水泥性能与检测课件.pptx
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1、掌握硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性;掌握硅酸盐水泥的组成材料、凝结硬化过程、技术性质、质量检定方法及其应用。了解其他品种水泥的特性及应用。 水泥的特点和适用范围水泥的特点水泥是一种粉末状材料,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。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石灰石硅酸盐水泥如砌筑水泥、油井水泥、道路水泥、大坝水
2、泥等如白色硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥等水泥的分类按主要水硬性物质分水泥种类水泥种类主要水硬性物质主要水硬性物质主主 要要 品品 种种硅酸盐水泥硅酸盐水泥硅酸钙硅酸钙绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水绝大多数通用水泥、专用水泥和特性水泥泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸钙铝酸钙高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高高铝水泥、自应力铝酸盐水泥、快硬高强铝酸盐水泥等。强铝酸盐水泥等。硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥无水硫铝酸钙无水硫铝酸钙硅酸二钙硅酸二钙有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸有自应力硫铝酸盐水泥、低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥等铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥铁相、无水硫铝酸铁相
3、、无水硫铝酸钙、硅酸二钙钙、硅酸二钙有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐有自应力铁铝酸盐水泥、膨胀铁铝酸盐水泥、快硬铁铝酸盐水泥等水泥、快硬铁铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸钙、硅酸二氟铝酸钙、硅酸二钙钙氟铝酸盐水泥等氟铝酸盐水泥等以火山灰或潜在水硬性以火山灰或潜在水硬性材料以及其他活性材料材料以及其他活性材料为主要组分的水泥为主要组分的水泥活性二氧化硅活性二氧化硅活性氧化铝活性氧化铝石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热石灰火山灰水泥、石膏矿渣水泥、低热钢渣矿渣水泥等钢渣矿渣水泥等41 通用水泥(一) 硅酸盐水泥一、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
4、材料 石灰质原料石灰质原料 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”工艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种 ;硅酸盐水泥分为:型硅酸盐水泥(不掺混合材料)和型硅酸盐水泥(掺不超过5%混合材料)。2、硅酸盐水泥的生产工艺石灰石粘 土
5、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13501450煅烧磨细3、熟料的矿物组成及其特性、熟料的矿物组成及其特性熟料的矿物组成熟料的矿物组成水泥熟料矿物水泥熟料矿物硅酸二钙硅酸二钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙游离氧化钙和氧化镁游离氧化钙和氧化镁铝酸三钙铝酸三钙硅酸三钙硅酸三钙碱类及杂质碱类及杂质2CaOSiO2,C2S4CaOAl2O3Fe2O3,C4AFfCaO和和fMgO3CaOAl2O3,C3A3CaOSiO2,C3S化学式及简写化学式及简写水泥熟料矿物的主要特性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。矿物名称矿物名称硅酸三钙硅酸三钙硅
6、酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙含量范围(质量含量范围(质量)376015377151018水化反应速度水化反应速度中中慢慢快快中中强强 度度高高早期低,后早期低,后期高期高低低低(含量多时对抗低(含量多时对抗折强度有利)折强度有利)水水 化化 热热中中低低高高中中二、硅酸盐水泥的凝结和硬化二、硅酸盐水泥的凝结和硬化1、熟料矿物的水化反应、熟料矿物的水化反应硅酸三钙硅酸三钙2(3CaOSiO2)6H2O = 3CaO2SiO23H2O3Ca(OH)2硅酸二钙硅酸二钙2(2CaOSiO2)4H2O = 3CaO2SiO23H2OCa(OH)2 铝酸三钙铝酸三钙3CaOAl2O3
7、H2O = 3CaOAl2O36H2O3CaOAl2O36H2O3(CaSO42H2O)19H2O = 3CaOAl2O33CaSO431H2O 铁铝酸四钙铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O37H2O = 3CaOAl2O36H2OCaOFe2O3H2O2、硅酸盐水泥的凝结和硬化、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,这一过程称为水泥的凝结硬化。凝结硬化。水泥的凝结过程和硬化过程是连续进行的。凝结过程较短暂,一般几个小时即可完成;硬化过程是一个长期的过程,在一定温度和湿度下可持续几十年。初初 凝凝: 水
8、泥加水拌合后的剧烈水化反应,一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少;另一方面,水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出,水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大,使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小,越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时,水泥浆便开始慢慢失去可塑性,表现为水泥的初初凝凝。 终终 凝:凝: 当掺入水泥的石膏消耗殆尽时,水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破,铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行,水泥颗粒间逐渐相互靠近,直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失,直到终凝终凝。硬硬 化:化:水泥凝结后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石,这一过程称
9、为水泥的“硬化硬化”。三、硅酸盐水泥的主要技术性质三、硅酸盐水泥的主要技术性质1、细度、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。硅酸盐水泥的细度为其比表面积大于300m2/kg。 试验方法试验方法: 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:100mmFs筛余结果的修正:C修正系数,0.801.20FCFC2、密度、堆积密度和各成分含量、密度、堆积密度和各成分含量技术
10、性质技术性质质质 量量 标标 准准密度,密度,kg/m331003200堆积密度,堆积密度,kg/m313001600不溶物不溶物型:不溶物不得超过型:不溶物不得超过0.75;型:不溶物不得超过型:不溶物不得超过1.50烧失量烧失量型:烧失量不得大于型:烧失量不得大于3.0;型:烧失量不得大于型:烧失量不得大于3.5氧化镁氧化镁水泥中氧化镁含量不宜超过水泥中氧化镁含量不宜超过5.0。如果水泥经压蒸法检验安定性合格,。如果水泥经压蒸法检验安定性合格,则水泥中氧化镁含量可放宽至则水泥中氧化镁含量可放宽至6.0三氧化硫三氧化硫3.5碱含量碱含量水泥中碱含量按水泥中碱含量按Na2O0.658K2O计算
11、值来表示。若使用活性集料,计算值来表示。若使用活性集料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中碱含量不得大于用户要求提供低碱水泥时,水泥中碱含量不得大于0.60或由供需双或由供需双方商定方商定注:表中百分数均为质量百分数。注:表中百分数均为质量百分数。水泥标准稠度净浆水泥标准稠度净浆:1.目的:试验结果具有可比性,目的:试验结果具有可比性, 用于测定凝结时间和安定性。用于测定凝结时间和安定性。 2.测定:测定: 试验仪器:维卡仪试验仪器:维卡仪 试验方法:标准法试验方法:标准法/调整水量法调整水量法3.3.标准稠度净浆标准标准稠度净浆标准: : 试杆距底板距离为试杆距底板距离为 6mm6mm1mm1m
12、m。4.4.标准稠度用水量标准稠度用水量: : 达到标准稠度净浆时的用水量。达到标准稠度净浆时的用水量。 初凝时间:试杆距底初凝时间:试杆距底板距离为板距离为4mm1mm。 终凝时间:当试针沉入终凝时间:当试针沉入试体试体0.5mm时,即环形时,即环形附件开始不能在试体留附件开始不能在试体留下痕迹时。下痕迹时。凝结时间测定凝结时间测定: :6、体积安定性、体积安定性 体积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。 水泥安定性不良的原因: 熟料中含有过量的游离氧化钙(fCaO),或含有过量的游离氧化镁(fMgO); 生产水泥时掺入的石膏过量。
13、国家标准GB1752006规定,硅酸盐水泥的安定性用沸煮法检验必须合格。体积安定性不良的水泥严禁用于工程中。 雷氏法雷氏法(1 1)雷氏夹试件的成型:)雷氏夹试件的成型: 标准稠度水泥净浆。标准稠度水泥净浆。(2 2)测量)测量 A A 取下试件,测量雷氏夹指针尖端间取下试件,测量雷氏夹指针尖端间的距离的距离A A。(3 3)沸煮)沸煮(4 4)测量)测量 C C 沸煮后,冷却,取出试件测量雷氏沸煮后,冷却,取出试件测量雷氏夹指针尖端的距离夹指针尖端的距离C C。(5 5)结果判定)结果判定 当两个试件煮后增加距离当两个试件煮后增加距离C-AC-A平均值平均值 5.0mm5.0mm时,安定性合
14、格;时,安定性合格; 当两个试件当两个试件C-AC-A值相差超过值相差超过4.0mm4.0mm时,时,应重做一次试验。再如此,则认为该应重做一次试验。再如此,则认为该水泥安定性不合格。水泥安定性不合格。雷氏夹雷氏夹7 7、强度及强度等级、强度及强度等级(1)胶砂强度 国家标准规定,水泥和标准砂按1:3.0质量比混合,加入规定量的水(水灰比为0.50),经标准试验方法搅拌成型。制成40mm40mm160mm的标准试件,在标准条件(1d温度为201,相对湿度90以上的空气中带模养护;1d以后拆模,放入201的水中养护)下养护。根据水泥品种不同,分别测定3d、28d的抗折强度和抗压强度,即为水泥的胶
15、砂强度。 检验方法(检验方法(ISO法)法) 水泥水泥:标准砂标准砂:水水=1:3:0.5,制成,制成40mm40mm160mm棱柱体试棱柱体试件件,标准养护标准养护3d、28d,分别测定,分别测定抗折强度、抗压抗折强度、抗压强度。强度。(2)强度等级 根据水泥的胶砂强度划分的级别称为强度等级。硅酸盐水泥的强度等级划分为42.5,42.5R,52.5,52.5R,62.5,62.5R共六个等级。(P40表5-2/3)的 规定。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,MPa3d28d3d28d42.542.5R52.552.5R62.562.5R17.022.023.027
16、.028.032.042.542.552.552.562.562.53.54.04.05.05.05.56.56.57.07.08.08.0注:R型为早强型,主要是3d强度较高。8、水化热、水化热水泥的水化热是指在水化过程中的放热量,单位为kJ/kg。影响因素:影响因素: 熟料的矿物组成熟料的矿物组成铝酸三钙、硅酸三钙的水化热高,而铁铝酸四钙、硅酸二钙的水化热较低。因此要降低水化热,可适当减少铝酸三钙和硅酸三钙的含量。 水泥的细度水泥的细度越细,放热速度越快 。 水泥的标号水泥的标号越高,放热速度越快、越大。 外加剂掺加缓凝剂可降低早期水化水化热主要对大体积混凝土工程有影响。四、硅酸盐水泥的特
17、性及应用四、硅酸盐水泥的特性及应用凝结硬化快,早期及后期强度均高,适用于有早强要求的工程。抗冻性好,适合水工混凝土和抗冻性要求高的工程。耐腐蚀性差,因水化后氢氧化钙和水化铝酸钙的含量较多。水化热高,不宜用于大体积混凝土工程。但有利于低温季节蓄热法施工。抗碳化性好。因水化后氢氧化钙含量较多,故水泥石的碱度不易降低,对钢筋的保护作用强。适用于空气中二氧化碳浓度高的环境。耐热性差。因水化后氢氧化钙含量高。不适用于承受高温作用的混凝土工程。耐磨性好,适用于高速公路、道路和地面工程。(二)(二) 掺混合材料的硅酸盐水泥掺混合材料的硅酸盐水泥凡在硅酸盐水泥熟料中,掺入一定量的混合材料和适量的石膏共同磨细制
18、成的水硬性胶凝材料,均属掺混合材的硅掺混合材的硅酸盐水泥。酸盐水泥。 掺入目的:掺入目的:改善水泥的性能 ;增加品种 ;提高产量 ;节约熟料,降低成本掺混合材硅酸盐水泥的品种:掺混合材硅酸盐水泥的品种: 普通硅酸盐水泥: 熟料(615)%混合材石膏 矿渣硅酸盐水泥: 熟料 (2070)%矿渣石膏 火 山 灰 水 泥: 熟料 (2050)%火山灰石膏 粉煤灰硅酸盐水泥: 熟料 (2040)%粉煤灰石膏 复合硅酸盐水泥:熟料 两种或以上混合材料石膏混合材料:混合材料:在水泥生产过程中,为改善水泥性能,调节水泥标号,扩大使用范围而掺入的天然或人工的矿质原料称为混合材料。 活性混合材料活性混合材料 具
19、有潜在水硬性或火山灰特性,或者兼具有潜在水硬性和火山灰特性的混合材料。如粒化高炉矿渣;粉煤灰;火山灰质混合材料非活性混合材料非活性混合材料 不具有潜在水硬性或质量活性指标不能达到规定要求的混合材料。如磨细石灰石粉、磨细石英砂等。 火山灰活性:火山灰活性:混合材料磨成细粉并与石灰或石膏混合均匀,用水拌和后,在常温下可生成具有水硬性的水化物,这种性质称为混合材料的火山灰活性火山灰活性。 潜在水硬性:潜在水硬性:指该类矿物质材料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。1、普通硅酸盐水泥(代号PO)定义硅酸盐水泥熟料61的混合材料适量石膏技术性质要求(与硅酸盐水泥
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