《水泥建筑材料》PPT课件.ppt
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1、 水水 泥泥1824年10月21日,英国利兹(Leeds)城的泥水匠阿斯普丁(J.Aspdin)获得英国第5022号“波特兰水泥”专利证书,从而一举成为流芳百世的水泥发明人。强生确定了水泥制造的两个基本条件:第一是烧窑的温度必须高到足以使烧块含一定量玻璃体并呈墨绿色;第二是原料比例必须正确而固定,烧成物内部不能含过量石灰,水泥硬化后不能开裂。这些条件确保了“波特兰水泥”质量,解决了阿普斯丁无法解决的质量不稳定问题。从此,现代水泥生产的基本参数已被发现。1824年,英国石匠阿斯浦丁偶然发现年,英国石匠阿斯浦丁偶然发现粘土粘土+石灰石灰+水水人造石(波特兰水泥)人造石(波特兰水泥)特点:强度高、耐
2、久性好、防水、防火。特点:强度高、耐久性好、防水、防火。n水泥水泥:是一种多组分的人造矿物粉料,它与水拌和后成为塑性胶体,既能在空气中硬化,又能在水中硬化,并能将砂石等材料胶结成具有一定强度的整体。(水泥是水硬性胶凝材料。)n水泥水泥硅酸盐水泥铝酸盐水泥系列硫铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥n硅酸盐水泥系列硅酸盐水泥系列是以硅酸钙为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏,经共同磨细而成。n硅酸盐水泥(05%)普通水泥(6%15%)矿渣水泥(2070%)火山灰水泥(2050%)粉煤灰水泥(2040%)复合水泥(1550%)专用水泥专用水泥专门用于某些工程的水专门用于某些工程的水 泥泥,如道路水泥、
3、中低热水如道路水泥、中低热水 泥、砌筑水泥等。泥、砌筑水泥等。特性水泥特性水泥某种性能较突出的水某种性能较突出的水 泥,泥,如快硬硅酸盐水泥、如快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、彩色水泥、膨高铝水泥、彩色水泥、膨 胀水泥等。胀水泥等。硅酸盐水泥系列硅酸盐水泥系列通用水泥硅酸盐系列水泥的分类下述百分含量为混合材料的掺量下述百分含量为混合材料的掺量硅酸盐系列水泥的分类 类 别 简 称混合材掺量(%)通用水泥 硅酸盐水泥05 普通硅酸盐水泥 普通水泥615 矿渣硅酸盐水泥 矿渣水泥2070火山灰质硅酸盐泥 火山灰水泥2050粉煤灰硅酸盐水泥 粉煤灰水泥2040 复合硅酸盐水泥 复合水泥1550 专用水泥 专
4、门用于某些工程的水泥特性水泥 某种性能较突出的水泥彩色水泥彩色水泥彩色水泥普通水泥第一节第一节 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 1.定义:凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的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的波特兰水泥(Portlandcement)。2.类型及代号硅酸盐水泥型硅酸盐水泥:不掺混合材料的,代号P。型硅酸盐水泥:粉磨时掺加不超过水泥重量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料,代号P。一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号一、硅酸盐水泥的定义、类型及代号硅酸盐水泥分42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个强度等级(R代表早强型水泥)1.
5、原料(1)石灰质原料:主要提供CaO。采用石灰岩、凝灰岩和贝壳等。(2)粘土质原料:主要SiO2、Al2O3及Fe2O3。采用粘土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。主主要要原原料料二、硅酸盐水泥的生产二、硅酸盐水泥的生产二、硅酸盐水泥的生产二、硅酸盐水泥的生产(3)校正原料(辅助原料):为满足成分要求用。如:铁矿粉的铁质原料补充氧化铁的含量。砂岩的硅质原料增加二氧化硅的成分等。两磨一烧:制备生料(一磨)煅烧熟料(一烧)粉磨水泥(二磨)2.生产过程石灰石粘土按比例混合生料进窑熟料辅助原料煅烧磨细磨细石膏1450水泥成品3.生料CaO:62%67%SiO2:20%24%Al2O3:4%7%Fe2
6、O3:2.5%6.0%生料在窑内经历:干燥预热分解烧成冷却3.510m中卸烘干磨(生料粉磨)生料粉磨工艺熟料煅烧工艺熟料煅烧工艺五级旋风预热器CDC窑外分解系统电收尘器3.350m旋转窑篦式冷却机水泥粉磨及包装水泥粉磨及包装3.813m水泥磨水泥皮带输送机八嘴回转式微机包装机水泥库组成矿物名称分子式简称含量(%)硅酸盐矿物硅酸三钙3CaOSiO2C3S3660硅酸二钙2CaOSiO2C2S1537熔剂矿物铝酸三钙3CaOAl2O3C3A715铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF1018次要成分游离氧化钙CaO游离氧化镁MgO含碱矿物及玻璃体三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成三、硅酸盐水泥熟
7、料的矿物组成1.主要成分:主要由三种矿物化学组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成及在水泥中的相对含量组成矿物名称分子式简称水泥中的含量(%)普通水泥低热水泥早强水泥超早强水泥耐硫酸盐水泥硅酸盐矿 物硅酸三钙3CaOSiO2C3S5241656857硅酸二钙2CaOSiO2C2S24341023熔剂矿物铝酸三钙3CaOAl2O3C3A96892铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF969813次要成分游离氧化钙CaO游离氧化镁MgO含碱矿物及玻璃体2.其它成分:游离CaO、MgO及SO3,其含量过高将造成水泥安定性不良。碱矿物及玻璃体等,其中的Na2O和K2O含量较高时,遇到活性骨料时,易产生碱
8、骨料反应,影响混凝土的质量。3.石膏辅助作用主要是缓凝作用,含量:25%。四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化四、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化(一)硅酸盐水泥的水化水泥+水拌合可塑性具(水泥石)水化的水泥浆凝结硬化流动性水化水泥和水拌合表面的熟料矿物立刻与水发生化学反应各组分开始逐渐溶解放出一定热量固相体积也逐渐增加。其反应式如下:2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O+3Ca(OH)2硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O铝酸三钙水化
9、铝酸三钙4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O铁铝酸四钙水化铁酸一钙3CaOAl2O36H2O+CaSO43CaOAl2O33CaSO431H2O水化铝酸钙石膏或3CaOAl2O3CaSO412H2O水化硫铝酸钙或单硫型水化硫铝酸钙主要水化产物主要水化产物(在完全水化的水泥石中):水化硅酸钙70%(凝胶)氢氧化钙20%(晶体)水化铝酸钙(晶体)水化硫铝酸钙晶体(也称钙矾石)7%是水泥石形成强度的最主要化合物水化反应为放热反应,其放出的热量水化反应为放热反应,其放出的热量称为水化热。其水化热大,放热的周期称为水化热。其水化热大,放热的周期也较长
10、,但大部分(也较长,但大部分(50%以上)热量是以上)热量是在在3天以内。特别是在水泥浆发生凝结、天以内。特别是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。硬化的初期放出。(二)硅酸盐水泥的凝结硬化过程n分为:早、中、晚分为:早、中、晚 三个时期三个时期1.水化早期水化早期,初始反应期(凝胶膜的生成期)(诱导期)n20,3h3.水化后期水化后期,硬化更长时间水化反应减慢水化反应减慢水化产物填充水化产物填充由水占据的空间由水占据的空间晶体相互搭晶体相互搭接接整体整体水泥石水泥石硬化硬化硬化:浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体水泥石2.水化中期,水化中期,凝结20 30h,30%的水泥已经水化的水泥已经
11、水化 包裹膜包裹膜增厚增厚凝结:水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体,然后逐渐变稠并失去可塑性的过程。加水初凝终凝凝结硬化诱导期稠硬不流动浆体刚性固体随时间增强塑性流动浆体初凝时间终凝时间水泥凝结时间与水泥浆体状况的关系 水泥石的结构A-未水化水泥颗粒;B-胶体粒子(C-S-H等);C-晶体粒子(Ca(OH)2等);D-毛细孔(毛细孔水);E-凝胶孔水泥石的组成组成:凝胶体凝胶体(水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体)未水化的水泥颗粒内核未水化的水泥颗粒内核毛细孔及凝胶孔毛细孔及凝胶孔它们在不同时期相对数量的变化,使水泥石的性质随之而改变。水泥石的工程性质(强度和耐久性强度和耐久性)决定于水泥石的结构
12、组成,即水化物的类型水化物的相对含量(可用水化程度表示)孔的大小、形状和分布水灰比即拌和时用水量与水泥用量之比表示结论 不同水化程度水泥石的组成(a)水灰比:0.4;(b)水灰比:0.71.水灰比相同时,水化程度愈高,则水化物愈多,而毛细孔和未水化水泥的量相对减少。水泥石结构密实、强度高、耐久性好。2.水化程度相同而水灰比不同的水泥石结构,水灰比越大,毛细孔所占比例相对增加,水泥石的强度和耐久性下降。(三)影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素(三)影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素1.熟料矿物组成的影响熟料矿物组成的影响n硅酸盐水泥熟料矿物组成,是影响水泥的水化速度、凝结硬化过程及产生强度等的主要因
13、素。硅酸三钙(C3S)3CaOSiO2硅酸二钙(C2S)CaOSiO2铝酸三钙(C3A)3CaOAl2O3铁铝酸四钙(C4AF)4CaOAl2O3Fe2O3(四种主要熟料矿物中,C3A是决定性因素。)性能指标熟料矿物C3SC2SC3AC4AF水化速率中慢快中凝结硬化速率中慢快中28d水化热中低高中强度早期良差良良后期良优中中耐化学腐蚀性中良差优干缩性中小大小硅酸盐水泥熟料矿物的水化、凝结硬化特性水化热大小比较水化热大小比较n高高钙钙硅硅酸酸盐盐和和铝铝酸酸盐盐与与水水反反应应,同同时时放放出出热热量量,其每克的热量为:其每克的热量为:n 3 3 2 2 3 3 4 4n 120 60 320
14、100n说明说明:放热出现裂缝(内外温差高达放热出现裂缝(内外温差高达50)n应应用用:水水化化热热大大,适适于于断断面面尺尺寸寸小小的的预预应应力力砼砼。(冬季施工)(冬季施工)应用:n大坝水泥:大体积工程大坝水泥:大体积工程水化热小水化热小n 应选低热水泥应选低热水泥2 2S含量多。含量多。n 冬季预应砼施工:水化热大(冬季预应砼施工:水化热大(C3 3S、3 3)n道路水泥(抗折性好):道路水泥(抗折性好):3 3、4 4硅酸盐水泥熟料的矿物组成及在水泥中的相对含量组成矿物名称分子式简称水泥中的含量(%)普通水泥低热水泥早强水泥超早强水泥耐硫酸盐水泥硅酸盐矿 物硅酸三钙3CaOSiO2C
15、3S5241656857硅酸二钙2CaOSiO2C2S24341023熔剂矿物铝酸三钙3CaOAl2O3C3A96892铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF969813次要成分游离氧化钙CaO游离氧化镁MgO含碱矿物及玻璃体2.水泥细度的影响水泥细度的影响直接影响:水化,凝结硬化,强度,干缩及水化热。n越细:凝结速度越快,早期强度越高。但过细易与空气中的水分及二氧化碳反应,并且硬化时收缩也较大,且成本高。3.拌合加水量的影响拌合加水量的影响影响硬化水泥石强度的主要因素。n拌合加入水量越大,硬化水泥石中毛细孔就越多。水泥石的强度随其毛细孔隙率的增加呈线性关系下降,从而强度低。4.养护湿
16、度和温度的影响养护湿度和温度的影响(1)湿度应该保持潮湿状态(2)温度提高温度也可以加速水化反应。在0以下,当水结成冰时,水泥的水化、凝结硬化作用将停止,因而,在冬季施工时,需要采取保温等措施。5.养护龄期的影响养护龄期的影响n水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。水泥水化硬化是一个较长时期不断进行的过程。n随着龄期的增长随着龄期的增长水泥石的强度逐渐提高。水泥石的强度逐渐提高。n水泥在水泥在314d内强度增长较快,内强度增长较快,28d后增长缓慢。后增长缓慢。n养护到养护到 28d。6.水泥受潮与久存的影响水泥受潮与久存的影响n水泥也不可储存过久水泥也不可储存过久n三个月后其强度降低约三
17、个月后其强度降低约10 20%半年后降低约半年后降低约15 30%一年后降低约一年后降低约25 40%n受潮水泥颗粒受潮水泥颗粒重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。重磨可使其暴露出新鲜表面而恢复部分活性。n对于微结块的水泥,强度约降低对于微结块的水泥,强度约降低1020%适当方式压碎后适当方式压碎后用于次要工程。用于次要工程。n 一般,南方,水泥放不能过雨季一般,南方,水泥放不能过雨季五、硅酸盐水泥的技术性质国家标准GB17599,对硅酸盐水泥的主要技术性质如下要求。(一)细度细度是指水泥颗粒的粗细程度。细度是指水泥颗粒的粗细程度。影响水泥性能的重要指标鉴定水泥品质的主要项目之一。水泥细度
18、通常采用筛分法或比表面积法(勃氏法)测定。(1)筛分法筛分法是以80m方孔筛的筛余量表示。普通水泥的细度用筛余量表示,其筛余量不得超过10.0%。(2)比表面积法比表面积法以1kg水泥所具有的比表面积(m2/kg)表示。硅酸盐水泥的细度用比表面积表示,应大于300m2/kg。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。n测定方法测定方法:n 筛析法:水筛法:筛析法:水筛法:n 负压筛法负压筛法(为准为准)n 比表面积法:比表面积法:n规规定定:硅硅酸酸盐盐水水泥泥的的细细度度:比表面积不小于比表面积不小于3000/n 其余品种水泥在其余品种水泥在80m方孔筛上重筛余量不
19、大于方孔筛上重筛余量不大于10%。(二)凝结时间 凝结时间凝结时间:是指水泥从开始加水到失去塑性,即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝和终凝。1.初凝时间)初凝时间)自开始加水拌和起,至水泥浆开始失去可塑性与流动性所需的时间,称为初凝时间。国家标准规定了硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min。2.终凝时间终凝时间自加水时起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间称为终凝时间。国家标准规定了硅酸盐水泥的终凝时间不得迟于6.5h。凡初初凝凝时间不符合规定者为废废品品,终终凝凝时间不符合规定者为不合格品。不合格品。水泥凝结时间的测定水泥凝结时间的测定要按国家标准规定的方法水泥稠度用水
20、量、凝结时间、安定性检验方法(GB1346)进行。它是以标准稠度的水泥净浆,在规定温度和湿度下,它是以标准稠度的水泥净浆,在规定温度和湿度下,用凝结时间测定仪来测定。用凝结时间测定仪来测定。水泥净浆:水泥水泥净浆:水泥+水水3.标准稠度用水量标准稠度用水量标准稠度用水量:是指水泥净浆达到规定稠度时所需的拌合水量,以占水泥重量的百分率表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水量,一般在24%30%之间。水泥熟料矿物成分不同时,其标准稠度用水量亦有所差别,磨得越细的水泥,标准稠度用水量越大。测测定定水水泥泥稠稠度度滑动部分总质量为滑动部分总质量为300g1g300g1g标准稠度测定仪标准稠度测定仪凝结时间测定
21、仪凝结时间测定仪圆模和试针圆模和试针水泥净浆搅拌机水泥净浆搅拌机水泥砂浆搅拌机水泥砂浆搅拌机n硅酸盐水泥:硅酸盐水泥:初凝:不得早于初凝:不得早于45min;终凝:不得迟于终凝:不得迟于6.5小时小时.n测定条件:测定条件:n初初凝凝时时间间:加加水水起起至至试试针针距距底底板板为为41.0mm.终终凝凝时间:时间:沉入水泥净浆不超过沉入水泥净浆不超过0.5mm。n定义:水泥净浆在硬化过程中体积变化的均匀性。定义:水泥净浆在硬化过程中体积变化的均匀性。n 不安定现象不安定现象:裂纹、翘曲。:裂纹、翘曲。n 原因原因:熟料中活性熟料中活性MgO,水泥中水泥中SO3存在(石膏)存在(石膏)n检测方
22、法:检测方法:n 沸煮法测:沸煮法测:SO3 4)安定性:)安定性:国家标准规定,水泥中游离氧化镁含量不得超过5.0%,三氧化硫含量不得超过3.5%。(2)雷氏法:)雷氏法:测定水泥浆在雷氏夹中硬化沸煮后的膨胀值,当两个试件沸煮后的膨胀值的平均值不大于5mm时,即判为该水泥安定性合格,反之为不合格。(1)试饼法:)试饼法:将标准稠度的水泥净浆做成试饼经煮沸3h后,用肉眼观察未发现裂纹,用直尺检查没有弯曲现象,则称为安定性合格,反之为不合格。采用采用试饼尺寸:试饼尺寸:直径:直径:7080mm,高,高10mm养护养护24h,加热至沸腾加热至沸腾30min恒温恒温3h。规定:不合格不能使用。规定:
23、不合格不能使用。雷氏法动画演示5 5)强度)强度n(1)水泥强度确定的条件及等级)水泥强度确定的条件及等级n在标准条件下的在标准条件下的抗压强度抗压强度和和抗折强度抗折强度来评定。来评定。n概述:概述:nGB规定规定用用水泥胶砂试件水泥胶砂试件测水泥强度测水泥强度n配合比:配合比:水泥:标准砂水泥:标准砂=1:3n说明说明:试验采用水泥试验采用水泥450g,标准砂,标准砂1350g,水,水225g。国家标准水泥胶砂强度试验方法(ISO法)(GB/T1767199)标准砂是统一检验水泥强度用的材料,是以福建省平潭县芦标准砂是统一检验水泥强度用的材料,是以福建省平潭县芦洋浦的天然石英海砂经筛洗等加
24、工制成。洋浦的天然石英海砂经筛洗等加工制成。方孔筛孔径,毫米累计筛余量,065304040502594n标准尺寸:标准尺寸:4040160(mm3)n (一天后脱模)(一天后脱模)n标准养护条件:标准养护条件:n 温度温度203n 相对湿度:相对湿度:90%以上以上n 龄期:早期龄期:早期3天天n 后期后期28天天n相相对对湿湿度度:空空气气中中实实际际所所含含水水蒸蒸气气密密度度和和同同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。温度下饱和水蒸气密度的百分比值。n水泥的强度等级:水泥的强度等级:n硅酸盐水泥硅酸盐水泥强度等级:强度等级:(Mpa)n 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、
25、62.5R、n普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥强度等级:强度等级:(Mpa)n 32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。n (六个六个新规范新规范)n早强型优点早强型优点:n3d强度较普通型强度提高强度较普通型强度提高10%24%n3d强度可达普通型强度强度可达普通型强度28天的天的50%各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表所示数值。品 种强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d28d3d28d硅酸盐水泥42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.
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