土木工程材料讲义4水泥

第4章水泥水泥的分类：六大通用水泥、其它水泥通用硅酸盐水泥的组分应符合表1的规定表4.1(GB175—2007)4.1硅酸盐水泥(portlandcement)4.1.1硅酸盐水泥的生产(两磨一烧)生料的配制硅酸盐水泥的煅烧水泥熟料的粉磨4.1.2水泥熟料(clinker)的组成及特性水泥熟料的组成水泥熟料矿物的特性表4.3硅酸盐水泥主要矿物特性硅酸盐水泥的水化(hydrate)-水化硅酸钙凝胶C-S-H形貌-Aft和Afm形貌硅酸盐水泥的凝结和硬化(setandharden)水泥水化过程影响水泥凝结硬化的主要因素熟料矿物组成的影响水泥细度(fineness)的影响龄期(age)(养护(curing)时间)的影响养护温度和湿度水灰比(WaterCementRatio)(W／C)：水灰比越大，凝结硬化后水泥石中的毛细孔越多，强度、抗冻性、抗渗性下降。4.1.3硅酸盐水泥的技术标准密度、细度：密度和堆密度(densityandbulkdensity)，细度(fineness)标准稠度需水量(standardconsistencywaterdemand)凝结时间(settingtime)体积安定性：水泥熟料中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁，石膏掺量过多强度等级：水泥的强度是指胶砂的强度，而不是净浆的强度，是评定水泥强度等级的依据。按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定。水泥和标准砂按1:3混合，加入规定数量的水（水灰比0.5），制成4040160mm的试件，在201℃水中养护，经一定龄期（3d、28d），测得试件的抗折和抗压强度来划分强度等级。表4.4硅酸盐水泥各强度等级、各龄期的强度值／MPa水化热(heatofhydration)：早期水化热曲线(earlyage)碱含量(alkalicontent)氯离子含量：氯离子含量应不大于0.06%4.1.4硅酸盐水泥的腐蚀(attack)与防止软水腐蚀(溶出性腐蚀)：氢氧化钙不断地溶解流失离子交换腐蚀(溶解性腐蚀)：碳酸的腐蚀、一般酸的腐蚀、镁盐的腐蚀膨胀性腐蚀：硫酸盐腐蚀、硫酸的腐蚀碱的腐蚀水泥石腐蚀的防止4.1.5硅酸盐水泥的特性、应用及储存硅酸盐水泥的特性、应用早期强度和后期强度高水化热大抗冻性好干缩小、耐磨性较好抗碳化性较好耐腐蚀性差不耐高温水泥的储存和运输4.2掺混合材的硅酸盐水泥4.2.1混合材料(additionofcement)非活性混合材：石灰石粉、窑灰等活性混合材(activeadditionofcement)粒化高炉矿渣(granulatedfurnaceslag)火山灰混合材料(pozzolan)粉煤灰混合材料(flyash)粉煤灰形貌表4.4用于水泥中的粉煤灰技术要求用于水泥中粉煤灰分Ⅰ级灰、Ⅱ级灰、Ⅲ级灰三种4.2.2普通硅酸盐水泥(OrdinaryPortlandCement,OPC)普通硅酸盐水泥的技术要求细度：比表面积不小于300m2/kg。凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于10h。强度等级：32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R表4.4普通硅酸盐水泥各龄期强度值／MPa普通硅酸盐水泥的性质：基本同硅酸盐水泥的性质4.2.3矿渣硅酸盐水泥(portlandblast-furnaceslagcement)矿渣水泥的水化特点技术要求：SO3的含量不得超过4％。表4.6矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥各龄期的强度值／MPa特性及应用凝结硬化速度慢：早期强度低，后期强度高对温度湿热敏感性强：适于蒸养(steamcuringorhigh-pressuresteamcuring)耐腐蚀性好：可用于海港工程和水工大坝的建设。水化热小：可用于大体积混凝土，大型基础和混凝土大坝等。耐热性好抗碳化(carbonization)能力差矿渣水泥的保水性差、抗渗性差、泌水通道较多、干缩较大，使用中要严格控制用水量，加强早期养护。抗冻性差：不宜用于冬季施工,特别不宜用于严寒地区水位经常变动的部位。4.2.4火山灰硅酸盐水泥(portlandpozzolancement)技术要求：SO3的含量不得大于4％。技术性质在干燥环境中易产生裂缝。抗冻性和耐磨性比矿渣水泥还要差。保水性好，抗渗性高。掺入粘土质的火山灰水泥不抗硫酸盐侵蚀。4.2.5粉煤灰硅酸盐水泥(portlandfly-ashcement)技术要求：粉煤灰水泥的技术要求同火山灰水泥。技术性质干缩小，抗裂性高。凝结硬化慢，早期强度低。色深。4.2.6复合硅酸盐水泥(compositeportlandcement)技术要求复合水泥的技术要求同火山灰水泥。技术性质：耐腐蚀性好，水化热小，抗渗性好，早强。表4.4掺混合材硅酸盐水泥的强度要求见教材第64页:表4.6通用硅酸盐水泥的选用4.3特种水泥和专用水泥(specialcements)4.3.1铝酸盐水泥(aluminatecement)铝酸盐水泥的矿物组成铝酸盐水泥的水化和硬化铝酸盐水泥的技术要求细度、密度凝结时间强度等级铝酸盐水泥的性质与应用凝结硬化快水化热大，并且集中在早期，一天内可放出水化热70％-80％，使温度上升很高。抗硫酸盐性能强，比抗硫酸盐水泥还要好。耐热性好。耐碱性差。在国家标准中明文规定不能用于钢凝筋混凝土结构工程中。施工时不得与石灰和硅酸盐水泥混合，也不得与尚未硬化的硅酸盐水泥接触使用。4.3.2快硬水泥(earth-strengthcementorquickhardeningcement)快硬硅酸盐水泥(quickhardeningportlandcement)快硬硅酸盐水泥的技术要求细度：0.08mm方孔筛筛余量小于10.0％。凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝不得迟于10h。强度等级(strengthgrading)表4.12快硬硅酸盐水泥各龄期、各等级强度／MPa快硬硅酸盐水泥的应用：紧急抢修和低温施工快硬硫铝酸盐水泥(sulphoaluminateearly-strengthcement)技术要求细度：比表面积不得低于350m2／kg。凝结时间：初凝时间不得早于25min，终凝时间不得迟于3h。安定性：水泥中不允许出现游离氧化钙，否则为废品。强度等级(strengthgrading)表4.13快硬硫铝酸盐水泥各等级、各龄期强度值／MPa特性及应用4.3.3白色硅酸盐水泥(whiteportlandcement)白色水泥的技术要求：细度：0.08mm方孔筛筛余量不得大于10％。凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。强度等级(strengthgrading)表4.14白水泥各龄期各等级的强度值/MPa白度(whiteness)白度值不能低于87。安定性：沸煮法检验必须合格。白色硅酸盐水泥的应用各种装饰性混凝土及装饰性砂浆，如水刷石、水磨石及人造大理石等。4.3.4道路硅酸盐水泥(roadportlandcement)技术要求凝结时间：初凝时间不得早于1.5h，终凝时间不得迟于10h。干缩性：28d的干缩率不得大于0.10%。耐磨性：耐磨性试验磨损率不得大于3.00kg／m2。强度(strengthgrading)表4.16道路水泥各龄期强度值／MPa技术性质及应用4.3.5水工硅酸盐水泥(hydraulicengineeringportlandcement)技术要求游离氧化钙的含量：中、低热水泥中不得超过1.0％，低热矿渣水泥中不得超过1.2％。三氧化硫含量：不得超过3.5％，细度：比表面积不低于250m2/kg。凝结时间：初凝不得早于60min，终凝不得迟于12h。强度等级表4.17中热水泥和低热水泥各龄期强度值／MPa水化热特性及应用4.3.6抗硫酸盐硅酸盐水泥表4.15抗硫酸盐水泥各龄期强度值／MPa4.3.7膨胀水泥和自应力水泥自应力水泥膨胀水泥：硅酸盐膨胀水泥、铝酸盐膨胀水泥、硫铝酸膨胀盐水泥、铁铝酸盐膨胀水泥4.3.8砌筑水泥凡是由一种或一种以上的水泥混合材料，加入适量硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细所制得的工作性较好的水硬性胶凝材，称为砌筑水泥，代号M。砌筑水泥主要技术要求有：细度：0.08mm方孔筛筛余量不得超过10％。凝结时间：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于12h。安定性：三氧化硫(SO3)不得超过4.0％。表4.19砌筑水泥各龄期强度值(GB/T3183—2003)思考题1硅酸盐水泥的主要矿物成分是什么?这些矿物的特性如何?2硅酸盐水泥的水化产物有哪些?水泥石的结构是怎样的?影响水泥石强度的因素有哪些?3硅酸盐水泥的腐蚀有哪几种类型?腐蚀的原因是什么?为什么同是硅酸盐系列水泥的矿渣水泥耐腐蚀性好?4在生产硅酸盐水泥时掺人石膏起什么作用?硬化后多余的石膏会引起什么现象发生?5如何检验水泥的安定性?6什么叫活性混合材料?其硬化的条件是什么?7高铝水泥的熟料与硅酸盐水泥的熟料有何区别?两种水泥的性质有何不同?8在下列混凝土工程中应分别选用那种水泥，并说明理由?紧急抢修的工程或军事工程；高炉基础；大体积混凝土坝和大型设备基础；水下混凝土工程；海港工程；蒸汽养护的混凝土预制构件；现浇混凝土构件；高强混凝土；混凝土地面和路面；冬季施工的混凝土；与流水接触的混凝土；水位变化区的混凝土；耐热混凝土；有抗渗要求的混凝土。六大通用水泥硅酸盐水泥：Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅰ。Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。普通硅酸盐水泥：简称普通水泥，代号P.O。矿渣硅酸盐水泥：简称矿渣水泥，代号P.S.A及P.S.B。火山灰质硅酸盐水泥：简称火山灰水泥，代号P.P。粉煤灰硅酸盐水泥：简称粉煤灰水泥，代号P.F。复合硅酸盐水泥：复合水泥，代号P.C。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、复合硅酸盐水泥统称掺混合材料的硅酸盐水泥。硅酸盐水泥定义硅酸盐水泥分两种类型，不掺加混合材料的称Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅰ。在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5％的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。普通硅酸盐水泥定义普通硅酸盐水泥代号为P·O。其中加入了大于5%且不超过20%的活性混合材，并允许不超过水泥质量的8％的非活性混合材料或不超过水泥质量5％的窑灰代替部分活性混合材。矿渣硅酸盐水泥定义矿渣硅酸盐水泥分为两个类型，加入大于20%且不超过50%的粒化高炉矿渣的为A型，代号P·S·A；加入大于50%且不超过70%的粒化高炉矿渣的为B型，代号P·S·B。其中允许不超过水泥质量的8％的活性混合材、非活性混合材料和窑灰中的任一种材料代替部分矿渣。火山灰质硅酸盐水泥定义火山灰质硅酸盐水泥代号为P·P。其中加入了大于20%且不超过40%的火山灰质混合材料。粉煤灰硅酸盐水泥定义粉煤灰硅酸盐水泥代号为P·F。其中加入大于20%且不超过40%的粉煤灰。复合硅酸盐水泥定义复合硅酸盐水泥代号为P•C。其中加入了两种（含）以上大于20%且不超过50%的混合材料，并允许用不超过水泥质量8％的窑灰代替部分混合材料，所用混合材材料为矿渣时，其掺加量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。硅酸盐水泥生料的配制原料石灰质原料（如石灰石、贝壳等，提供CaO）粘土质原料（如粘土、页岩等，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3）校正原料（如铁矿粉、砂岩，前者是补充原料中不足的氧化铁，后者是补充原料中不足的SiO2）矿化剂(如萤石、石膏等）工艺：干法、湿法硅酸盐水泥的煅烧窑型：立窑、回转窑煅烧过程水泥熟料的组成矿物名称化学成分缩写符号含量硅酸三钙3CaO·SiO2C3S36％～60％硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15％～36％铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7％～15％铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10％～18％水泥熟料矿物的特性常温下水泥熟料单矿物的水化反应水泥的水化：硅酸盐水泥水化后的主要成分有：各种水化硅酸钙凝胶C-S-H、晶体(氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙)等。硅酸盐水泥的凝结和硬化水泥的水化过程的五个阶段水泥水