建筑材料--《水泥》课件

第2章无机胶凝材料海螺安徽宁国水泥厂2.2通用硅酸盐水泥水泥概述：1.水泥是水硬性胶凝材料。2.水泥是三大建筑主材之一，应用十分广泛。水泥素有“建筑工业的粮食”之称。水泥的特点：1）水泥砼是一种低能耗型建筑材料。2）水泥具有许多优异性能：①水泥具有较好的可塑性；②水泥的适应性较强；③水泥可制成各种用途的水泥基复合材料；④水泥耐久性较好。民用建筑公路工程铁路工程水利工程港口工程桥梁工程核电工程3.水泥品种及分类水泥品种:通常按组成成分命名，如硅酸盐水泥（波特兰水泥）铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥……工程上应用最多的是6种硅酸盐类水泥即通用硅酸盐水泥：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复合硅酸盐水泥水泥按性能及用途分三大类：通用水泥——一般用途的水泥，如6种主要水泥专用水泥——具有专门用途的水泥特性水泥——具有特殊性能的水泥大坝水泥油井水泥砌筑水泥…快硬水泥膨胀水泥彩色水泥…4、水泥简史石灰罗马砂浆水硬性石灰罗马水泥（天然水泥）英国水泥波特兰水泥(硅酸盐水泥）水硬性石灰：1756年，史密顿用含黏土、石灰石制成的石灰称水硬性石灰。罗马水泥（天然水泥）：1796年，英国人派克用泥灰岩烧制成水泥。称“罗马水泥”（RomanCement），亦称天然水泥。英国水泥：1822年，英国人福斯特将白垩和黏土按2:1混合后加水湿磨成泥浆，泥浆沉淀、干燥后，入窑煅烧，冷却磨细成水泥，称“英国水泥”（BritishCement）。波特兰水泥（硅酸盐水泥）：1824年，英国人阿斯谱丁（J.Aspdin）获“波特兰水泥”专利，成为水泥发明人。该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色，所以被称为“波特兰水泥”。1889年，河北唐山细绵土厂建成投产（立窑）。1906年，建立启新洋灰公司，年产水泥4万吨。1952年，我国制订了第一个水泥国家标准：将波特兰水泥按主要矿物组成改称为矽酸盐水泥，后又改称为硅酸盐水泥至今。一、通用硅酸盐水泥的定义、分类及生产概况（一）定义：通用硅酸盐水泥CommonPortlandCement以硅酸盐水泥熟料和适量石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料，称为通用硅酸盐水泥（波特兰水泥）。（二）分类：通用硅酸盐水泥按混合材料的品种和掺量的不同分为：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复合硅酸盐水泥品种代号组分（质量百分数）(%)熟料＋石膏粒化高炉矿渣火山灰质混合材料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥P.Ⅰ100P.Ⅱ≥95≤5≥95≤5普通硅酸盐水泥P.O≥80且955且≤20矿渣硅酸盐水泥P.S.A≥50且8020且≤50P.S.B≥30且5050且≤70火山灰质硅酸盐水泥P.P≥60且8020且≤40粉煤灰硅酸盐水泥P.F≥60且8020且≤40复合硅酸盐水泥P.C≥50且8020且≤50表2-5通用硅酸盐水泥的组分和代号（三）生产概况1.生产原料：石灰质原料：提供CaO粘土质原料：提供SiO2、Al2O3、Fe2O3校正原料：调节某些氧化物之不足。矿化剂：改善煅烧条件。石灰质原料粘土质原料2.生产工艺通用硅酸盐水泥的生产工艺可归纳为两磨一烧：磨细生料：生料配制与磨细。煅烧生料：将生料入窑煅烧至部分熔融形成熟料。磨细熟料：将熟料与适量石膏及混合材料共同磨细，即得水泥成品。硅酸盐水泥的生产工艺流程硅酸盐水泥生产的主要工艺流程——煅烧：在水泥生产的三阶段中，煅烧是水泥生产的关键环节，虽方法各异（旋窑、立窑、干法、湿法）但都要经历以下几个阶段：干燥预热分解熟料烧成冷却其中熟料烧成是水泥生产的关键——必须有足够的温度、足够的时间，以保证水泥熟料的质量。水泥熟料磨细时加入石膏的目的：调节水泥的凝结时间，使水泥不致发生急凝现象，故亦称石膏为水泥缓凝剂。球磨机工作原理：本机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入球磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。水泥磨/原料磨华润水泥(南宁)有限公司4000t/d水泥熟料回转窑2800t/d水泥熟料回转窑水泥冷却塔水泥冷却塔：主要由筒体部分、转子、冷却装置、传动装置、防护栏等组成。矿山水泥厂球磨机耐磨钢球水泥熟料块水泥熟料塔水泥成品库二、通用硅酸盐水泥的组成材料——熟料、石膏、混合材料、助磨剂。（一）硅酸盐水泥熟料1.四种主要矿物成分：总含量95%左右。名称矿物成分（分子式）简称含量(%)硅酸三钙3CaO.SiO2C3S37～60硅酸二钙2CaO.SiO2C2S15～37铝酸三钙3CaO.Al2O3C3A7～15铁铝酸四钙4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF10～182.四种微量成分（有害成分）：总含量≯10%游离氧化钙游离氧化镁三氧化硫碱分（K2O、Na2O）：含量太高，可能导致砼结构发生碱骨料破坏。含量过多，均导致水泥体积安定性不良。（二）石膏主要采用天然石膏，也可采用工业副产石膏。（三）混合材料【定义】在生产水泥时，掺入的天然或人工的矿物质材料，称为水泥混合材料。分活性混合材料和非活性混合材料两大类。【掺混合材料的目的】改善水泥的某些性能、调节水泥强度等级、节约水泥熟料、提高水泥产量、降低水泥成本、利用工业废渣等。1.活性混合材料所谓活性混合材料是指这类材料磨成粉末后，与石灰、石膏或硅酸盐水泥加水拌和后能发生水化反应，在常温下能生成具有水硬性的胶凝物质。常用的活性混合材料有：粒化高炉矿渣粉煤灰火山灰质混合材料①粒化高炉矿渣：是炼铁高炉的熔融矿渣，经急速冷却而成的松软颗粒，粒径一般为0.5～5mm。急冷一般用水淬方法进行，故又称水淬高炉矿渣。主要成分：活性SiO2、Al2O3。具有较高的活性。②粉煤灰：是火力发电厂锅炉以煤粉做燃料，由收尘器从其烟气中收集下来的灰粉，又称飞灰。呈玻璃态实心或空心的球状颗粒，粒径一般为0.001～0.05mm。主要成分：活性SiO2、Al2O3。具有较高的活性。③火山灰质混合材料：凡天然或人工的以氧化硅、氧化铝为主要成分的物质，本身磨细加水并不硬化，但与气硬性的石灰混合后，再加水拌和，则不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化，统称为火山灰质混合材料。天然的火山灰质混合材料：火山灰、凝灰岩、浮石、硅藻土等。人工的火山灰质混合材料：烧粘土、煤矸石、粉煤灰、煤渣等。2.非活性混合材料凡不具有活性或活性很低的人工或天然的矿物质材料，磨成细粉后与石灰、石膏或硅酸盐水泥加水拌和后，不能或很少生成水硬性的胶凝物质的材料，称为非活性混合材料。掺加非活性混合材料的目的：起填充作用、增加水泥产量、降低水泥强度等级、降低水泥成本、减少水化热、调节水泥的某些性质等。常用的非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒化矿渣、火山灰、粉煤灰；磨细的砂岩、石灰石、慢冷矿渣及各种废渣等。3.窑灰窑灰是从水泥回转窑窑尾废气中收集的粉尘，应符合标准规定。窑灰的性能：介于活性混合材料与非活性混合材料之间。窑灰的主要组成：碳酸钙、脱水粘土、玻璃态物质、氧化钙，另外还有少量的熟料矿物、碱金属硫酸盐、石膏等。（四）助磨剂水泥熟料粉磨时，加入助磨剂，可以提高磨机台时产量，降低粉磨电耗，减少熟料用量，增加混合料掺量，节约水泥生产成本。国标规定：水泥熟料粉磨时允许加入助磨剂，但加入量应不超过水泥质量的0.5%。且助磨剂质量符合JC/T667-2004《水泥助磨剂》标准规定。助磨剂作用机理：降低颗粒表面能，减小颗粒硬度及颗粒之间的黏附性，提高易磨性。三、通用硅酸盐水泥的技术要求通用硅酸盐水泥技术要求有三方面：（一）化学指标：不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子含量。（二）碱含量：（选择性指标）（三）物理指标：凝结时间、安定性、强度、细度。（一）化学指标：应符合标准规定。包括不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子含量。【不溶物】是指酸不溶、碱不溶的物质。不溶物对水泥质量有不良影响。【烧失量】是用来限制石膏和混合材料中的杂质，以保证水泥质量。【三氧化硫】水泥中三氧化硫过量，危害安定性。【氧化镁】水泥中氧化镁过量，危害安定性。【氯离子】氯离子腐蚀钢筋，故需加以限制。（二）碱含量（选择性指标）：碱含量是指水泥中氧化钠和氧化钾的含量。以Na2O+0.658K2O计算值表示。高碱水泥：通常将碱含量0.6%的水泥称为高碱水泥。若使用活性骨料、高碱水泥就有可能引起碱骨料反应，影响工程质量。国家标准中，对碱含量没有明确的质量指标要求，但用户要求提供低碱水泥时，水泥中的碱含量不得大于0.6%，或由供需双方商定。（三）物理指标：凝结时间、安定性、强度、细度。1.凝结时间1）定义：【凝结时间】是水泥从加水开始，到水泥浆失去可塑性所需的时间。分初凝时间和终凝时间。【初凝时间】从水泥加水拌和起，至标准稠度的净浆开始失去可塑性所需的时间；【终凝时间】从水泥加水拌和起，至标准稠度的净浆完全失去可塑性所需的时间。所谓标准稠度，是人为规定的水泥浆达到的某一稀稠程度。因为水泥浆的稀稠对水泥的技术性质影响较大，为了使水泥的技术性质具有准确的可比性，必须规定统一的稀稠程度作为试验的标准条件。2）检验方法：维卡仪法试验设备：水泥净浆标准稠度与凝结时间测定仪（维卡仪）分两步试验：①测定水泥净浆的“标准稠度”：采用维卡仪（试杆法），以试杆沉入净浆距底板6±1mm时的稠度为“标准稠度”。②用标准稠度的水泥净浆，测定凝结时间：在规定实验温度及湿度环境条件下，测定凝结时间。横截面积1mm2的标准试针，沉入标准稠度的水泥净浆中——距底板4±１mm，称初凝。距表面≯0.5mm，称终凝。水泥净浆搅拌机维卡仪3）GB规定：通用水泥的凝结时间——初凝时间≮45min终凝时间≯390min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初凝时间≮45min终凝时间≯600min硅酸盐水泥水泥凝结时间的工程意义：水泥初凝时间不能过短。以保证施工时有足够的时间在水泥初凝之前完成砼各施工工序的操作。终凝时间不能太长。是为了使砼在浇筑完毕后能尽早完成凝结硬化，以利于下道工序的及早进行。4）影响因素：水泥凝结时间的影响因素很多，如⑴矿物成分熟料中C3A含量高，石膏掺量不足，使水泥快凝；⑵细度水泥的细度愈细，水化作用愈快，凝结愈快；⑶水灰比水灰比愈小，凝结时的温度愈高，凝结愈快；⑷混合材料掺量混合材料掺量大，水泥过粗等都会使水泥凝结缓慢。2．安定性1）定义：【安定性】水泥的安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。【安定性合格】水泥在凝结硬化过程中，产生均匀的体积变化，则其安定性合格。【安定性不良】水泥在凝结硬化过程中，产生不均匀的体积变化，即所谓安定性不良。水泥安定性不良，会使水泥制品、砼构件产生膨胀性裂缝，影响工程质量，甚至引起严重的工程事故。GB规定：体积安定性不良的水泥应作废品处理，不能应用于工程。2)①熟料中游离氧化钙过多：水泥熟料中含有游离氧化钙（呈过烧状态组织致密），熟化速度很慢，当水泥已经硬化后才进行熟化，体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。②熟料中游离氧化镁过多：游离氧化镁熟化速度比游离氧化钙还慢，当水泥已经硬化后才进行熟化，体积膨胀，使水泥石发生不均匀体积变化。③熟料中石膏掺量过多：当石膏掺量过多，水泥硬化后，在有水存在的情况下，石膏会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型