建筑工程概论第五讲PPT讲稿.ppt
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1、建筑工程概论第五讲第1页,共47页,编辑于2022年,星期六1、水泥的起源与发明:、水泥的起源与发明:水泥是一种水硬性胶凝材料。水泥起源于胶凝材料,是在胶凝材料的发展过程中逐渐演进和发明的。第2页,共47页,编辑于2022年,星期六 2、分类:、分类:气硬性胶凝材料:水硬性胶凝材料:拌水后既能在空气中拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化硬化又能在水中硬化拌水后只能在空气中硬化不能在水中硬化有机胶凝材料:无机胶凝材料:如:沥青、各种树脂如:石灰、石膏如:水泥第3页,共47页,编辑于2022年,星期六水泥的发明水泥的发明 19世纪初(世纪初(18101824年),用人工配合年),用人工配合粘土与石
2、灰石经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材粘土与石灰石经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。料已经开始组织生产。1824年,英国人阿斯普年,英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块(熟料),再经丁将粘土与石灰石配合烧制成块(熟料),再经磨细而成水硬性胶凝材料,加水拌和后能硬化制磨细而成水硬性胶凝材料,加水拌和后能硬化制成人工石,并具有较高强度,其外观与当时建筑成人工石,并具有较高强度,其外观与当时建筑上常用的英国波特兰岛上出产的岩石相似,故称上常用的英国波特兰岛上出产的岩石相似,故称之为之为“波特兰水泥波特兰水泥”(Portland Cement),并于并于1824年年10月月21日首先获
3、得该产品的专利日首先获得该产品的专利权。权。第4页,共47页,编辑于2022年,星期六水泥的定义和分类水泥的定义和分类水水泥泥是是一一种种细细磨磨成成粉粉末末状状,加加入入适适量量水水后后成成为为可可塑塑性性的的浆浆体体,既既能能在在空空气气中中硬硬化化,又又能能在在水水中中硬硬化化,并并能能将将砂砂、石石等材料牢固地胶结成具有一定强度的水硬性胶凝材料。等材料牢固地胶结成具有一定强度的水硬性胶凝材料。按用途和性能分类按用途和性能分类用于一般土木建筑工程中的水泥,如硅酸盐水用于一般土木建筑工程中的水泥,如硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等泥、矿渣硅酸盐水泥等具有专门用途水泥具有专门用途水泥 ,如中、低
4、热水泥,道路,如中、低热水泥,道路水泥等水泥等具有某种性能比较突出的水泥,如快硬硅酸盐水具有某种性能比较突出的水泥,如快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等泥、抗硫酸盐水泥等第5页,共47页,编辑于2022年,星期六按其化学成分类虽然水泥品种繁多,分类方法各异,但我国水泥产量的90%左右属以硅酸盐为主要水硬性矿物的硅酸盐水泥。第6页,共47页,编辑于2022年,星期六一、硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥 现现行行国国家家标标准准GB175-1999GB175-1999定定义义:凡凡由由硅硅酸酸盐盐水水泥泥熟熟料料、0 05 5的的石石灰灰石石或或粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣、适适量量石石膏膏磨磨细细制制成成的的水
5、水硬硬性性胶胶凝凝材材料料称称为为硅硅酸酸盐盐水水泥泥(国国外外统统称称为为波波特特兰兰水水泥)。泥)。第7页,共47页,编辑于2022年,星期六(一)硅酸盐水泥的生产工艺(一)硅酸盐水泥的生产工艺生产原料生产原料 主要是石灰质原料和粘土质原料两类。主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石石灰灰质质原原料料:如如石石灰灰石石、白白垩垩等等,主主要要提提供供CaOCaO粘粘土土质质原原料料:如如粘粘土土、粘粘土土质质页页岩岩等等,主主要要提供提供SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3 有有时时两两种种原原料料化化学学组组成成不不能能满满足足要要求求,还还要加入少量
6、校正原料要加入少量校正原料(如铁矿粉等如铁矿粉等)调整。调整。第8页,共47页,编辑于2022年,星期六生产工艺概述生产工艺概述 硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段:硅酸盐水泥的生产工艺可概括为三个阶段:生料制备生料制备:以石灰石、粘土和铁矿粉为主要:以石灰石、粘土和铁矿粉为主要原料(有时需加入校正原料),将其按一定原料(有时需加入校正原料),将其按一定比例配合、磨细,制得具有适当化学成分、比例配合、磨细,制得具有适当化学成分、质量均匀的生料。质量均匀的生料。熟料煅烧熟料煅烧:将生料在水泥窑内经:将生料在水泥窑内经14501450高温高温煅烧至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分煅烧至部分熔融,
7、得到以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料。的硅酸盐水泥熟料。水泥粉磨水泥粉磨:将熟料加适量石膏和:将熟料加适量石膏和0 05 5的石的石灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水灰石或粒化高炉矿渣共同磨细得到硅酸盐水泥。泥。第9页,共47页,编辑于2022年,星期六补充:中国的水泥工业概况 第一个水泥厂第一个水泥厂唐山细棉土厂(后改组为启新洋灰公司,现为启新水泥厂)1889年建于河北省唐山,并于1892年建成投产。之后,又相继建成了大连、上海、中国、广州等水泥厂。据英文“Cement”的音译据其和水后成泥据其和水后成泥状物的特性状物的特性水泥的名称:水泥的名称:细棉土 士敏土 水门汀 洋灰 水泥第1
8、0页,共47页,编辑于2022年,星期六硅酸盐水泥的生产工艺硅酸盐水泥的生产工艺石灰质原料石灰质原料CaO黏土质原料黏土质原料SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料校正原料生料生料熟料熟料石膏石膏石灰石或粒化矿渣石灰石或粒化矿渣按比例按比例混合磨细混合磨细煅烧煅烧1450水泥水泥磨细磨细“两磨一烧两磨一烧”第11页,共47页,编辑于2022年,星期六(二)硅酸盐水泥熟料的矿物组成 生料生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3第12页,共47页,编辑于2
9、022年,星期六(三)硅酸盐水泥的水化和凝结硬化水化 水泥加水拌和后,水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应,生成各种水化物。硅酸三钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 硅酸二钙 水化硅酸钙 氢氧化钙 铝酸三钙 水化铝酸钙 铁铝酸四钙 水化铝酸钙 水化铁酸钙第13页,共47页,编辑于2022年,星期六 水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙,也称为钙矾石晶体:水化硫铝酸钙(钙矾石)经过上述水化反应后,主要水化产物为:水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等。第14页,共47页,编辑于2022年,星期六凝结硬化凝结硬化 随着时间的推延,水泥浆逐渐失
10、去塑性,随着时间的推延,水泥浆逐渐失去塑性,形成具有一定强度的石状体,这个过程叫水形成具有一定强度的石状体,这个过程叫水泥的凝结硬化。泥的凝结硬化。硅酸盐水泥的水化与凝结硬化可简述如下:硅酸盐水泥的水化与凝结硬化可简述如下:l水泥水水泥水具有流动性、可塑性浆体具有流动性、可塑性浆体失去可失去可塑性塑性凝结凝结l随后水泥浆体开始产生强度,随后水泥浆体开始产生强度,坚硬的水泥坚硬的水泥石石硬化硬化水化水化第15页,共47页,编辑于2022年,星期六 水泥加水拌合后的水化反应,一方面使水水泥加水拌合后的水化反应,一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少;另泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少;另一
11、方面,水化产物在溶液中很快达饱和或过一方面,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,表现为水泥的初凝。去可塑性,表现为水泥的初凝。第16页,共47页,编辑于2022年,星期六 随着水化产物的不断增加,水泥颗粒之间随着水化产物的不断增加,水泥颗粒之间的毛细孔不断被填实,加之水化产物中的氢的毛细孔不
12、断被填实,加之水化产物中的氢氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水氧化钙晶体、水化铝酸钙晶体不断贯穿于水化硅酸钙等凝胶体之中,逐渐形成了具有一化硅酸钙等凝胶体之中,逐渐形成了具有一定强度的水泥石,从而进入了硬化阶段。水定强度的水泥石,从而进入了硬化阶段。水化产物的进一步增加,水分的不断丧失,使化产物的进一步增加,水分的不断丧失,使水泥石的强度不断发展。水泥的硬化期可以水泥石的强度不断发展。水泥的硬化期可以延续至很长时间,但延续至很长时间,但2828天基本表现出大部分天基本表现出大部分强度。强度。第17页,共47页,编辑于2022年,星期六(四)水泥的技术性质(四)水泥的技术性质细度细度 细度指
13、水泥颗粒的粗细程度。一般情况下,水泥颗粒越细度指水泥颗粒的粗细程度。一般情况下,水泥颗粒越细,其总表面积越大,与水反应时接触的面积也越大,水细,其总表面积越大,与水反应时接触的面积也越大,水化反应速度就越快,所以相同矿物组成的水泥,细度越大,化反应速度就越快,所以相同矿物组成的水泥,细度越大,凝结硬化速度越快,早期强度越高。一般认为,水泥颗粒凝结硬化速度越快,早期强度越高。一般认为,水泥颗粒粒径小于粒径小于40m40m时才具有较大的活性。但水泥颗粒太细,时才具有较大的活性。但水泥颗粒太细,使混凝土发生裂缝的可能性增加,此外,水泥颗粒使混凝土发生裂缝的可能性增加,此外,水泥颗粒细度提高会导致生产
14、成本提高。细度提高会导致生产成本提高。第18页,共47页,编辑于2022年,星期六水泥全部加入水中开始失去可塑性完全失去可塑性初凝时间终凝时间凝结时间凝结时间 水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时水泥从加水时至水泥浆失去可塑性所需的时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。间分初凝时间和终凝时间。初凝时间初凝时间:从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经:从水泥加水至水泥浆开始失去可塑性所经历的时间;历的时间;终凝时间终凝时间:从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时:从水泥加水至水泥浆完全失去可塑性所经历的时间。间。第19页,共47页,编辑于2022年,星期六水泥的初凝时间不宜过短,终凝
15、时间不宜过水泥的初凝时间不宜过短,终凝时间不宜过长。水泥的初凝时间太短,则在施工前即已长。水泥的初凝时间太短,则在施工前即已失去流动性和可塑性而无法施工;水泥的终失去流动性和可塑性而无法施工;水泥的终凝时间过长,则将延长施工进度和模板周转凝时间过长,则将延长施工进度和模板周转期。我国现行国标期。我国现行国标(GB175-1999)(GB175-1999)规定,硅酸规定,硅酸盐水泥初凝不得早于盐水泥初凝不得早于45min45min,终凝不得迟于,终凝不得迟于6.5h6.5h。普通硅酸盐水泥初凝不得早于。普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min45min,终凝不得迟于,终凝不得迟于10h10h。第20
16、页,共47页,编辑于2022年,星期六水泥的体积安定性水泥的体积安定性 水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。如果这种体积变化是轻微的均匀的,则度。如果这种体积变化是轻微的均匀的,则对建筑物的质量没什么影响,但是如果混凝对建筑物的质量没什么影响,但是如果混凝土硬化后,由于水泥中某些有害成分的作用,土硬化后,由于水泥中某些有害成分的作用,在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积在水泥石内部产生了剧烈的、不均匀的体积变化,则会在建筑物内部产生破坏应力,导变化,则会在建筑物内部产生破坏应力,导致建筑物的强度降低。若破坏应力发展到超致建筑物的强度降低。若破坏应力发展
17、到超过建筑物的强度,则会引起建筑物开裂、崩过建筑物的强度,则会引起建筑物开裂、崩塌等严重质量事故,这种现象称为水泥的体塌等严重质量事故,这种现象称为水泥的体积安定性不良。积安定性不良。第21页,共47页,编辑于2022年,星期六强度强度 水泥技术要求中最基本的指标,它直接反水泥技术要求中最基本的指标,它直接反映了水泥的质量水平和使用价值。映了水泥的质量水平和使用价值。水泥的强度越高,其胶结能力也越大。硅水泥的强度越高,其胶结能力也越大。硅酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组酸盐水泥的强度主要取决于熟料的矿物组成和水泥的细度,此外还与水灰比、试验成和水泥的细度,此外还与水灰比、试验方法、试验条件
18、、养护龄期等因素有关。方法、试验条件、养护龄期等因素有关。第22页,共47页,编辑于2022年,星期六我国现行标准水泥胶砂强度检验方法(我国现行标准水泥胶砂强度检验方法(ISOISO法)法)(GB17671GB1767119991999)规定:将水泥、标准砂及水按规)规定:将水泥、标准砂及水按规定的比例(水泥:标准砂:水定的比例(水泥:标准砂:水1 1:3 3:0.50.5),用规定),用规定方法制成方法制成40mm40mm160mm40mm40mm160mm的标准试件,在标准的标准试件,在标准条件(条件(24h24h之内在温度之内在温度201201,相对湿度相对湿度不低于不低于9090的养护
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