水泥和石灰幻灯片.ppt

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1、水泥和石灰第1页，共81页，编辑于2022 年，星期日学习要点：本章重点阐述了硅酸盐水泥熟料的矿物组成、水化、凝结硬化机理、技术性质和技术标准。同时简要介绍了掺混合料的硅酸盐水泥和其他品种水泥。对比介绍石灰的化学组成、消化、硬化机理。通过学习，要求学生应掌握石灰消化、硬化过程，质量评定方法；重点掌握硅酸盐水泥熟料各矿物成分特性、水化、凝结硬化的机理和技术性质的检验测定方法，以及其他水泥的特性和应用。第2页，共81页，编辑于2022 年，星期日无机胶凝材料气硬性胶凝材料水硬性胶凝材料只能在空气中硬化，如石灰、石膏。既可以在空气中，也可在水中硬化，如水泥。第3页，共81页，编辑于2022 年，星期

2、日第一节 硅酸盐水泥第4页，共81页，编辑于2022 年，星期日一、概述1.定义：水泥是一种多级分的人造矿物粉料，与水拌和后2.成为塑性胶体，既能在空气中硬化，也能在水中硬化，并能3.将砂石等材料的结合成具有一定强度的整体，水泥是水硬性4.无机胶凝材料。水泥2.分类：按化学成分分类按用途和性能分类硅酸盐类水泥铝酸盐类水泥硫铝酸盐类水泥铁铝酸盐类水泥氟铝酸盐类水泥通用水泥专用水泥特种水泥第5页，共81页，编辑于2022 年，星期日3.水泥的优缺点优 点：高的强度及稳定性 料源广泛 经济性好 工艺简单1、自重大2、刚度大，变形小3、收缩及裂缝现象4、污染环境（温室效应）缺缺 点点：第6页，共81页

3、，编辑于2022 年，星期日4.硅酸盐水泥 硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥（P）普通硅酸盐水泥（PO）掺混合材的硅酸盐水泥（PS,PP,PF）特性硅酸盐水泥 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(即国外通称的Portland Cement)。又根据混合料的掺量分为P 和P 两类。第7页，共81页，编辑于2022 年，星期日5.硅酸盐水泥的发展简史 1824年，英国的砖瓦匠Jhon Aspdin发明了现代生产硅酸盐水泥的专利技术；1871年，美国宾夕法尼亚，发明世界上第一台回转窑，使水泥生产大规模化；六大水泥：硅酸盐水泥、普硅、矿渣、火山灰、

4、粉煤灰、复合。第8页，共81页，编辑于2022 年，星期日“两磨一烧”6.硅酸盐水泥的生产第9页，共81页，编辑于2022 年，星期日粘土质(SiO2、Al2O3)石灰质(CaO)1450 调节原料（Fe2O3）石膏石膏水 泥生 料熟 料混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉 磨煅 烧粉 磨 第10页，共81页，编辑于2022 年，星期日1.硅酸盐水泥的原料与生料的化学组成生料主要化学成分：，和。2.硅酸盐水泥熟料的矿物组成（1）经高温煅烧后，以上四种化学成分化合为 熟料中的主要矿物组成：硅酸三钙简式为硅酸二钙简式为铝酸三钙简式为铁铝酸四钙简式为 二、硅酸盐水泥的矿物组成和化学成分第11页，共

5、81页，编辑于2022 年，星期日（2）四种矿物的技术特性 水泥中主要矿物组成，含量通常为50左右，对硅酸盐水泥影响大。水化速度较快，水化热高，早期强度高。水化速度较慢，水化热很低。早期强度较低而后期强度较高。耐化学侵蚀较高，干缩性较小。第12页，共81页，编辑于2022 年，星期日 水化反应速度最快，水化热最高。早期强度较高，但强度绝对值小。耐化学腐蚀性差，干缩性大。（注：的含量决定水泥的凝结速度和释放热量，通常为调节水泥凝结速度，需掺加石膏或硅酸三钙与石膏形成的水化产物）。遇水反应较快，水化热较高。强度较低，对水泥抗折强度和抗冲击性能起重要作用。耐化学腐蚀性好，干缩性小。第13页，共81页

6、，编辑于2022 年，星期日（3）水泥熟料主要矿物组成的性质比较）水化反应速度）水化热）抗压强度早期后期可见，和是水泥强度的主要来源。）对抗折强度和抗冲击强度有利。）耐化学腐蚀性）干缩性第14页，共81页，编辑于2022 年，星期日硅酸盐水泥主要矿物组成与特性矿物组成 C3S C2S C3A C4AF与水反应速度 快 慢 最快 中水化热 高 低 最高 中早期 高 低 中 低后期 高 高 低 中耐化学侵蚀 中 好 差 优干缩性 中 小 大 小大致含量 3565 1040 015 515第15页，共81页，编辑于2022 年，星期日3.石膏为调节水泥的凝结速度，需掺入适量的石膏，因此石膏也称作水泥

7、的缓凝剂，一般是二水石膏或无水石膏。水泥中石膏掺量主要决定于 的含量，也与混合材料的种类和数量有关。4.水泥中的有害成分及其危害（1）游离态氧化钙（f-CaO）、氧化镁 MgO：体积安定性，结构破坏；（2）三氧化硫 SO3：体积不均匀变化；（3）碱含量 Na2O+K2O：与碱活性材料反应，局部膨胀。第16页，共81页，编辑于2022 年，星期日三、硅酸盐水泥的技术性质1.新拌水泥浆体的凝结与硬化 水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体。水泥加入适量水调成水泥浆后，经过一段时间因本身物理变化会逐渐变稠，失去塑性，这一过程称为初凝，开始具有强度称为终凝。由初凝到终凝的过程

8、称为水泥的凝结，终凝以后强度逐渐提高，并形成人造石，这称“硬化”。第17页，共81页，编辑于2022 年，星期日（1）水泥熟料矿物的水化反应及其水化生成物硅酸三钙2（3CaOSiO2）6H2O=3CaO2SiO23H2O3Ca（OH）2硅酸二钙2（2CaOSiO2）4H2O=3CaO2SiO23H2OCa（OH）2 铝酸三钙3CaOAl2O3H2O=3CaOAl2O36H2O 这一反应导致水泥浆闪凝或假凝，必须避免！3CaOAl2O36H2O3（CaSO42H2O）20H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O 铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O37H2O=3CaOAl2O36H2OC

9、aOFe2O3H2O第18页，共81页，编辑于2022 年，星期日水泥颗粒水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。水化物膜层随水化时间向内不断增厚，水泥颗粒粒径缩小在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。（2）水泥的凝结硬化过程第19页，共81页，编辑于2022 年

10、，星期日 先在固液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应进入潜伏期；因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行进入水化的加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度硬化。第20页，共81页，编辑于2022 年，星期日（3）石膏的缓凝作用 避免水泥浆的闪凝和假

11、凝现象。调节水泥的凝结时间。导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。第21页，共81页，编辑于2022 年，星期日2.硬化水泥石的组成与结构 水泥石的组成固相水泥水化物与未水化的水泥颗粒u胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；u晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；气相各种尺寸的孔隙与空隙u凝胶孔u毛细孔u工艺空隙 液相水或孔溶液u自由水u吸附水u凝胶水 水泥石的组成随水泥水化度而变第22页，共81页，编辑于2022 年，星期日背散射扫描电镜照片未水化水泥颗粒C-S-H氢氧化钙单硫型硫铝酸盐第23页，共81页，编辑于2022 年，星期日水泥凝结硬化的主要影响因素：1）水泥

12、成分；2）细度；3）养护条件（温度和湿度）；4）龄期；5）拌和用水量；6）贮存条件（时间、湿度、水化碳化）（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加剂 水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数：R(t)=f(C3S)f(细度)f(T)f(W/C)第24页，共81页，编辑于2022 年，星期日 C3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化。水灰比越大，浆体需填充的孔隙越

13、多，凝结硬化速度越慢。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。小结第25页，共81页，编辑于2022 年，星期日3.硬化水泥石的腐蚀与防止（1）水泥石的腐蚀类型 淡水侵蚀（溶析性侵蚀）盐类侵蚀 酸类侵蚀 碱类侵蚀（2）水泥石腐蚀的原因 外因 内因（3）防止水泥石腐蚀的措施 根据工程的环境特点，合理选择水泥品种 提高混凝土的密实度，降低孔隙率 在水泥石的表面设置保护层第26页，共81页，编辑于2022 年，星期日（1）水泥石的腐蚀类型 淡水侵蚀（溶析性侵蚀）机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石

14、中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。破坏形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。第27页，共81页，编辑于2022 年，星期日盐类侵蚀 硫酸盐的腐蚀 腐蚀机理：硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。镁盐的腐蚀 腐蚀机理：主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐

15、蚀作用。第28页，共81页，编辑于2022 年，星期日水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂第29页，共81页，编辑于2022 年，星期日酸类腐蚀 腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。破坏形式：溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。第30页，共81页，编辑于2022 年，星期日水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落第31页，共81页，编辑于2022 年，星期日强碱腐蚀 腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中

16、的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高时会造成水泥石的严重破坏。第32页，共81页，编辑于2022 年，星期日 外因：环境中的腐蚀性介质，如软水；酸、碱、盐的水溶液等。内因：水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；腐蚀与毛细孔通道的共同作用 加剧水泥石结构的破坏。（2）水泥石腐蚀的原因 第33页，共81页，编辑于2022 年，星期日（3）水泥石腐蚀的防止 主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施：根据环境特点，合理选择水泥品种 降低水泥石中不稳定组分的含量。提高水泥石的密实度，降低孔

17、隙率 如降低水灰比、掺加外加剂等。在水泥石表面设置保护层 如：防腐涂层。第34页，共81页，编辑于2022 年，星期日 密度与堆积密度 细度 标准稠度用水量 凝结时间 体积安定性 强度 有害成分含量 不溶物和烧失量 碱含量四、硅酸盐水泥的技术要求物理力学性质指标水泥的化学品质指标第35页，共81页，编辑于2022 年，星期日1.物理力学性质指标（1）密度与堆积密度 密度 3.053.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。堆积密度 10001600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取1300 kg/m3。密度的测量方法 排液法，用煤油作为测量液体。第36页，共81页，编辑于2022 年，

18、星期日（2）细度 定义 细度是指水泥粉体的粗细程度或水泥分散度的指标。测量方法 筛析法以80 m或45 m方孔筛的筛余量表示；有负压筛法和水筛法两种，当有争议时，以负压筛法为准 比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示 国标GB 175-2007要求 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的比表面积应不小于300m2/kg。矿渣、火山灰质、粉煤灰、复合硅酸盐水泥的细度以筛余表示，其80 m方孔筛的筛余不大于10.0%或45 m方孔筛的筛余不大于30.0%。第37页，共81页，编辑于2022 年，星期日（3）标准稠度 标准稠度：水泥的标准稠度是指水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定阻力时的稠度。标准稠

19、度用水量：是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在21%28%。第38页，共81页，编辑于2022 年，星期日 测试方法：标准法：试杆法 以标准试杆沉入净浆，并距离底板6 mm1mm时水泥净浆为标准稠度净浆。代用法：试锥法（调整用水量和不变用水量）调整用水量法 试锥下沉深度28 2mm时的水泥净浆的稠度；不变用水量法 根据实测试锥下沉深度，按公式计算标准稠度用水量。当试锥下沉深度小于13mm时，应入用调整水量法测定。P=33.4 0.185S(S13mm)P水泥的标准稠度用水量，；S试锥下沉深度，mm。第39页，共81页，编辑于2022

20、 年，星期日试锥下降高度水泥浆试锥第40页，共81页，编辑于2022 年，星期日（4）凝结时间 概念：凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。第41页，共81页，编辑于2022 年，星期日 测试方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。初凝时间：试针沉至距底板41mm时达到初凝状态，由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为初凝时间，用min表示。终凝时间：试针沉入试体0.5mm时，环形附件开始不能在试体

21、上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用min表示。国标要求：硅酸盐水泥 初凝时间45min；终凝时间390min。第42页，共81页，编辑于2022 年，星期日水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底35mm为初凝园弧形压痕终凝第43页，共81页，编辑于2022 年，星期日（5）体积安定性 基本概念：水泥浆体硬化后，是否发生不均匀体积变化的性能指标。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。第44页，共81页，编辑于2022 年，星期日试饼法肉眼观察表面有无裂纹用直尺检查有

22、无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。检测方法：试饼法；雷氏夹法。有矛盾时以标准法雷氏夹法为准。第45页，共81页，编辑于2022 年，星期日雷氏夹法标准法合格标准：5mm。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。第46页，共81页，编辑于2022 年，星期日 水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。第47页，共81页，编辑于2022 年，星期日