第五講-水泥要點(diǎn)課件

1第五講水泥蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院水硬性膠凝材料，建筑工程中用量最大的建筑材料之一。2第五章水泥5.1常用水泥5.2其它品種水泥35.1常用水泥

硅酸鹽水泥熟料，規(guī)定的混合材料適量石膏磨細(xì)制成通用硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）。4

硅酸鹽水泥不摻混合材料的稱Ⅰ型硅酸鹽水泥，代號(hào)Ｐ·Ⅰ；熟料粉磨時(shí)摻加不超過(guò)質(zhì)量５％石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱Ⅱ型硅酸鹽水泥，代號(hào)Ｐ·Ⅱ。普通硅酸鹽水泥Ｐ·Ｏ礦渣硅酸鹽水泥Ｐ·Ｓ·A和Ｐ·Ｓ·B火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥Ｐ·Ｐ粉煤灰硅酸鹽水泥Ｐ·Ｆ復(fù)合硅酸鹽水泥Ｐ·Ｃ

通用硅酸鹽水泥分類(GB175-2007)：5１.硅酸鹽水泥生產(chǎn)原料１）石灰質(zhì)原料主要提供ＣａＯ，２）粘土質(zhì)原料主要提供Ａｌ２Ｏ３

以及Ｆｅ２Ｏ３。3）校正原料補(bǔ)充兩種原料中所缺少的鐵。5.1.1常用水泥的生產(chǎn)6789101)原材料按比例配合,磨成生料；2)生料入窯煅燒，至１４５０℃左右生成“熟料”(硅酸鈣)；3)加入質(zhì)量３％左右的石膏(調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)速度)共同磨細(xì)，即為硅酸鹽水泥。兩磨一燒２.生產(chǎn)工藝概述11１．硅酸鹽水泥的主要礦物組成硅酸三鈣３ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡(jiǎn)式為Ｃ３Ｓ，硅酸二鈣２ＣａＯ·ＳｉＯ２，簡(jiǎn)式為Ｃ２Ｓ，鋁酸三鈣３ＣａＯ·Ａ１２Ｏ３，簡(jiǎn)式為Ｃ３Ａ，鐵鋁酸四鈣４ＣａＯ·Ａｌ２Ｏ３，·Ｆｅ２Ｏ３，簡(jiǎn)式為Ｃ４ＡＦ，5.1.2常用水泥的特性12

１）反應(yīng)速度Ｃ３Ａ最快，Ｃ３Ｓ較快，Ｃ４ＡＦ也較快，Ｃ２Ｓ最慢；２）釋熱量Ｃ３Ａ最大，Ｃ３Ｓ較大，Ｃ４ＡＦ居中，Ｃ２Ｓ最?。?/p>

2．硅酸鹽水泥各礦物組成性能比較13４）耐化學(xué)侵蝕性Ｃ４ＡＦ最優(yōu)，其次為Ｃ２Ｓ、Ｃ３Ｓ，Ｃ３Ａ最差；５）干縮性Ｃ４ＡＦ和Ｃ２Ｓ最小，Ｃ３Ｓ居中，Ｃ３Ａ最大。

３）強(qiáng)度Ｃ３Ｓ最高，Ｃ２Ｓ早期低，但后期增長(zhǎng)率較大。故Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ為水泥強(qiáng)度主要來(lái)源。Ｃ３Ａ強(qiáng)度不高，Ｃ４ＡＦ含量對(duì)抗折強(qiáng)度有利；14

獲得抗折強(qiáng)度較高的水泥，如道路水泥。３．礦物組成對(duì)水泥性能的影響改變熟料的比例，水泥性質(zhì)即發(fā)生變化。例如：制的高強(qiáng)水泥Ｃ３ＳC2SC3A和C3S制的低熱水泥，如大壩用水泥;C4AF15

（１）硅酸鹽水泥的水化水泥顆粒與水接觸，水泥熟料礦物即與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物并放出一定熱量4．硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化16２）硅酸二鈣1）硅酸三鈣2(3Ca0·Si02)

+

6H20===3Ca0·2Si02·3H20

+

3Ca(OH)2

硅酸三鈣

水化硅酸鈣

氫氧化鈣2（2Ca0·Si02）+4H20===3Ca0·2Si02·3H20

+

Ca(OH)2

硅酸二鈣

水化硅酸鈣不溶于水,以膠體微粒析出,并逐漸凝聚成凝膠體

(C-S-H凝膠

);氫氧化鈣在溶液中的濃度很快達(dá)到飽和,呈六方晶體析出

17４）鐵鋁酸四鈣３）鋁酸三鈣3CaO·Al203

+

6H20===3Ca0·Al203·6H20

鋁酸三鈣

水化鋁酸三鈣4Ca0·Al203·Fe203

+

7H20===3Ca0·Al203·6H20

+

CaO·Fe203

·H20

鐵鋁酸四鈣

水化鐵酸-鈣水化鋁酸鈣為立方晶體,在氫氧化鈣飽和溶液中,與氫氧化鈣進(jìn)一步反應(yīng),生成六方晶體的水化鋁酸四鈣。18C3A水化極快，使水泥瞬凝，石膏會(huì)與水化鋁酸三鈣反應(yīng)生成針狀的鈣礬石。鈣礬石難溶于水，形成一層保護(hù)膜覆蓋在水泥顆粒的表面，阻礙了C3A的水化，阻止水泥顆粒表面水化產(chǎn)物的向外擴(kuò)散，降低水泥的水化速度，延緩了水泥的初凝時(shí)間。4CaO·Al2O3·13H2O＋3（CaSO4·2H2O）+14H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca（OH）219石膏消耗完,部分鈣礬石將轉(zhuǎn)變?yōu)閱瘟蛐退蜾X酸鈣

(3Ca0·

Al203

·

CaS04

·

12H20)晶體。2（3CaO·Al2O3）＋3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O＋4H2O=3(3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O)鈣礬石覆蓋層被水化物的積聚物脹破，鋁酸三鈣再次快速水化，水泥顆粒間相互靠近，連接形成骨架。水泥漿的塑性消失，直到終凝。20水化物填充和加固水泥漿結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙---凝結(jié)產(chǎn)生強(qiáng)度，逐漸變硬---硬化鈣礬石生成結(jié)晶體時(shí)體積大大膨脹。因此，加入石膏數(shù)量不可過(guò)多，以免產(chǎn)生體積變化不均勻。尤其是形成水泥構(gòu)件后，還繼續(xù)水化，其危害更大。

21（２）硅酸鹽水泥的凝結(jié)和硬化第Ⅰ階段為初始反應(yīng)期（誘導(dǎo)前期）第Ⅱ階段為潛伏期（誘導(dǎo)期）第Ⅲ階段為凝結(jié)期（凝結(jié)期）第Ⅳ階段為硬化期（硬化期）22水泥水化放熱曲線235.1.3影響常用水泥性能的主要因素１）水泥組成成分的影響２）水泥細(xì)度的影響３）溫度與濕度的影響４）水泥強(qiáng)度與齡期的關(guān)系5）拌和用水量的影響6）貯存條件的影響

245.1.4常用水泥的選用

各類建筑工程，針對(duì)其工程性質(zhì)、結(jié)構(gòu)部位、施工要求和使用環(huán)境條件等，進(jìn)行選用。255.1.5常用水泥的技術(shù)性質(zhì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)１.技術(shù)性質(zhì)１）化學(xué)性質(zhì)控制水泥中有害的化學(xué)成分含量，（１）氧化鎂含量（２）三氧化硫含量（３）燒失量（４）不溶物

(5)氯離子（6）堿含量（選擇性指標(biāo)）26２）物理力學(xué)性質(zhì)（１）細(xì)度（選擇性指標(biāo)）

細(xì)度是指水泥顆粒粗細(xì)的程度。水泥越細(xì)，反應(yīng)的面積越大，水化速度越快，反應(yīng)較完全。細(xì)度提高，水泥混凝土的強(qiáng)度提高，工作性改善。細(xì)度提高，硬化收縮大，發(fā)生裂縫的可能性增加。因此，對(duì)水泥細(xì)度必須予以合理控制。

27（２）水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度水泥凝結(jié)時(shí)間和安定性的測(cè)定必須采用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿。我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定，水泥凈漿稠度是采用標(biāo)準(zhǔn)維卡儀測(cè)定的，以試桿沉入凈漿距底板６ｍｍ±１ｍｍ時(shí)的稠度為“標(biāo)準(zhǔn)稠度”，此時(shí)的用水量為標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

水泥凈漿試驗(yàn)機(jī)28（３）凝結(jié)時(shí)間初凝時(shí)間:水泥加水到開始失去塑性的時(shí)間；終凝時(shí)間:水泥加水到完全失去塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)間。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)規(guī)定，硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不得早于４５ｍｉｎ；終凝時(shí)間不得遲于３９０ｍｉｎ。普通硅酸鹽水泥初凝時(shí)間不得早于４５ｍｉｎ，終凝時(shí)間不得遲于１０ｈ。

29水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度及凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀30（４）體積安定性（煮沸法合格）

水泥硬化后體積變化的均勻性稱為水泥體積安定性。凝結(jié)硬化過(guò)程中體積變化，對(duì)建筑物的質(zhì)量沒有影響。水泥硬化后----不均勻的體積變化---膨脹裂縫----嚴(yán)重事故。(水泥體積安定性不良)原因：游離氧化鈣、游離氧化鎂、石膏過(guò)多。31FZ－31A型全不銹鋼沸煮箱

32（５）強(qiáng)度《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（簡(jiǎn)稱ＩＳＯ法)規(guī)定:

１∶３的水泥和標(biāo)準(zhǔn)砂０.５的水灰比，制成４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍ標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，達(dá)到規(guī)定齡期（３ｄ，７ｄ，２８ｄ）時(shí)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低強(qiáng)度值來(lái)確定其強(qiáng)度等級(jí)。33水泥膠砂試驗(yàn)34合格品：化學(xué)指標(biāo)、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度均符合規(guī)定。不合格品:上述任何一項(xiàng)不符合規(guī)定35２．硅酸鹽水泥石的腐蝕和防止１.水泥石的腐蝕

１）淡水侵蝕氫氧化鈣溶析

36２）硫酸鹽的侵蝕4CaO·AI203·13H20+3CaS04+20H20=3Ca0·A1203.3CaS04

·32H20+Ca(OH)2３）鎂鹽侵蝕MgSO4+Ca(OH)2

+2H20===CaSO4·2H20+Mg(OH)2MgC12+Ca(OH)2===CaC12+Mg(OH)237

４）碳酸侵蝕Ca(OH)2+CO2+H2O===

CaC03+2H20CaC03+CO2

+H2O====Ca(HC03)25)一般酸的腐蝕2HCl+Ca(OH)2===CaCl2+2H20H2SO4+Ca(OH)2====CaSO4.·2H2O氫氧化鈣---化學(xué)作用—生成的化合物,易溶于水,或體積膨脹,在水泥石內(nèi)造成內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致破壞

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6)強(qiáng)堿的腐蝕

鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強(qiáng)堿

(如氫氧化鈉)作用后也會(huì)破壞

3CaO

·Al203+6NaOH====3Na2O

·Al203

+3Ca(OH)22NaOH+CO2===Na2C03+H20a.生成易溶的鋁酸鈉

b.水泥石浸透氫氧化鈉后在空氣中干燥,生成結(jié)晶沉積的碳酸鈉，使水泥石脹裂

39基本原因

:①水泥石中存在氫氧化鈣和水化鋁酸鈣

;②水泥石有很多毛細(xì)孔通道,侵蝕性介質(zhì)易于進(jìn)入；③腐蝕與通道的相互作用2.腐蝕的防止

１）合理選用水泥品種２）提高水泥石的密實(shí)度３）加做保護(hù)層

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5.2.1高鋁水泥凡以鋁酸鈣為主，氧化鋁含量約５０％的熟料，經(jīng)磨細(xì)而得的水硬性膠凝材料稱為高鋁水泥。又名礬土水泥。工程應(yīng)用特點(diǎn):早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，強(qiáng)度高，用于緊急搶修和早期強(qiáng)度要求高的工程。缺點(diǎn):后期強(qiáng)度倒縮，使用３～５年后高鋁水泥混凝土的強(qiáng)度只有早期強(qiáng)度的一半左右。不宜作結(jié)構(gòu)工程,使用溫度≤３０℃，蒸養(yǎng)≤５０℃，不得與其它水泥混用。5.2其它品種水泥415.2.2膨脹水泥硬化過(guò)程中不產(chǎn)生收縮，而具有一定膨脹性能的水泥。

工程應(yīng)用道橋工程:水泥混凝土路面、機(jī)場(chǎng)道面或橋梁修補(bǔ)混凝土。防止?jié)B漏、修補(bǔ)裂縫及管道接頭等工程。

425.2.3白色和彩色硅酸鹽水泥白色水泥的主要礦物組成仍是硅酸鹽，只是水泥中著色物質(zhì)（氧化鐵、氧化錳、氧化鈦、氧化鉻等）的含量極少。彩色水泥生產(chǎn)方法：（1）生料中混入著色物質(zhì)，燒成彩色熟料再粉磨成彩色水泥；（2）白水泥熟料或硅酸鹽水泥熟料、適量石膏和堿性著色物質(zhì)共同磨細(xì)制成彩色水泥；（3）將干燥狀態(tài)的著色物質(zhì)摻入白色水泥或硅酸鹽水泥中。裝飾工程中，彩色水泥漿、砂漿和混凝土，水磨石、水刷石等。

43補(bǔ)充：道路硅酸鹽水泥１.定義以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分和較多量的鐵鋁酸鈣的硅酸鹽水泥熟料稱為道路硅酸鹽水泥熟料。由道路硅酸鹽水泥熟料，０～１０％活性混合材料和適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為道路硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱道路水泥）。44２.技術(shù)要求１）化學(xué)組成

在道路水泥或熟料中含有下列有害成分必須加以限制：１)氧化鎂含量不得超過(guò)５.０％。２）三氧化硫含量不得超過(guò)３.５％。３）燒失量不得大于３.０％。４）游離氧化鈣含量，旋窯生產(chǎn)不得大于１.０％；立窯生產(chǎn)不得大于１.８％。５）堿含量如用戶提出要求時(shí)，由供需雙方商定。45２）礦物組成（１）鋁酸三鈣含量道路水泥熟料中鋁酸三鈣的含量不得大于５.０％。（２）鐵鋁酸四鈣含量道路水泥熟料中鐵鋁酸四鈣的含量不得小于１６.０％。

鋁酸三鈣（Ｃ３Ａ）和鐵鋁酸四鈣（Ｃ４