建筑材料课件(第二章水泥)

第二章水泥水泥是一种粉状水硬性胶凝材料。加水拌合后，塑性浆体，能胶结砂、石等材料，并能在空气和水中硬化。水硬性胶凝材料：材料磨成细粉并加水拌合成浆后，既能在空气中硬化，也能在水中硬化并发展其强度的材料。气硬性胶凝材料：材料磨成细粉并加水拌合成浆后，只能在干燥空气中凝结硬化，而不能在水中硬化。水泥按主要熟料矿物成分可分为：硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥铁铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥等在各类工程中应用最多的是硅酸盐系水泥硅酸盐系水泥按其性能及用途可分为：通用硅酸盐水泥专用硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥硅酸盐系水泥按其性能及用途分类类别简称混合材掺量（%）通用硅酸盐水泥硅酸盐水泥0～5普通硅酸盐水泥普通水泥6～15矿渣硅酸盐水泥矿渣水泥20～70火山灰质硅酸盐泥火山灰水泥20～50粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰水泥20～40复合硅酸盐水泥复合水泥15～50专用硅酸盐水泥专门用于某些工程的水泥，如中、低热硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、砌筑水泥等特性硅酸盐水泥用于对混凝土某些性能有特殊较要求的水泥，如快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥等第一节硅酸盐系水泥主要原料硅酸盐系水泥是指以硅酸钙为主要成分的各种水泥总称。硅酸盐系水泥主要由硅酸盐系水泥熟料(简称水泥熟料)、适量石膏和混合材料等配制而成。水泥熟料按用途和特性分为：通用水泥熟料、低碱水泥熟料、中抗硫酸水泥熟料、高抗硫酸水泥熟料、中热水泥熟料和低热水泥熟料等。一、通用硅酸盐水泥熟料通用硅酸盐水泥熟料：是一种主要含有CaO（如石灰石）、SiO2、Al2O3及Fe2O3（如黏土、铁粉等）的原料（即生料）按适当比例配合，磨细，经燃烧至部分熔融，所得硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质。1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成主要成分：主要由四种矿物化学组成组成矿物名称分子式简称含量（%）硅酸盐矿物硅酸三钙3CaO·SiO2C3S36~60硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15~37熔剂矿物铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A7~15铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10~18次要成分游离氧化钙CaO游离氧化镁MgO含碱矿物及玻璃体水泥的生产过程两磨一烧：生料的配制和磨细、熟料的燃烧和熟料的粉磨制备生料（一磨）煅烧熟料（一烧）粉磨水泥（二磨）石灰石粘土按比例混合—生料进窑————熟料辅助原料石膏磨细水泥成品2.水化物水泥加水后，熟料与水发生水化反应，生成一系列新的化合物，并放出热量，其放出的热量称为水化热。主要的水化产物有：水化硅酸钙水化铁酸钙凝胶氢氧化钙水化铝酸钙）水化硫铝酸钙晶体3、水泥石随着水泥水化的不断进行，水泥浆结构内部孔隙不断被新生水化物填充和加固的过程，称为水泥的“凝结”。随后产生明显的强度并逐渐变成坚硬的人造石——水泥石，这一过程称为水泥的“硬化”。实际上，水泥的水化过程很慢，较粗水泥颗粒的内部很难完全水化。因此，硬化后的水泥石是由晶体、胶体、未完全水化颗粒、游离水及气孔等组成的不均质体AAAAAAAADDBDCE水泥石的结构A-未水化水泥颗粒；B-水泥凝胶；C-晶体粒子（Ca(OH)2等）;D-毛细孔（毛细孔水）；E-凝胶孔4、影响水泥凝结硬化的因素⑴温度、湿度水泥的水化与硬化过程的快慢除与熟料矿物成分、含量及各成分特性有关外，还与温度、湿度有关。在保证湿度的前提下，在一定范围内，温度越高，水化速度越快，强度也越快，反之则慢。如水泥石在完全干燥的情况下，水化就无法进行，此时硬化停止，强度也不再增长。当温度低于0℃，水泥的水化基本停止。因此，冬季施工需采取保温措施，以保证水泥凝结硬化正常进行。⑵龄期(时间)水泥的凝结硬化是随时间延长而渐进的过程，是从颗粒表面逐渐深入到内层的。只要温度、湿度适宜，水泥强度的增长可持续若干年。开始快，以后由于颗粒表面形成了凝胶膜，水分渗入越来越困难，所以水化作用就越来越慢。一般水泥在开始的3～7d内，水化速度快，强度增长较快。28天基本上可以完成水泥水化的基本部分，以后显著减缓，强度增长也极为缓慢。二、石膏⑴为什么要掺入石膏？在水泥生产过程中，为了调节水泥的凝结时间，在水泥中加入适量的石膏作为缓凝剂。⑵石膏起缓凝作用的机理：水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了铝酸三钙的水化反应，控制了水泥的水化反应速度，延缓了凝结时间。⑶石膏的分类天然二水石膏（G）硬石膏（A）混合石膏（M）每一类又按产品的含量分为五个级别，分别是特级、一级、二级、三级、四级在水泥生产的过程中，为改善水泥性能，调节水泥强度等级，而加到水泥中去的人工的和天然的矿物质材料。三、混合材料混合材料分类化学活性举例在水泥中作用非活性混合材料与水泥成分不起化学作用或化学作用很小石英砂、石灰石、慢冷矿渣、各种废渣填充、提高水泥产量、降低水泥强度等级、减少水化热活性混合材料常温下，细粉与石灰（或石灰和石膏）加水拌合能生成具有胶凝性的水化产物，在空气和水中硬化。粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料、粉煤灰上述＋活性效应常用品种有：1.粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉高炉冶炼生铁所得以硅酸钙与铝硅酸钙为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后的产品，又称水淬高炉矿渣。将符合要求的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨，达到相当细度且符合活性指数的粉体，称为粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉。2.火山灰质混合材料火山灰是火山喷发的熔岩急冷形成。具有火山灰性的天然的（如火山灰、凝灰岩、浮石等）或人工的（如煤渣、烧黏土等）矿物质材料，称为火山灰质混合材料。火山灰性：是指磨细的活性混合材料在与水拌合后，不会发生水化反应，不具有水硬性，但当在常温下与石灰和水接触后，会产生明显的水化反应，形成具有水硬性的化合物。3.粉煤灰、高钙粉煤灰粉煤灰是从发电厂煤粉燃烧的烟气中收集的灰渣，又称飞灰，成分主要是活性氧化硅和活性氧化铝，含少量的氧化钙，具有火山灰性。当氧化钙含量在10%以上，就称为高钙粉煤灰。粉煤灰四、助磨剂水泥粉磨时允许不大于水泥质量0.5%助磨剂，其技术要求应符合相应标准。第二节通用硅酸盐水泥通用硅酸盐水泥是以通用硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料的水硬性胶凝材料。一、分类1.按混合材料的品种和掺量，通用硅酸盐水泥包括：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。2、按抗压、抗折强度分为如下强度等级：⑴硅酸盐水泥:分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5六个等级。⑵普通硅酸盐水泥:分为42.5、42.5R、52.5、52.5R四个强度等级。⑶矿水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥：分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。二、组分通用硅酸盐水泥的组分应符合表下表规定：品种代号组分%熟料＋石膏粒化高炉矿渣火山灰质掺合料粉煤灰石灰石硅酸盐水泥P·Ⅰ100--------P·Ⅱ≥95≤5------≥95≤5普通水泥P·O≥80且＜95＞5且≤20矿渣水泥P·S·A≥50且＜80＞20且≤50------P·S·B≥30且＜50＞50且≤70------火山灰水泥P·P≥60且＜80--＞20且≤40----粉煤灰水泥P·F≥60且＜80----＞20且≤40--复合水泥P·C≥50且＜80＞20且≤50通用硅酸盐水泥的组分三、技术要求1.化学指标化学指标包括:不溶物、烧失量、三氧化镁、氧化镁和氯离子应符合标准规定。见P182.碱含量（选择性指标）水泥中的碱含量按Na2O+0.658K2O计算值表示。3.物理指标⑴凝结时间：水泥加水开始到失去流动性，即从可塑状态发展到固体状态所需的时间。分为初凝时间和终凝时间。初凝时间:是从水泥加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。不宜过早，以便施工时有足够的时间终凝时间:从加水拌合至水泥浆完全失去塑性的时间。不宜过迟，以免影响水泥硬化后的性质而拖延工期。⑵体积安定性：是指水泥浆体硬化后，体积变化的稳定性。水泥安定性不良，会使结构产生膨胀裂缝，甚至破坏。安定性不良的水泥，严禁使用，是废品水泥。⑶细度：是指水泥颗粒的粗细程度。以标准筛的筛余百分率表示。应合理控制细度：因为同样成分同样质量的水泥，颗粒越细总表面越大，水化速度快，水化充分，会使水泥早期强度提高。但是颗粒过细，硬化时收缩较大，易产生裂缝。同时粉磨过程中能耗大，会使水泥的成本提高。⑷强度不同品种不同强度等级的通用硅酸盐水泥，强度应符合相应标准规定。P20四、特性和适用范围P20第三节专用硅酸水泥与特性硅酸盐水泥一、砌筑水泥由一种或一种以上的混合材料，加入适量的硅酸盐水泥熟料和石膏，经磨细制成的工作性较好的水硬性胶凝材料。代号M。分为12.5和22.5二个强度等级。1.技术要求强度（7d和28d)、三氧化硫、细度、凝结时间、安定性、保水率等应符合相关的标准规定。2.特性和适用范围砌筑水泥主要特性和适用范围主要特点适用范围不适用范围1.强度低、硬化快2.和易性好3.保水性好1.适用于砌筑和抹灰砂浆2.垫层混凝土等3.生产砌块和压瓦不应用于结构混凝土二、白色硅酸盐水泥由氧化铁含量少的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏及混合材料（石灰石或窑灰），磨细制成的水硬性胶凝材料，简称白水泥，代号P·W。分为32.5、42.5、52.5三个强度等级。1.技术要求强度（3d和28d）、白度、三氧化硫、细度、凝结时间、安定性等应符合相应的标准规定。2.特性和适用范围白水泥主要特性及适用范围主要特性适用范围1.早强2.水化热较高适用于白色和彩色灰浆、砂浆及混凝土三、明矾石膨胀水泥凡以硅酸盐水泥熟料为主，铝质熟料、石膏和粒化高炉矿渣（或粉煤灰），按适当比例磨细的，具有膨胀性能的水硬性胶凝材料，代号A·EC。分32.5、42.5、52.5三个强度等级。1、技术指标强度（3d、7d、28d抗压和抗折强度）、三氧化硫、细度、凝结时间、限制膨胀率、不透水性和碱含量应符合相关标准的规定。2、特性和适用范围明矾石膨胀水泥主要特性和适用范围主要特性适用范围1.补偿收缩2.提高混凝土抗裂性1.补偿收缩混凝土结构工程；2.防渗抗裂混凝土工程；3.补强和防渗抹面；4.现浇混凝土工程的后浇带；5.预制混凝土构件的接缝；6.梁柱和管道接头第四节硫铝酸盐系水泥和铁铝酸盐系水泥统称为：第三系列水泥，包括快硬水泥、膨胀水泥、自应力水泥和低碱水泥。一、快硬硫铝酸盐水泥以适当成分的生料，经燃烧所得以无水硫铝酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏和少量的石灰石，磨细具有早期强度高的水硬性胶凝材料，代号R·SAC。二、快硬铁铝酸盐水泥以适当成分的生料，经燃烧所得以无水硫铝酸钙、铁铝酸四钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量石膏和少量的石灰石，磨细具有早期强度高的水硬性胶凝材料，代号R·FAC以上二种水泥，均分为42.5、52.5、62.5和72.5四个强度等级。1.技术指标⑴强度：以上二种水泥的强度等级均以3d抗压强度划分。有1d、3d、28d的抗压和抗折强度。符合相关标准规定。⑵细度：比表面积≥350m2/kg⑶凝结时间限值：初凝≤25min，终凝≥180min。2.特性和适用范围快硬硫铝酸盐水泥和快硬铁铝酸盐水泥的主要特性及适用范围主要特性适用范围不适用范围1.早强2.抗渗性好3.抗冻性好4.抗腐蚀性好5.干缩性好1.配制早强、抗冻、抗渗和抗硫酸盐侵犯混凝土2.冬期（负温）施工3.抢修、堵漏等工程不适用于温度经常处于100℃以上的混凝土工程三、低碱度硫铝酸盐水泥由适当成分的硫铝酸盐水泥熟料和较多量石灰石，适量石膏共同磨细制成，具有碱度低的水硬性胶凝材料，代号L·SAC。15%≥石灰石≤35%1.技术要求⑴强度：以7天抗压强度来划分强度等级（有1d和7d的抗压和抗折强度）。分为32.5、42.5和52.5三个强度等级。⑵细度:比表面积≥400m2/kg。⑶凝结时间：初凝≤25min；终凝≥3h。