第4章 水泥(4.1)

《土木工程材料》第四章水泥第四章水泥4.1水泥概述4.2硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥4.3掺大量混合材料的硅酸盐水泥水泥是能与水发生物理化学作用，使其由可塑性浆体硬化成坚硬的人造石材的一种粉末状水硬性胶凝材料。它是重要的建筑材料，用水泥制成的砂浆或混凝土，坚固耐久，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。水泥的种类繁多，目前生产和使用的水泥品种已达200余种。水泥分类硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥铁铝酸盐水泥少熟料或无熟料水泥(2)按性能和用途分类通用水泥专用水泥特性水泥⑴按化学成分∆∆尽管水泥的品种很多，但是，工程中90%以上使用的是硅酸盐水泥。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。•素有“建筑工业的粮食”之称。4.1水泥概述本次课学习目标：了解水泥的生产工艺，掌握水泥的生产原料及其四大熟料的组成。掌握水泥熟料水化的特点及其产物的组成。4.1水泥概述4.1.1、水泥的发展过程cement一词由拉丁文caementum发展而来，是碎石及片石的意思。水泥的历史可追溯到古罗马人在建筑工程中使用的石灰和火山灰的混合物。1796年英国人J.帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称罗马水泥或天然水泥。1824年英国人J.阿斯普丁用石灰石和粘土烧制成水泥，硬化后的颜色与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥，并取得了专利权。中国水泥行业将进入“三国时代”中国建材（中联水泥、南方水泥、北方水泥）中国中材（天山水泥、赛马实业、中材水泥）海螺水泥中国水泥网：海螺集团：规模大、竞争力强公司产销量已连续11年位居全国第一，是目前亚洲最大的水泥、熟料供应商。长期、广泛应用于举世瞩目的标志性工程，如：上海东方明珠电视塔、上海磁悬浮列车（轨道梁）、连云港田湾核电站、浦东国际机场、海沧大桥、杭州湾跨海大桥等工程。同时，产品现已出口美国、欧洲、非洲、亚洲等二十多个国家和地区。海螺水泥：中国建材集团：勇于尝试，重组深得民心中国中材集团：要做北方最大的水泥企业水泥具有以下优点，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4.1.2硅酸盐系水泥的生产硅酸盐水泥的生产工艺概述（1）生产工艺两磨一烧——生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个过程（2）生产原料石灰石质原料——石灰石、白垩等粘土质原料——粘土、页岩等校正原料（少量）——铁粉SiO2、Al2O3、Fe2O3Fe2O3CaO4.1.3硅酸盐水泥的组成材料1.硅酸盐水泥熟料注意•水泥中的其它成分：原因：MgOCaO和游离33MgCOCaCO和23COCaOCaCO煅烧水泥中反应：23COMgOMgCO危害：影响水泥体积安定性石灰石质原料富含潜在危害非常严重2.石膏石膏是硅酸盐水泥中必不可少的组成材料，主要作用是调节水泥的凝结时间，常采用天然的或合成的二水石膏，也可用含有二水石膏的化工废渣。3.混合材料是硅酸盐系水泥生产中经常采用的组成材料，按其性能不同，可分为活性与非活性两大类。活性类：粒化高炉矿渣、火山灰质材料（沸石、火山灰）、粉煤灰及烧煤矸石等；非活性类：石灰石、石英砂、钢渣、慢冷矿渣等。4.2硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥4.2.1硅酸盐水泥的定义按《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》规定：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（国外通称波特兰水泥）。当硅酸盐水泥中不掺混合材料时，称为Ⅰ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅰ。当硅酸盐水泥中混合材料掺量不超过5%时，称为Ⅱ型硅酸盐水泥，代号P.Ⅱ。4.2.2硅酸盐水泥的水化和凝结硬化1.硅酸盐水泥的水化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。（1）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+H2OCaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2（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。2CaO·SiO2+H2O3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2（3）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+6H2O3CaO·Al2O3·6H2O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，使水化反应延缓下降，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36422tCAHCaSOHOAF（钙矾石）缓凝机理：Amt当石膏耗尽时，转化为（单硫型水化硫铝酸钙）（4）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较快，仅次于铝酸三钙，水化放热量均属中等。4CaO·Al2O3·Fe2O3+H2O3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O对水泥强度的影响：抗压强度值较低，但抗折强度相对较高，所以提高铁铝酸四钙的含量，可降低水泥的脆性。因而，抗冲击性好。总结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中好差极好收缩中较大大小水化硅酸钙(70%)氢氧化钙(20%)水化铝酸钙水化铁酸钙水化硫铝酸钙水化产物水泥熟料水化后的主要水化产物有：思考题现有甲、乙两水泥厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下：若用上述熟料分别制成硅酸盐水泥，试估计它们的强度发展速度、水化热、28d龄期强度有何差异？生产厂C3S（%）C2S（%）C3A（%）C4AF（%）甲55201015乙42297221）C3S在最初四个星期内强度发展迅速，它实际上决定着硅酸盐水泥四个星期以内的强度；C3S的水化热较多，其含量也最多，故它放出的热量最多。2）C2S的硬化速度慢，在大约4个星期后才发挥其强度作用，约一年左右达到C3S四个星期的发挥程度；而其水化热少。3）C3A硬化速度最快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1～3d或稍长的时间内的强度起到一定作用；C3A的水化热多。4）C4AF的硬化速度也较快，但强度低，其对硅酸盐水泥的强度贡献小；其水化热属中等。5）由上表可知甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、28d时的强度均高于由乙厂的硅酸盐水泥。习题硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分有、_、___和_。硅酸盐水泥的主要水化产物有___、___、___和___。硅酸盐水泥熟料中，___凝结硬化后强度最高，__水化速度最快，__水化放热量最高，___干缩性最大。硅酸盐水泥熟料中对强度贡献最大的是___。为了调节硅酸盐水泥的凝结时间，常掺入适量的___。TheendofthisPart.Thanks!