膠凝材料――水泥

10教學(xué)內(nèi)容：

3水泥.本章以硅酸鹽水泥為重點(diǎn)，闡述了常用六大品種水泥的組成、特性、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及適用范圍；并概括介紹了其他品種水泥。教學(xué)目的：了解常用〔硅酸鹽〕水泥的生產(chǎn)工藝把握水泥的礦物組成及特性把握常用〔硅酸鹽〕水泥的技術(shù)性質(zhì)和質(zhì)量要求把握影響水泥分散與硬化的因素把握影響分散時(shí)間、強(qiáng)度、體積安定性、水化熱的因素把握引起水泥石腐蝕的緣由及防止措施把握常用水泥品種的特點(diǎn)，能依據(jù)工程要求合理選擇、使用水泥了解其他水泥的特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：常用〔硅酸鹽〕水泥的特性影響常用水泥性能的因素常用〔硅酸鹽〕水泥的選用教學(xué)難點(diǎn)：常用〔硅酸鹽〕水泥的特性影響常用水泥性能的因素常用〔硅酸鹽〕水泥的強(qiáng)度檢驗(yàn)方法及評(píng)定教學(xué)方法：環(huán)境等的關(guān)系；通過(guò)案例教學(xué)使學(xué)生把握依據(jù)工程要求合理選擇、使用水泥方法、思路。參考資料：《土木工程材料》湖南大學(xué)等 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《構(gòu)造工程材料》覃維祖 清華大學(xué)出版社《建筑工程材料》劉祥順 中國(guó)建筑工業(yè)出版社《硅酸鹽水泥、一般硅酸鹽水泥》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)布置：1.P271、2、3、42.補(bǔ)充作業(yè)：1、2、3、4、5、6、7教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：概述定義：水泥，指加水拌和成塑性漿體后，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。水泥的分類按礦物組成：①硅酸鹽水泥②鋁酸鹽水泥③硫鋁酸鹽水泥④鐵鋁酸鹽水泥按用途和性質(zhì)：①通用水泥：硅酸鹽水泥P.Ⅰ0%P.Ⅱ<5%P.OP.S5～15％20～70％火山灰硅酸鹽水泥P.P20～50％復(fù)合硅酸鹽水泥P.FP.C20～40％15～50％②專用水泥：道路水泥、砌筑水泥、油井水泥、大壩水泥…③特種水泥：膨脹水泥、快硬水泥、防輻射水泥、抗硫酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥…硅酸鹽水泥定義P.IP.Ⅱ型。硅酸鹽水泥熟料要成分的產(chǎn)物，簡(jiǎn)稱熟料。原材料CaO；SiO2、Al2O3、Fe2O3。③校正原料：鐵礦粉、硅質(zhì)原料、鋁礬土等。3在球磨機(jī)中研磨至肯定細(xì)度，即得到硅酸鹽水泥。簡(jiǎn)稱“兩磨一燒”：〔1〕按生料的制備方法分：濕法和干法。①濕法是將原料配好后，加水濕磨成含水約35％～40％的生料漿，經(jīng)質(zhì)量高；缺點(diǎn)是能耗大。干法是將原料烘干，配制后研磨成生料粉入窯煅燒。由于干法比濕〔窯外預(yù)分解〕〔2〕按煅燒水泥所用的窯的類型分：回轉(zhuǎn)窯和立窯?，F(xiàn)立窯已經(jīng)被限制使用。(3)煅燒過(guò)程化。1450℃，1300℃，即燒化鈣和硅酸二鈣溶解，硅酸二鈣在液相中吸取氧化鈣形成最重要的硅酸三鈣。這一步是關(guān)鍵，須保持溫度和時(shí)間，否則游離氧化鈣會(huì)影響水泥質(zhì)量。硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及礦物成分的水化反響相構(gòu)造。礦物組成：①硅酸三鈣，C3S;②硅酸二鈣，C2S;③鋁酸三鈣，C3A;④鐵鋁酸四鈣；CaO、MgO、SO3及堿〔K2O，Na2O〕等有害成分。礦物成分的水化反響C2S＋H2O→C-S-H＋Ca(OH)2C3A＋H2O→C3AH6C4AF＋H2O→C3AH6(水化鋁酸鈣)＋CFH(水化鐵酸鈣)反響：3CaO 2HO)CAH 3CaOAlO3CaO31HO4 2 3 6 2 3 4 2水泥水化產(chǎn)物有：水化硅酸鈣70%、水化鐵酸鈣凝膠；氫氧化鈣20%、水化7%晶體。5分散硬化的機(jī)理：①分散定義：水泥加水拌和后，成為可塑的水泥漿，水泥漿漸漸變稠失去塑性，但不具有強(qiáng)度的過(guò)程。②硬化③分散的產(chǎn)生強(qiáng)度。④硬化的產(chǎn)生：隨著水化產(chǎn)物的不斷增加，水泥顆粒之間的毛細(xì)孔不斷被填實(shí)，Ca(OH)2體中，漸漸形成為具有肯定強(qiáng)度的水泥石，從而進(jìn)入硬化階段?！矌讉€(gè)月甚至假設(shè)干年(凝膠和晶體)、未水化的水之轉(zhuǎn)變。影響水泥分散硬化的主要因素①礦物組成化。②石膏作用：〔鈣礬石C3A的水化，掌握了水泥的水化反響速度，延緩了分散。·改善性能：提高早期強(qiáng)度，降低干縮變形，改善耐久性、抗?jié)B性等·激發(fā)劑作用：活性混合材激發(fā)劑。摻量：C3A的含量和3％～5SO3計(jì)不超過(guò)3.％〔礦渣水泥<％。石膏摻量過(guò)高，將使水泥發(fā)生安定性不良。③水泥細(xì)度大，水化反響產(chǎn)物增長(zhǎng)越快，水化熱較多。④環(huán)境溫度、濕度溫度提高→水化反響變快→分散硬化變快，強(qiáng)度增長(zhǎng)快；過(guò)高也不利溫度降低→水化反響變慢→分散硬化變慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)慢。濕度不夠→水化反響慢，甚至停頓。〔保持環(huán)境的溫度和濕度，使水泥石強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)〕⑤時(shí)間－齡期要溫度、濕度適宜，水泥強(qiáng)度的增長(zhǎng)可持續(xù)假設(shè)干年。硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)細(xì)度水泥細(xì)度的重要性：水泥顆粒的粗細(xì)程度對(duì)水泥的使用是至關(guān)重要的。7～200μm，一般認(rèn)為，水泥顆粒在40μm以下，水泥具有較強(qiáng)度和后期強(qiáng)度強(qiáng)度都較高，但收縮也較大，且耗能多、本錢高。水泥的細(xì)度測(cè)試方法：①0.080mm317～350m2/kg。標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量定義：水泥加水調(diào)制到某一規(guī)定稠度的凈漿時(shí)所需拌合用水量。作用：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥的分散時(shí)間和安定性必需使用“標(biāo)準(zhǔn)稠度”的21％～28％。測(cè)定方法：固定用水量法〔P＝33.4-0.185S、調(diào)整用水量法影響因素：①礦物組成：CA，CS3 2②細(xì)度；③混合材料種類及摻量等。分散時(shí)間分散時(shí)間分為初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。45min。過(guò)短影響施工。390min。過(guò)長(zhǎng)影響強(qiáng)度的增長(zhǎng)和后續(xù)工作的開展。假凝：體積安定性定義：水泥體積安定性是水泥硬化后因體積膨脹而產(chǎn)生變形的性能。游離氧化鎂過(guò)多，主要是生成氫氧化鎂產(chǎn)生膨脹，檢測(cè)方法是壓蒸。后兩者出廠化學(xué)分析檢驗(yàn)：MgO<5%，SO<3.5;3強(qiáng)度強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水泥質(zhì)量最重要的指標(biāo)。影響強(qiáng)度的因素：①水泥礦物組成；②細(xì)度；③石膏摻量；④齡期；⑤環(huán)境溫度和濕度；⑥水灰比、試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法等。、52.5R、62.5、62.5R。R〔3〕測(cè)試方法：膠砂尺寸、標(biāo)準(zhǔn)砂、成型－養(yǎng)護(hù)－測(cè)強(qiáng)－數(shù)據(jù)處理水化熱初期。影響因素：主要取決于熟料的礦物組成、水泥細(xì)度。通常強(qiáng)度等級(jí)高，因素，均可以降低早期水化熱。利弊：水化熱對(duì)大體積混凝土工程不利，應(yīng)使用水化熱低的水泥，或削減高早期強(qiáng)度。硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)與應(yīng)用分散硬化快，早期及后期強(qiáng)度均高，適用于有早強(qiáng)要求的工程〔工、預(yù)制、現(xiàn)澆等工程，高強(qiáng)度混凝土工程〔如預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，大壩溢流面部位混凝土?？箖鲂院茫m合水工混凝土和抗凍性要求高的工程。耐腐蝕性差，因水化后氫氧化鈣和水化鋁酸鈣的含量較多。水化熱高，不宜用于大體積混凝土工程。但有利于低溫季節(jié)蓄熱法施工。鋼筋的保護(hù)作用強(qiáng)。適用于空氣中二氧化碳濃度高的環(huán)境。程。耐磨性好，適用于高速大路、道路和地面工程。水泥石的腐蝕定義：水泥是在外界侵蝕性介質(zhì)〔軟水、含酸、含鹽水溶液等〕作用下，〔侵〕通過(guò)水泥石中某些組分〔氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等〕而起到破壞作用的。腐蝕的類型1〕軟水侵蝕〔溶出蝕〕溶蝕，最終使水泥石破壞。溶解性化學(xué)腐蝕①碳酸水的腐蝕：Ca(OH)2

CO2

HOCaCO2

2HO2CaCO3

CO2

HOCa(HCO)2 32②鹽酸等一般酸的腐蝕：2HClCa(OH)2③鎂鹽等的腐蝕：

CaCl2

2HO2MgCl2

Ca(OH)2

CaCl2

Mg(OH)2膨脹性化學(xué)腐蝕HSO2 4

Ca(OH)2

CaSO4

2HO23CaO4

O)3CaOAlO2 2

O3CaOAlO2 2

3CaSO4

31HO2生成的二水石膏在水泥石孔隙中結(jié)晶產(chǎn)生膨脹；水化硫鋁酸鈣，體積膨脹1.5水泥石腐蝕的緣由及防腐蝕措施1〕水泥石腐蝕的緣由①侵蝕性介質(zhì)以液相形式與水泥接觸并具有肯定的濃度和數(shù)量；②水泥石中存在有引起腐蝕的組分氫氧化鈣和水化鋁酸鈣；③水泥中本身構(gòu)造不密實(shí)，有一些可供侵蝕性介質(zhì)滲入的毛細(xì)孔道。2〕防腐蝕的措施①依據(jù)環(huán)境條件合理選擇水泥品種效地減輕侵蝕③在混凝土的外外表加掩蓋層，隔離侵蝕性介質(zhì)與水泥石接觸。摻混合材的硅酸鹽水泥水泥用混合材料度而參加水泥中的人工或自然礦物材料，稱為水泥混合材料。泥產(chǎn)量、降低水泥本錢的目的?；鹕交一钚裕夯旌喜牧夏コ杉?xì)粉并與石灰或石膏混合均勻，用水拌和后，在常溫下可生成具有水硬性的水化物，這稱為混合材料的火山灰活性。2非活性混合材料磨細(xì)石英砂、石灰石、粘土、緩冷礦渣等?；钚曰旌喜牧稀擦蛩猁}或堿性〕的狀況下，能發(fā)生水化反響，生成具有水硬性的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。①主要品種有：粒化高爐礦渣、火山灰質(zhì)、粉煤灰等。A疏松、多孔的?；郀t礦渣，又稱水淬高爐礦渣。其玻璃體含量達(dá)80％以上，B火山渣〔灰、凝灰?guī)r等。還有一些自然材料或工業(yè)廢渣，由于其成分與火山灰(石)等。按化學(xué)成分和活性來(lái)源將火山灰質(zhì)混合材料分為三類：含水硅酸質(zhì)材料：以SiO為主要活性成分，含有結(jié)合水，如硅藻土、2蛋白石和硅質(zhì)渣等。與石灰反響力量強(qiáng)，活性好，但需水量大、干縮大。

AlO

2 23浮石和粉煤灰等?；钚源笮∨c化學(xué)成分、冷卻速度有關(guān)。AlO23煤矸石等．C粉煤灰是火力發(fā)電廠以煤粉作燃料，燃燒后收集起來(lái)的粒徑為1～50μm的極細(xì)灰渣顆粒，呈玻璃態(tài)實(shí)心或空心球狀，由于其主要活性成分為SiO2AlO所以也把粉煤灰劃歸為火山灰質(zhì)混合材料。屬鋁硅玻璃質(zhì)。23，②活性混合材的水化很低。但在Ca(OH)2水化硅酸鈣和水化鋁2

SiO2

的比率、環(huán)境溫度及1，n、ml～2.5。性的水化硫鋁酸鈣；劑。顯加快，強(qiáng)度提高；低溫下，水化速度很慢，故活性混合材料適合高溫養(yǎng)護(hù)。③作用水泥混合材混凝土摻合料3.摻混合材料的硅酸鹽水泥水化特點(diǎn)摻混合材料水泥及混合材料摻量水泥品種摻入混合材品種摻量〔％〕簡(jiǎn)寫礦渣硅酸鹽水泥礦渣20～70P.S火山灰硅酸鹽水泥火山灰20～50P.P粉煤灰硅酸鹽水泥粉煤灰20～40P.F復(fù)合硅酸鹽水泥兩種及兩種以上15～50P.C4泥的性能由于混合材摻量大，有其共性，品種不同又有各自特點(diǎn)。共性分散硬化慢、早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)快—混合材料的二次反響。對(duì)溫度敏感、適合蒸養(yǎng)水化熱低。熟料含量降低耐侵蝕性好。二次反響消耗了易被侵蝕的氫氧化鈣?；鹕交屹|(zhì)中Al2O3抗凍性差、耐磨性差。需水量大，孔隙多抗碳化性差。氫氧化鈣少共性礦渣硅酸鹽水泥：易泌水，耐高溫。火山灰硅酸鹽水泥：需水量大，干縮大，不宜用于枯燥環(huán)境，抗?jié)B性好。粉煤灰硅酸鹽水泥：早期強(qiáng)度很低，需水量小，干縮小，抗裂性好。應(yīng)用以具體的工程實(shí)例在選擇水泥時(shí)要考慮的問(wèn)題分析水泥在土木工程中的應(yīng)用妥當(dāng)運(yùn)輸與儲(chǔ)存等是保證工程質(zhì)量、杜絕質(zhì)量事故的重要措施。①水泥品種的選擇原則依據(jù)使用環(huán)境條件選擇：強(qiáng)侵蝕性介質(zhì)條件：抗硫酸鹽硅酸鹽水泥等。按工程特點(diǎn)：大體積混凝土工程：中低熱水泥、摻混合材水泥有早強(qiáng)要求的工程：硅酸鹽水泥、一般硅酸鹽水泥高溫工程：鋁酸鹽水泥、礦渣水泥搶修工程：快硬硫鋁酸鹽水泥、快硬硅酸鹽水泥、快凝塊硬硅酸鹽水泥按混凝土所處部位選擇水泥品種：硅酸鹽水泥、一般硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥，避開使用火山灰水泥灰水泥、粉煤灰水泥②水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇原則度等級(jí)水泥適宜于、配制低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土或砌筑砂漿。鋁酸鹽水泥的以鋁酸鈣為主要礦物的熟料，經(jīng)磨細(xì)而成的水硬性膠凝材料。1．主要礦物組成的主要來(lái)源。早強(qiáng)高，但后期增長(zhǎng)緩慢二鋁酸一鈣，CA2。其特點(diǎn)是分散硬化慢，后期強(qiáng)度較高，但早期強(qiáng)度卻很低。柱石。水化反響及水化產(chǎn)物〔1〕CACA2CAH10

<20℃CA、CA＋HO CAH 20～30℃2 2 2 83CAH >30℃336水化產(chǎn)物中，CAH36

6屬于立方晶系，常有很多晶體缺陷，故強(qiáng)度較低，因10而鋁酸鹽水泥不宜在高于30℃的條件下養(yǎng)護(hù)。在較低溫度下形成的CAH 和10CAH2

均屬于六方晶系，其晶體呈片狀或針狀，相互穿插攀附，重疊結(jié)合，可形50％〔25％合水呈固相，這也是鋁酸鹽水泥石構(gòu)造致密的緣由之一。鋁酸鹽水泥的技術(shù)性能化學(xué)成分泥的有害成分，故其含量被限制。物理性能0.045mm分散時(shí)間：與硅酸鹽水泥顯著不同。6h1d3d28d鋁酸鹽水泥在高溫下能發(fā)生固相反響，因而具有良好的耐高溫性能，是配制不定性耐火材料的重要膠凝材料。鋁酸鹽水泥在工程中的應(yīng)用特點(diǎn)造成閃凝現(xiàn)象。15℃，25℃。③不得用于受堿腐蝕的工程中。④后期強(qiáng)度下降較大，特別在濕熱條件下下降更為嚴(yán)峻。適用BCE忌用BCD其它品種水泥道路硅酸鹽水泥C3A、CaOC4AF含量。中低熱水泥溫度應(yīng)力裂縫，要求限制水化