2023年精品讲义71水泥.pdf

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1、课题 名称 工程 1：水泥技术性质的检测 任务 1 水泥细度检测理论局部 授课时数 2 教学 目标 知识目标：掌握普通硅酸盐水泥的性能和应用；了解特性水泥的相关知识。能力目标：根据水泥特性检测水泥的能力。素质目标：培养学生的专业素质。教学 重点 通用水泥的分类、硅酸盐水泥的性能和应用 教学 难点 硅酸盐水泥的性能和应用 教学 方法 任务驱动教学法、讲授法、分组讨论法 课型 理论课 教具(含电教设备)多媒体 授 课 后 记 工程 1：水泥技术性质的检测 任务 1 水泥细度检测理论局部 复习旧知 提问：材料有哪些物理性质？引入新课 水泥属于水硬性胶凝材料，是建筑工程中的最为重要的建筑材料之一，工程

2、中朱哟用于配制混凝土、砂浆和灌浆材料。水泥的品种繁多，按矿物组成，本节课我们来学习第一种硅酸盐水泥。学习新知 提出任务 通用水泥的分类、硅酸盐水泥的性能和应用 介绍知识 一、水泥的相关知识 1、概述 2、水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。水硬性：材料磨成细粉并加水半合成浆后，能在水中硬化，并形成具有强度的稳定性化合物的能力。作用：与水拌和成塑料浆体后，能胶结砂石等适当材料，并能在空气和水中硬化成具有强度的石状固体。

3、用途：主要的建筑材料。向快硬，高强，低热，膨胀，油井水泥开展。命名规定分：通用水泥：硅酸盐，矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水、符合硅酸盐水泥。专用水泥：砌筑水泥、道路水泥、油井水泥、大坝水泥。特性水泥：快硬硅酸盐水泥、快凝硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀水泥、白色硅酸盐水泥等。二、硅酸盐水泥 1、硅酸盐水泥的定义及组成局部 凡由硅酸盐水泥熟料、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。2、硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：不掺混合材的称 I 型硅酸盐水泥，其代号为 P.I；在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量 5%的石灰石或粒化高炉

4、矿渣混合材料的称 II 型硅酸盐水泥，其代号为II。1硅酸盐水泥的生产 生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可参加适量铁粉、萤石等。生产水泥的根本工序可以概括为：“两磨一烧：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入窑锻烧至局部熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到硅酸盐水泥。2硅酸盐水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:a.硅酸三钙 硅酸三钙的化学成分为 ai 2，其简写为3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的。硅酸三钙遇水后能够

5、很快与水产生水化反响，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。b.硅酸二钙 硅酸二钙的化学成分为 2ai 2，其简写为 C2S，约占水泥熟料总量的 1537。硅酸二钙遇水后反响较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。c.铝酸三钙 铝酸三钙的化学成分是CaO Al2O3，其简写为C3，约占水泥熟料总量的 715。铝酸三钙遇水后反响极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所奉献。d.铁铝酸四钙 铁铝酸四钙的化学成分为:CaO Al2O3Fe2O3，其

6、简写为4AF，约占水泥熟料总量的 1018。铁铝酸四钙遇水时水化反响也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度奉献不大，主要对抗折强度奉献较大。3、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化 硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反响，生成各种水化物。22222)(3336)3(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙 22222)(33234)2(2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaO 硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙 OHOAlCaOOHOAlCaO2322326363 铝酸三钙 水 水化铝酸三钙 OHOFeCaOOHOAlCaOO

7、HOFeOAlCaO232232232326374 铁铝酸四钙 水 水化铝酸三钙 水化铁酸钙 水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反响生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体：水化硫铝酸钙钙矾石 经过上述水化反响后，水泥浆中不断增加的水化产物主要有：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新生矿物。OHCaSOOAlCaOOHOHOAlCaOOHCaSO243222322431331963)2(3 1硅酸盐水泥的凝结和硬化机理 水泥加水拌合后的剧烈水化反响，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态

8、而不断析出，水泥颗粒外表的新生物厚度逐渐增大，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。由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中参加了适量的石膏。水泥参加石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反响生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的外表，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒外表水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒外表的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所

9、胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为水泥的“硬化。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体。2影响水泥凝结硬化的主要因素 a.矿物组成 不同矿物成分和水起反响时所表现出来的特点是不同的，如 C3A水化速率最快，放热量最大而强度不高；C2S 水化速率最慢，放热量

10、最少，早期强度低，后期强度增长迅速等。因此，改变水泥的矿物组成，其凝结硬化情况将产生明显变化。水泥的矿物组成是影响水泥凝结硬化的最重要的因素.b.水泥的细度 在矿物组成相同的条件下，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，相应地水泥凝结硬化速度就快，早期强度就高。c.水泥浆的水灰比 水泥浆的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，水灰比拟大，此时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。水泥浆的水灰比拟大时，多余的水分蒸发后形成的孔隙较多,造成

11、水泥石的强度较低，因此水泥浆的水灰比过大时，会明显降低水泥石的强度。d.龄期时间 水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续假设干年。e.环境温度和湿度 在适当温度条件下，水泥的水化、凝结和硬化速度较快。反响产物增长较快，凝结硬化加速，水化热较多。相反，温度降低，那么水化反响减慢，强度增长变缓。但高温养护往往导致水泥后期强度增长缓慢，甚至下降。水的存在是水泥水化反响的必要条件。当环境湿度十分枯燥时，水泥中的水分将很快蒸发，以致水泥不能充分水化，硬化也将停止；反之，水泥的水化将得以充分进行，强度正常增长。f.石膏掺量 g.石膏起缓凝作用的机理可解释为：水泥水

12、化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙钙矾石，钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒外表上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反响，控制了水泥的水化反响速度，延缓了凝结时间。4、硅酸盐水泥的技术性质 1密度、表观密度、细度 密度 3.05 3.20g/cm3 表观密度 10001100kg/m3，紧密时，1600kg/m3。2细度 水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒径一般在7200 m范围内。细度用以下两指标来表示 比外表积 0.08 mm 方孔筛的筛余量 国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比外表积或0.08mm方孔筛的筛余量 未通过局部占试样总量的百分率

13、来表示。其筛余量不得超过规定的限值。比外表积是指单位质量的水泥粉末所具有的外表积的总和cm2/g 或 m2/kg。一般常为 317350m2/kg。3标准稠度用水量 稠度是水泥浆到达一定流动度时的需水量。国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度的水泥净浆。“标准稠度是人为规定的稠度，其用水量采用水泥标准稠度测定仪测定。硅酸盐水泥的标准稠度用水量一般在之间。标准稠度测定仪 4凝结时间 水泥从加水开始到失去其流动性，即从液体状态开展到较致密的固体状态的过程称为水泥的凝结过程。这个过程所需要的时间称为凝结时间。凝结时间分初凝时间和终凝时间。初凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆刚失

14、去可塑性所需的时间。终凝时间为水泥加水拌和至标准稠度的净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。国家标准规定，水泥的凝结时间是以标准稠度的水泥净浆，在规定温度及湿度环境下用水泥净浆凝结时间测定仪测定。硅酸盐水泥的 初凝时间不得早于 45min，终凝时间不得迟于 6.5h。5体积安定性 水泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。体积安定性不良的水泥应作废品处理，不得应用于工程中，否那么将导致严重后果。导致水泥安定性不良的主要原因一般是由于熟料中的游离氧化钙、游离氧化镁或掺入石膏过多等原因造成的，其中游离氧化钙是一种最为常见，

15、影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得其在水泥已经硬化后才进行熟化，生成六方板状的 Ca(OH)2 晶体，这时体积膨胀以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，剩余石膏与水化铝酸钙继续反响生成钙矾石，体积增大约 1.5 倍，从而导致水泥石开裂。国家标准规定水泥的体积安定性用。学生跟进 学生记好听课笔记，考虑课前布置任务中的问题。老师检查任务中提出的问题，开拓学生的想象力，并给予引导。完成任务 提问布置任务，小组代表答复教师给予评价。课堂小结 本课主要学习的是硅酸盐水泥，以及水泥的相关知识，使学生初步了解水泥的分类以及硅酸盐水泥的特性以及应用。布置作业 无