建筑材料水泥培训资料课件.ppt
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1、Civil Engineering Materials第三章 水泥Civil Engineering Materials 自1824年波特兰水泥问世以来,水泥和水泥基材料已成为当今世界最大宗的人造材料。至2005年,我国水泥总需求量达到了7亿吨左右,占世界水泥用量的1/3,水泥混凝土的总需求量也达到了50亿吨。课外知识:波特兰水泥的发明 1824年由英国建筑工人阿斯普丁发明,通过煅烧石灰石与粘土的混合料得出一种胶凝材料,它制成砖块很像由波特兰半岛采下来的波特兰石,由此将这种胶凝材料命名波特兰水泥 Portland Cement.Portland Cement.2Civil Engineerin
2、g Materials砂浆、混凝土 钢筋混凝土(1850年)石棉水泥(1900年)预应力混凝土(1929年)外加剂混凝土(1935年)高强混凝土(20世纪70年代)波特兰水泥(1824年)高性能混凝土(20世纪90年代)聚合物水泥混凝土(20世纪50年代)课外知识:水泥基材料的发展历程:3Civil Engineering Materials目 录 基本要求 简介 3.1 硅酸盐水泥 3.2 掺混合材的硅酸盐水泥 3.3 其他品种水泥4Civil Engineering Materials基本要求 内容 主要介主要介绍绍水泥的分水泥的分类类、优优点及生点及生产产。主要介主要介绍绍硅酸硅酸盐盐水
3、泥及水泥及掺掺加混合料的硅酸加混合料的硅酸盐盐水水泥,包括:定泥,包括:定义义、组组成、水化、凝成、水化、凝结结与硬化、与硬化、实验实验和技和技术术性性质质、腐、腐蚀蚀与防与防护护、特性和、特性和应应用。用。简单简单介介绍绍常用的其他品种水泥。常用的其他品种水泥。重点重点 66种硅酸种硅酸盐盐水泥的定水泥的定义义 硅酸硅酸盐盐水泥的水泥的矿矿物物组组成成 水泥水化、凝水泥水化、凝结结与硬化机理与硬化机理 技技术术性性质质及及测试测试方法方法5Civil Engineering Materials基本要求 重点 水泥的腐蚀及防护 特性 应用 难点 水泥水化、凝结和硬化机理 各种水泥的异同点 注意
4、事项 本章是整个课程的重点 联系各种水泥进行学习 着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因6Civil Engineering Materials水泥的定义:水泥是一种 水硬性的胶凝材料,呈粉末状,加水拌和后成浆体后,能胶结砂、石等散粒材料,并能在空气和水中硬化并保持、发展其强度。发展趋势:1)在水泥品种方面,将加速发展快硬、高强、低热等特种和多用途的水泥;2)大力发展水泥外加剂;3)大力发展高标号水泥;简介7Civil Engineering Materials简介水泥具有以下优点,因此,在土木工程领域得到广泛的应用。多样性 多样性低成本 低成本可塑性 可塑性 工艺简单 工艺简单耐久性 耐
5、久性与钢筋 与钢筋粘结性好 粘结性好水硬性 水硬性水泥的优点 水泥的优点8Civil Engineering Materials 水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和 特性水泥。通用水泥通用水泥 硅酸硅酸盐盐水泥水泥 普通硅酸普通硅酸盐盐水泥水泥 矿矿渣硅酸渣硅酸盐盐水泥水泥 火山灰火山灰质质硅酸硅酸盐盐水泥水泥 粉煤灰硅酸粉煤灰硅酸盐盐水泥水泥 复合水泥复合水泥简介专用水泥专用水泥v v砌筑水泥砌筑水泥v v油井水泥油井水泥特性水泥v快硬水泥v膨胀水泥v抗硫酸盐水泥v中热水泥9Civil Engineering Materials水泥按化学成分可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥。硅酸盐
6、水泥硅酸盐水泥一般工程一般工程铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫酸盐水泥硫酸盐水泥快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早 快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。早强、膨胀。适用于抢修工 早强、膨胀。适用于抢修工 程、锚固和地 程、锚固和地下工程等。下工程等。简介10Civil Engineering Materials 尽管水泥的品种很多,但是,工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥。所以,在学习这一章的内容时,以硅酸盐水泥的内容为基础,主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此基础上,再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。简介1
7、1Civil Engineering Materials一、水泥混合材料 定义:在水泥生产过程中,掺入的天然或人工矿物材料,称为水泥混合材料。作用:在水泥生产过程中节约能源,利用废料,降低成本,改善水泥的性能,减少污染。分类:活性混合材料、非活性混合材料12Civil Engineering Materials1.非活性混合材料 定义:常温下不能与氢氧化钙和水发生水化反应或反应很弱,也不能产生凝结硬化的混合材料称为非活性混合材料。常用:磨细石英砂、石灰石、慢冷矿渣等 作用:主要起填充作用,掺入硅酸盐水泥中主要起调节水泥强度等级、增加产量、降低水化热等作用。13Civil Engineering
8、 Materials2.活性混合材料 定义:常温下能与氢氧化钙和水发生水化反应,生成水硬性的水化物,并能够逐渐凝结硬化产生强度的混合材料称为活性混合材料。常用的活性混合材:粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰等。活性来源:可反应的SiO2、Al2O314Civil Engineering Materials混合材料0-5%石膏熟 料磨细硅酸盐水泥P.P.P.P.15Civil Engineering Materials混合材料6-15%石膏熟 料磨细普通硅酸盐水泥P.O16Civil Engineering Materials粒化高炉矿渣石膏熟 料磨细矿渣硅酸盐水泥P.S17Civil En
9、gineering Materials火山灰质混合材料石膏熟 料磨细火山灰质硅酸盐水泥P.P18Civil Engineering Materials粉煤灰石膏熟 料磨细粉煤灰硅酸盐水泥P.F19Civil Engineering Materials两种以上混合材料石膏熟 料磨细复合硅酸盐水泥P.C20Civil Engineering Materials 两磨一烧,其中最关键是烧通用硅酸盐水泥的生产流程21Civil Engineering Materials硅酸盐水泥生料的配制 原料 石灰质原料(如石灰石、贝壳等,提供CaO)粘土质原料(如粘土、页岩等,主要提供SiO2、Al2O3、Fe2
10、O3)校正原料(如铁矿粉、砂岩,前者是补充原料中不足的氧化铁,后者是补充原料中不足的SiO2)矿化剂(如萤石、石膏等)工艺 干法 湿法 22Civil Engineering Materials硅酸盐水泥的煅烧 窑型 立窑 回转窑 煅烧过程 水分蒸发 生料预热 生料分解 煅烧 冷却23Civil Engineering Materials邢台中联水泥 24Civil Engineering Materials25新型干法Civil Engineering Materials窑外分解干法工艺流程物料流气流燃料26Civil Engineering Materials水泥煅烧过程排气原料入口气体温
11、度进料温度50oC450oC600oC800oC1000oC1200oC1350oC1350oC1450oC1550oC1 2 3 4 5 61.失去自由水4.初化合物形成6.C3S 初形成2.粘土分解5.C2S 初形成3.石灰岩分解27Civil Engineering Materials生料磨系统28Civil Engineering Materials29窑尾悬浮预热器及分解炉系统Civil Engineering Materials30回转窑Civil Engineering Materials31窑头Civil Engineering Materials32水泥磨Civil Engi
12、neering Materials 两磨一烧,其中最关键是烧通用硅酸盐水泥的生产流程33Civil Engineering Materials第一节 硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥生产工艺 定义: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(国外通称波特兰水泥)。分类:不掺混合材型硅酸盐水泥()掺5%混合材料型硅酸盐水泥()Civil Engineering Materials35二、硅酸盐水泥基本组成1.熟料矿物组成、岩相结构 水泥厂常用各种元素的氧化物来表示。熟料主要矿物:硅酸三钙 3CaOSiO2,可简写为C3S;硅酸二钙 2CaOSiO2,可简写
13、为C2S;铝酸三钙 3Ca0AI2O3,可简写为C3A;铁相固溶体 通常以铁铝酸四钙4CaOAI2O3Fe2O3作为代表式,可简写成C4AF。Civil Engineering Materials熟料矿物的基本特性Civil Engineering Materials37 2.石膏 作用:调节凝结时间,提高早强,降低干缩,改善耐久性、抗渗性等;对掺混合材的水泥,石膏还起激发剂的作用。种类:二水石膏或无水石膏 掺量:与C3A 含量及混合材种类有关Civil Engineering Materials 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。凝结水泥与水混合形成可塑浆体,
14、随着时间推移、可塑性下降,但还不具备强度,此过程即为“凝结”;硬化随后浆体失去可塑性,强度逐渐增长,形成坚硬固体,这个过程即为“硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。Civil Engineering Materials硅酸盐水泥的凝结和硬化 水泥的水化过程可分为五个阶段Civil Engineering Materials40各熟料矿物的水化过程:硅酸盐水泥生成的主要水化产物有:水化硅酸钙C-H-S凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。Civil Engineering Materials41水化硅酸钙形貌Civil Engineering Materia
15、ls42氢氧化钙CH形貌Civil Engineering Materials钙矾石显微形貌 43Civil Engineering Materials水泥水化过程1.初拌水泥浆2.7天3.28天4.90天未水化颗粒充满水的毛细孔C-S-H胶体氢氧化钙日期44Civil Engineering Materials影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素:熟料矿物组成水泥细度的影响拌合用水量的影响养护湿度、温度的影响养护龄期的影响储存条件的影响45Civil Engineering Materials46四、硅酸盐水泥品质要求1.凝结时间 初凝:开始失去塑性45 分(13 小时)终凝:完全失去塑性,并开
16、始产生强度 硅酸盐水泥6 小时30min,普通水泥10 小时(一般57 小时)Civil Engineering Materials472.强度 国家标准(GB/T17671-1999)规定:水泥的胶砂强度。将水泥和中国ISO 标准砂按1:3,水灰比为0.5 的比例,以规定的方法搅拌制成标准试件(尺寸为40mm40mm160mm),在标准条件下(20 士1 水中)养护至3d 和28d,测定个龄期的抗折强度和抗压强度。强度等级:将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、625、62.5R 等6 个强度等级,其中带R 的为早强型水泥。Civil Engineering Mater
17、ials48水泥净浆搅拌机 水泥砂浆搅拌机Civil Engineering Materials49水泥胶砂模具水泥净浆模具振实台水泥净浆模具振实台水泥净浆模具振实台Civil Engineering Materials50标准养护箱 电动抗折试验机Civil Engineering Materials51SANS万能试验机Civil Engineering Materials523.安定性定义:水泥在凝结硬化过程中,体积变化的均匀性。安定性不良原因:f-CaO 过量 f-MgO 过量 石膏过量沸煮法:试饼法、雷氏夹法压蒸安定性试验沸煮箱Civil Engineering Materials5
18、34.细度 定义:指粉体材料的粗细程度。国标规定:硅酸盐水泥:比表面积300m2/Kg。(比表面积仪)其他五类水泥:筛析法(水筛、干筛、负压筛)在80m标准筛的筛余量不得超过10%。Civil Engineering Materials545.水化热 水泥矿物的水化热及放热速率比较 C3AC3SC4AFC2S 水泥水化放热量和放热速率还与水泥细度、混合材种类和数量有关.Civil Engineering Materials556.水泥化学品质指标(1)不溶物 熟料中未参与矿物形成反应得粘土和结晶SiO2,国标规定:P 0.75%P1.50%(2)烧失量 P3.0%P 3.5%PO5.0%(3)
19、氧化镁(4)SO3(5)碱含量 Na2O+0.658K2O,碱集料反应(6)氯离子含量 各类硅酸盐水泥0.06%Civil Engineering Materials567.产品质量评定 凝结时间、安定性、强度 不合格品:终凝时间不合格;细度不合格;强度低于商品等级规定的指标。废品:初凝时间不合格;安定性试验不合格(即f-CaO);SO3含量超标;MgO 含量超标。Civil Engineering Materials571.淡水(软水)原因:水的流动、压力作用使CH 流失。若静水:CH 饱和则不再溶解。流动水:CH 不断溶解、流失。水泥中碱度,其他水化物分解C3SHnC2SHnCSHnC+S
20、+nH 各主要水化产物稳定存在时所必需的极限石灰浓度如下:氢氧化钙约为1.3gCaO/L;水化硅酸三钙稍大于1.2gCaO/L;水化铁铝酸四钙约为1.06gCaO/L;水化硫铝酸钙约为0.045gCaO/L。当环境水的水质较硬,环境水中重碳酸盐能与水泥石中的Ca(OH)2起作用,生成几乎不溶于水的CaCO3。Ca(OH)2+Ca(HCO3)2=2CaCO3+2H2O五、抗蚀性Civil Engineering Materials582.酸与酸性水(碳酸腐蚀)在工业污水、地下水中,常溶解有一定量的二氧化碳,它对水泥石的腐蚀作用如下:Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O CaCO3
21、+CO2+H2O=Ca(HCO3)2(可逆反应)生成的碳酸氢钙易溶于水。当水中含有较多的碳酸,并超过平衡浓度时,反应向右进行。氢氧化钙浓度的降低还会导致水泥石中其他水泥水化物的分解,使腐蚀作用进一步加剧。Civil Engineering Materials593.硫酸盐 海水、地下水、工业污水中常常含有硫酸盐。如:Na2SO410H2OCa(OH)2+Na2SO410H2OCaSO42H2O+2NaOH+8H2O3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O 3CaOAl2O33CaSO431H2O 简写:C3AH6+3CSH2+19HC6AS3H31 生成的高硫型水化硫铝
22、酸钙体积增加了1.50 倍,对水泥石的破坏作用很大。俗称“水泥杆菌”。当水中硫酸盐浓度较高时,硫酸钙会在毛细孔中直接结晶成二水石膏,体积增大,引起水泥石的破坏。若为MgSO4,“镁盐侵蚀”Civil Engineering Materials604.含碱溶液化学侵蚀反应、结晶侵蚀 化学侵蚀反应:2CaOSiO2nH2O+2NaOH=2Ca(OH)2+Na2SiO3+(n-1)H2O3CaOAl2O36H2O+2NaOH=3Ca(OH)2+Na2OAl2O3+4H2O 结晶侵蚀:碱液渗入浆体孔隙,然后蒸发结晶析出,产生结晶应力引起的胀裂。Civil Engineering Materials61
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