第一章常用的建筑材料_水泥與其他膠凝材料

1、1.3.2 1.3.2 水泥和其他膠凝材料水泥和其他膠凝材料水泥的定義和分類定義：定義： 水泥是一種水泥是一種細(xì)磨成細(xì)磨成粉末粉末狀，加入適量水后成為可塑性的狀，加入適量水后成為可塑性的漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、漿體，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等材料牢固地石等材料牢固地膠結(jié)成膠結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體的水硬性膠凝具有一定強(qiáng)度的整體的水硬性膠凝材料。材料。主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容u重點論述了硅酸鹽系水泥的重點論述了硅酸鹽系水泥的礦物組成礦物組成、基本性質(zhì)及其檢基本性質(zhì)及其檢測方法測方法，以及硅酸鹽水泥的，以及硅酸鹽水泥的應(yīng)用應(yīng)用。 第一節(jié) 硅酸鹽水泥1、硅

2、酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)及礦物組成 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007定義：凡由硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料熟料、05的的石灰石石灰石或或粒化高爐礦渣?；郀t礦渣、適量石膏適量石膏磨細(xì)制成的水硬磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（國外統(tǒng)稱為波特蘭水泥）。性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥（國外統(tǒng)稱為波特蘭水泥）。 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成硅酸鹽水泥熟料的礦物組成 硅酸鹽水泥熟料礦物的特性硅酸鹽水泥熟料礦物的特性礦物名稱礦物名稱化學(xué)成分化學(xué)成分 縮寫符號縮寫符號 含量含量硅酸三鈣3CaOSiO2 C3S3760硅酸二鈣2CaOSiO2 C2S 1537鋁酸三鈣3CaO

3、Al2O3 C3A 715鐵鋁酸四鈣4CaOAl2O3Fe2O3 C4AF 1018礦物名稱礦物名稱硅酸三鈣硅酸三鈣硅酸二鈣硅酸二鈣鋁酸三鈣鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣鐵鋁酸四鈣與水反應(yīng)速度快慢最快快水化放熱量大小最大中強(qiáng)度高早期低后期高 低低 硅酸鹽水泥熟料礦物的水化特性硅酸鹽水泥熟料礦物的水化特性分析：硅酸鹽水泥熟料礦物特性：硅酸鹽水泥熟料礦物特性：C C3 3S SC C2 2S SC C3 3A AC C4 4AFAFA A水泥的水泥的C C3 3S S及及C C3 3A A含量高，而含量高，而C C3 3S S及及C C3 3A A的早期強(qiáng)度及水化的早期強(qiáng)度及水化熱都較高，故熱都較高，故A A

4、硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度與水化熱高于硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度與水化熱高于B B水泥。水泥。 三、硅酸鹽水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)三、硅酸鹽水泥應(yīng)滿足哪些技術(shù)性質(zhì)v細(xì)度細(xì)度v凝結(jié)時間凝結(jié)時間v體積安定性體積安定性v強(qiáng)度及強(qiáng)度等級強(qiáng)度及強(qiáng)度等級v耐腐蝕性耐腐蝕性軟水侵蝕軟水侵蝕鹽類侵蝕鹽類侵蝕酸類腐蝕酸類腐蝕防腐措施防腐措施1. 細(xì)細(xì) 度度v定義定義 細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。細(xì)度是指水泥粉體的粗細(xì)程度。v測量方法測量方法篩分析法篩分析法：普通水泥：普通水泥80 m方孔篩的篩余量不得超過方孔篩的篩余量不得超過10%比表面積法比表面積法：1kg硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)大于300m2/k

5、g 。 v細(xì)度不符合要求的水泥為細(xì)度不符合要求的水泥為不合格品不合格品！ 問題：為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？問題：為什么需要規(guī)定水泥的細(xì)度？解答：解答：v水泥顆粒細(xì)度影響水泥顆粒細(xì)度影響水化活性和凝結(jié)硬化速度水化活性和凝結(jié)硬化速度，水泥顆粒太粗，水泥顆粒太粗，水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；水化活性越低，不利于凝結(jié)硬化；v雖然水泥越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，雖然水泥越細(xì)，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度會越高早期強(qiáng)度會越高，但是水化，但是水化放熱速度也快，放熱速度也快，水泥收縮也越大水泥收縮也越大，對水泥石性能不利；，對水泥石性能不利；v水泥越細(xì)，水泥越細(xì)，生產(chǎn)能耗越高，成本增加生產(chǎn)能耗越高，成本增加；v水泥越細(xì)，

6、對水泥的水泥越細(xì)，對水泥的儲存也不利儲存也不利，容易受潮結(jié)塊容易受潮結(jié)塊，反而降低，反而降低強(qiáng)度。強(qiáng)度。2. 凝結(jié)時間凝結(jié)時間 v概念：概念：初凝時間初凝時間：從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需：從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需 的時間，初凝時間的時間，初凝時間45min終凝時間：終凝時間：從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并 開始具有強(qiáng)度所需的時間，終凝時間開始具有強(qiáng)度所需的時間，終凝時間390min 國標(biāo)規(guī)定：國標(biāo)規(guī)定：凡初凝時間不符合規(guī)定的水泥為凡初凝時間不符合規(guī)定的水泥為廢品廢品；終凝時間不符合規(guī)定的水泥為終凝時間不符合規(guī)定的水

7、泥為不合格品不合格品。為什么？為什么？ 答：答：v初凝時間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水初凝時間太短，來不及施工，水泥石結(jié)構(gòu)疏松、性能差，水泥無使用價值，即為泥無使用價值，即為廢品廢品；v終凝時間太長，強(qiáng)度增長緩慢，也會影響施工，即為終凝時間太長，強(qiáng)度增長緩慢，也會影響施工，即為不合格不合格品品。3. 體積安定性體積安定性 v基本概念：基本概念：水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)水泥凝結(jié)硬化過程中，體積變化是否均勻適當(dāng)?shù)男再|(zhì)稱為體積安定性。稱為體積安定性。v體積安定性不良的水泥為體積安定性不良的水泥為廢品廢品！v水泥體積安定性不良的原因：水泥體積安定性不良的原因：水泥

8、熟料中含有過多的游離水泥熟料中含有過多的游離CaO、MgO和石膏。和石膏。1.水泥熟料中的游離水泥熟料中的游離CaO、MgO都是都是過燒過燒的，水化速度很的，水化速度很慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增慢。在已硬化的水化石中繼續(xù)與水反應(yīng)，其固體體積增大大1.98%和2.48倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石倍。產(chǎn)生不均勻體積變化，造成水泥石開裂、翹曲。開裂、翹曲。2. 石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會有鈣釩石形成，產(chǎn)石膏量過多，在水泥凝結(jié)硬化后，會有鈣釩石形成，產(chǎn)生膨脹生膨脹 。v檢測方法：檢測方法：試餅法試餅法 雷氏夾法雷氏夾法 試餅法試餅法雷氏夾法雷氏夾法合格標(biāo)準(zhǔn)：5mm。肉

9、眼觀察表面肉眼觀察表面有無裂紋有無裂紋用直尺檢查有無彎曲用直尺檢查有無彎曲合格標(biāo)準(zhǔn)：無裂紋、無彎曲。試餅法 用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，在水中經(jīng)恒沸3h后，用肉眼觀察沒有裂紋，用直尺檢查沒有彎曲，則體積安定合格，反之，體積安定性不合格。雷氏夾法 測量雷氏夾中的水泥凈漿，經(jīng)沸煮3h后的膨脹值。該值不大于5.0mm時，則體積安定性合格，否則，為體積安定性不合格。4. 強(qiáng)度及強(qiáng)度等級強(qiáng)度及強(qiáng)度等級 v檢驗方法：檢驗方法：分別測量分別測量抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。試件尺寸：試件尺寸： 40 40 160mm 棱柱體；棱柱體；膠砂配比：膠砂配比： 水泥水泥 : ISO標(biāo)準(zhǔn)砂標(biāo)準(zhǔn)砂 : 水水

10、= 1 : 3 : 0.5；試件養(yǎng)護(hù)：試件養(yǎng)護(hù)： 在在20 C 1 C，相對濕度不低于，相對濕度不低于90%的霧室或養(yǎng)的霧室或養(yǎng)護(hù)箱中護(hù)箱中24h，然后脫模在，然后脫模在20 C 1 C的水中養(yǎng)護(hù)至測試的水中養(yǎng)護(hù)至測試齡期；齡期；100mm160mmP抗折強(qiáng)度試驗抗折強(qiáng)度試驗PP抗壓強(qiáng)度試驗抗壓強(qiáng)度試驗強(qiáng)度測量：強(qiáng)度測量： 將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗，折斷后每截將試件從水中取出，先進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗，折斷后每截再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。受壓面積為再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。受壓面積為40 40=1600mm2。 結(jié)果計算：結(jié)果計算： 抗折強(qiáng)度以三個試件的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個試件的抗折強(qiáng)度以三個試件

11、的平均值，抗壓強(qiáng)度以六個試件的平均值。平均值。強(qiáng)度等級強(qiáng)度等級水泥質(zhì)量的判定水泥質(zhì)量的判定 技術(shù)性質(zhì)技術(shù)性質(zhì) 不符合要求不符合要求 細(xì)細(xì) 度度 不合格品不合格品凝結(jié)時間凝結(jié)時間 （初凝）（初凝）廢品廢品 （終凝）不合格品（終凝）不合格品體積安定性體積安定性 廢廢 品品 強(qiáng)強(qiáng) 度度 不合格品或降低等級不合格品或降低等級不溶物和燒失量不溶物和燒失量 不合格品不合格品水泥的耐腐蝕性水泥的耐腐蝕性 v水泥石腐蝕的方式水泥石腐蝕的方式（1）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）軟水侵蝕（溶出性侵蝕）（2）酸的腐蝕（溶解性化學(xué)腐蝕）酸的腐蝕（溶解性化學(xué)腐蝕）v一般酸的腐蝕一般酸的腐蝕v碳酸水的腐蝕碳酸水的腐蝕（3）硫酸鹽

12、腐蝕（膨脹性化學(xué)腐蝕）硫酸鹽腐蝕（膨脹性化學(xué)腐蝕）v防止水泥石腐蝕的措施防止水泥石腐蝕的措施（1）根據(jù)工程的環(huán)境特點，合理選擇水泥品種。）根據(jù)工程的環(huán)境特點，合理選擇水泥品種。（2）提高混凝土的密實度。）提高混凝土的密實度。（3）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層。）在水泥石結(jié)構(gòu)的表面設(shè)置保護(hù)層。水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)水泥石受硫酸鹽侵蝕后，因膨脹性結(jié)晶產(chǎn)物引起的開裂物引起的開裂水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落水泥石受酸腐蝕后，表面溶失、脫落防止水泥石腐蝕的措施防止水泥石腐蝕的措施 主要針對引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施：主要針對引起腐蝕破壞的內(nèi)因采取措施：v根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，

13、降低水泥石中不穩(wěn)定根據(jù)使用環(huán)境條件，選用水泥品種，降低水泥石中不穩(wěn)定組分的含量；組分的含量；v提高水泥石的密實度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水提高水泥石的密實度，減少腐蝕性介質(zhì)的通道，如降低水灰比、摻加外加劑等；灰比、摻加外加劑等； v表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。表面防護(hù)處理，堵塞通道如：防腐涂層。 問題問題 ？v降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，對水泥的耐腐蝕性的含量，對水泥的耐腐蝕性有什么作用？為什么？有什么作用？為什么？ 答：答： 降低水泥石中降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化的含量，可以提高水泥的抵抗化學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的能力。學(xué)腐蝕和軟水腐蝕的

14、能力。 因為化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。因為化學(xué)和軟水腐蝕與水泥石中的氫氧化鈣密切相關(guān)。小結(jié)小結(jié)v物理力學(xué)性能物理力學(xué)性能密度密度強(qiáng)度強(qiáng)度體積穩(wěn)定性體積穩(wěn)定性細(xì)度細(xì)度水化熱水化熱v耐久性能耐久性能軟水腐蝕軟水腐蝕鹽類腐蝕鹽類腐蝕酸類腐蝕酸類腐蝕為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能。為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能。v施工性能施工性能凝結(jié)時間凝結(jié)時間標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量摻混合材的硅酸鹽水泥品種硅酸鹽水泥熟料石膏 615%混合材普通硅酸鹽水泥2070%礦 渣礦渣硅酸鹽水泥2050%火山灰火山灰硅酸鹽水泥2040%粉煤灰粉煤灰硅酸鹽水泥1650

15、%兩種混合材復(fù)合硅酸鹽水泥 摻混合材硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化和性能與所摻混合材的種類與摻量密切相關(guān)！第二節(jié)第二節(jié) 摻混合材的硅酸鹽水泥摻混合材的硅酸鹽水泥 摻混合材水泥的代號摻混合材水泥的代號 水泥品種水泥品種 組成特點組成特點 代號代號普通水泥普通水泥 615的混合材的混合材 P O礦渣水泥礦渣水泥 2070礦渣礦渣 P S火山灰水泥火山灰水泥 2050火山灰火山灰 P P粉煤灰水泥粉煤灰水泥 2040粉煤灰粉煤灰 P F復(fù)合水泥復(fù)合水泥 1550兩種混合材兩種混合材 P C石灰石水泥石灰石水泥 1125的石灰石的石灰石 P L1 1）水泥混合材）水泥混合材 v定義：定義： 在水泥生產(chǎn)過程中，為

16、改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級所在水泥生產(chǎn)過程中，為改善性能、調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級所加入的加入的天然天然或或人工礦物人工礦物材料，均稱為水泥混合材料。材料，均稱為水泥混合材料。 分為分為非活性混合材非活性混合材和和活性混合材活性混合材。1. 非活性混合材非活性混合材 v定義：定義： 與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化與水泥礦物成分或水化產(chǎn)物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。只起學(xué)反應(yīng)很弱的混合材，為非活性混合材。只起填充料填充料的作用。的作用。v常見的有：常見的有：磨細(xì)石英砂磨細(xì)石英砂石灰石粉石灰石粉廢渣廢渣慢冷礦渣慢冷礦渣2. 活性混合材活性混合材 v定義定義： 具有具有水化活性

17、水化活性的混合材。能的混合材。能調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級、節(jié)省調(diào)節(jié)強(qiáng)度等級、節(jié)省能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱能源、降低成本、增加產(chǎn)量、降低水化熱等。等。v活性組分：活性組分：SiO2、Al2O3v常用品種：常用品種：?；郀t礦渣?；郀t礦渣煉鋼鐵的廢料煉鋼鐵的廢料火山灰質(zhì)粉末火山灰質(zhì)粉末天然巖石和人工煅燒物天然巖石和人工煅燒物粉煤灰粉煤灰火電廠的廢料火電廠的廢料活性混合材的作用活性混合材的作用 v水化反應(yīng)：水化反應(yīng)： xCa(OH)2 + SiO2 + mH2O = xCaO SiO2 nH2O xCa(OH)2 + Al2O3 + mH2O = xCaO Al2O3 nH2Ov稀釋作用稀釋作用減

18、少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥中熟料礦物含量，降低水化熱；減少水泥石中減少水泥石中Ca(OH)2的含量的含量。v超細(xì)粉末的密實填充效應(yīng)超細(xì)粉末的密實填充效應(yīng)活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應(yīng)活性礦物粉磨顆粒與石灰的反應(yīng)3d7d49d182d摻加粉煤灰的水泥強(qiáng)度發(fā)展摻加粉煤灰的水泥強(qiáng)度發(fā)展早期強(qiáng)度增長減慢，但摻量小于早期強(qiáng)度增長減慢，但摻量小于20時，后期強(qiáng)度也有較多增長時，后期強(qiáng)度也有較多增長幾種通用水泥的性能特點及應(yīng)用幾種通用水泥的性能特點及應(yīng)用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥普通水普通水泥泥礦渣水泥礦渣水泥火山灰水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥特特性性早期強(qiáng)度高；早期強(qiáng)度高；水化熱較大；水化熱

19、較大；抗凍性較好；抗凍性較好；耐蝕性差；干耐蝕性差；干縮較小縮較小與硅酸與硅酸鹽水泥鹽水泥基本相基本相同同早期強(qiáng)度較低，后期早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長較快；水化強(qiáng)度增長較快；水化熱較低；耐熱性好；熱較低；耐熱性好；耐蝕性較強(qiáng)；抗凍性耐蝕性較強(qiáng)；抗凍性差；干縮性較大；泌差；干縮性較大；泌水較多水較多早期強(qiáng)度較低，早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長后期強(qiáng)度增長較快；水化熱較快；水化熱較低；耐蝕性較低；耐蝕性較強(qiáng)；抗抗?jié)B較強(qiáng)；抗抗?jié)B性好；抗凍性性好；抗凍性差；干縮性大差；干縮性大早期強(qiáng)度較低，后早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度才長較快；期強(qiáng)度才長較快；水化熱較低；耐蝕水化熱較低；耐蝕性較強(qiáng)；干縮性較性較強(qiáng)；干縮性較?。豢沽研暂^高；??；抗裂性較高；抗凍性差抗凍性差適適用用范范圍圍一般土建工程一般土建工程中鋼筋混凝土中鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；混凝土結(jié)構(gòu)；受反復(fù)冰凍作受反復(fù)冰凍作用的結(jié)構(gòu)；用的結(jié)構(gòu)；配配制高強(qiáng)混凝土制高強(qiáng)混凝土與硅酸與硅酸鹽水泥鹽水泥基本相基本相同同高溫車間和有耐熱耐高溫車間和有耐熱耐火要求的混凝土結(jié)構(gòu)火要求的混凝土結(jié)構(gòu)；大體積混凝土結(jié)構(gòu)；大體積混凝土結(jié)構(gòu)；蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件；有蒸汽養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件；有抗硫酸鹽侵蝕要求的抗硫酸鹽侵蝕要求的工程工程地下、水中大地下、水中大體積混凝土結(jié)體積混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)和有抗?jié)B要有抗?jié)B要求的混凝土結(jié)求的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)；蒸汽