的矿渣（火山灰或粉煤灰）受熟料水化时析出的Ca(OH)2和外和外掺石膏的掺石膏的激发激发，生成新的，生成新的水化硅酸钙水化硅酸钙、水化铝酸钙水化铝酸钙和和水化硫水化硫铝酸钙铝酸钙。水泥熟料水泥熟料矿矿物水化后的物水化后的产产物又与活性物又与活性氧化物氧化物进进行反行反应应，生成新的水化物。，生成新的水化物。二次（水化）反应二次（水化）反应 （4）激发剂激发剂Ca(OH)2和和石膏石膏起着激发水化起着激发水化（使活性混合材料的潜在活性（使活性混合材料的潜在活性得以发挥）得以发挥），促进凝结硬化的作用，故称为，促进凝结硬化的作用，故称为激发剂激发剂。常用的激发剂有常用的激发剂有碱性激发剂碱性激发剂和和硫酸盐激发剂硫酸盐激发剂两类。两类。碱性激发剂：碱性激发剂：石灰，硅酸盐水泥熟料石灰，硅酸盐水泥熟料。硫酸盐激发剂：硫酸盐激发剂：二水石膏二水石膏、半水石膏半水石膏和各种和各种化学石膏化学石膏。硫酸盐激发剂的激发作用必须在有碱性激发剂的条件下，硫酸盐激发剂的激发作用必须在有碱性激发剂的条件下，才能充分发挥。才能充分发挥。普通硅酸盐水泥v定义：凡由硅酸盐水泥熟料，6%-15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥PO）。v组成：85%熟料+石膏94%6%活性混合材15%v强度等级及其他品质要求：表3-841矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥1.组成 2070%粒化高炉矿渣-矿渣水泥熟料+石膏+2050%火山灰质混合材-火山灰水泥 2040%粉煤灰-粉煤灰水泥2.强度等级及其他品质要求见表3-9、3-8。4243三种水泥的特点（1）三种水泥的共性v 早期强度低、后期强度发展高。v 对温度敏感，适合高温养护。v 耐腐蚀性好。v 水化热小。v 抗冻性较差。v 抗碳化性较差 44（2）三种水泥的特性v矿渣硅酸盐水泥：保水性差，且干缩较大；抗渗性差；耐热性较好（300400）。矿渣在矿渣在3.0K下的下的SEM照片照片应用应用：可用于耐热工程；可用于耐热工程；不宜用于抗渗工程。不宜用于抗渗工程。45v火山灰质硅酸盐水泥：保水性好；抗渗性较好；干缩大，易干缩开裂。应用：应用：宜用于有抗渗性要求的混凝土工程；宜用于有抗渗性要求的混凝土工程；不宜用于干燥地区和受冻部位。不宜用于干燥地区和受冻部位。46v粉煤灰硅酸盐水泥：水化更慢，早强低；需水量小，可增加混凝土流动性；干缩较小，抗裂性好；抗渗性较差；耐磨性差。粉煤灰在粉煤灰在3.0K下的下的SEM照片照片 应用应用：适合用于承载较晚的混凝土工程；不宜用于适合用于承载较晚的混凝土工程；不宜用于有抗渗性要求的以及有耐磨性要求的混凝土工程。有抗渗性要求的以及有耐磨性要求的混凝土工程。复合硅酸盐水泥v定义：是由硅酸盐水泥、两种或两种以上混合材料和适量石膏组成。v特性：取决于其所掺混合材料的种类、掺量及相对比例。v适用范围：可根据其掺入的混合材料种类，参照其他混合材水泥适用范围选用。47Civil Engineering Materials48 第三节第三节 其它品种水泥其它品种水泥一、一、铝酸酸盐水泥水泥定定义：以以矾土和石灰石作原料，按适当的比例配土和石灰石作原料，按适当的比例配合合进行行烧结或熔融，再或熔融，再经粉磨而制成，称粉磨而制成，称为铝酸酸盐水泥水泥（CA）。）。分分类：按按Al2O3含量分含量分为 耐高温工程耐高温工程CA-80 77%Al2O3CA-50 50%Al2O360%抢修、早强要求高的工程抢修、早强要求高的工程CA-60 60%Al2O368%早强要求高的及耐热工程早强要求高的及耐热工程CA-70 68%Al2O377%耐热工程耐热工程熟料熟料矿物物组成成铝酸一酸一钙（CA）70；二二铝酸一酸一钙（CA2）少量少量；硅酸二硅酸二钙（C2S）少量）少量。铝酸酸盐水泥水泥的水化的水化T20：CA+10H2OCAH10；T=2030：2CA+11H2OC2AH8+Al2O3.3H2O；T30：3CA+12H2OC3AH6+Al2O3.3H2O强度的度的产生生CAH10、C2AH8相互交织成坚固的结晶合生体相互交织成坚固的结晶合生体;氢氧化铝氢氧化铝凝胶凝胶填充填充于晶体骨架空隙中于晶体骨架空隙中;CAH10、C2AH8 C3AH6，强度降低强度降低温度升高，转化加速温度升高，转化加速晶体的转化晶体的转化 Civil Engineering Materials50铝酸盐水泥的主要特性及相应的应用铝酸盐水泥的主要特性及相应的应用（1）快硬早）快硬早强。1d强度高，适用于度高，适用于紧急急抢修工程。修工程。（2）水化）水化热大。大。放放热量主要集中在早期，不宜用于大体量主要集中在早期，不宜用于大体积混凝混凝土工程；但适用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。土工程；但适用于寒冷地区冬季施工的混凝土工程。（3）抗硫酸）抗硫酸盐侵侵蚀性好。性好。适用于抗硫酸适用于抗硫酸盐及海水侵及海水侵蚀的工程。的工程。（4）耐）耐热性好。性好。可作可作为耐耐热砂砂浆或耐或耐热混凝土的胶混凝土的胶结材料，能耐材料，能耐13001400高温。高温。（5）30以上潮湿以上潮湿环境境导致致转晶反晶反应，强度度显著降低著降低。不宜蒸汽。不宜蒸汽养养护、高温季、高温季节施工，不宜用于温湿施工，不宜用于温湿环境；适宜的硬化温度境；适宜的硬化温度为15，因此也不宜用于，因此也不宜用于长期承期承载结构。构。（6）与硅酸）与硅酸盐水泥或石灰相混会水泥或石灰相混会闪凝，且凝，且产生膨生膨胀开裂，施工开裂，施工时应避免。避免。（7）抗碱性极差。）抗碱性极差。Civil Engineering Materials应用过程需要注意的问题应用过程需要注意的问题（1）不得与硅酸）不得与硅酸盐水泥、石灰等能析出水泥、石灰等能析出氢氧化氧化钙的的物物质混合，否混合，否则将将产生生闪凝，且凝，且强度降低。度降低。（2）铝酸酸盐水泥混凝土后期水泥混凝土后期强度下降度下降较大，大，应以最以最低低稳定定强度度设计。最低。最低稳定定强度度值以以试体脱模后放入体脱模后放入502水中养水中养护，取，取龄期期为7d和和14d强度度值的低着来的低着来确定。确定。（3）若采用蒸汽养）若采用蒸汽养护，养，养护温度不高于温度不高于50。（4）不能与未硬化的硅酸）不能与未硬化的硅酸盐水泥混凝土接触使用。水泥混凝土接触使用。（5）铝酸酸盐水泥最适宜的硬化温度水泥最适宜的硬化温度为15左右，一左右，一般不得超般不得超过25。Civil Engineering Materials52二、硫铝酸盐水泥二、硫铝酸盐水泥定定义：将将铝质原料（如原料（如矾土）、石灰土）、石灰质原原料（如石灰石）和石膏适当配合，煅料（如石灰石）和石膏适当配合，煅烧成成以无水硫酸以无水硫酸钙矿物物为熟料，熟料，该熟料熟料掺适量适量石膏共同磨石膏共同磨细，即可制得，即可制得硫硫铝酸酸盐水泥水泥。Civil Engineering Materials3.硫硫铝酸酸盐水泥特性及水泥特性及应用用（1）凝）凝结速度速度较快；早期快；早期强度高，后期度高，后期强度度发展展缓慢，但不倒慢，但不倒缩。因此可用于。因此可用于抢修工程、冬季施工工修工程、冬季施工工程、地下工程、配制膨程、地下工程、配制膨胀水泥和自水泥和自应力水泥。力水泥。（2）空气中收）空气中收缩小，抗小，抗冻和抗渗性能良好，抗硫酸和抗渗性能良好，抗硫酸盐性能很性能很强。（3）水泥液相碱度低，可用于配制玻璃）水泥液相碱度低，可用于配制玻璃纤维砂砂浆。53Civil Engineering Materials54三、氟铝酸盐水泥三、氟铝酸盐水泥定定义：以：以铝质原料、石灰原料、石灰质原料、原料、萤石（或再加石（或再加石膏）适当配合，煅石膏）适当配合，煅烧成以氟成以氟铝酸酸钙（C11A7CaF2）起主）起主导作用的熟料，再与石膏共作用的熟料，再与石膏共同磨同磨细，即可制得，即可制得氟氟铝酸酸盐水泥水泥。矿物物组成成：C3S、早、早强矿物物C11A7CaF2，C2S、C4AF、游离石灰和游离石膏。、游离石灰和游离石膏。Civil Engineering Materials2.氟氟铝酸酸盐水泥的特性及水泥的特性及应用用技技术特性：特性：凝凝结快快具有小具有小时强度度良好的抗化学侵良好的抗化学侵蚀性能性能应用：用：适用于煤适用于煤矿井下的井下的锚喷支支护，抢修和快速施修和快速施工，雨天快速施工、堵漏和水中工程，也可用于制作工，雨天快速施工、堵漏和水中工程，也可用于制作钢筋混凝土筋混凝土预制件等。制件等。55加水硬化后，体加水硬化后，体积积膨膨胀胀而不而不是是收收缩缩。四、膨胀水泥四、膨胀水泥硅酸硅酸盐盐膨膨胀胀水泥。水泥。硅酸硅酸盐盐水泥水泥为为主，外加高主，外加高铝铝水泥和石膏水泥和石膏配制而成。配制而成。铝铝酸酸盐盐膨膨胀胀水泥。水泥。高高铝铝水泥水泥水泥水泥为为主，外加石膏配制而成。主，外加石膏配制而成。硫硫铝铝酸酸盐盐膨膨胀胀水泥。水泥。无水硫无水硫铝铝酸酸钙钙和硅酸二和硅酸二钙为为钙为为主要成主要成分，外加石膏配制而成。分，外加石膏配制而成。铁铝铁铝酸酸钙钙膨膨胀胀水泥。水泥。铁铁相、无水硫相、无水硫铝铝酸酸钙钙和硅酸二和硅酸二钙为为钙为为主要成分，外加石膏配制而成。主要成分，外加石膏配制而成。膨膨胀胀原理：原理：生成生成钙矾钙矾石石。调调整整组组分比例，可得不同的分比例，可得不同的膨膨胀值胀值。若膨若膨胀胀受限，受限，则产则产生生自应力自应力。自应力自应力2MPa，称为称为自应力水泥自应力水泥；自应力自应力2MPa，称为称为膨胀水泥膨胀水泥；应用：应用：补偿收缩混凝土、自应力混凝土。补偿收缩混凝土、自应力混凝土。产品标准：产品标准：膨胀硫铝酸盐水泥膨胀硫铝酸盐水泥（ZB Q 11007-87）、自自应力硫铝酸盐水泥应力硫铝酸盐水泥（JC 715-1996）：Civil Engineering Materials五、白色硅酸盐水泥五、白色硅酸盐水泥定定义：凡以适当成分的生料：凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得至部分熔融，所得以硅酸以硅酸钙为主要成分、氧化主要成分、氧化铁含量很少的白色硅含量很少的白色硅酸酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的水硬制成的水硬性胶凝材料，称性胶凝材料，称为白色硅酸白色硅酸盐水泥（水泥（简称白水泥）。称白水泥）。性能性能：与硅酸：与硅酸盐水泥基本相同，所不同的是水泥基本相同，所不同的是严格格控制水泥原料的控制水泥原料的铁含量，并含量，并严防在生防在生产过程中混程中混入入铁质。Fe2O3含量一般小于含量一般小于0.5%，尽可能除掉，尽可能除掉其他着色氧化物（其他着色氧化物（MnO、TiO2等）。等）。58Civil Engineering Materials六、彩色硅酸盐水泥六、彩色硅酸盐水泥定定义：凡由硅酸凡由硅酸盐水泥熟料及适量石膏（或白色水泥熟料及适量石膏（或白色硅酸硅酸盐水泥）、混合材及着色水泥）、混合材及着色剂磨磨细或混合制成或混合制成的的带有色彩的水硬性胶凝材料称有色彩的水硬性胶凝材料称为彩色硅酸彩色硅酸盐水水泥。泥。行行业标准准彩色硅酸彩色硅酸盐水泥水泥（JC/T870-2000）规定：定：强度等度等级为27.5、32.5、42.5；基本色有；基本色有红、黄、黄、蓝、绿、棕、黑等。、棕、黑等。应用：用：建筑物的内外装建筑物的内外装饰工程。工程。59水泥工业之遗憾水泥工业之遗憾1.消耗资源消耗资源 我国已初步探明的我国已初步探明的石灰石储量石灰石储量为为542亿吨，可开采利用的约为亿吨，可开采利用的约为250亿吨。如以亿吨。如以2004年我国水泥总产量年我国水泥总产量9.7亿吨、需消耗亿吨、需消耗石灰质石灰质原料原料10亿吨记计，加上相关行业所用石灰石，则不需亿吨记计，加上相关行业所用石灰石，则不需30年，即年，即会出现石灰石资源枯竭的严重问题。一方面是水泥会出现石灰石资源枯竭的严重问题。一方面是水泥石灰石资源石灰石资源枯竭枯竭的严重问题，另一方面是的严重问题，另一方面是消耗石灰石令人惊讶消耗石灰石令人惊讶的高速度。的高速度。（中国建材报（中国建材报2005年年8月月15日）日）2.消耗能源消耗能源 资料表明，资料表明，2004年国产年国产9.7亿吨水泥的能源消耗是燃煤亿吨水泥的能源消耗是燃煤1.6亿亿吨（吨（标准煤标准煤）。专家预测，）。专家预测，2010年我国水泥需求将达到年我国水泥需求将达到13.5亿吨，原燃料消耗相应也会提高近亿吨，原燃料消耗相应也会提高近40%。3.破坏环境破坏环境 2004年我国水泥工业年我国水泥工业CO2排放量达排放量达8亿多吨，亿多吨，SO3排放量超过排放量超过100万吨，万吨，NOx排放量达排放量达262万吨，万吨，粉尘粉尘800万吨。万吨。温室效应温室效应酸雨酸雨矽肺病等、土地碱化、破坏环境矽肺病等、土地碱化、破坏环境4.我国目前的生产工艺落后我国目前的生产工艺落后发达国家发达国家新型干法技术新型干法技术多在多在80%以上，甚至以上，甚至95%。我国我国1995年新型干法水泥年新型干法水泥2853万吨，仅占总产量的万吨，仅占总产量的6%；2004年上升到年上升到3.2亿吨，占总产量的亿吨，占总产量的33%；2005年底，新型干法水泥年底，新型干法水泥产量达到产量达到4.73亿吨，新型干法水泥的比重已达到亿吨，新型干法水泥的比重已达到45%。近年进展迅速近年进展迅速本章结束！本章结束！三、常用水泥的特性三、常用水泥的特性品品种种硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥普通水泥矿渣水泥矿渣水泥火山灰水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥复合水复合水泥泥 主主要要特特性性凝结硬化凝结硬化快快凝结硬化较快凝结硬化较快凝结硬化慢凝结硬化慢凝结硬化慢凝结硬化慢凝结硬化慢凝结硬化慢与所掺与所掺两种或两种或两种以两种以上混合上混合材料的材料的种类、种类、掺量有掺量有关，其关，其特性基特性基本上与本上与矿渣水矿渣水泥、火泥、火山灰水山灰水泥、粉泥、粉煤灰水煤灰水泥的特泥的特性相似性相似 早期强度早期强度高高早期强度较高早期强度较高早早期期强强度度低低，后后期强度增长较快期强度增长较快早早期期强强度度低低，后后期强度增长较快期强度增长较快早早期期强强度度低低，后后期强度增长较快期强度增长较快水化热水化热大大水化热较大水化热较大水化热较低水化热较低水化热较低水化热较低水化热较低水化热较低抗冻性抗冻性好好抗冻性较好抗冻性较好抗冻性差抗冻性差抗冻性差抗冻性差抗冻性差抗冻性差干缩性干缩性小小干缩性较小干缩性较小干缩性大干缩性大干缩性大干缩性大干干缩缩性性较较小小，抗抗裂性较好裂性较好耐蚀性耐蚀性差差耐蚀性较差耐蚀性较差耐蚀性较好耐蚀性较好耐蚀性较好耐蚀性较好耐蚀性较好耐蚀性较好耐热性耐热性差差耐热性较差耐热性较差耐热性好耐热性好耐热性较好耐热性较好耐热性较好耐热性较好抗碳化抗碳化能力差能力差抗碳化能力差抗碳化能力差抗碳化能力差抗碳化能力差泌水泌水性大性大抗渗性抗渗性较好较好和易性和易性较好较好 Civil Engineering Materials【案例分析案例分析】1.湖南某厂湖南某厂综合楼，五合楼，五层砖混混结构构1573m2，施工至屋面天沟施工至屋面天沟时突然倒塌。突然倒塌。材料材料为火山灰硅酸火山灰硅酸盐水泥，平均气温水泥，平均气温6，其中雨雪天其中雨雪天36天，天，5气候气候34天。天。原因：温度原因：温度对火山灰硅酸火山灰硅酸盐水泥影响很大，水泥影响很大，导致混凝土致混凝土强度很低。度很低。Civil Engineering Materials2.某水泥厂生某水泥厂生产的的PO水泥水泥f-CaO含量含量较高，加水拌和后初凝高，加水拌和后初凝时间仅为40min，本属于，本属于废品。但放置品。但放置1个月后，凝个月后，凝结时间又恢复正常，但又恢复正常，但强度有所下降，度有所下降，请分析原因。分析原因。分析分析 该厂的厂的PO水泥水泥f-CaO含量含量较高，部分高，部分f-CaO的煅的煅烧温度温度较低，加水拌和后，水与氧化低，加水拌和后，水与氧化钙迅速反迅速反应生成了生成了氢氧化氧化钙，并放出水化，并放出水化热，时浆体温度升高，加速了其他熟料体温度升高，加速了其他熟料矿物物的水化速率，从而使初凝的水化速率，从而使初凝时间偏短。水泥放置一段偏短。水泥放置一段时间后，后，吸收了空气中的水分，大部分吸收了空气中的水分，大部分CaO生成生成Ca(OH)2或或进一步与一步与空气中的空气中的CO2反反应生成生成CaCO3。故此。故此时加水拌和后，不会再加水拌和后，不会再出出现原来的凝原来的凝结时间过短的短的现象。但其他水泥熟料象。但其他水泥熟料矿物也会物也会和空气中的水反和空气中的水反应，部分，部分产生生结团、结块，使，使强度下降（即度下降（即损失掉了部分失掉了部分强度）。度）。64Civil Engineering Materials3.不同品种水泥的混用不同品种水泥的混用概况概况 某某单位先用位先用强度等度等级为32.5矿渣水泥施工正渣水泥施工正常，因某种原因，与后常，因某种原因，与后购进的的42.5R普通水泥混合拌普通水泥混合拌制混凝土使用，制混凝土使用，结果在果在现浇顶板板时混凝土混凝土发生开裂。生开裂。分析分析 不同品种等不同品种等级的水泥，性能相差很大。如果的水泥，性能相差很大。如果将它将它们混合使用，将会由于水化混合使用，将会由于水化热的不同在混凝土内的不同在混凝土内部不同部位造成局部高温和低温的部不同