建筑材料之水泥讲义.pptx
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1、建筑材料本章内容本章内容4.1 水泥概述4.1.1 水泥的定义和分类4.1.2 我国水泥工业开展现状4.2 硅酸盐水泥4.2.1 硅酸盐水泥的生产和 根本组成4.2.2 硅酸盐水泥的水化硬化4.2.3 硅酸盐水泥的技术要求 4.3 其它通用水泥4.3.1 水泥混合材料4.3.2 几种通用水泥的组成与 技术要求4.3.3 几种通用水泥的性能 特点及应用4.4 特性水泥和专用水泥4.4.1 高铝水泥4.4.2 中热水泥和低热矿渣水泥4.4.3 道路水泥4.4.4 其它水泥 课堂练习复习思考题 熟悉硅酸盐水泥的矿物组成,了解其硬化机理;熟练掌握硅酸盐水泥等几种通用水泥的性能特点,相应的检测方法及选用
2、原则;了解特性水泥和专用水泥的主要性能及使用特点。教学目标教学目标4.1 4.1 水泥概述水泥概述4.1.2 4.1.2 我国水泥工业开展现状我国水泥工业开展现状一般土木建筑工程通常采用的如硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥通用水泥适应专门用途的水泥专用水泥如中、低热水泥道路水泥、砌筑水泥具有某种性能比较突出的水泥特性水泥如快硬硅酸盐水泥抗硫酸盐水泥4.1.1 4.1.1 水泥的定义和分类水泥的定义和分类水泥是能与水发生物理化学作用,使其由可塑性浆体硬化成坚硬的人造石材的一种粉末状水硬性胶凝材料。它是重要的建筑材料。水泥按其用途和性能分 作为主要的建筑材料,水泥产量变化客观反映了建筑业的开展。在过去的1
3、00年中,中国的建筑业以惊人的速度开展,特别是近二十年来更是盛况空前,从表1中水泥产量的变化中可以得到充分证明。4.1.2 4.1.2 我国水泥工业开展现状我国水泥工业开展现状年19081949196219781990200320052006产量0.010.666.0065.2421082310691236我国水泥产量我国水泥产量(106 t)达到世界水泥总量的50新型干法产量所占比例超过504.2 4.2 硅酸盐水泥硅酸盐水泥4.2.1硅酸盐水泥的生产和根本组成硅酸盐水泥的生产和根本组成(1)硅酸盐水泥的定义与分类硅酸盐水泥的定义与分类l凡以适当成分的生料烧至局部熔融,所得以硅酸钙为主的水泥
4、熟料,掺入适量石膏、05的石灰石或粒化高炉矿渣磨细制成的水硬性胶凝材料,就是硅酸盐水泥硅酸盐水泥(也称波特兰水泥)。l当硅酸盐水泥中不掺混合材料时,称为型型硅酸盐水泥,代号P.。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时,称为型型硅酸盐水泥,代号P.。(2)硅酸盐水泥的生产概述硅酸盐水泥的生产概述生产硅酸盐水泥的原料主要有:石灰质原料(如石灰石、白垩等,主要提供氧化钙)和黏土质原料(如黏土、页岩等,主要提供氧化硅及氧化铝与氧化铁),还有少量辅助原料,如铁矿石。煅烧所得的熟料还要参加作缓凝剂用的石膏磨制水泥。硅酸盐水泥的生产工艺概括起来就是“二磨一烧二磨一烧”:水泥生产工艺流程示意图水泥生产工艺流程
5、示意图 硅酸盐水泥熟料矿物组成硅酸盐水泥熟料矿物组成硅酸三钙(简称C3S)其矿物组成为3CaOSiO2,含量约50%左右。硅酸二钙(简称C2S)其矿物组成为2CaOSiO2,含量约20%左右。铝酸三钙(简称C3A)其矿物组成为3CaOAl2O3,含量7%15%。铁铝酸四钙(简称C4AF)其矿物组成为4CaOAl2O3Fe2O3,含量10%18%。其它矿物组成硅酸盐水泥熟料中还含有少量的游离氧化钙和游离氧化镁及少量的碱(氧化钠和氧化钾)。它们可能对水泥的质量及应用带来不利影响。熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响熟料矿物组成对早期强度及水化热的影响以下是A、B两种硅酸盐水泥熟料矿物组成百分比含量
6、,请分析A、B两种硅酸盐水泥的早期强度及水化热的差异。案例分析分析答案矿物组成C3S/C2S/C3A/C4AF/A水泥6015169B水泥47281015某大体积的混凝土工程,浇注两周后拆模,发现挡墙有多道贯穿型的纵向裂缝。该工程使用某立窑水泥厂生产42.5型硅酸盐水泥,其熟料矿物组成如下:C3S 61C2S14C3A14C4AF11 案例分析分析答案4.2.2 4.2.2 硅酸盐水泥的水化硬化硅酸盐水泥的水化硬化(1)(1)硅酸盐水泥熟料矿物的水化硅酸盐水泥熟料矿物的水化 硅酸盐水泥拌合水后,四种主要熟料矿物与水反响。(2)硅酸三钙水化 硅酸三钙在常温下的水化反响生成水化硅酸钙(C-S-H凝
7、胶和氢氧化钙。3CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(3-x)Ca(OH)2硅酸二钙的水化 -C2S的水化与C3S相似,只不过水化速度慢而已。2CaOSiO2+nH2O=xCaOSiO2yH2O+(2-x)Ca(OH)2 所形成的水化硅酸钙在C/S和形貌方面与C3S水化生成的都无大区别,故也称为C-S-H凝胶。但CH生成量比C3S的少,结晶却粗大些。铝酸三钙的水化 铝酸三钙的水化迅速,放热快,其水化产物组成和结构受液相CaO浓度和温度的影响很大,先生成介稳状态的水化铝酸钙,最终转化为水石榴石水石榴石(C3AH6)。在有石膏的情况下,C3A水化的最终产物与起石膏掺入量有关。最初形
8、成的三硫型水化硫铝酸钙,简称钙矾石钙矾石,常用AFt表示。假设石膏在C3A完全水化前耗尽,则钙矾石与C3A作用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。铁相固溶体的水化 水泥熟料中铁相固溶体可用C4AF作为代表。它的水化速率比C3A略慢,水化热较低,即使单独水化也不会引起快凝。其水化反响及其产物与C3A很相似。(2)硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥的凝结硬化硅酸盐水泥水化初期,水化产物的数量较少,水泥浆还具有良好的可塑性。随后水化产物的数量不断增加,自由水分不断减少,水化产物颗粒间逐渐接近,局部颗粒黏结在一起形成了一定的网状结构,水泥浆体失去可塑性,产生凝结。石膏对硅酸盐水泥水化起缓凝剂作用石膏对硅酸
9、盐水泥水化起缓凝剂作用。随着水化的进一步进行,水化产物不断生成并填充水泥颗粒的空隙。更多的水化产物颗粒间产生黏结作用使所形成的网状结构更加密实,此时水泥浆体逐步产生强度进入硬化阶段硬化阶段。l影响凝结硬化的因素影响凝结硬化的因素水泥的熟料矿物组成及细度水泥的熟料矿物组成及细度 水泥熟料中各种矿物的凝结硬化特点不同,当水泥中个矿物的相对含量不同时,水泥的凝结硬化特点就不同。水泥磨得愈细,水泥颗粒平均粒径小,比外表积大,水化时与水的接触面大,水化速度快,凝结硬化快,早期强度就高。水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比 水泥浆的水灰比水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。当水泥浆中加水较多时,水灰比较大,此时
10、水泥的初期水化反响得以充分进行;但是水泥颗粒间原来被水隔开的距离较远,颗粒间相互连接形成骨架结构所需的凝结时间长,所以水泥浆凝结较慢,且空隙多,降低水泥石的强度。石膏的掺量石膏的掺量 硅酸盐水泥中参加适量的石膏会起到良好的缓凝效果,且由于钙矾石的生成,还能提高水泥石的强度。但是石膏石膏掺量过多时,可能危害水泥石的安定性掺量过多时,可能危害水泥石的安定性。环境温度和湿度环境温度和湿度 水泥水化反响的速度与环境的温度有关,只有处于适当温度下,水泥的水化、凝结和硬化才能进行。通常,温度较高时,水泥的水化、凝结和硬化速度就较快。当环境温度低于0时水泥水化趋于停止,就难以凝结硬化。水泥水化是水泥与水之间
11、的反响,必须在水泥颗粒外表保持有足够的水分,水泥的水化、凝结硬化才能充分进行。保持水泥浆温度和湿度的措施,称水泥的养护水泥的养护。龄期龄期 水泥浆随着时间的延长水化物增多,内部结构就逐渐致密,一般来说,强度不断增长。l熟料矿物组成对水泥性能的影响熟料矿物组成对水泥性能的影响矿物简称矿物特性强度开展水化热耐化学腐蚀能力干缩凝结快慢早 期 后期C3S大大中中中快C2S小大小稍大小慢C3A大小大小大快C4AF小中小大小中4.2.3 4.2.3 硅酸盐水泥的技术要求硅酸盐水泥的技术要求 国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥对硅酸盐水泥的不溶物、烧失量、氧化镁、三氧化硫、细度、凝结时
12、间、安定性、强度和碱9个方面提出了技术要求。不溶物不溶物型硅酸盐水泥中不溶物不得超过0.75%;型硅酸盐水泥中不溶物不得超过1.50%。不溶物是指经盐酸处理后的残渣,再以氢氧化钠溶液处理,经盐酸中和过滤后所得的残渣经高温灼烧所剩的物质。不溶物含量高对水泥质量有不良影响不溶物含量高对水泥质量有不良影响。烧失量烧失量型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.0%,型硅酸盐水泥中烧失量不得超过3.5%。烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的,以保证水泥质量烧失量是用来限制石膏和混合材中杂质的,以保证水泥质量。氧化镁氧化镁水泥中氧化镁的含量不宜超过5.0%。如果水泥经压蒸安定性试验合格,则水泥中氧化镁的含量允许放
13、宽到6.0%。因氧化镁水化生成氢氧化镁,体积膨胀,而其水化速度慢,须以压蒸的方法加快其水化,方可判断其安定性。三氧化硫三氧化硫水泥中三氧化硫的含量不得超过3.5%。水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石,体积膨胀,危水泥中过量的三氧化硫会与铝酸三钙形成较多的钙矾石,体积膨胀,危害安定性害安定性。细度细度硅酸盐水泥比外表积大于300m2/kg。水泥颗粒过粗既不利于水泥活性的发挥,又影响了其保水成浆的性能。凝结时间凝结时间硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6h30min。初凝初凝为水泥加水拌合时起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间;终凝终凝为水泥加水拌和时起至标准
14、稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。为使水泥混凝土和砂浆有充分的时间进行搅拌、运输、浇捣和砌筑,水泥初凝时间不能过短水泥初凝时间不能过短。当施工完成,则要求尽快硬化,具有强度,故终终凝时间不能太长凝时间不能太长。PLAY 稠度和凝结时间的测定稠度和凝结时间的测定 安定性安定性用沸煮法沸煮法检验必须合格。安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。当水泥浆体硬化过程发生了不均匀的体积变化,会导致水泥石膨胀开裂、翘曲,即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量,甚至引起严峻事故。引起水泥安定性不良的原因有三个:熟料中游离氧化镁过多熟料中游离氧化镁过多。水泥中的氧化镁(MgO)在
15、水泥凝结硬化后,会与水生成Mg(OH)2。该反响比过烧的氧化钙与水的反响更加缓慢,且体积膨胀,会在水泥硬化几个月后导致水泥石开裂。石膏掺量过多石膏掺量过多。当石膏掺量过多时,水泥硬化后,在有水存在的情况下,它还会继续与固态的水化铝酸钙反响生成高硫型水化硫铝酸钙(俗称钙矾石,简写成AFt),体积约增大1.5倍,引起水泥石开裂。熟料中游离氧化钙过多熟料中游离氧化钙过多。水泥熟料中含有游离氧化钙,其中局部过烧的氧化钙CaO在水泥凝结硬化后,会缓慢与水生成Ca(OH)2。该反响体积膨胀,使水泥石发生不均匀体积变化。因为氧化镁和三氧化硫已作定量限制,而游离氧化钙对安定性的影响不仅与其含量有关,还与水泥的
16、煅烧温度有关,故难以定量。沸煮可加速氧化钙的熟化,故需用沸煮法检验水泥的体积安定性,测试方法可以用试饼法也可用雷氏法。PLAY 雷氏法测水泥案定性雷氏法测水泥案定性 强度强度水泥等级按规定龄期的抗压强度和抗折强度来划分,按水泥胶砂强度检验方法(ISOISO法法)测定其强度,各强度等级水泥的各龄期强度不得低于表中数值。强度等级抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)3d 28d3d 28d42.542.5R52.552.5R62.562.5R17.022.023.027.028.032.042.542.552.552.562.562.53.54.04.05.05.05.56.56.57.07.08.
17、08.0F带R的为早强型硅酸盐水泥各龄期的强度要求硅酸盐水泥各龄期的强度要求 碱碱水泥中碱含量按Na2O0.653K2O计算值来表示。假设使用活性骨料,用户要求提供低碱水泥时,水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定。国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥还规定:l凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合本标准规定时,均为废品废品。l凡细度、终凝时间中的任一项不符合本标准规定或混合材料掺加量超过最大限量和强度低于商品强度等级的指标时为不合格品不合格品。l水泥包装标志中水泥品种、强度等级、生产者名称和出厂编号不全的也属于不合格品不合格品。某工地使用某厂生产的硅酸
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