土木建筑材料 水泥知識點(diǎn)總結(jié)大全

第三章水泥（cement）（1756?1824）水泥是一種水硬性膠凝材料，它不僅可以在空氣中硬化，而且能長期在水中繼續(xù)硬化，使強(qiáng)度不斷地增長，其硬化期可達(dá)數(shù)年，這與上一講介紹的氣硬性膠凝材料石灰、石膏等是大不相同的。目前世界水泥的年產(chǎn)量22億多噸，發(fā)達(dá)國家的水泥產(chǎn)量均400公斤左右，我國1987年產(chǎn)量1億噸，90年代初（92年）為2.4億噸，94年底達(dá)4億噸，為世界首位，2003.01達(dá)7億噸，2004.10達(dá)8億噸，2007年底12億噸，高能耗，高投入，高污染。（低效應(yīng)，低產(chǎn)出、低質(zhì)量）我國目前有近8000多家水泥生產(chǎn)廠家，其中75%為中小型廠家，在能耗，污染方面存在著嚴(yán)重問題，急待解決。（國家建材局，環(huán)保局出臺(tái)政策要求5萬噸以下的廠關(guān)閉！凝石）自以（1756年）發(fā)明水泥（到1824年正式出產(chǎn)品）以來，隨著歲月推移和科學(xué)的發(fā)展，水泥已改變了原來的模樣：（1）論顏色：已從單純的灰色發(fā)展到五光十色，白色水泥、彩色水泥、變色水泥等；（2）論強(qiáng)度：已從10?20MPa發(fā)展到常見40、50、60一直到100MPa以上；（3）論韌性：英國人的超微密無破損水泥（M?D.F）可以用做彈簧材料；（4）論柔性：可以用來做雕塑（橡皮泥）（5）論凝結(jié)：從幾個(gè)小時(shí)發(fā)展到，如燭淚一樣，一滴便凝的速凝水泥；（6）論品種：從單一品種到世界各國的水泥已達(dá)200多種，我國就有80多種常生產(chǎn)的有20多種（如快硬、油井、中低熱、抗硫酸鹽，高鋁和膨脹水泥等）可以滿足工業(yè)、交通，水利和國防等方面的特殊需要。帝水泥按用途可分為通用水泥、專用水泥和特性水泥。通用水泥硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合水泥帝專用水泥砌筑水泥道路水泥油井水泥特性水泥快硬水泥白色水泥膨脹水泥抗硫酸鹽水泥中熱水泥自應(yīng)力水泥盡管水泥的品種很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸鹽水泥。所以，在學(xué)習(xí)這一章的內(nèi)容時(shí)，以硅酸鹽水泥的內(nèi)容為基礎(chǔ)，主要學(xué)習(xí)硅酸鹽水泥的組成、技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用等知識。在此基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)其它摻混合材料的硅酸鹽水泥等內(nèi)容。定義：根據(jù)GB175-2007《通用水泥》GB175-1956GB175-1962第一次修訂GB175-1977第二次修訂GB175-1985第三次修訂GB175-1992第四次修訂GB175-1999第五次修訂GB175-2007第六次修訂其定義是這樣的：一凡以適當(dāng)成分的生料，燒至部分熔融，得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料，加入0?5%的石灰石或?；郀t渣，適量的石膏，磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。一、硅酸鹽水泥的生產(chǎn)過程及礦物成分：（一）生產(chǎn)原料及生產(chǎn)過程：膠凝材料的發(fā)展天然膠凝材料（粘土）氣硬性（石灰）水泥1800年比利時(shí)、法、英、意大利發(fā)現(xiàn)含粘土20?40%的石灰石水硬性個(gè)個(gè)個(gè)1756年JohnSmeaton含粘土的石灰石f石灰：強(qiáng)度個(gè)耐水性個(gè)1810?1818年，有人外摻粘土30%+石灰石70%共磨細(xì)，得到品質(zhì)一樣的“水泥”。1822年英國人Frost,將半熔化或熔化物結(jié)塊的料經(jīng)粉碎的粉料水硬性ttt1824年，JosephAspdin以粘土與石灰石配料燒結(jié)，fPortlandcement1?原料：（1）石灰質(zhì)原料：（石灰石，白堊石等）主要提供CaO有石灰石白堊，石灰質(zhì)凝灰?guī)r等（2）粘土質(zhì)原料：主要提供求SiO2、Al2O3及少量Fe2O3可用粘土、黃土、頁巖等（3）輔助性礦物:調(diào)節(jié)氧化物的不足，以使各氧化物含量達(dá)到一定要求；（強(qiáng)度）當(dāng)硅不足時(shí)，則需添加砂巖；（快硬早強(qiáng)）當(dāng)含鋁不足時(shí)，則需添加礬土；（抗拉有利）粘土中鐵含量不足時(shí)，需要加入鐵礦粉（黃鐵礦渣）；（4）礦化劑：（助熔劑）改善煅燒條件主要作用是：A.促進(jìn)固相反應(yīng)B.降低液相粘度和液相生成溫度，加速熟料形成C.降低游離氧化鈣。（它能加速結(jié)晶化合物的形成，使水泥熟料易燒的少量外加物）如螢石、石膏、硫酸亞鐵、氟化鋁，氟化鋇，氟硅酸鈉等。2．生產(chǎn)過程：概括為：“兩磨一燒”——關(guān)鍵是一燒石灰石粘土輔助性礦物礦化劑按比例磨細(xì)生料煅燒1450°孰料加入（2?5%）石膏及石

灰石、?；郀t礦渣磨細(xì)水泥生料制備：有兩種方法：a.干法：先把原料烘干，再在磨機(jī)中磨成生料粉；b.濕法：把原料加水在磨機(jī)中磨成生料漿。特點(diǎn)：干法經(jīng)濟(jì)，節(jié)能，但污染大，均勻性差，應(yīng)釆取措施防塵，現(xiàn)均化技術(shù)得到改善。濕法能耗大配料均勻，較干凈。（耀縣水泥廠每年排塵幾萬噸，相當(dāng)于小型水泥廠的年產(chǎn)量）煅燒過程：A.煅燒設(shè)備立窯（中小型廠）：中心常有不均勻現(xiàn)象,但設(shè)備投資少旋轉(zhuǎn)窯（大型廠）：生產(chǎn)的水泥質(zhì)量穩(wěn)定,但設(shè)備投資大.料卡研降調(diào)節(jié)器口玉氣出口?泠卻區(qū)生料被預(yù)熱1100C④熟料制成該過程是關(guān)鍵，必須有足夠長的時(shí)間,以提高水泥質(zhì)量，但過長又使窯結(jié)塊,便fCaO蔘加反應(yīng)，而增加能耗.Pag6.17窯外分解2熟料燒成??生料水分逐漸蒸發(fā)而F燥料卡研降調(diào)節(jié)器口玉氣出口?泠卻區(qū)生料被預(yù)熱1100C④熟料制成該過程是關(guān)鍵，必須有足夠長的時(shí)間,以提高水泥質(zhì)量，但過長又使窯結(jié)塊,便fCaO蔘加反應(yīng)，而增加能耗.Pag6.17窯外分解2熟料燒成??生料水分逐漸蒸發(fā)而F燥石灰石+爐體外殼耐:火磚層空氣入口傳動(dòng)裝置空氣A口蓋嫖形爐柵二）將燒成的熟料經(jīng)迅速冷卻，即得到水泥熟料塊.⑤制成：在熟料中加入0?5%石灰石，?；郀t礦渣及2?5%的天然石膏共同磨細(xì)即得硅酸鹽水泥。按照摻入混合料的多少：硅酸鹽水泥P?1（石灰石，?；郀t礦渣）混合材料含量為0%。P?II（石灰石，?；郀t礦渣）混合材料含量為＜5%礦物成分1.種類：從水泥生產(chǎn)過程可知，水泥的礦物成分主要有四種（有少量石膏）：CS、CS、CS32硅酸鹽礦物（75?82%）（1）硅酸三鈣3CaO?SiO2（2）硅酸二鈣2CaO?SiO2（3）鋁酸三鈣3CaO?AI2O3C3A、C4AF熔劑礦物（18?25%）簡寫C3S占37?60%簡寫C2S占15?37%簡寫C3A占7?15%礦物成分時(shí)間(d町s)水化熱(Heatofhydration礦物成分時(shí)間(d町s)水化熱(Heatofhydration)卡/克cal/gC3S10120C2S10060C3A6525C4AF50100(2)各礦物RC隨時(shí)間的變化情況:(4)鐵鋁酸四鈣4CaO^Al2O3^Fe2O3簡寫C4AF占10?18%2．各礦物遇水表現(xiàn)出的特性:(l)portlandcement主要礦物80%完成水化需要的時(shí)間o(水化速度)604020(MIN)W?田據(jù)CAF4凝結(jié)硬化速度28天水泥熱強(qiáng)度初期低、后期高初期快、低抗侵蝕抗凍較大②?、鄞螈僮钚、茌^強(qiáng)較強(qiáng)較強(qiáng)較強(qiáng)強(qiáng)度初期低、后期高初期快、低抗侵蝕抗凍較大②小③大①最?、茌^強(qiáng)較強(qiáng)較強(qiáng)較強(qiáng)4)水泥礦物對水泥性能的影響很明顯，當(dāng)組成水泥的主要礦物各自的數(shù)量或之間比例變化時(shí)，必定造成水泥性質(zhì)發(fā)生變化。提高C3S及c3a的含量，可得到早強(qiáng)高強(qiáng)水泥。降低C3A及C3S的含量，提高C2S的含量，可得到低熱水泥。提高C4AF的含量，可提高水泥的抗拉性能、耐磨性，減小收縮。4【Note】除了以上四種主要礦物外，水泥中還有：①M(fèi)gO有害成份規(guī)定W5.0%T(W6.0%)②SO3<3.5%有害成份摻入石膏帶來T(4.0%)③CaO煅燒溫度、時(shí)間fCO反應(yīng)不完全W1?2%a堿分（K20、Na2O）應(yīng)限制（當(dāng)混凝土骨料中含有活性氧化硅時(shí)，可能引起堿骨料反應(yīng)）二、硅酸鹽水泥的水化及凝結(jié)與硬化兩磨一燒--C3S水化硅酸鈣凝膠體C2S水化鐵酸鈣凝膠體C3A水化鋁酸鈣晶體CAF4水化硫鋁酸鈣氫氧化鈣+水=水泥漿體（一）硅酸鹽水泥的水化：水泥顆粒一與水接觸，表面的水泥顆粒率先與水發(fā)生水化作用，形成水化物，并放出熱量，但就水泥礦物成分而言，C3S與比例最大，而且反應(yīng)較快，c3a的含量雖小，但反應(yīng)也較快，故當(dāng)水與水泥顆粒接觸后，C3S的水化反應(yīng)在表面上又先了一步。2（3CaO?SiO2）+6H2O今3CaO?2SiO2?3H2O+3Ca（OH）2水化硅酸鈣氫氧化鈣2（2CaO?SiO2）+4H2O今3CaO?2SiO2?3H2O+Ca（OH）2水化硅酸鈣氫氧化鈣3CaO?AI2O3+6H2O今3CaO?AI2O3?6H2O水化鋁酸鈣4CaO^AIO3^Fe2O3+7H2OSCaCAd^oH^OK0水化鋁酸鈣水化鐵酸鈣3（CaSO4?2H2O）+3CaO?AI2O3?6H2O+19H2O3CaO?AlO?SCaSO?31H02342水化硫鋁酸鈣（鈣磯石AFt,體積膨脹1?5倍）★水泥漿在空氣中，表層水化產(chǎn)物氫氧化鈣還會(huì)與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣，稱碳化作用。最后，忽略次要成分外，硅酸鹽水泥與水作用生成的水化產(chǎn)物主要有：有膠結(jié)能力水化產(chǎn)物無膠結(jié)能力凝膠體晶體水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣（六方晶體）（立方晶體）（針狀晶體）在完全水化的水泥中，水化硅酸鈣約占70%,Ca（OH）2約占20%。水化硫鋁酸鈣占7%。（二）硅酸鹽水泥的凝結(jié)硬化過程壬（雷?查特理Lechatelier）對硅酸鹽水泥的凝結(jié)過程自1882年，雷?查特理首先提出凝結(jié)硬化理論以來，至今人們還在繼續(xù)研究，現(xiàn)就目前的看法作以介紹。1?宏觀上：水泥水泥漿開始失塑完全失塑強(qiáng)度增長初凝時(shí)間終凝時(shí)間水泥加水拌和，未水化的水泥顆粒分散在水中，成為水泥漿體。2?微觀上水泥與水接觸顆粒溶解（擴(kuò)散）飽和過飽和晶體（膠粒）析出（1）水泥顆粒的表面在遇水后事先發(fā)生反應(yīng)，形成相應(yīng)的水化物，一種說法是表面熟料顆粒先溶了水，再與水反應(yīng)，另一種說法是表面熟料顆粒在固相與水直接反應(yīng)。（2）在顆粒表面生成的反應(yīng)物，溶于水，便要向水中擴(kuò)散，但由于各水化產(chǎn)物的溶解度很小，水化物的生成速度+V+V大于水化物向溶液中的擴(kuò)散速度，在幾秒種到幾分鐘的很短時(shí)間內(nèi)，水泥顆粒周圍的液相中，氫氧化鈣、石膏、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣等的濃度，趨于飽和或過飽和狀態(tài)，因而從液相中析出，包圍在水泥顆粒表面，其中氫氧化鈣，水化硫鋁酸鈣，水化鋁酸鈣以晶體析出，而水化硅酸鈣微粒是大小為1?100nm的微粒，該微粒分散在介質(zhì)水中形成溶膠，粒子表面能較大，膠體凝聚形成凝膠，水泥水化物中有晶體和凝膠體。如何理解硅酸鹽水泥的凝結(jié)與硬化呢？3.水泥石的組成部分：未水化水泥內(nèi)核晶體（水泥早期強(qiáng)度之決定因素）凝膠體（后期強(qiáng)度的決定因素）毛細(xì)孔（水、空氣）氫氧化鈣飽和溶液（優(yōu)缺點(diǎn)）▲▲▲一般認(rèn)為：水化硅酸鈣凝膠對水泥強(qiáng)度起決定性作用。例題膠孔比假定水泥水化反應(yīng)前后水泥漿的總體積不變，由圖知：凝膠體體積凝膠體體積+毛細(xì)孔體由圖知：凝膠體體積凝膠體體積+毛細(xì)孔體1）完全水化水泥體積：華）acV=a-v=_cPc2）生成的凝膠體數(shù)量為：V=2.06ac凝膠pc3）由圖的幾何尺寸得到：acV凝膠V+VV凝膠V+V凝膠毛細(xì)2.06acPcacw+P0.6571w+*一ac（4）強(qiáng)度與膠孔比的關(guān)系：f=A?xn對硅酸鹽水泥A=237.0n=3V=0毛細(xì)x=1V=0毛細(xì)x=1.0maxR二237.0MPamax5）當(dāng)時(shí)此時(shí)5.各種熟料在水泥石強(qiáng)度發(fā)展過程中所起作用大致如下：C3S在最初四周內(nèi)對水泥石的強(qiáng)度發(fā)展起決定性作用。C2S在最初四周之后，才發(fā)揮其強(qiáng)度作用，經(jīng)一年，與C3S對水泥石強(qiáng)度發(fā)揮同等的作用。C3A在1?3天或稍長的時(shí)間內(nèi)對水泥石強(qiáng)度起有益作用，以后可能使水泥石強(qiáng)度降低。（三）影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素：影響水泥凝結(jié)硬化的主要因素有：水泥的種類和細(xì)度、石膏摻合料、齡期、溫度和濕度等。1.石膏對水泥凝結(jié)硬化的影響：加入適當(dāng)石膏（占水泥重的3?5%）能改善水泥性能提高強(qiáng)度，降低收縮性，改善抗凍耐蝕和抗?jié)B性。2?硬化齡期對強(qiáng)度的影響〔當(dāng)t1Vt2時(shí)，有f（t］）Vf（t2），但ff也）＞廠（t2）〕3.環(huán)境的濕度和溫度對強(qiáng)度的影響4.受潮的水泥產(chǎn)生結(jié)塊影響強(qiáng)度的發(fā)展?！鴱亩鴮?chǔ)存過久的水泥在使用前應(yīng)重新檢驗(yàn)其強(qiáng)度。（一）密度（比重）與堆積密度（松散容重）：1?密度：一般在3?1?3?2g/cm3,貯存過久，密度會(huì)降低。2?堆積密度：一般在松散0?9?1?3之間，緊密達(dá)1.4-1?7g/cm3。一般在0.9?1.7之間，可取1.3g/cm3。定義：水泥的細(xì)度指水泥的磨細(xì)程度或分散度。細(xì)度決定了水泥與水接觸的表面積。從而影響水泥的水化和凝結(jié)速度和性質(zhì)。表3?1水泥的細(xì)度和性質(zhì)細(xì)度與水接觸的表面積凝結(jié)和硬化速度性質(zhì)<40卩大高強(qiáng)度高過細(xì)很大很高成本高D>100卩小很低低▲水泥細(xì)度是否越細(xì)越好？優(yōu)點(diǎn)：（1）水化反應(yīng)快而徹底，從而強(qiáng)度在早期及后期都發(fā)展較快，強(qiáng)度較高。缺點(diǎn):（2）在空氣中硬化時(shí)，因水分需要量較多，故產(chǎn)生較大的收縮。（3）顆粒愈細(xì)，粉磨時(shí)消耗的能量較大，成本也就高。國家標(biāo)準(zhǔn)GB175中對水泥細(xì)度有統(tǒng)一規(guī)定，由生產(chǎn)廠家白己控制。細(xì)度方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T1345-2005▲在用篩析法測水泥細(xì)度時(shí)，國家標(biāo)準(zhǔn)是這樣規(guī)定的，在0.08mm方孔篩（4900孔/cm2）上的篩余量，不得超過一定量（篩余百分?jǐn)?shù)W10%）。[note]：篩析法不能說明水泥粗細(xì)顆粒粗細(xì)的實(shí)際的情況，如0?07mm和0.04mm都可過篩，但粗細(xì)卻不同。硅酸鹽水泥的細(xì)度用比表面積表示按照GB/T8074—2008方法來測定水泥的比表面積，（即單位重量水泥顆粒的總表面積m2/kg）測試顆粒粒徑分布情況，測量一定量空氣通過水泥石時(shí)，流速變化（比表面積測定儀的原理）。?按照GB175-2007的規(guī)定來評定?具體指標(biāo)：比表面積＞300m^kg用透氣法比表積儀測定時(shí)，硅酸鹽水泥的比表面積通常為250?350m2/kg（三）標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量（實(shí)驗(yàn)條件）GB/T1346－2001由于加水量的多少，影響水泥的安定性、凝結(jié)時(shí)間的測定，故在測定凝結(jié)時(shí)間及安定性時(shí)，應(yīng)采用“標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量”下的“標(biāo)準(zhǔn)”水泥凈漿來進(jìn)行試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)稠度（標(biāo)準(zhǔn)稠度儀及維卡儀）試錐下沉深度為28±2mm時(shí)的稠度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量P（%）按一定的方法將水泥調(diào)制成具有標(biāo)準(zhǔn)稠度的凈漿所需的水量。卩％=水量mLF水泥500g。對硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量一般在23?31%之間。＞標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測試方法有：不變（固定）水量法和調(diào)整水量法兩種。初學(xué)者多用前者，有爭議時(shí)以后者為準(zhǔn)。＞固定水量法采用以下方法配制標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿不變（固定）水量法稱取500g水泥加入142?5mL水測量沉入度S經(jīng)驗(yàn)公式：P%=33.4-0?185S概念從水泥加水拌和起至標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間口標(biāo)準(zhǔn)要求《45min國產(chǎn)水泥一般為1-3h口實(shí)驗(yàn)測試時(shí)以試針距底板4土1mm為準(zhǔn)?？诠こ桃饬x水泥的初凝時(shí)間不宜過早，以便施工時(shí)有充分的時(shí)間攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑等操作?？诟拍顝乃嗉铀韬推鹬了鄡魸{完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間?？跇?biāo)準(zhǔn)要求＞390min國產(chǎn)水泥一般為5-6h口實(shí)驗(yàn)測試時(shí)以試針下沉0.5mm為準(zhǔn)。口工程意義終凝時(shí)間不宜過遲，以便施工完畢后更快硬化，達(dá)到一定的強(qiáng)度，以利于下一步施工工藝的進(jìn)行口異常情況閃凝、急凝一無石膏假凝一溫度過高、石膏緩凝一溫度過低、有機(jī)質(zhì)

▲影響凝結(jié)時(shí)間的因素較多：（1）熟料中C3A的含量高，石膏摻量不足，使水泥產(chǎn)生快硬；（2）水泥的細(xì)度越細(xì),水化作用愈快，凝結(jié)愈快；（3）水灰比愈小，凝結(jié)溫度愈高，凝結(jié)愈快；（4）混合材摻量大，顆粒過粗等都會(huì)使水泥凝結(jié)緩慢。（五）體積安定性GB/T1346－2001★定義：指水泥硬化過程中體積變化小且均勻的性能?！矬w積安定性不良：水泥硬化后產(chǎn)生不均勻的體積變化（裂紋后彎曲）；使建筑質(zhì)量下降,甚至引起嚴(yán)重的建筑事故。正常的體積變化（1）物理收縮:（水分蒸發(fā)）微小的（2）化學(xué)收縮：CaO+H2O=Ca（OH）2V=16.77+1833.1834.77＞33.18相對縮小即氧化鈣在正常的硬化下，體積收縮了約5%.不正常的體積變化引起安定性不良的原因①過量游離CaO②過量游離MgO③過量石膏帶進(jìn)的SO3它們都是在水泥凝結(jié)硬化后，（由于水泥石內(nèi)部還有毛細(xì)水或孔隙水的存在,）才開始水化，產(chǎn)生體積的膨脹，破壞了已硬化的水泥石結(jié)構(gòu)，造成安定性不良。fCaO+H2O=Ca（OH）216.7733.18可見Ca（OH）2的體積是原來fCaO體積的2倍。水泥生產(chǎn)過程中，為什么溫度要達(dá)到1450°C，同時(shí)還要足夠長?===水泥生產(chǎn)過禾呈中，3C===水泥生產(chǎn)過禾呈中，3C曰O-SiO之<>對體積安定性的檢驗(yàn)：（1）fCaO采用試餅法及雷氏夾（沸煮4h）觀察；（2）fMgO釆用蒸壓法；＜5%（試驗(yàn)6%（3）fSO3浸水法、冷餅法；＜3?5（試驗(yàn)4%）★★安定性不良的水泥為不合格品！口煮沸法一加速試驗(yàn)法口測量體積安定性的兩種方法：試餅法觀察水泥凈試餅在沸煮后的外形變化雷氏夾法測量水泥圓柱體沸煮后的膨脹值（六）強(qiáng)度等級GB/T17671－19991.水泥強(qiáng)度的概念口水泥強(qiáng)度的表示方法是人為規(guī)定的，即在釆用統(tǒng)一的方法、儀器及養(yǎng)護(hù)條件下測得的水泥膠砂強(qiáng)度（抗折抗壓）作為水泥強(qiáng)度。其是表征水泥力學(xué)性能的重要指標(biāo)。影響強(qiáng)度的因素主要有水泥的礦物組成、水泥細(xì)度等。2.強(qiáng)度試驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)