第六章 水泥

第六章水泥•本章以硅酸盐水泥和掺混合材料的硅酸盐水泥为重点，是全书重点之一。•第一节硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥•一、酸盐水泥的矿物组成•国家标准规定：凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下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，统称为硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥•凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5-15%以下的混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥。•硅酸盐水泥熟料•混合材料：活性混合材料•非活性混合材料•适量石膏•硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。技术标准•细度：水泥颗粒越细，比表面积越大，水化反应越快越充分，早期和后期强度都较高。国家规定：比表面积应大于300平方米/千克，否则为不合格。技术标准•凝结时间：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于6小时30分钟。•普硅：初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。•假凝技术标准•体积安定性：水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。如体积变化不均匀即体积安定性不良，容易产生翘曲和开裂，降低工程质量甚至出现事故。•产生体积安定性不良的原因？技术标准•(四)强度及标号•水泥的强度是评定其质量的重要指标，也是划分水泥强度等级的依据。•国家标准规定，采用ISO测定水泥强度，该法是将水泥和标准砂按1：3混合，•用0.5的水灰比，并按规定的方法制成40mm×40mm×160mm的试件，在标准温度(20±•2℃)的水中养护，分别测定其3d和28d的抗压强度和抗折强度。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥各龄期的强度值品种强度等级抗压强度/MPa抗折强度/MPa3d28d3d28d硅水42.517.042.53.56.542.5R22.042.54.06.552.523.052.54.07.052.5R27.052.55.07.062.528.062.55.08.062.5R32.062.55.58.0普硅32.511.032.52.55.532.5R16.032.53.55.542.516.042.53.56.542.5R21.042.54.06.552.522.052.54.07.052.5R26.052.55.07.0技术标准•碱含量：以Na2O+K2O来计算•若使用活性骨料，碱含量小于0.6%•标准稠度需水量•水化热硅酸盐水泥的凝结与硬化•硅酸盐水泥与水拌合后，熟料颗粒表面的四种矿物立即与水发生水化反应，生成五种水化产物：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙晶体。其中，水化硅酸钙凝胶约占50%，氢氧化钙晶体约占20%。•水泥早期强度增长快，后期强度增长缓慢，若温度和湿度适宜，其强度在几年或十几年后仍可缓慢增长。•水泥的水化过程•1、水泥颗粒•2、水分•3、凝胶•4、晶体•5、未水化内核•6、毛细孔水化产物•水化硅酸钙（C3S2H3、C－S－H）•水化铝酸钙（C3AH6、C4AH13、C4AH19）•水化铁酸钙（CFH）•氢氧化钙（CH）•钙钒石（3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O）•单硫型水化硫铝酸钙（3CaO*Al2O3*CaSO4*12H2O）影响水泥石凝结硬化的因素有：•1、水泥熟料的矿物组成和细度•2、石膏掺量：掺入石膏可延缓其凝结硬化速度•3、养护时间：随着养护时间的增长，其强度不断增加•4、温度和湿度：温度升高，硬化速度和强度增长快；水泥的凝结硬化必须在水分充足•的条件下进行，因此要有一定的环境湿度•5、水灰比：拌合水泥浆时，水与水泥的质量比，称为水灰比。水灰比愈小，其凝结硬化速度愈快，强度愈高•6、外加剂水泥石的腐蚀•1、水泥石受腐蚀的基本原因：水泥石中含有易受腐蚀的成分，即氢氧化钙和水化铝酸钙等；水泥石不密实，内部含有大量的毛细孔隙。•2、易造成水泥石腐蚀的介质：软水及含硫酸盐、镁盐、碳酸盐、一般酸、强碱的水。•软水侵蚀•CH的溶解度大（1.3g/l）,流动水影响大•硫酸盐侵蚀：3CaOAl2O36H2O+3CaSO4+19H2O•=3CaOAl2O33CaSO431H2O•镁盐侵蚀：•MgSO4+Ca(OH)2+2H2O•=CaSO4*2H2O+Mg(OH)2•MgCl2+Ca(OH)2•=CaCl2+Mg(OH)2•碳酸侵蚀：•Ca(OH)2+H2O+CO2＝•CaCO3+2H2O•CaCO3+H2O+CO2•=Ca(HCO3)2防止腐蚀的措施：•合理选用水泥的品种；掺入活性混合材料；提高水泥密实度；设保护层。特性•1早期及后期强度均高：适用于预制和现浇的混凝土工程、冬季施工的混凝土工程、预应力混凝土工程等。•2抗冻性好：适用于严寒地区和抗冻性要求高的混凝土工程。•3耐腐蚀性差：不宜用于受流动软水和压力水作用的工程，也不宜用于受海水和其它腐蚀性介质作用的工程。•4水化热高：不宜用于大体积混凝土工程。•5抗炭化性好：适合用于二氧化碳浓度较高的环境，如翻砂、铸造车间等。•6耐热性差：不得用于耐热混凝土工程。•7干缩小：可用于干燥环境。•8耐磨性好：可用于道路与地面工程。第二节掺混合材料的硅酸盐水泥•混合材料品种•掺混合材料硅酸盐水泥品种•矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。（其中8%可用其它混合材料）•火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成。•粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。•复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上混合材料及适量石膏组成。混合材料质量15-50%，掺矿渣时不与矿渣水泥定义重复。•1、四种水泥的共性•（1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、现浇工程等。•（2）对温度敏感，适合高温养护。•（3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、•海港、码头等混凝土工程。•（4）水化热少。适合用于大体积混凝土。•（5）抗冻性差。•（6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间。•2、三种水泥的特性•（1）矿渣硅酸盐水泥适合用于有耐热要求的混凝土工程，不适合用于有抗冻性要求的混凝土工程。•（2）火山灰质硅酸盐水泥适合用于有抗渗性要求的混凝土工程，不适合用于干燥环境中的地上混凝土工程，也不宜用于有耐磨性要求的混凝土工程。•（3）粉煤灰硅酸盐水泥适合用于承载较晚的混凝土工程，不宜用于有抗渗要求的混凝土工程，也不宜用于干燥环境中的混凝土工程及有耐磨性要求的混凝土工程。第三节特性水泥•白水泥：凡以适当成分的生料烧至部分熔触，所得以硅酸钙为主要成分、氧化铁含量很少的白色硅酸盐水泥熟料，再加入适量石膏，共同磨细制成的水硬性胶凝材料称为白色硅酸盐水泥．简称白水泥。•快硬硅酸盐水泥：凡以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，加入适量石膏，经磨细制成的具有早期强度增进率较快的水硬性胶凝材料，称快硬硅酸盐水泥，简称快胶水泥。快硬水泥以3d强度确定其强度等级。•高铝水泥•高铝水泥又称矾土水泥，它是以铝矾土和石灰石为原料，经煅烧制得以铝酸钙为主要成分、氧化铝含量约50％的熟料，再磨细制成的水硬性胶凝材料。•膨胀水泥和自应力水泥•按自应力的大小可分为两类：当其自应力值大于或等于2．0MPa时，称为自应力水泥；当自应力值小于2MPa(通常为0．5MPa左右)，则称为膨胀水泥。•按基本组成，我国常用的膨胀水泥品种如下：•1．硅酸盐膨胀水泥。以硅酸盐水泥为主，外加高铝水泥和石膏配制而成。•2．铝酸盐膨胀水泥。以高铝水泥为主，外加石膏组成。•3．硫铝酸盐膨胀水泥。以无水硫铝酸盐和硅酸二钙为主要成分，外加石膏组成。•4．铁铝酸盐膨胀水泥。以铁铝酸盐、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要成分，加石膏制成。