普通建筑材料_03水泥

第三章水泥目录基本要求3.1简介3.2硅酸盐水泥3.3掺混合材料的硅酸盐水泥基本要求本章课时：课时5，实验2内容主要介绍水泥的分类、优点及生产。主要介绍硅酸盐水泥及掺加混合料的硅酸盐水泥，包括：定义、组成、水化、凝结与硬化、实验和技术性质、腐蚀与防护、特性和应用。重点6种硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的矿物组成水泥水化、凝结与硬化机理技术性质及测试方法基本要求重点水泥的腐蚀及防护特性应用难点水泥水化、凝结和硬化机理各种水泥的异同点注意事项本章是整个课程的重点联系各种水泥进行学习着重分析它们之间的差异及造成这些差异的原因第三章水泥§3.1简介Back硅酸盐水泥兴起于19世纪。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。它的化学成分复杂，但主要的胶结成分是水化硅酸钙。普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可用于制备砂浆。为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。水泥具有以下优点，因此，在土木工程领域得到广泛的应用。多样性低成本可塑性工艺简单耐久性与钢筋粘结性好水硬性水泥的优点Back水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。通用水泥•硅酸盐水泥•普通硅酸盐水泥•矿渣硅酸盐水泥•火山灰质硅酸盐水泥•粉煤灰硅酸盐水泥•复合水泥专用水泥•砌筑水泥•油井水泥特性水泥•快硬水泥•膨胀水泥•抗硫酸盐水泥•中热水泥水泥按化学成分可分为硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥和硫铝酸盐系水泥等。硅酸盐系水泥一般工程铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥快硬、早强。主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程。早强、膨胀。适用于抢修工程、锚固和地下工程等。Back硅酸盐水泥熟料磨细硅酸盐水泥P.ⅠP.Ⅱ硅酸盐水泥熟料磨细普通硅酸盐水泥P.O硅酸盐水泥熟料磨细矿渣硅酸盐水泥P.S硅酸盐水泥熟料磨细火山灰质硅酸盐水泥P.P硅酸盐水泥熟料磨细粉煤灰硅酸盐水泥P.F硅酸盐水泥熟料磨细复合硅酸盐水泥P.C尽管水泥的品种很多，但是,工程中90%以上使用的是硅酸盐系水泥。所以，在学习这一章的内容时，以硅酸盐水泥的内容为基础，主要学习硅酸盐水泥的组成、技术性质及应用等知识。在此基础上，再学习其它掺混合材料的硅酸盐水泥等内容。Back硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成硅酸盐水泥的凝结和硬化硅酸盐水泥的技术性质硅酸盐水泥的腐蚀与防护硅酸盐水泥的特性与应用§3.2硅酸盐水泥Back何为硅酸盐水泥？凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏共同磨细制的水硬性胶凝材料。硅酸盐水泥代号P·Ⅰ、P·ⅡP·Ⅰ表示不掺混合材料的硅酸盐水泥P·Ⅱ表示混合材料掺量不超过5%的硅酸盐水泥ClinkerPortlandCementMixingmaterialsGypsumRawmaterialsBack硅酸盐水泥的生产简述及其矿物组成图3.2.1硅酸盐水泥的生产过程GrindingP·ⅡP·ⅠMixingmaterialsLimestoneClayIronorepowderBleedingGrinding1450℃RawmaterialClinkerGypsum硅酸盐水泥的矿物组成及特性硅酸盐水泥的主要矿物组成包括：硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙矿物组成的技术特性见表3.2.1表3.2.1硅酸盐水泥的矿物组成组成化学分子式缩写硅酸三钙3CaO·SiO2C3S硅酸二钙2CaO·SiO2C2S铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF表3.2.2矿物组成性质矿物种类硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙缩写C3SC2SC3AC4AF含量（%）37-6015-377-1510-18水化速度快慢最快快水化热多少最多较多强度高早低后高低低抗腐蚀性好好差极好收缩中较大大小Back水化水化机理石膏调节凝结时间的原理水化产物凝结与硬化何为凝结、硬化？凝结硬化过程影响因素硅酸盐水泥的水化、凝结与硬化Back水化机理水泥颗粒与水接触时，其表面的熟料矿物立即与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。3CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物。2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2水化机理铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量。如果不控制铝酸三钙的反应速度，将产生闪凝现象，水泥将无法正常使用。通常通过在水泥中掺有适量石膏，可以避免上述问题的发生。3CaO·Al2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O水化机理铁铝酸四钙水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶。该水化反应的速度和水化放热量均属中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。为什么石膏用量不能过多？这个问题将通过水泥石腐蚀的学习得到答案。3CaO·Al2O3·6H2O+H2O+CaSO4·2H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O钙矾石石膏调节凝结时间的原理Back水化硅酸钙(70%)氢氧化钙(20%)水化铝酸钙水化铁酸钙水化硫铝酸钙(AFt、AFm)水化产物水泥熟料水化后的主要水化产物有：图3.2.2水化程度与水泥石组成Back何为凝结？水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆体，经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。何为硬化？失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度，并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。水泥的凝结与硬化过程由以下四个过程组成。凝结与硬化Back凝结硬化过程初始反应期初始的溶解和水化，约持续5-10分钟。潜伏期流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长，持续1h凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化，持续6h。多孔的空间网络—凝聚结构形成，失去可塑性凝结期凝胶体填充毛细管，6h-若干年硬化石状体密实空间网硬化期凝结硬化过程Back影响水泥凝结硬化的因素AgeBlendofGypsumHumidityTemperatureTypesFinenessFactors影响水泥凝结硬化的主要因素有：水泥的种类和细度、石膏掺量、龄期、温度和湿度等。图3.2.3影响水泥凝结硬化的因素Back硅酸盐水泥的技术性质细度凝结时间体积安定性强度其他性质Back细度与水接触的表面积凝结和硬化速度性质40μ大高强度高过细很大很高成本高D100μ小低低水泥的细度指水泥的磨细程度或分散度。细度决定了水泥与水接触的表面积，从而影响水泥的水化和凝结速度和性质。表3.2.3水泥的细度和性质细度比表面积硅酸盐水泥的细度用比表面积表示按照GB175-2007的规定硅酸盐水泥的比表面积300m²/kg比表面积可采用比表面积仪测定（图3.2.4）用比表面积测定仪测试颗粒粒径分布情况。测量一定量空气通过水泥石时，流速变化.图3.2.4比表面积测定仪细度Back凝结时间标准稠度及标准稠度用水量凝结时间测定初凝时间终凝时间标准稠度试锥下沉深度为28±2mm时的稠度标准稠度用水量P(%)按一定的方法将水泥调制成具有标准稠度的净浆所需的水量。P%=水量ml/水泥1g*100%。标准稠度用水量测试方法有不变(固定)水量法和调整水量法2种。初学者多用前者，有争议时以后者为准。标准稠度及标准稠度用水量不变(固定)水量法初学者采用有争议时多采用此法调整水量法不变(固定)水量法固定水量法采用以下方法配制标准稠度净浆称取500g水泥加入142.5ml水采用标准稠度测定仪（图3.2.5）测量P%不变(固定)水量法图3.2.5标准稠度测定仪通过水泥净浆凝结时间测定仪测定标准稠度水泥净浆的凝结时间。测定方法图3.2.6凝结时间测定仪水泥凝结时间测定录像凝结时间测定概念从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆开始失去可塑性所需的时间标准要求≮45min国产水泥一般为1-3h实验测试时以试针距底板4±1mm为准。工程意义水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间完成搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。初始凝结时间终凝时间概念从水泥加水拌和起至标准稠度的水泥净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。标准要求≯390min国产水泥一般为5-6h实验测试时以试针下沉0.5mm为准。工程意义终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行，加快施工进度，不拖延施工工期。Back定义指水泥硬化过程中体积变化小且均匀的性能。体积安定性不良水泥硬化后产生不均匀的体积变化（裂纹后弯曲）。使建筑质量下降，甚至引起严重的工程事故。体积安定性不良的原因过量的游离CaO过量的游离MgO过量石膏硅酸盐水泥的体积安定性Back水泥中的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的它们的水化速度慢，在水泥硬化后才开始水化，使已经硬化的水泥石膨胀开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，它还能继续与水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积增大1.5倍，引起水泥石开裂。此时，水化硫铝酸钙被称为“水泥杆菌”。体积安定性不良的原因煮沸法-加速实验法测量体积安定性的两种方法：试饼法•观察水泥净浆试饼在沸煮后的外形变化雷氏夹法•测量水泥净浆试件沸煮后的膨胀值体积安定性的测定水泥安定性的测定图3.2.8煮沸法测定仪图3.2.7体积安定性不良体积安定性的测定图3.2.9雷氏夹法体积安定性测定仪限制上述测试方法仅能测出游离CaO是否过量。游离MgO和石膏不能通过加速实验的方法检测所以它们必须在生产工艺中严格控制，避免过量。标准规定：MgO≯5%、石膏SO3≯3.5%。体积安定性的测定BackC:S:W=1:3:0.5Standardspecimen40×40×160CompressivestrengthCuredunderthestandardconditionBendingstrengthC:S:W=1:3:0.5的比例混合，制成标准尺寸的试件（40×40×160mm），在标准条件下养护，测试抗压强度和抗折强度。强度试验Back图3.2.10强度测定仪bendingstrengthinstrument图3.2.10强度测定仪Compressivestrengthinstrument实验录像强度等级根据3天和28天抗压强度3天和28天抗折强度硅酸盐水泥可分为6个等级：42.5，42.5R,52.5，52.5R,62.5,62.5R各龄期的强度不低于GB175-2007表中的规定。按早期强度不同分为两种类型，早强型(用R表示)和普通型。62.5R62.552.5R52.542.5R42.5StrengthGrade等级抗压强度(MPa)抗折强度（MPa）3d28d3d28d42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0表3.2.4硅酸盐水泥各龄期的强度要求（GB175-2007）技术性质分析水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：细度、凝结时间、强度和体积安定性。这四项指标中，除强度外，其它任何一项指标不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥