土木工程材料第3章水泥教学提纲.ppt
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1、第第3章章 水泥水泥(shun)p水泥主要水泥主要(zhyo)有三大系列:有三大系列:p硅酸盐水泥系列硅酸盐水泥系列p铝酸盐水泥系列铝酸盐水泥系列p硫铝(铁)酸盐水泥系列硫铝(铁)酸盐水泥系列p硅硅酸酸盐盐水水泥泥国国外外称称波波特特兰兰水水泥泥(PortlandCement),1824年年由由英英国国人人约约瑟瑟夫夫阿阿斯斯普丁(普丁(JosephAspdin)发明。)发明。1第一页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)p硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的定义(dngy):p由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料、05的的石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣、适适量量石石膏膏共共同同磨磨细细制
2、成的水硬性胶凝材料。制成的水硬性胶凝材料。p根根据据用用途途和和特特点点,硅硅酸酸盐盐水水泥泥分分为为通通用用水泥、专用水泥、特性水泥三类。水泥、专用水泥、特性水泥三类。p常用硅酸盐水泥有六大品种常用硅酸盐水泥有六大品种p(六大通用水泥)(六大通用水泥)2第二页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)名名称称代代号号硅酸盐水泥硅酸盐水泥PP普通普通(ptng)硅酸盐水泥硅酸盐水泥PO矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥PS火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥PP粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥PF复合硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥PC3第三页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)p其它硅酸盐水泥有
3、:其它硅酸盐水泥有:p大大坝坝水水泥泥、道道路路(dol)水水泥泥(专专用用水水泥)泥)pp白色水泥、彩色水泥白色水泥、彩色水泥p快硬水泥、膨胀水泥(特性水泥)快硬水泥、膨胀水泥(特性水泥)p硅酸盐水泥的主要矿物成分为:硅酸盐水泥的主要矿物成分为:p3CaOSiO2p2CaOSiO24第四页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)p我我国国的的水水泥泥产产量量逐逐年年上上升升(shngshng),1996年年4.8亿亿吨吨,超超过过世世界界水水泥泥产产量量的的1/3。p2006年年我我国国水水泥泥年年产产量量达达13亿亿吨吨,占占全全世世界的第界的第1位。位。5第五页,共57页。第第3章章
4、 水泥水泥(shun)一一水泥的生产水泥的生产原料原料石灰质原料:提供石灰质原料:提供CaO粘土原料:提供粘土原料:提供SiO2、Al2O3、Fe2O3校校正正(jiozhng)原原料料:主主要要是是铁铁质质材材料料(铁铁矿矿石)石)6第六页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)p生生料料分分别别磨磨细细、拌拌匀匀经经干干燥燥、预预热热、分分解解、煅煅烧烧、冷冷却却、卸卸料料,得得到到水水泥泥(shun)(shun)熟料。熟料。p熟熟料料加加入入适适量量石石膏膏共共同同磨磨细细制制成成水水泥泥(shun)(shun)。p 概括为概括为“两磨一烧两磨一烧”7第七页,共57页。第第3章章 水
5、泥水泥(shun)p生生产产(shngchn)(shngchn)水水泥泥会会产产生生:CO2 CO2、NOX NOX、SO3SO3和和粉粉尘尘等等污污染染物物。需需消消耗耗煤煤、电电和和石石灰灰石石等资源。等资源。8第八页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)化学化学(huxu)简简式式CaOCSiO3SH2OHCa(OH)2CH9第九页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)二二水泥熟料的矿物成分及其特性水泥熟料的矿物成分及其特性(1)硅酸)硅酸(usun)三钙三钙3CaOSiO2(简式简式C3S),占,占36-60%,28天水天水化化70%,28天的强度达一年的天的强度达一年的7
6、0-80%。(2)硅酸)硅酸(usun)二钙二钙2CaOSiO2(简式简式C2S),占,占15-37%,28天水天水化化20%,一年后强度可赶上,一年后强度可赶上C3S。10第十页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)(3 3)铝酸三钙)铝酸三钙3CaOAl2O3(3CaOAl2O3(简式简式C3A)C3A),占,占7-15%7-15%,3 3 天强度天强度大部分发挥出来,但绝对值不高,后期强度大部分发挥出来,但绝对值不高,后期强度有退缩。有退缩。(4 4)铁铝酸四钙)铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3 4CaOAl2O3Fe2O3(简简式式C4AF)C4AF),占占10-18%10
7、-18%,提高水泥提高水泥(shun)(shun)抗折强度,抗冲击性能。抗折强度,抗冲击性能。11第十一页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)三三水泥的水化和凝结硬化水泥的水化和凝结硬化水泥和水拌合成为水泥浆体(会发水泥和水拌合成为水泥浆体(会发生化学反应生化学反应(huxufnyng),生成晶体和凝胶体),生成晶体和凝胶体),具具有塑性,可流动。有塑性,可流动。随着水化反应的进行,水化产物不随着水化反应的进行,水化产物不断增加,晶体凝聚形成骨架,凝胶分散在断增加,晶体凝聚形成骨架,凝胶分散在水泥石中,裹住晶体,水泥浆体逐渐失水泥石中,裹住晶体,水泥浆体逐渐失去塑性,产生强度。去塑性,
8、产生强度。12第十二页,共57页。结结 论:论:(1 1)水泥的水化产物有:)水泥的水化产物有:水化硅酸钙(水化硅酸钙(C-S-HC-S-H)水化铝酸钙(水化铝酸钙(C3AH6 C3AH6)水化铁酸钙(水化铁酸钙(C-F-HC-F-H)氢氧化钙(氢氧化钙(CHCH)水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙(钙钙矾矾石石(fn(fn sh)sh)、AFAF)(2 2)水化物中)水化物中C-S-HC-S-H约占约占70%70%、CHCH约占用约占用20%20%、AF AF约占约占57%57%(3 3)水化速度、水化放热总量:)水化速度、水化放热总量:C3A C3AC3SC3SC4AFC4AFC2S C2S 13第
9、十三页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)(4 4)早期)早期(zoq)(zoq)强度发展速度:强度发展速度:C3S C3S C4AF C4AF C3A C3A C2S C2S(5 5)后期强度发展:)后期强度发展:主要由主要由C2SC2S提供,提供,C2SC2S后期可赶上或超过后期可赶上或超过C3SC3S(6 6)体积收缩:)体积收缩:C3A C3A C4AF C4AF C3S C3S C2S C2S14第十四页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)(7 7)石膏的缓凝作用)石膏的缓凝作用 生成钙矾石,包裹在未水化的水泥颗生成钙矾石,包裹在未水化的水泥颗 粒表面。粒表面。按按S
10、O3SO3计计3.5%3.5%,太太多多,安安定定性性不不良良(bling)(bling),应在应在终凝前反应完毕。终凝前反应完毕。15第十五页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)四四水泥石的结构水泥石的结构(1)未水化的水泥颗粒)未水化的水泥颗粒(2)凝胶()凝胶(CSH,CFH)(3)晶体()晶体(CH,C3AH6,AFt)(4)孔)孔(毛细孔,凝胶孔)(毛细孔,凝胶孔)(5)水(结合)水(结合(jih)水、吸附水、游离水)水、吸附水、游离水)16第十六页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)说说 明:明:(1 1)C C S S H H、C C F F H H 称称为为凝凝
11、胶胶,但但在在更更小小尺尺度度上上发发现现它它们们是是一一些些 0.10.11m1m近近程程有有序序、远程无序的微晶体。远程无序的微晶体。(2 2)水水泥泥石石的的晶晶体体按按其其作作用用分分两两类类,一一类类在在裂裂缝缝(li(li fng)fng)经经过过的的路路径径上上,起起加加强强作作用用;另另一一类类分分布布在在本本无无缺缺陷陷的的C C S S H H中中及及界界面面上上,导导致致缺缺陷陷产产生生,这这些些为为多多余余的的晶晶体体。晶晶体体存存在在最最佳佳含含量,高性能水泥应使晶体达最佳含量。量,高性能水泥应使晶体达最佳含量。17第十七页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)
12、(3 3)未未水水化化的的水水泥泥(shun)(shun)颗颗粒粒始始终终存存在在,温温湿湿度度合适,水泥合适,水泥(shun)(shun)石强度几十年后仍有增长。石强度几十年后仍有增长。(4 4)水泥)水泥(shun)(shun)石中孔可分为石中孔可分为 有害孔(孔径有害孔(孔径300 300 埃埃 )少害孔(孔径少害孔(孔径100 300100 300埃)埃)无害孔(孔径无害孔(孔径100100埃)埃)18第十八页,共57页。第第3章章 水泥水泥(shun)(5 5)水水泥泥(shun)(shun)石石的的强强度度主主要要取取决决于于:矿矿物物成成分分、细度、细度、W/C W/C、水化程度
13、。、水化程度。(6 6)水水泥泥(shun)(shun)的的水水化化及及强强度度增增长长:早早期期快快,后后期期慢慢,以以3 3天天、28 28 天天龄龄期期强强度度评评定定水水泥泥(shun)(shun)的强度等级。的强度等级。(7 7)温温湿湿度度对对强强度度发发展展影影响响很很大大。蒸蒸养养强强度度发发展展快快,强度增长夏季比冬季快。强度增长夏季比冬季快。19第十九页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的技术的技术性质性质按现行国家标准按现行国家标准GB175-1999硅酸盐、硅酸盐、普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的规规定定(gudng),硅硅酸酸盐盐水泥的技水
14、泥的技术性质如下:术性质如下:p3920第二十页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的技术的技术性质性质细度细度是指水泥颗粒的粗细程度是指水泥颗粒的粗细程度水泥越细则比面越大、活性越大;水泥越细则比面越大、活性越大;但但水水泥泥太太细细则则生生产产率率下下降降、能能耗耗上上升升,颗颗粒粒易易相相互互吸吸附附,活活性性反反而而降降低低;易易受受潮潮、存存放放期期缩缩短短;新新拌拌砼砼流流动动性性降降低低;水水泥泥石石硬硬化化(ynghu)后后收收缩变形加大。缩变形加大。21第二十一页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的技术性的技术性质质p水水
15、泥泥太太细细(比比面面达达400/),配配制制的的砼砼约约五五年年后后强强度度(qingd)开开始始降降低低。而而较较粗粗的的水水泥泥(比比表表面面积积约约300/)配配制制的的砼砼的的强强度度(qingd)几几十十年年后后仍仍在在增增加加,且且混混凝凝土土不不易易开开裂。裂。22第二十二页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥的技术硅酸盐水泥的技术(jsh)性性质质对细度的要求:对细度的要求:硅酸盐水泥:比面硅酸盐水泥:比面300350/对对其其它它五五种种水水泥泥:0.08mm方方孔孔筛筛筛筛余余量量10%测试:负压测试:负压(fy)筛法(标准方法)筛法(标准方法)23第二十三页,共57
16、页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的技术的技术性质性质水水泥泥细细度度的的评评价价,还还应应包包括括粒粒径径分分布布,水水泥泥粒粒径径分布宜宽不宜分布宜宽不宜(by)窄,合理的粒径分布是:窄,合理的粒径分布是:3的的103-32的的65703245的的121845的的68结论:结论:1624的颗粒较多则水泥性能较的颗粒较多则水泥性能较好。粒形好的水泥(呈球形)拌制砼好。粒形好的水泥(呈球形)拌制砼需水量小,砼性能好。需水量小,砼性能好。24第二十四页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥(shun)的技术的技术性质性质标准稠度用水量标准稠度用水量为为测测定定凝凝
17、结结时时间间、体体积积安安定定性性具具有有可可比性而设定的指标。比性而设定的指标。调整调整(tiozhng)用水量法:用水量法:C=500g、W=142.5ml,在在净净浆浆搅搅拌拌机机中中,慢慢搅搅拌拌120S、停停15S、快快搅搅拌拌120S,试试杆下沉距底板杆下沉距底板61mm时为标准稠度。时为标准稠度。25第二十五页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥的技术硅酸盐水泥的技术(jsh)性质性质p固定固定(gdng)用水量法(标准法):用水量法(标准法):pC=500gW=142.5mlppP=33.40.185Sp34026第二十六页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥硅酸盐水泥
18、(shun)的技术性的技术性质质凝结时间凝结时间初凝时间:初凝时间:水水泥泥净净浆浆从从加加水水到到开开始始失失去去(shq)塑塑性性的的时时间。间。六大水泥要求六大水泥要求45min终凝时间:终凝时间:水水泥泥净净浆浆从从加加水水到到完完全全失失去去(shq)塑塑性性的的时时间。间。硅酸盐水泥要求硅酸盐水泥要求6.5h复合水泥复合水泥12h其它四种水泥其它四种水泥10h27第二十七页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥的技术硅酸盐水泥的技术(jsh)性性质质p测测定定:称称500g水水泥泥,拌拌标标准准稠稠度度水水泥泥净净浆浆,30min测测第第一一次次,临临近近(lnjn)初初凝凝前前
19、每每5min测测一一次次,试试针针距距底底板板41mm为为初初凝凝;临临近近(lnjn)终终凝凝前前每每15min测测一一次次,试试针针距表面距表面0-0.5mm为终凝。为终凝。p不不测测定定时时,放放入入201、相相对对湿湿度度90 的恒温恒湿养护箱中保温保湿。的恒温恒湿养护箱中保温保湿。28第二十八页,共57页。第第3章章 五五 硅酸盐水泥的技术硅酸盐水泥的技术(jsh)性性质质关于湿度:关于湿度:绝绝对对湿湿度度(AH):每每1m3空空气气(kngq)中中水水的的质量(质量(g)。)。相相对对湿湿度度(RH):空空气气(kngq)中中水水分分子子的的饱和程度。饱和程度。RH=100 即饱
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