土木工程材料第三章無機膠凝材料-水泥

1、磨細按混合材料的品種和摻量分為：通用硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥（P.I 、P.II）普通硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥（P.O） 礦渣硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥（PSA 、PSB）粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥（PF）火山灰硅酸鹽水泥火山灰硅酸鹽水泥（PP） 復合硅酸鹽水泥復合硅酸鹽水泥（PC）混合材料如石灰石，提供CaO。校正原料，補充Fe2O3不足。如粘土，提供SiO2和Al2O3。 1. C3S+ C2S70%, C3A+ C4AF25%， 故稱硅酸鹽水泥。 2. 水泥中還含有少量游離CaO,游離MgO及 少量堿(K2O、Na2O)。通用硅酸鹽水泥熟料各組分特性C3S快大高C2S慢小高低C

2、3A最大最快低低中快C4AF備注1.含量可制得早強高強水泥。C3SC3S C3AC2S2.和 含量， 含量，可制得低水化熱的水泥(如大壩水泥),適用于大體積砼工程。但此類水泥早期強度較低。22222)(303236)3(2OHCaHSiOCaOOHSiOCaO水泥遇水后，水泥中的礦物組分立即與水發(fā)生化學反應(yīng)，稱水化反應(yīng)。(1) C3S的水化水化硅酸鈣凝膠(2) C2S的水化22222)(3234)2( 2OHCaOHSiOCaOOHSiOCaOOHOAlCaOOHOAlCaO2322326363OHOFeCaOOHOAlCaOOHOFeOAlCaO232232232326374(3) C3A的

3、水化 水化鋁酸鈣晶體 (4) C4AF的水化水化鐵酸鈣凝膠 OHCaSOOAlCaOOHOHCaSOOHOAlCaO2432224232313319)2( 363(5) 石膏高硫型水化硫鋁酸鈣晶體，又稱“鈣礬石”綜上：水泥水化的產(chǎn)物主要有：C3AH6晶體、C-S-H凝膠(70%)、Ca(OH)2晶體(20%)、C-F-H凝膠、AFt晶體。 水泥遇水后立即劇烈反應(yīng)，自由水不斷減少，水化產(chǎn)物不斷析出，并凝聚在一起，形成骨架結(jié)構(gòu)，水泥漿逐漸失去塑性，表現(xiàn)出“ ”現(xiàn)象。 隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細孔不斷被填實，加之水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2晶體、水化鋁酸鈣晶體和水化硅酸鈣凝膠相互貫穿，

4、逐漸形成具有一定強度的水泥石，且強度不斷增長，進入“ ”階段。凝結(jié)硬化水化產(chǎn)物（膠體顆粒、晶體顆粒）， 由于水泥熟料中鋁酸三鈣的水化速度極快，會使水泥很快凝結(jié)，為保證有足夠的施工操作時間，加入石膏以調(diào)節(jié)(延緩)水泥的凝結(jié)時間。(1) 礦物組成礦物組成是影響水泥水化硬化的最主要因素。如C3A含量多，則水化速度快；C2S含量多，則水化速度慢。水泥愈細，水化速度愈快，早期強度愈高。(2) 細度水灰比愈大，水化凝結(jié)速度愈慢，強度愈低。(3) 水灰比水灰比：水與水泥的質(zhì)量之比。(4) 石膏的摻量摻量過少，緩凝作用小；摻量過多，會在水泥漿硬化后繼續(xù)生成鈣礬石，產(chǎn)生體積膨脹而導致已經(jīng)硬化的水泥石脹裂破壞。石

5、膏摻量一般為水泥質(zhì)量的3%5%。必要的濕度能保證水泥充分水化。過度干燥的環(huán)境，不利于水泥的水化硬化。(5) 溫度和濕度溫度升高，水化速度加快，負溫下水化停止，且能引起凍脹破壞。為保證水泥充分水化硬化，促使水泥強度不斷增長，需對水泥漿進行 養(yǎng)護。保溫保濕保溫保濕三、通用硅酸鹽水泥三、通用硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)的技術(shù)性質(zhì)細細度度凝凝結(jié)結(jié)時時間間體體積積安安定定性性標標準準稠稠度度用用水水量量強強度度化學指標定義細度指水泥顆粒的粗細程度。討論與分析缺點:水泥越細優(yōu)點： 水化反應(yīng)速度越快，水泥石的早期強度越高?？偙砻娣e越大，硬化收縮越大；易受潮而降低活性；成本越高。P.I、P.II和P.O細度以比表面積

6、表示，不小于300m2/kg；P.S、P.P、P.F和P.C細度以方孔篩篩余表示，80m方孔篩篩余不大于10%或45m方孔篩篩余不大于30%。%100水泥用量用水量水泥的標準稠度用水量定義不同的水泥品種，標準稠度用水量各不相同，一般在24%33%之間。例：A水泥的標準稠度用水量為27%，B水泥的標準稠度用水量為30%。討論與分析在測定水泥的凝結(jié)時間、體積安定性時，要將水泥凈漿拌到標準稠度？ ? ?為了使試驗結(jié)果為了使試驗結(jié)果具有可比性具有可比性定義水泥的凝結(jié)時間分初凝時間和終凝時間。水泥全部加入水中 開始失去可塑性 完全失去可塑性初凝時間終凝時間水泥的初凝和終凝時間對工程有重要意義。例如：混凝

7、土的施工。討論與分析 否否則在施工前即則在施工前即已失去流動性已失去流動性和可塑性而無和可塑性而無法施工。法施工。 否則將延長否則將延長施工進度和施工進度和模板周轉(zhuǎn)期模板周轉(zhuǎn)期。水泥的初凝時水泥的初凝時間不能過短間不能過短，水泥的終凝時水泥的終凝時間不應(yīng)過長間不應(yīng)過長，通用硅酸鹽通用硅酸鹽水泥初凝時水泥初凝時間不得早于間不得早于45min45min硅酸鹽水泥終凝硅酸鹽水泥終凝 不大于不大于390min390min；GB規(guī)定其它水泥終凝其它水泥終凝 不大于不大于600min600min。定義體積安定性指水泥漿體在凝結(jié)硬化過程指水泥漿體在凝結(jié)硬化過程 中體積變化的均勻性。中體積變化的均勻性。水泥硬

8、化后體積發(fā)生不均勻膨脹，導致水泥石開裂、翹曲等現(xiàn)象。安定性不良：注意：安定性不良的注意：安定性不良的水泥嚴禁在工程中使用。水泥嚴禁在工程中使用。討論與分析引起安定性不良的原因有哪些熟料中的游離MgO過多;熟料中的游離CaO過多;石膏摻量過多。GB規(guī)定用沸煮法檢驗合格；用沸煮法檢驗合格；熟料中熟料中MgOMgO含量：含量： P.IP.I、P.IIP.II、P.OP.O5%5%； 其它水泥其它水泥6%6%熟料中SO3含量： 礦渣水泥4%； 其它水泥3.5%試驗方法 沸煮法試餅法雷氏夾法各強度等級水泥的各個齡期強度均不得低于GB175-2007的規(guī)定。（一）凡化學指標、凝結(jié)時間、安定性及強度指標中有

9、任一項不符合標準要求的，該水泥視為不合格品，細度為選擇性指標，不作為判定依據(jù)。（二)水泥包裝袋上應(yīng)標明：執(zhí)行標準、水泥品種、代號、強度等級、生產(chǎn)者名稱、生產(chǎn)許可證標志（QS）及編號、出廠編號、包裝日期、凈含量。散裝發(fā)運時應(yīng)提交與袋裝標志相同內(nèi)容的卡片。 （三）包裝袋兩側(cè)應(yīng)根據(jù)水泥的品種采用不同的顏色印刷水泥名稱和強度等級，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥采用紅色，礦渣硅酸鹽水泥采用綠色；火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥采用黑色或藍色。軟水：溶有少量或不含Ca2+ 、Mg2+的水。在軟水中，尤其在流動水中或有水壓作用下，Ca(OH)2會不斷地溶解流失，水泥石孔隙率增大，強度降低。此

10、類軟水介質(zhì)有：蒸餾水、工業(yè)冷凝水、雨水、雪水等。1.軟水的腐蝕(1)硫酸鹽腐蝕腐蝕機理：24(OH)CaCaSO 2424與Na SO 、 K SO 等反應(yīng)與水化鋁酸鈣反應(yīng)高硫型水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石(體積增大，水泥石膨脹開裂,)鈣礬石呈針狀結(jié)晶，又稱“水泥桿菌”。此類腐蝕介質(zhì)有：海水、地下水、湖水、工業(yè)污水等MgCl2腐蝕反應(yīng)： MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2(2) 鎂鹽腐蝕MgSO4腐蝕反應(yīng)： MgSO4+Ca(OH)2+2H2O=Mg(OH)2+CaSO4.2H2O產(chǎn)物中：Mg(OH)2無膠凝能力；CaCl2易溶解流失；CaSO4.2H2O(體積增大)，也易生成水

11、泥桿菌。地下水及海水中含有大量的鎂鹽。3. 酸腐蝕(1)一般酸的腐蝕如：HCl+Ca(OH)2=CaCl2(可溶)+2H2O H2SO4+Ca(OH)2=CaSO4.2H2O(體積膨脹)CaSO4還可生成“水泥桿菌” 。酸與Ca(OH)2反應(yīng)，生成物或溶于水流失，或體積膨脹，產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。工業(yè)廢水、地下水或沼澤水常含有引起此類腐蝕的無機酸(HCl、H2SO4、HNO3、HF等)和有機酸(HAc、HCOOH等)。(2) 碳酸的腐蝕碳酸的腐蝕包含兩個過程：Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO3+2H2O CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2(可溶) H2CO3上述兩個反應(yīng)的最終結(jié)果使

12、得水泥石中的Ca(OH)2轉(zhuǎn) 變?yōu)榭扇苄訡a(HCO3)2流失。工業(yè)污水、地下水中溶解有較多的CO2?；瘜W腐蝕：3CaO.Al2O3(未水化)+6NaOH=3Na2O.Al2O3+3Ca(OH)2 結(jié)晶腐蝕： 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 生成的Na2CO3在水泥石毛細孔內(nèi)結(jié)晶沉積，使水泥石膨脹破壞。(2)水泥石不致密，有許多毛細孔通道， 腐蝕介質(zhì)容易滲入。(3)水泥石處在有腐 蝕介質(zhì)的環(huán)境。 2.抗凍性好，可用于嚴寒地區(qū)砼工程。5.耐腐蝕性差，不宜用于經(jīng)常接觸淡水及 有水壓作用的工程，也不宜用于海水和礦 物水作用的工程。1.快硬早強高強，可用于高強砼或有早強 要求砼。3.抗碳化性

13、能好(堿度高)，可用于高CO2含 量地區(qū)。4.水化熱高，不宜用于厚大體積的砼工程。（一）硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能應(yīng)用 混合材料生產(chǎn)水泥時，為改善水泥的性能，調(diào)節(jié)水泥的強度等級，提高水泥的產(chǎn)量，常在水泥中摻入一些人工的或天然的礦物材料，稱之為水泥混合材料。主要有：()+():(): 石灰 或石膏水混合材料 磨細水硬性產(chǎn)物，稱“活性混合材料”?；郀t礦渣:高爐煉鐵熔渣經(jīng)水淬急冷而成的小顆粒天然的:火山灰、火山灰沉積硅酸巖活性混合材料 火山灰質(zhì)材料人工的工業(yè)廢渣 煤灰、煤渣、煤矸石粉煤灰 從火力發(fā)電廠煤粉爐煙道氣中收集的粉末分類 同時，水泥熟料中還有少量石膏，可與上述生

14、成的水化鋁酸鈣再次反應(yīng)，生成水化硫鋁酸鈣(體積微膨脹)，增加了水泥石的密實性。具有活性的原因： 活性混合材料的主要化學成分為活性SiO2和活性Al2O3，摻入水泥后，可與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2“二次反應(yīng)”，生產(chǎn)具有膠凝性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，主要提高了水泥的后期強度。Ca(OH)2為堿性激發(fā)劑，石膏為硫酸鹽激發(fā)劑。 不與水泥成分起化學作用(無活性)或化學作用很小(活性很低)的混合材料。非活性混合材料而非活性玻璃體）形成無水硬性的晶體，和慢冷礦渣（石灰石石英砂非活性混合材料322OAlSiO非活性混合材料摻入水泥后，主要起填充作用，可調(diào)節(jié)水泥強度等級，降低水化熱，提高水泥產(chǎn)量等。 與硅酸

15、鹽水泥相比，混合材料的摻量略有增加，所以早期強度、水化熱、抗凍性稍有降低，耐熱性和耐腐蝕性略增。 可以使用硅酸鹽水泥的工程，也可以使用普通水泥； 不能使用硅酸鹽水泥的工程，也不宜使用普通水泥。 總體性能相近，應(yīng)用范圍大致相同：1.普通硅酸鹽水泥性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.礦渣、粉煤灰、火山灰水泥、復合水泥的性能n凝結(jié)硬化慢，早期強度低，后期強度 發(fā)展較快；（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五五. . 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用（二）摻混合材料的硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用五五. . 通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用通用硅酸鹽水泥的性能與應(yīng)用2.礦渣

16、、粉煤灰、火山灰水泥的性能第五節(jié) 其它品種水泥一.鋁酸鹽水泥 以石灰石和礬土為主要原料，燒制而得的以鋁酸鈣為主要礦物成分的水泥。代號： 。1.定義與代號CA 其主要化學成分為Al2O3和CaO，Al2O3含量較高(50%)。按Al2O3含量分為四類：23232323CA50 (50%Al O 60%)CA60 (60%Al O 68%)CA70 (68%Al O 77%)CA80 (77%Al O )鋁酸鹽水泥其中CA是鋁酸鹽水泥的主要強度來源。2.鋁酸鹽水泥的礦物組成主要成份4. 技術(shù)要求 應(yīng)符合GB201-2000規(guī)定。3.鋁酸鹽水泥的水化與硬化 水化產(chǎn)物與溫度有關(guān)。5.鋁酸鹽水泥的性能與

17、應(yīng)用n 快硬早強，適用于緊急搶險工程。n 耐熱性強，可用于配制900以上的耐 熱砼或耐熱砂漿。n 水化熱高，放熱快，適用于低溫季節(jié) 施工，不適用于大體積砼。n 耐酸和耐硫酸鹽腐蝕強。(2)正是由于存在上述晶型的轉(zhuǎn)變，鋁酸鹽水泥的長期強度會降低。因此鋁酸鹽水泥不能用于長期承重結(jié)構(gòu)。6.鋁酸鹽水泥在使用時的注意事項(1)鋁酸鹽水泥配制的混凝土不能蒸汽養(yǎng)護， 也不宜在高溫季節(jié)施工。 這是因為鋁酸鹽水泥最適宜的硬化溫度在15左右，一般不得超過25。如果溫度過高，水化產(chǎn)物水化鋁酸一鈣和水化鋁酸二鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樗X酸三鈣，水泥石內(nèi)析出游離水，孔隙率大大增加，強度顯著降低。 否則會引起“閃凝”，無法施工，強度也大大降低；也不得與未硬化的硅酸鹽水泥水泥混凝土接觸使用。 前面所述的各種水泥在硬化過程中，均產(chǎn)生一定程度的收縮，造成裂縫，抗?jié)B性和抗侵蝕性下降。而膨脹水泥和自應(yīng)力水泥在硬化過程中 不但不收縮，反